
液冷系统通用架构图,来源:中兴通讯
液冷系统通用架构如图所示,其中,室外侧包含室外冷源、一次侧冷却液,室内侧包含冷量分配单元(CDU)、 二次侧冷却液以及液冷机柜。二次侧冷却液在机柜内吸收设备热量,并通过CDU内的换热器将热量传递给一次侧冷却液,一次侧冷却液通过室外冷源最终将热量释放到大气环境中,完成散热。
冷板式液冷二次侧管路
(1)室外冷源:可选择开式/闭式冷却塔、干式冷却器等,冷源的选择应根据所在地的场地、气象、水电等因素综合考虑。
(2)一次侧冷却液:常用的液冷液有去离子水、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液等,并配合具有一定缓蚀、杀菌、阻垢功能的化学药剂使用。冷却液的选择需要根据液体热物 性、部署地理位置及气候条件等综合考虑。
(3)CDU:按布置形式可分为集中式与分布式。其中,集中式CDU布置在机柜外,为多台液冷机柜提供冷量,易于集中化部署和管理;分布式 CDU 布置在液冷机柜内部, 每台机柜对应一个CDU,易于机柜功耗匹配。
液冷管路与配套阀门协同作用,实现液冷系统各部件间的连接及冷却液的可控输送。液冷系统的连接管路按功能可分为环路冷却液供回歧管LCM、机柜冷却液供回歧管RCM以及配套软管。
● LCM环路冷却液供回岐管:机房级的冷却液“主干道”,通常布置在数据中心的架空地板下或机柜顶部,连接着冷量分配单元(CDU)和多个机柜。它是由不锈钢等材料制成的环形或分支状硬质管道,相当于整个冷却系统的“大动脉”,负责将来自CDU的低温冷却液输送至每一排机柜,一个LCM可以对应多个机柜。
● RCM机柜冷却液供回岐管:机柜内的“分水岭”,直接安装在液冷机柜内部,是连接机柜级管路和服务器级冷板的最后一道分配关口。它通常是一根带有多个分支接口的管状装置,每个接口通过软管和快速接头与一台服务器内的冷板连接,确保机柜内所有服务器冷板都能获得均匀且充足的冷却液流量。
● 连接软管:关键的最后“微循环”,连接RCM和服务器冷管的软管,是冷却系统与发热源(CPU/GPU)建立联系的“最后一公里”。由于服务器需要频繁插拔维护,这段连接必须具备柔韧性和可快速插拔的特性。因此,通常会使用特种聚合物软管,并在两端配备快速接头(QDC/UQD),允许在不断液的情况下安全地热插拔服务器。
在RCM上部或LCM管路的端部位置,通常设置有排气阀,用于排出管路内部冷却液蒸汽以维持系统压力平衡。此外,管路系统还会集成电磁关断阀、电动调节阀及自动故障切换阀等组件用于实现冷却液流量调控、异常工况下的快速隔离与系统冗余切换。
液冷服务器内部结构示意图
数据中心液冷系统常见的管路类型主要为软管和金属管。软管主要材料包括三元乙丙橡胶(EPDM)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟硅橡胶(FVMQ)等;金属管主要材料为不锈钢、纯铜等。
不同材料类型管对比,来源国金证券
(1)金属管
主要用不锈钢波纹管(主流材质为304或316L)、工业纯钛管 (TA2)。金属管重量较大,单位长度重量约为PTFE管的2.5倍,这会增加服务器机柜的整体负载。同时,金属本身导电,在服务器内部使用时,必须加装绝缘套管(如0.5mm厚的硅橡胶层)以防止短路风险。
● 高可靠性与长寿命:不锈钢波纹管采用波纹状结构,赋予了它优异的柔性补偿能力 ,能够有效吸收因热胀冷缩或振动产生的应力,减少对连接点的负荷,从而极大提升了系统的长期可靠性。
● 广泛的兼容性:金属材质几乎能与所有类型的冷却液(水基溶液、乙二醇、氟化液、合成油等)兼容,无需担心材料溶胀、降解或杂质析出等问题。
(2)非金属软管
● EPDM(三元乙丙橡胶)软管:是数据中心液冷管道常用的选择之一,通常由内胶层、增强层和外胶保护层构成。其最大优势在于极佳的柔韧性和经济性,便于在狭窄空间内布设复杂管路,且初始成本和安装成本都较低。需要注意的是,传统硫化的EPDM存在硫酸盐浸出污染冷却液的风险,因此应选择过氧化物硫化的改良配方,这类配方几乎杜绝了硫酸盐浸出的问题。其主要局限是不耐油类和有机溶剂,且在高温下会加速老化。
● PTFE(聚四氟乙烯)软管:通常由内层的PTFE管和外层的不锈钢编织加强层构成,具有卓越的化学惰性和宽广的耐温范围,几乎不与任何冷却液或添加剂发生反应,确保了流体的高纯度。此外,其内壁非常光滑,流动阻力小且不易结垢。但柔韧性相对较差,安装时需要较大的弯曲半径,且成本高昂。
● FEP软管(聚全氟乙丙烯)软管:具有极低的表面能和化学惰性,几乎不与任何化学品发生反应,能够有效防止冷却液对管道的腐蚀和污染,同时其自身也不会污染高纯度的冷却液。这种广泛的兼容性使其无论是用于水基溶液如去离子水、乙二醇水溶液还是各类合成冷却液如氟化液的系统中,都能保持长久的稳定性。
冷却管路是冷却液及热量运输的主要通道,管路材料的选择关系到整体系统的可靠运行, 要求耐腐蚀、防泄漏、寿命长、与冷却液适配性。
从功能角度看,智算中心的液冷管路及阀门系统在加工工艺、材料选择等方面要求较为严苛,管路需考虑内壁粗糙度、承压能力、材质兼容性、材料疲劳寿命等因素。相应地,阀门组件须具备响应迅速、结构紧凑、密封可靠等特性。
标准化与智能化是液冷管路及阀门系统演进的核心方向。与快速接头类似,液冷管路系统的标准化设计对提升系统解耦能力及后期运维便利性至关重要。这要求产业链各方在洁净度等级、承压等级、疲劳寿命、管路公称直径与壁厚的执行标准等关键技术参数上达成统一规范。
液冷系统管道相关生产厂商:派克、英维克、川环科技、GF管路、阿法格玛、亚大集团、吉派流体、光迅科技、利通科技、上海行言、凌云工业、江苏帕卓、佛山市美龙管业、无锡市瑞英力特科技、巴茨流体科技、嘉伊达(苏州)流体动力科技等。
资料来源:国金证券、中国信通院、中兴通讯、《全液冷冷板系统参考设计及验证白皮书》、《绿色节能液冷数据中心白皮书》等
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- 热交换核心 :冷板(CPU/GPU专用)、CDU(冷量分配单元);
- 循环网络 :Manifold分液器、EPDM/PTFE管路、快接头;
- 动力与控制 :变频循环泵(如飞龙股份电子泵)、智能温控系统。
