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数据中心液冷用换热器：CDU、自然冷却和余热利用

作者: HeatEx Direct 编辑团队
阅读时间: 9 分钟
数据中心液冷用换热器：CDU、自然冷却和余热利用

AI 服务器让机柜功率超出了风冷能处理的范围，越来越多的数据中心开始用液体直接冷却芯片。每块冷板后面，都有一串换热器把热量从服务器送到室外空气中，或者送给能利用这些热量的用户。这些换热器选得好不好，决定了设施冷却水能用多高的温度、一年有多少小时可以不开冷水机组，以及液冷回路有多可靠。

本文面向正在采购冷却液分配单元（CDU）、板式换热器或预制冷站的数据中心业主、设计方和承包商。本站产品目录里有艾克森的 ACDU 液冷分配单元、AIS 室外预制集成冷站和 AQ/AA 高效板式换热器。具体项目可以通过询价表提交回路数据。

1. 换热器在哪里

液冷数据中心通常有三个回路。技术冷却系统（TCS）是流经服务器冷板的回路；设施水系统（FWS）是建筑内的冷却水回路；排热系统则通过冷却塔、干冷器或冷水机组把热量排到室外。

位置换热器作用
CDU液-液板式换热器把服务器回路和设施冷却水隔开，让服务器回路保持清洁，并使用自己的压力和冷却液
自然冷却冷却塔水和冷冻水之间的板式换热器室外条件允许时，不开冷水机组也能供冷
排热闭式冷却塔或干冷器把热量排到空气中，设施冷却水不直接接触空气
余热利用接入供热管网的板式换热器把余热送给区域供热或附近建筑

一个实际例子：在字节跳动位于马来西亚柔佛州的 25 MW 数据中心项目中，艾克森提供了一套预制集成冷站，采用"3+1"配置的闭式冷却塔，每台制冷量 3,150 kW，水泵、补水和加药装置都集成在集装箱式模块中。

2. ASHRAE W 级和端差

ASHRAE 第 9.9 技术委员会按液冷 IT 设备能接受的设施冷却水温度对其分级。在 2021 年第 5 版《Thermal Guidelines for Data Processing Environments》中，各级按温度上限命名：W17、W27、W32、W40、W45 和 W+（45 °C 以上）。据 Upsite Technologies 解释，符合某一级，意味着 IT 设备在该级范围内的所有温度下都能满负荷、不降频运行。

CDU 的换热器位于设施冷却水和服务器回路之间，所以它的端差，也就是设施冷却水供水温度和服务器回路供液温度之差，非常关键。举例来说，如果服务器需要 35 °C 的冷却液，端差 3 K 的 CDU 可以使用最高 32 °C 的设施冷却水；端差 6 K 时，设施冷却水就要在 29 °C 或以下。端差越小，设施冷却水温度可以越高，这意味着更多的自然冷却小时数、更小的冷水机组甚至不用冷水机组，余热利用也更容易。代价是需要更大的板片面积。

比较不同 CDU 时，要在相同的设施冷却水温度、服务器回路温度、流量和冷却液条件下比较。不带这些条件的标称制冷量说明不了什么。

3. 冷却液和材料相容性

很多冷板直冷系统使用 PG25。施耐德电气博客上一位 Motivair 工程师的文章介绍：PG25 是 75% 的水和 25% 的丙二醇；25% 是混合液开始抑制微生物生长的浓度；开放计算项目（OCP）推荐使用 PG25。PG25 通常还含有缓蚀剂，用来防止 CDU 和冷板中的铜被腐蚀，并能防冻到约 -10 °C。

对换热器来说，这意味着：

  • 确认板片材料、钎料（如果有）和垫片都适用于这种冷却液及其缓蚀剂配方。请冷却液供应商和换热器供应商就此书面达成一致。
  • 记住乙二醇或丙二醇溶液的传热不如水。达到同样的端差，用 PG25 比用水需要更大的板片面积。
  • 在询价中写清冷却液数据：二元醇类型和浓度、缓蚀剂品牌，以及预计的液温范围。

