中國儲能網(wǎng)訊：數(shù)據(jù)中心，能耗巨獸，散熱量巨大，為了幫其降溫，人們想了各種辦法。
風(fēng)冷、水冷、液冷……，技術(shù)發(fā)展至今，浸沒式相變液冷的方案最為高效。
數(shù)據(jù)顯示，采用傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心PUE一般在1.8左右，而采用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，無論項(xiàng)目的規(guī)模大小、所處的維度及氣候區(qū)，幾乎都可以將PUE控制在1.1以內(nèi)。
浸沒式液冷將IT設(shè)備直接浸泡在冷卻液中，依靠冷卻液吸收設(shè)備產(chǎn)生的熱量。按照冷卻液在循環(huán)散熱過程中是否發(fā)生相變，可以分為單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷。
單相浸沒式液冷
在單相浸沒式液冷系統(tǒng)中，IT設(shè)備所有的發(fā)熱組件都完全浸沒在循環(huán)的不導(dǎo)電的冷卻液中，設(shè)備發(fā)出的熱量直接傳遞給冷卻液。單相浸沒式液冷的冷卻液通常具有較高的沸點(diǎn)，冷卻液吸熱后并不會發(fā)生相變，始終維持在液態(tài)。
單相浸沒式液冷通過自然對流或泵驅(qū)動冷卻液的循環(huán)。與自然對流相比，用泵驅(qū)動循環(huán)冷卻液的方式可以更有效的提高冷卻能力。
單相浸沒式液冷的工作原理
單相浸沒式液冷通常選擇沸點(diǎn)較高的冷卻液，以確保冷卻液在循環(huán)散熱過程中始終保持液態(tài)。氟碳化合物和碳?xì)浠衔铮ɡ绲V物油、合成油、天然油）均可用于單相浸沒式液冷。
目前3M和Shell等企業(yè)都在生產(chǎn)用于單相浸沒式液冷技術(shù)的冷卻液，不同的是3M的冷卻液為氟化液，而Shell的冷卻液為天然氣制成的合成油，屬于碳?xì)浠衔铩?
單相浸沒式液冷的優(yōu)勢體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是冷卻液價(jià)格相對更低，部署成本更低；二是冷卻液無相變，無需擔(dān)心冷卻液蒸發(fā)溢出或人員吸入的健康風(fēng)險(xiǎn)，更有利于維護(hù)。
部分適用于單相浸沒式液冷的冷卻液
(注：*在溫度40℃時(shí)測得，未標(biāo)記的為在25℃時(shí)測得)
雙相浸沒式液冷
在雙相浸沒式液冷中，冷卻液在循環(huán)散熱過程中不斷經(jīng)歷從液態(tài)到氣態(tài)再從氣態(tài)回到液態(tài)的相變過程。IT設(shè)備完全浸沒在裝有低沸點(diǎn)冷卻液的密閉罐體中，設(shè)備發(fā)出的熱量被冷卻液吸收，冷卻液吸熱后溫度升高，達(dá)到沸點(diǎn)后開始沸騰，由液態(tài)相變?yōu)闅鈶B(tài)，同時(shí)產(chǎn)生大量的蒸汽。蒸汽從液體中升起逃逸至液面上方，在液冷罐體內(nèi)形成氣相區(qū)。氣相區(qū)的冷卻液蒸汽與水冷冷凝器接觸，熱量被冷凝器吸收，冷卻液凝結(jié)成液體以液滴的形式落回容器中再次循環(huán)，而冷凝器中被加熱的冷卻水則通過循環(huán)冷卻水系統(tǒng)完成排熱。
雙相浸沒式液冷的工作原理
為了能有效利用冷卻液的相變過程，并控制IT設(shè)備的溫度，用于雙相浸沒式液冷的冷卻液不僅要有良好的熱物理性能、化學(xué)及熱穩(wěn)定性、無腐蝕性，還需要合適的沸點(diǎn)、比較窄的沸程范圍以及較高的汽化潛熱。硅酸酯類、芳香族物質(zhì)、有機(jī)硅、脂肪族化合物及氟碳化合物等都被嘗試應(yīng)用于雙相浸沒式液冷。其中，氟碳類化合物綜合性能最好，因此較為常用。
目前，3M公司是全球生產(chǎn)浸沒式電子氟化液的領(lǐng)先企業(yè)，其生產(chǎn)的Fluorinert?電子氟化液與Novec?電子工程液均有不同型號可以用于雙相浸沒式液冷。兩者均有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、無味、不可燃、非油基、低毒性、無腐蝕性，可為數(shù)據(jù)中心提供可信賴且可持續(xù)的解決方案。
部分適用于雙相浸沒式液冷的冷卻液
雙相浸沒式液冷充分利用了冷卻液的蒸發(fā)潛熱，可以滿足高功率發(fā)熱元件對散熱的極端要求，使IT設(shè)備可以保持滿功率運(yùn)行。但相變的存在也使得雙相浸沒式液冷系統(tǒng)必須保持密閉，以防止蒸汽外溢流失，同時(shí)必須考慮相變過程導(dǎo)致的氣壓變化，以及系統(tǒng)維護(hù)時(shí)維護(hù)人員吸入氣體的健康風(fēng)險(xiǎn)。
著眼于浸沒式液冷的發(fā)展趨勢，我國的頭部公司均已開始布局，阿里云、浪潮等都先后發(fā)布了其液冷產(chǎn)品方案。
2020年1月，阿里云宣布向全社會開放浸沒液冷數(shù)據(jù)中心技術(shù)規(guī)范，2020年9月，阿里仁和數(shù)據(jù)中心開服，PUE設(shè)計(jì)值1.09，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心每年可節(jié)省3000萬度電；
2021年12月，阿里云發(fā)布磐久系列液冷一體機(jī)Immersion DC 1000，整體能耗可下降34.6%。浪潮信息于2018年推出了小型可移動的浸沒式液冷超算TS4220LC；中科曙光旗下的曙光數(shù)創(chuàng)推出了相變浸沒式液冷配套解決方案C8000，聲稱能夠?qū)UE值降到1.05以下。
相對于應(yīng)用于清潔供熱領(lǐng)域的常見相變儲熱材料，上述的這種冷卻液的要求更高、價(jià)格更貴。目前，冷卻液產(chǎn)品以海外3M公司最為知名，國內(nèi)的相變儲熱廠商，如果能夠開發(fā)出適用于數(shù)據(jù)中心的冷卻液相變產(chǎn)品，毫無疑問，將打開一座巨大的寶藏。
