18  数据中心高效节能喷淋液冷技术

　　一、技术名称：数据中心高效节能喷淋液冷技术 

　　二、技术类别：减碳技术

　　三、所属领域及适用范围：信息行业 数据中心、5G 通信边缘计算工 作站

　　四、该技术应用现状及产业化情况

　　随着我国新型基础设施建设的快速发展，数据中心在新基建领域 的核心地位越发凸显。我国数据中心大多采用风冷技术散热，能耗 PUE 值总体在 1.6 以上，制约了数据中心的高质量发展。数据中心喷淋液冷 技术是一种新型的芯片冷却技术，可以使数据中心 PUE 值降低至 1.1 以下，相比传统风冷模式具有更节能、空间利用率更高、环境适应能力 更强等特点。目前，该技术及装备已应用于雄安喷淋液冷示范数据中 心、复旦大学大数据试验场等项目，不仅降低了数据中心前期建设成 本（机房设备投入降低 30%），减少机房空间（90%），还减少后期运行 电费支出 50%。

　　五、技术内容

　　1.技术原理 

       该技术采用特定的液体工质，直接喷淋于发热电子器件，实现液体与电子器件直接接触。利用液体比热容与密度的优势，大幅提高散 热效率，进而提高服务器功率密度。喷淋液冷系统为液体单相循环提 供动力，并在系统冷端（冷却单元）排放掉液冷工质吸收的热量。与此 同时，由于液体具有传热温差低的特性，可更大范围利用自然环境冷却工质，进一步降低数据中心能耗。

　　2.关键技术

　　（1）喷淋液冷系统集成技术 

      系统集成了基于标准机柜规范设计的喷淋液冷机柜；集成了由泵组、热交换器、过滤器、阀门阀组构成的（冷却液）冷却单元；还集成 了无风扇设计、整体密封、基于标准机架式服务器架构的喷淋液冷服 务器。

　　（2）喷淋液冷单向循环散热技术 

      冷却液进入服务器喷淋芯片和主板的发热单元，带走热量后的高温冷却液返回冷却单元，重新冷却为低温冷却液，然后再次进入服务 器进行喷淋。冷却液全程无相变，如此单相循环。

　　3.工艺流程 

       产品开发工艺流程见图 1

　　六、主要技术指标

　　1.喷淋液冷数据中心 PUE 值≤1.1；

　　2.喷淋液冷数据中心单机架功率集成≥30kW；

　　3.2U 标准机架式喷淋液冷服务器功率密度≥2kW/m2。

　　七、技术鉴定及获奖情况

　　该技术已获得国家发明专利 8 项，实用新型专利 22 项，参与编制 国家通信行业标准 1 项。2018 年取得由中国信息通信研究院出具的液 冷服务器可靠性检测报告；2019 年入选工信部《绿色数据中心先进适 用技术产品目录（2019）》。

　　八、典型用户及投资效益

　　典型用户：复旦大学、河北合一新能源科技有限公司、移动通信国家重点实验室、国防科技大学计算机学院等

　　典型案例 1

　　案例名称：国家大数据训练场项目

　　建设规模：占地面积 80m²，所装机的 IT 容量为 360kW。

      建设条件：采集装箱式整机模块。主要建设内容：采用喷淋式液冷技术对服务 器进行高效节能管理，实现了数据中心整体 PUE 值降低于 1.1 的节能 效果。主要设备：采用单台 2U 服务器配置 8 张加速卡，单台服务器的 电功率达到 2.8kW。项目总投资 375 万元，建设期为 12 个月。年碳减 排量 480tCO2，碳减排成本为 510~530 元/tCO2。年经济效益 520 万， 投资回收周期约 1 年。

　　典型案例 2

　　案例名称：雄安通用直接液冷标准示范数据中心项目

　　建设规模：占地面积 150m²，可装机的 IT 容量为 100kW。

      建设条件：集装箱式整机模块。主要建设内容：采用喷淋式液冷技术对其服务 器和模拟载荷设备进行高效节能热管理。整体机房系统结合河北地区 气候，实现数据中心整体 PUE 值降低至 1.07 的节能效果。主要设备： 共计安装 30 台戴尔 R710 服务器，70 台模拟载荷设备，整体电功率达到 120kW。项目总投资 170 万元，建设期为 12 个月。年碳减排量 260tCO2， 碳减排成本为 320~340 元/tCO2。年经济效益 100 万元，投资回收期约2 年。

　　九、推广前景和减排潜力

　　随着我国移动通信技术的快速发展，喷淋液冷技术的推广应用也 将有较大的发展空间。预计未来五年，该技术预期推广比例将达到 3%， 项目总投资 65 亿元，可形成的年碳减排能力约为 90 万 tCO2。

由武汉节能协会办公室整理