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@相变储热,去帮数据中心降温吧

作者:中国储能网新闻中心 来源:CHPlaza 发布时间:2022-06-23 浏览:

中国储能网讯:数据中心,能耗巨兽,散热量巨大,为了帮其降温,人们想了各种办法。

风冷、水冷、液冷……,技术发展至今,浸没式相变液冷的方案最为高效。

数据显示,采用传统风冷技术的数据中心PUE一般在1.8左右,而采用液冷技术的数据中心,无论项目的规模大小、所处的维度及气候区,几乎都可以将PUE控制在1.1以内。

浸没式液冷将IT设备直接浸泡在冷却液中,依靠冷却液吸收设备产生的热量。按照冷却液在循环散热过程中是否发生相变,可以分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷。

单相浸没式液冷

在单相浸没式液冷系统中,IT设备所有的发热组件都完全浸没在循环的不导电的冷却液中,设备发出的热量直接传递给冷却液。单相浸没式液冷的冷却液通常具有较高的沸点,冷却液吸热后并不会发生相变,始终维持在液态。

单相浸没式液冷通过自然对流或泵驱动冷却液的循环。与自然对流相比,用泵驱动循环冷却液的方式可以更有效的提高冷却能力。

单相浸没式液冷的工作原理

单相浸没式液冷通常选择沸点较高的冷却液,以确保冷却液在循环散热过程中始终保持液态。氟碳化合物和碳氢化合物(例如矿物油、合成油、天然油)均可用于单相浸没式液冷。

目前3M和Shell等企业都在生产用于单相浸没式液冷技术的冷却液,不同的是3M的冷却液为氟化液,而Shell的冷却液为天然气制成的合成油,属于碳氢化合物。

单相浸没式液冷的优势体现在两个方面,一是冷却液价格相对更低,部署成本更低;二是冷却液无相变,无需担心冷却液蒸发溢出或人员吸入的健康风险,更有利于维护。

部分适用于单相浸没式液冷的冷却液

(注:*在温度40℃时测得,未标记的为在25℃时测得)

双相浸没式液冷

在双相浸没式液冷中,冷却液在循环散热过程中不断经历从液态到气态再从气态回到液态的相变过程。IT设备完全浸没在装有低沸点冷却液的密闭罐体中,设备发出的热量被冷却液吸收,冷却液吸热后温度升高,达到沸点后开始沸腾,由液态相变为气态,同时产生大量的蒸汽。蒸汽从液体中升起逃逸至液面上方,在液冷罐体内形成气相区。气相区的冷却液蒸汽与水冷冷凝器接触,热量被冷凝器吸收,冷却液凝结成液体以液滴的形式落回容器中再次循环,而冷凝器中被加热的冷却水则通过循环冷却水系统完成排热。

双相浸没式液冷的工作原理

为了能有效利用冷却液的相变过程,并控制IT设备的温度,用于双相浸没式液冷的冷却液不仅要有良好的热物理性能、化学及热稳定性、无腐蚀性,还需要合适的沸点、比较窄的沸程范围以及较高的汽化潜热。硅酸酯类、芳香族物质、有机硅、脂肪族化合物及氟碳化合物等都被尝试应用于双相浸没式液冷。其中,氟碳类化合物综合性能最好,因此较为常用。

目前,3M公司是全球生产浸没式电子氟化液的领先企业,其生产的Fluorinert™电子氟化液与Novec™电子工程液均有不同型号可以用于双相浸没式液冷。两者均有优良的热稳定性和化学稳定性、无味、不可燃、非油基、低毒性、无腐蚀性,可为数据中心提供可信赖且可持续的解决方案。

部分适用于双相浸没式液冷的冷却液

双相浸没式液冷充分利用了冷却液的蒸发潜热,可以满足高功率发热元件对散热的极端要求,使IT设备可以保持满功率运行。但相变的存在也使得双相浸没式液冷系统必须保持密闭,以防止蒸汽外溢流失,同时必须考虑相变过程导致的气压变化,以及系统维护时维护人员吸入气体的健康风险。

着眼于浸没式液冷的发展趋势,我国的头部公司均已开始布局,阿里云、浪潮等都先后发布了其液冷产品方案。

2020年1月,阿里云宣布向全社会开放浸没液冷数据中心技术规范,2020年9月,阿里仁和数据中心开服,PUE设计值1.09,相比传统风冷数据中心每年可节省3000万度电;

2021年12月,阿里云发布磐久系列液冷一体机Immersion DC 1000,整体能耗可下降34.6%。浪潮信息于2018年推出了小型可移动的浸没式液冷超算TS4220LC;中科曙光旗下的曙光数创推出了相变浸没式液冷配套解决方案C8000,声称能够将PUE值降到1.05以下。

相对于应用于清洁供热领域的常见相变储热材料,上述的这种冷却液的要求更高、价格更贵。目前,冷却液产品以海外3M公司最为知名,国内的相变储热厂商,如果能够开发出适用于数据中心的冷却液相变产品,毫无疑问,将打开一座巨大的宝藏。

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