數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，直接決定 IT 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、機(jī)房能耗水平與空間利用率。其核心邏輯是 “場景匹配 + 技術(shù)適配 + 安全冗余”，需嚴(yán)格對標(biāo) GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合機(jī)柜功率密度、地域氣候、業(yè)務(wù)等級等因素差異化規(guī)劃。隨著高密算力需求激增，液冷技術(shù)已成為高負(fù)載場景的核心選擇，本文從設(shè)計(jì)核心目標(biāo)、場景化方案選型、液冷技術(shù)解析、關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等維度，重構(gòu)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯，同步銜接北京中測信通科技發(fā)展有限公司的機(jī)房驗(yàn)收檢測、數(shù)據(jù)中心檢測驗(yàn)證等業(yè)務(wù)，確保方案合規(guī)落地。

一、制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心目標(biāo)：三維平衡

1. 溫度濕度準(zhǔn)確控制

核心指標(biāo)：按數(shù)據(jù)中心等級設(shè)定閾值，A 級機(jī)房冷通道溫度 18-24℃、濕度 40%-60%，B/C 級機(jī)房溫度 18-27℃，溫濕度波動≤±1℃/±5%；

關(guān)鍵要求：無局部熱點(diǎn)（設(shè)備表面最高溫度≤32℃），避免因溫濕度異常導(dǎo)致設(shè)備宕機(jī)或壽命縮短。

2. 能耗與成本平衡

核心指標(biāo)：制冷系統(tǒng)能耗占機(jī)房總能耗比例≤30%，PUE 目標(biāo)值根據(jù)場景設(shè)定（低密場景≤1.4，高密液冷場景≤1.2）；

關(guān)鍵要求：優(yōu)先采用自然冷卻、液冷等低能耗技術(shù)，減少機(jī)械制冷依賴。

3. 安全與冗余保障

核心指標(biāo)：制冷系統(tǒng)可用性與數(shù)據(jù)中心等級匹配，A 級≥99.99%，B 級≥99.9%；

關(guān)鍵要求：核心設(shè)備冗余配置，故障響應(yīng)時(shí)間≤5 分鐘，無單點(diǎn)故障導(dǎo)致的制冷中斷。

二、場景化制冷方案選型：按負(fù)載分級適配

1. 低密場景（機(jī)柜功率密度≤8kW）

適配方案：風(fēng)冷精密空調(diào)系統(tǒng)，搭配冷通道封閉設(shè)計(jì)，安裝靈活且維護(hù)成本低；

優(yōu)化要點(diǎn)：采用變頻空調(diào)，根據(jù)負(fù)載動態(tài)調(diào)節(jié)制冷量；北方地區(qū)可疊加熱管自然冷卻，延長節(jié)能運(yùn)行時(shí)長。

2. 中密場景（機(jī)柜功率密度 8-10kW）

適配方案：風(fēng)冷 + 局部液冷混合系統(tǒng)，核心機(jī)柜采用冷板式液冷，普通機(jī)柜保留風(fēng)冷；

優(yōu)化要點(diǎn)：冷通道封閉與氣流導(dǎo)流板配合，消除機(jī)柜間隙漏風(fēng)，提升制冷效率。

3. 高密場景（機(jī)柜功率密度≥10kW）

適配方案：全液冷系統(tǒng)（冷板式或浸沒式），是高算力場景的選擇；

優(yōu)化要點(diǎn)：搭配微模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)制冷與 IT 設(shè)備的部署，簡化運(yùn)維流程。

4. JI端環(huán)境場景

高溫地區(qū)：采用 “液冷 + 間接蒸發(fā)冷卻” 組合，不受室外高溫影響，穩(wěn)定控溫；

低溫地區(qū)：“自然冷卻 + 液冷備份” 方案，最大化利用自然冷源，降低能耗。

三、液冷技術(shù)深度解析：優(yōu)勢與類型適配

1. 液冷技術(shù)核心優(yōu)勢

傳熱效能更優(yōu)：液體比熱容遠(yuǎn)超空氣，換熱效率是風(fēng)冷的數(shù)十倍，可輕松應(yīng)對 50kW / 機(jī)柜的CHAO高密散熱，解決局部熱點(diǎn)問題；

能耗控制更優(yōu)：無需高功率風(fēng)機(jī)，制冷系統(tǒng)能耗比風(fēng)冷降低 30%-50%，高密場景 PUE 可低至 1.1 以下，遠(yuǎn)優(yōu)于風(fēng)冷的 1.4+；

空間利用率更高：液冷設(shè)備集成度高，冷板式可嵌入機(jī)柜，浸沒式無需大面積空調(diào)機(jī)房，機(jī)房空間利用率提升 30% 以上；

運(yùn)行體驗(yàn)更佳：運(yùn)行噪音≤55dB，無風(fēng)機(jī)高頻振動，既改善運(yùn)維環(huán)境，也能延長設(shè)備壽命；

環(huán)境適配更強(qiáng)：受室外溫度、粉塵等環(huán)境因素影響小，適配高溫、高塵等ji端場景，維護(hù)周期延長至 1-2 年。

2. 液冷技術(shù)類型及適配場景

冷板式液冷：通過冷卻板與 CPU、GPU 等發(fā)熱核心直接接觸傳熱，適配 10-30kW / 機(jī)柜場景，改造難度低，適合現(xiàn)有機(jī)房升級；

