随着GPU集群、AI服务器等高功率设备的普及，传统风冷系统在散热效率与能耗控制上逐渐受限，浸没液冷技术凭借“直接换热、自然冷源利用”的先天优势，成为数据中心低碳转型的重要选择。北京中测信通科技发展有限公司结合联想福州数据中心、宁夏联通数据中心等液冷项目实践，从架构设计、冷源适配到改造落地，梳理可落地的全流程方案。  

一、浸没液冷系统的核心设计差异：突破传统风冷思维  

与传统风冷系统相比，浸没液冷的设计逻辑需围绕“液体特性”与“系统协同”重构，核心差异体现在三个层面：  

1. 机柜布局与空间利用  

   液冷机柜采用服务器垂直安装（替代传统水平插拔），机柜间距与通道设计需重新规划。联想福州数据中心测试显示，背靠背布置的液冷机柜（间距1.2m）比面对面布局出柜率提升15%，但需预留CDU（冷却液分配单元）维护空间（≥0.8m）。设计时需通过CFD模拟验证：  

   - 机柜排列方式（背靠背/面对面）对冷却液管路长度的影响（管路每延长10m，泵组能耗增加约3%）；  

   - 楼板承重适配（单台液冷机柜装满冷却液后重量达800-1200kg，需局部加固至≥1.5kN/㎡）。  

2. 冷却液循环系统设计  

   冷却液成本占液冷系统初期投资的20%-30%，需通过管路优化减少用量。宁夏联通数据中心采用“双供双回”管路设计（见图1），相比单回路减少冷却液填充量18%，同时实现单点故障冗余（某段管路检修时，切换备用回路不影响机柜供液）。关键设计指标：  

   - 管路流速控制在1.5-2.0m/s（避免湍流导致的压力损失）；  

   - CDU与机柜的距离≤15m（降低沿程阻力，泵组功率可减少10%）。  

3. 散热效率与IT设备适配  

   浸没液冷允许更高的进液温度（25-50℃），但需与服务器耐受阈值匹配。中原大数据中心测试显示，当进液温度从30℃升至35℃时，CPU核心温度仅上升2℃（仍低于85℃阈值），但冷源能耗降低12%。设计需验证：  

   - 不同负载下的温差控制（服务器进出液温差宜保持5-8℃，避免局部过热）；  

   - 冷却液绝缘性（击穿电压≥30kV，符合T/CIE087-2020标准）。  

二、新建项目冷源选型：开式与闭式冷却塔的场景适配  

冷源是液冷系统节能与成本控制的核心，需结合气候条件、运维能力选择方案：  

1. 开式冷却塔方案  

   - 适用场景：夏热冬暖地区（如华南）、运维团队具备水质管理能力的项目；  

   - 优势：造价仅为闭式塔的1/3-1/5，无喷淋泵能耗，可搭配无风机设计（自然通风）将PUE降至1.1以下；  

   - 关键措施：  

     - 采用镀锌管道（替代碳钢）减少腐蚀，某项目运行2年后水质仍保持清澈（浊度≤5NTU）；  

     - 增设自动加药系统（阻垢剂+杀菌剂），控制军团菌含量≤100CFU/mL。  

2. 闭式冷却塔方案  

   - 适用场景：北方寒冷地区（需防冻）、对水质要求极高的金融机房；  

   - 优势：冷却水与空气隔离，可直接使用乙二醇溶液（浓度30%时防冻温度达-15℃）；  

   - 优化方向：  

     - 取消喷淋泵（采用重力喷淋设计），降低能耗约8%；  

     - 定期更换乙二醇溶液（每2年1次），避免氧化产生羧酸腐蚀管道（某项目因未及时更换导致盘管泄漏，维修成本增加5万元）。  

3. 混合冷源方案  

   奥飞迅云酒仙桥数据中心创新采用“开式塔+板式换热器”组合：夏季用开式塔散热，冬季切换至板式换热器利用室外冷空气（干球温度≤5℃时），全年自然冷源利用率提升至85%，较单一冷源节电20万度/年。  

三、既有机房改造：低成本实现液冷升级的路径  

老旧机房改造液冷的核心是利用现有资源降低投入，中测信通在金阳大厦全国股转公司维保项目中验证了一套经济方案：  

1. 冷源复用  

   - 主冷源：沿用原有冷却水系统（冷却塔+冷却泵），通过新增过滤器（精度50μm）控制水质；  

   - 备用冷源：利用闲置的冷冻水管路（原风冷空调遗留），CDU设计双接口实现切换（主备切换时间≤10秒）。测试显示，该方案较新建冷源节省投资40%。  

2. 管路与阀门优化  

   - 阀门精简：传统风冷系统需2个串联阀门，液冷CDU（1用1备）可减至1个（见图2），某改造项目减少阀门30个，节省管路成本15%；  

   - 压力匹配：当冷冻水压力（3.5bar）高于冷却水（2.0bar）时，在切换阀后增设减压装置，避免CDU接口承压超标。  

3. 负载迁移策略  

   分阶段替换机柜（每次不超过总数量的20%），避免冷源瞬间过载。某项目通过“先低功率机柜、后高功率集群”的迁移顺序，确保改造期间机房PUE稳定在1.4以下。  

四、设计验证与风险控制  

液冷系统需通过严格测试规避隐性风险，中测信通的标准化验证流程包括：  

- 密封性测试：对液冷机柜、管路进行1.5倍工作压力（约6bar）保压24小时，泄漏量≤0.1L/h；  

- 动态负载测试：模拟IT负载从30%突增至100%，验证CDU流量调节响应时间（≤30秒）；  

- 极端场景验证：关闭主冷源后，记录液冷机柜温度升至40℃的时长（需≥15分钟，预留应急处理时间）。  

浸没液冷技术的推广不仅是散热方式的升级，更是数据中心从“高能耗”向“低碳化”转型的关键抓手。通过科学的架构设计、冷源适配与改造策略，既能满足高密度算力的散热需求，又能将PUE控制在1.2以内，为数字经济发展提供绿色算力支撑。  

关键词：浸没液冷设计、数据中心冷源优化、液冷机房改造</doubaocanvas>