数据中心全液冷系统设计规范（征求意见稿）

1T/CIEPXXXX—XXXX数据中心全液冷系统设计规范本文件规定了数据中心全液冷系统及其配套装置的基本要求、技术要求和检测方法。本文件适用于冷板式液冷系统（包括单相和双相）、浸没式液冷系统（包括单相和两相浸没）、喷淋式液冷系统的设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T8446.2电力半导体器件用散热器第2部分：热阻和流阻测量方法GB/T9254.1信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容第1部分：发射要求GB/T9254.2信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容第2部分：抗扰度要求GB/T18442.3固定式真空绝热深冷压力容器第3部分：设计GB/T19413数据中心和通信机房用空气调节机组GB/T29531泵的振动测量与评价方法GB50242建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范YD/T3979数据中心浸没式液冷服务器系统技术要求和测试方法YD/T3980数据中心冷板式液冷服务器系统技术要求和测试方法YD/T3981数据中心喷淋式液冷服务器系统技术要求和测试方法YD/T3982数据中心液冷系统冷却液体技术要求和测试方法YD/T6358冷板式液冷数据中心技术要求3术语和定义YD/T3979、YD/T3980、YD/T3981、YD/T3982中界定的以下术语和定义适用于本文件。3.1单一冷却回路singlecoolingcircuit系统中任何一个独立且具备冗余备份功能的冷却环节。4设计原则4.1可靠性原则系统应具备冗余设计和故障应对能力，确保数据中心连续稳定运行。关键部件（如冷塔、水泵、CDU、管路、服务器机柜等）应有备份，单点故障不应导致系统整体失效。4.2能效最优原则充分利用液冷系统的高效散热特性，优化系统设计，降低数据中心PUE值。全液冷系统设计PUE应不高于1.15。4.3可维护性原则T/CIEPXXXX—XXXX2系统设计应便于维护和操作，关键部件应易于检修和更换。快速接头、阀门等部件应布置在易于操作的位置。4.4可扩展性原则系统应支持按需扩展，满足数据中心分阶段建设或功率密度提升的需求。管路系统应预留适当扩容空间。4.5安全性原则系统应具备完善的安全防护措施，包括漏液防护、电气隔离、压力保护等，确保人员和设备安全。5系统组成全液冷系统由以下子系统组成：1)二次侧循环系统应包括冷板/浸没腔体、泵组、二次侧管路、温度传感器、压力传感器、补液系统、阀门等；2)一次侧循环系统应包括热冷源设备、泵组、一次侧管路等；3)冷却液分配系统应包括冷量分配单元（CDU）、歧管、快速接头、阀门等；4)监控管理系统应包括传感器、控制器、监控软件、报警装置等；5)安全防护系统应包括漏液检测、泄漏防护、压力保护、电气保护等；6)不同类型液冷系统配置要求应符合表1中要求。表1不同类型液冷系统配置要求度冷冷景6系统技术要求6.1通用要求全液冷系统应符合以下要求：1)系统应能在单一冷却回路故障时：——低功率密度场景（单机柜小于20kW）维持IT设备核心温度小于85℃的时间不小于1h，期间支持正常业务运行；——中功率密度场景（单机柜在20kW~60kW）维持IT设备核心温度小于90℃的时间不小于30min，期间系统自动触发负载降额，保障关键业务数据安全；——高功率密度场景（单机柜大于60kW）维持IT设备核心温度小于95℃的时间不小于15min，期间启动应急冷却预案，确保数据完整备份；——所有场景下，故障后IT设备核心温度不得超过硬件安全阈值，且系统应具备故障报警、自动记录日志功能。