4. 清洁度：冲洗和过滤

同一篇施耐德电气博客提到，冷板的鳍片间距现在约为 50 微米，未来的设计可能更小。制造、焊接或安装留下的颗粒可能堵塞这些通道，导致芯片过热。所以清洁度要从制造 CDU 及其换热器的工厂开始抓起。

要问供应商：

  • 换热器和管道怎么清洗，发货时怎么封口。
  • 接入 IT 设备之前，建议怎样冲洗。
  • 每个回路配什么过滤，能否在不停机的情况下更换滤芯。不同设计的过滤精度差别很大：艾克森 ACDU 的产品资料标注二次侧过滤精度 100 至 200 µm，一次侧 200 至 300 µm。请向冷板供应商确认它的要求。

5. 冗余和维护

CDU 供冷的服务器不能断冷，所以冗余和效率同样重要。常见做法是 N+1 水泵、双路电源，以及能自动切换的控制系统。换热器方面，两台或多台板式换热器并联，每台都有自己的隔离阀，并且停掉一台后剩下的容量仍然够用，这样一台清洗或维修时，其余的可以继续供冷。只给一台换热器加旁通，冷却液还能循环，但热量排不出去。

设施冷却水这一侧也要注意。开式冷却塔的水会带进灰尘和微生物，使板式换热器结垢。在换热器前装过滤器、做好水处理，或者像柔佛项目那样采用闭式冷却塔，都能让设施冷却水回路更干净。

6. 预制冷站

越来越多的项目选择工厂预制的模块化冷站，而不是在现场施工。艾克森的 AIS 冷站把冷水机组、板式换热器、水泵、冷却塔、阀门和控制系统集成在一个预先组装好的室外机组中，现场只需接通水和电。在2026 年法兰克福数据中心世界展上，该公司表示，与传统现场安装相比，这种方式最多可缩短 50% 的部署时间；这是公司自己给出的数字。

如果采购预制冷站，要索取工厂验收测试（FAT）程序、管道和承压设备的设计规范、运输模块的尺寸和吊点，以及现场接口清单。

7. 余热利用

W40、W45 范围内较高的设施冷却水温度，让余热更容易用于区域供热或附近建筑，通常通过板式换热器，有时还要加热泵。法规也在往这个方向推。据丹佛斯对欧盟政策的总结，根据修订后的《能源效率指令》，1 MW 以上的数据中心在技术和经济可行时，必须利用其余热或采用其他余热回收方式。如果计划做余热利用，从一开始就要在询价中写明供热管网的温度和压力。

8. 询价时要规定什么

项目需要给出的内容
热负荷每台 CDU 和整个系统的负荷，包括当前和最终规模
设施冷却水供回水温度、流量、W 级、水质
服务器回路IT 设备要求的供液温度、温升、流量
端差CDU 换热器的目标端差
冷却液两个回路分别用水、PG25 还是其他，以及缓蚀剂品牌
压力两侧的设计压力和允许压降
材料板片、钎料、垫片、管道；不允许使用的材料
清洁度过滤精度、冲洗和清洗要求
冗余水泵、换热器、电源、控制系统
控制通信协议和监测点
合规你所在市场要求的认证和标志
测试工厂验收测试，以及是否到场见证

9. 对采购的意义

在液冷数据中心里，换热器决定了设施冷却水能用多高的温度，以及能做多少自然冷却和余热利用。对端差、冷却液和清洁度的要求要和制冷量一样认真地写清楚，并在相同条件下比较报价。艾克森等中国制造商现在已经为国内外数据中心项目提供 CDU、板式换热器和完整的预制冷站，值得纳入供应商比较。我们的 HVAC 换热器供应商采购清单也涵盖了建筑冷却系统的相关要点。

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