浸沒式液冷：將服務(wù)器完全浸入絕緣冷卻液，散熱均勻性ZUI佳，適配 30-50kW / 機(jī)柜的CHAO高密場景，如 AI 訓(xùn)練、超算中心；

噴淋式液冷：通過冷卻液噴淋直接冷卻設(shè)備表面，適配部分特殊高密設(shè)備，需做好密封防護(hù)。

四、制冷系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：細(xì)節(jié)決定成效

1. 氣流組織優(yōu)化

通道設(shè)計(jì)：低密場景采用冷通道封閉，高密液冷場景可簡化通道封閉設(shè)計(jì)，聚焦液冷管路布局；

送風(fēng)策略：風(fēng)冷區(qū)域采用下送風(fēng)方式，冷風(fēng)通過地板靜壓箱均勻分配，送風(fēng)風(fēng)速≥2m/s；

漏風(fēng)控制：空調(diào)出風(fēng)口與通道封閉框架準(zhǔn)確對接，風(fēng)道密封嚴(yán)密，漏風(fēng)率≤5%，避免冷量浪費(fèi)。

2. 管路與布局設(shè)計(jì)

液冷管路：采用耐腐蝕、低導(dǎo)熱系數(shù)的管材，管路走向簡潔，減少彎頭與長度，降低阻力；高壓力區(qū)域設(shè)置泄壓閥，防止管路破裂；

設(shè)備布局：制冷設(shè)備與機(jī)柜就近部署，縮短管路距離；空調(diào)機(jī)房、液冷設(shè)備間預(yù)留≥1.2 米維護(hù)通道，便于檢修。

3. 監(jiān)測與控制設(shè)計(jì)

傳感器部署：冷通道、機(jī)柜前后、液冷管路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均勻布設(shè)溫濕度、壓力、流量傳感器，數(shù)據(jù)采集頻率≥1 次 / 分鐘；

智能控制：搭建制冷系統(tǒng)集中管控平臺，實(shí)現(xiàn)負(fù)載聯(lián)動調(diào)節(jié)（IT 負(fù)載升高時(shí)自動提升制冷量）、模式自動切換（自然冷卻 / 機(jī)械制冷 / 液冷）；

告警機(jī)制：設(shè)置溫度超標(biāo)、壓力異常、冷卻液泄漏等多級告警，通過短信、APP 多渠道推送，響應(yīng)時(shí)間≤10 秒。

五、設(shè)備選型要點(diǎn)：匹配場景與能效

1. 核心制冷設(shè)備

風(fēng)冷空調(diào)：選用 COP≥3.0 的變頻機(jī)型，支持多機(jī)聯(lián)動與冗余切換；

液冷設(shè)備：冷板式換熱器選用gao效傳熱材料，浸沒式冷卻液需滿足絕緣、環(huán)保、低揮發(fā)要求；

自然冷卻設(shè)備：北方地區(qū)選用熱管或間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備，確保低溫季節(jié)穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 輔助設(shè)備

水泵：液冷系統(tǒng)選用變頻水泵，根據(jù)流量需求動態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，降低輸配能耗；

漏水檢測：液冷管路、空調(diào)管道周邊部署漏水檢測繩，配套自動隔離裝置；

冷卻液處理：配置冷卻液過濾、補(bǔ)液設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測冷卻液純度與液位。

六、安全冗余與能效保障：長效運(yùn)行關(guān)鍵

1. 安全冗余配置

設(shè)備冗余：A 級數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備采用 2N 冗余，液冷系統(tǒng)配置雙泵組、雙管路；B 級數(shù)據(jù)中心采用 N+1 冗余，備用設(shè)備自動切換；

應(yīng)急保障：配置備用發(fā)電機(jī)，確保制冷設(shè)備應(yīng)急供電時(shí)長≥15 分鐘（A 級）；液冷系統(tǒng)配套應(yīng)急排空裝置，泄漏時(shí)快速排出冷卻液。

2. 能效優(yōu)化措施

自然冷卻zui大化：優(yōu)化自然冷卻啟用閾值（室外溫度≤18℃時(shí)優(yōu)先啟用），延長全年運(yùn)行時(shí)長；

余熱回收：液冷系統(tǒng)余熱回收率更高，通過換熱器回收熱量用于辦公供暖、生活熱水，提升能源綜合利用率；

北京中測信通服務(wù)銜接：設(shè)計(jì)階段提供標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)咨詢，建成后通過機(jī)房驗(yàn)收檢測、數(shù)據(jù)中心檢測驗(yàn)證，實(shí)測制冷系統(tǒng)能效與安全指標(biāo)，某高密液冷數(shù)據(jù)中心經(jīng)檢測優(yōu)化，制冷能耗再降 12%。

七、設(shè)計(jì)落地核心原則

場景優(yōu)先：按機(jī)柜功率密度、地域環(huán)境選擇制冷方案，不盲目追求GAO端技術(shù)；

合規(guī)為本：嚴(yán)格遵循 GB50174-2017 等標(biāo)準(zhǔn)，確保通過機(jī)房驗(yàn)收檢測；

冗余適配：根據(jù)數(shù)據(jù)中心等級配置冗余，核心業(yè)務(wù)區(qū)域強(qiáng)化液冷系統(tǒng)冗余；

可擴(kuò)展性：預(yù)留 30% 制冷容量與管路接口，支持后期負(fù)載提升與技術(shù)升級。