T/CIEPXXXX—XXXX32)配备CDU设备级冗余和亚设备级泵冗余，冗余设计符合YD/T3980-2021中5.2.2部分的要求；3)主泵故障时备用泵应能在60s内自动启动；4)机房空调噪音限值应符合GB/T19413中的要求；5)系统应具备冷却液过滤系统，维持冷却液性能稳定，一次侧过滤精度不宜大于300μm，二次侧过滤精度宜小于等于50μm；6)应采用模块化架构设计，支持系统的灵活扩展与部件的独立维护；7)供液口、回液口、排液口及线缆管道穿壁接口均应设置套管，套管与管道之间应采取密封措施，运行时冷却介质无泄漏，挥发量需低于机房安全限值；8)根据管路铺设情况进行泄漏监测单元安装，重点覆盖液冷管道下方、接头处、阀门下方以及CDU设备底座内部等潜在泄漏风险区域；9)与冷却液接触的材料（金属、密封件、塑料、线缆绝缘层等）应与所选冷却液具备长期的化学兼容性，不应出现明显腐蚀、溶胀、降解或性能劣化；10)金属部件年腐蚀速率应低于0.2mg/cm2；11)应设计排液口和清洁口，便于冷却液更换和腔体（包括腔体所有内表面、内部支撑框架、隔板、导流板等）清洁；12)系统使用环境条件应符合YD/T6358中5.1.1的要求；13)系统中所用非金属件应符合《绿色数据中心政府采购需求标准（试行）》中6.1的要求；14)在静态或动态条件下测试，系统中每立方米空气中粒径不小于0.5μm的悬浮粒子数应少于17600000粒；15)系统中电气设备及控制器，其电磁发射和抗干扰能力需满足GB/T9254.1及GB/T9254.2中规定的A级限值要求。6.2冷板式液冷系统6.2.1一般要求冷板式液冷系统应满足YD/T6358和以下要求：1)冷板与CPU/GPU等发热元件的接触热阻应不大于0.03°C·cm2/W；2)冷板设计应保证压力损失在合理范围内，单板压力降不应超过50KPa；3)系统静态真空泄漏率不大于1×10—6Pa・m3/s，压力保持率不小于99.5%；4)可在系统中加入流量调节模块和电磁阀，根据节点的实际负载动态调节冷却液流量6.2.2冷板技术要求冷板应满足以下技术要求：1)接触面应采用高导热材料，如铜、铝等；与电子元件接触部分应保证表面平整度不大于0.1mm；2)内部流道设计应优化湍流效应，提高换热效率；流道分布均匀，避免死区；3)采用标准化快速接头，支持盲插操作，插拔寿命不低于5000次；4)具备电气绝缘措施，防止冷却液泄漏导致短路；5)密封结构采用氟橡胶圈或金属密封，接口处做防泄漏强化处理。6.2.3冷却液分配单元(CDU)冷板式液冷系统的CDU应满足以下要求：1)板式换热器换热效能应符合表2的要求；2)温度控制精度小于±0.5°C，流量控制精度小于±5%；3)CDU工作压力应在0.2MPa~0.6MPa范围内。T/CIEPXXXX—XXXX4表2板式换热器换热效能对照表≤200kW6.3浸没式液冷系统6.3.1浸没式液冷系统通用要求浸没式液冷系统应满足以下要求：1)浸没腔体强度应符合YD/T3979中6.2的要求，浸没腔体强度应大于满配情况下的强度要求；2)腔体应配备观察窗或液位指示装置，便于日常检查；3)系统应设置挥发控制装置（包括风冷预冷装置、蒸汽处理装置等），通过精确温控减少挥发，并对已产生的蒸汽进行收集处理，减少冷却液挥发损失；4)腔体应设计为全密封结构，防止灰尘、湿气进入；5)配备泄压装置，防止内部压力异常升高。6.3.2两相浸没式液冷系统6.3.2.1两相浸没式液冷设计要求两相浸没式液冷系统应满足以下要求：1)系统应按照GB/T18442.3的要求进行承压容器设计，能够承受最大工作压力及真空状态下的外部压力；2)设计工作压力范围应覆盖从深度真空（如-0.1MPa）到最大预期蒸汽压力（0.3MPa~0.5MPa）表压；3)应采用主动压力控制系统，通过调节冷凝器换热能力或使用微压调节阀，将系统内部压力波动控制在±2kPa内；4)应设置多重压力保护装置，包括先导式安全阀、爆破片和软着陆保护系统，防止压力异常升高或真空度破坏；5)系统静态真空泄漏率应低于1×10-6Pa·m³/s，每年压力上升幅度不超过设计值的5%；6)服务器组件布局应充分考虑沸腾nucleationsite的分布，高热流密度元件应优先布置在利于气泡脱离和液体补充的位置；7)设计临界热流密度（CHF）安全裕度不低于1.5；8)在芯片表面可设计微纳结构增强沸腾传热，使沸腾换热系数不低于50000W/(m²·K)；9)蒸汽上升通道截面积应根据最大热负荷下的蒸汽体积流量计算，蒸汽流速控制在3~5m/s，避免过大的流动阻力；10)冷凝器应采用分区布置，顶部主冷凝器负责70%以上负荷，侧壁辅助冷凝器平衡局部热区；11)冷凝器换热面积需有15%~20%的设计余量，确保在部分堵塞或污垢情况下仍能满足全负荷散热需求；12)冷凝液回流路径应采用亲液性涂层或毛细结构促进液体回流。6.3.2.2不凝气体分离排除两相浸没式液冷的不凝气体分离排除系统应满足以下要求：13)应配备自动不凝气体分离和排除系统，在冷凝器最高点设置气体聚集腔和自动排气阀；14)应采用温差法或压力震荡法实时监测不凝气体浓度，当体积浓度超过5%时自动启动净化程序；1)排除管路应设置分子筛过滤器，防止冷却液蒸汽随不凝气体一起排出造成工质损失。6.3.3系统控制与安全保护T/CIEPXXXX—XXXX56.3.3.1智能控制系统浸没式液冷的智能控制系统应满足以下要求：2)应采用基于饱和温度的压力设定点控制，通过调节冷凝风机转速或冷却水流量维持压力稳定；3)建立热负荷-压力-冷凝能力的前馈控制模型，在负载突变前提前调整系统运行状态；4)设置多级温度压力报警，预警阈值设置在正常值的80%，紧急停机阈值设置在安全限值的90%。6.3.3.2应急安全系统浸没式液冷的应急安全系统应满足以下要求：1)应配备冗余的真空维持系统，在主冷凝器失效时启动应急喷淋冷凝装置。2)应设置快速卸压系统，在检测到压力急剧升高时，通过可控卸压阀将蒸汽导入备用冷凝单元。3)机柜应集成VESDA极早期烟雾探测系统，能够在可见烟产生前检测到过热分解产物。6.4喷淋式液冷系统喷淋式液冷系统应满足以下要求：1)收集系统应确保至少95%的喷淋冷却液能够有效回收，防止冷却液积聚在非预期区域；2)单个喷淋头的流量范围应能在0.5L/min~10L/min内可调，喷雾分布均匀度偏差不超过±10%，喷淋头应采用模块化设计，便于维护和更换，拆装时间不超过5min；3)喷淋头应配备过滤网或自清洁机制，防止颗粒物堵塞喷孔。过滤器精度不低于50μm，压差报警阈值设定为0.05MPa；4)喷淋头安装位置误差应控制在±2以内，确保喷雾精准覆盖目标芯片。安装支架应具备-5°~5°微调功能，便于现场调整；5)各喷淋头间流量偏差应控制在±5%以内。系统应配备流量调节装置，确保每个喷淋头获得设计流量；6)喷淋系统泵送功耗应不超过服务器整机功耗的5%。系统综合能效比（COP）应不低于3.0。6.5配套系统要求6.5.1冷却液要求冷却液应满足YD/T3982-2021中要求；冷却液应具备易于生物降解的特性，在28天快速生物降解性测试中，其生物降解率应不低于60%，冷却液及其降解产物的急性毒性浓度均应符合YD/T3982中7的要求。6.5.2管路系统管路系统应满足以下要求：1)根据冷却液特性选择合适的管材；2)根据流量和流速要求计算管径，主管道流速控制在1.5m/s~2.1m/s，各支路管道流阻差异不能超过10%，以保证流量分配均匀；3)不同功能的管道应按照标准颜色标识，标明流体方向和流体类型，标识间隔不宜超过10米；4)数据中心内冷液管宜采用地板下走管方式，并做好防水、漏水和排水措施。冷却环路的管路下走管时，架空地板净高不宜小于600mm；上走管时，机柜顶部净高度空间不宜小于600mm；5)管道应设置适当坡度，在高点设置排气阀，低点设置排水阀，便于系统排空和排气；6)对于长距离管道，应设置膨胀节或U形弯管，吸收热胀冷缩产生的应力；7)管道应采取适当的保温措施，防止结露和能量损失；暴露在公共场所的管道应设置防护措施；8)管道支架间距应符合GB50242中要求，防止因重力或热胀冷缩引起变形。6.5.3泵与阀门泵与阀门的选择应满足以下要求：1)应选择高效节能型泵，配备变频驱动，能够根据负载调整流量；2)电机防护等级不应低于IP54，绝缘等级不应低于F级。轴承设计使用寿命L10不应低于50000h；3)泵的振动应符合GB/T29531表3中规定的B级振动级别要求T/CIEPXXXX—XXXX64)关键部位应安装关断阀，便于设备维护；5)阀门主体材料应与管道材料相匹配，与冷却液接触的部分宜采用不锈钢；6)阀门应在最大工作压力下保持密封