2026聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书-GF

+GF+2聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书数据处理需求的指数级增长已将传统风冷系统推向极限，从而推动直接液冷（DLC）成为现代数据中心优异的热管理解决方案。本白皮书探讨了聚合物管路系统在确保直接液冷基础设施的可靠性、效率和可持续性方面的关键作用。它考察了耐腐蚀性、机械通过将技术见解与实际实施策略相结合，本文展示了基于聚合物的解决方案如何为未来的冷却基础设施提供保障，使数据中心能3聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书2456888994.聚丙烯(PP)管路专为关键工业应用量身打造的管路材料4聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书5聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书液冷并非新概念——几十年来，超级计算机一直依赖液冷液冷方式能够提供出色的性能和较高的能效。液体的比热够从IT部署中散发的热量高达每机架90kW（尽管效率逐渐降低），而液冷解决方案则能够可靠且高效地支持远超），蒸发冷却是将热量排放到环境中的一种常见方法2。然而，蒸发冷却是数据中心耗水量增加的主要因素，因此如今已45°C/110°F），因此对蒸发冷却的需求大大降低甚至完全消除2。液冷技术可以显著减少设施的用水量，并缓解区域当与热泵或简单的热交换器结合使用时，这些能量可用于区域供热网络或改用于工业用途，随着数据中心努力实现雄心勃勃的可持续性和能效目标，这一话题变得越来越重要。例如，在欧洲，一系列指令和国家法规已经鼓励或要(20°C/68°F,(PG25)5热导率[W/(m*K)]密度[kg/m³]比热容[kJ/(kg*K)][kJ/m3*K]6聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书外部区域区域供冷管网区域供冷管网柜冷却塔该单元是工艺冷却系统（TCS有时也称为二次侧管路））CDU是成套或撬装式机械设备，包含泵、换热器、控制装置和水力组件，通过调节流量并与设施供水系统进行热交此外，CDU通过集成过滤器、传感器以及将工艺冷却系统隔离为闭环系统，来保持液体的纯度和质量。设施供水系统将热量排入环境或余热回收系统。随后，冷却后的液体劣对整个系统的效率与使用寿命至关重要8。冷板内部设有用于强化换热的微通道，微小颗粒或其他杂质极易造成流道堵塞。为防止冷板结垢，必须严格保证冷却液的高纯度与高品质，并抑制微生物滋生。因此，系统通常采用添加7聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书通常，液冷系统属于单相系统，即冷却液在整个冷却回路中始终保持液态。但在部分场景下也会采用两相系统：这类冷却液沸点较低，在冷却芯片的同时会蒸发，随后在外键部件进行冷却，这些部件的发热量约占机房总热负荷的70%–80%，其余部件仍需依赖传统风冷，从而形成混合冷相比其他液冷方案，DLC的一大实用优势在于其架构与常规冷却系统较为接近。数据中心运营商普遍发现，传统风DLC为这类机房改造或扩建项目提供了高效、可靠且可扩冷形式。它通过闭式回路冷板与管路，直接高效地带对于高密度的新建数据中心，浸没式冷却提供了最高的性相系统。然而，在此情况下，服务器被浸没在一种绝缘液体中，该液体直接接触所有发热组件，从而带来两大关键优势：无需中间层即可实现最佳热连接，以及省去了额对），通过液体2可带走95%以上的热量。尽管浸没式冷却具有潜力，但受限于规模化难题以及对新流程和设备的需求，浸没式冷却将服务器完全浸没在绝缘冷却液中，通过浸没式冷却将服务器完全浸没在绝缘冷却液中，通过但受限于规模化部署难题，以及对全新运维流程和配8聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书3.通过可靠的流体输送技术，为可持续的直接不断升高的热密度和提升能源效率的迫切需求，正推动液体输送基础设施在决定这些关键任务冷却系统的长期成功方尽管直接液体冷却技术才刚刚开始在更大范围内应用，但液体的输送在数据中心并非新鲜事物。几十年来，设施供水系统（FWS）一直是数据中心不可或缺的一部分，包括化学处理、工艺用水以及再热和热回收。因此，数据中心见证了多代管路材料的流行。该行业已从碳钢和铜管转向每一次转变都主要源于对提升性能、增强可靠性或提高经济效益的追求。例如，如今，由于TCS回路中的腐蚀和液历史上，钢材的普遍应用基于其行业熟悉度、广泛的可获然而，在DLC系统中，运行条件处于聚合物的适用参数范此外，该行业正通过新型冷却液和日益小型化的冷板特性），求冷却液具有更高的纯度和广泛的化学相容性。在这两个高性能聚合物是一种工程材料，能够满足半导体制造或数据中心等要求严苛、任务关键行业的机械、化学和热性能聚偏二氟乙烯（PVDF）。作为一种工程解决方案，具体的聚合物管路的一个根本优势在于其固有的耐腐蚀性，相比之下，金属材料易受多种腐蚀的影响。在数据中心冷却系这增加了液体监测和加药系统的复杂性，因此人们对无腐对优化性能和提高效率的追求，催生了对新型冷却液的需水的混合液5。除腐蚀抑制剂外，这种混合液还添加当乙二醇被添加到水中时，由于导热率和比热容降低，而密度和粘度增加，整体冷却性能会下降11。表1给出了一个简单的比较。这意味着使用水（尤其是去离子水）的直接液冷（DLC）系统可以更有效地散热，从而有可能实现更高的服务器密度和更低的泵送速率。例如，在一个长70米的DLC回路中，由于去离子水的粘度较低，其相对压力损由于去离子水不含溶解矿物质，因此具有高度腐蚀性。当发生反应，形成新的化合物。虽然金属本身会流失到循环9聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书即使能够输送腐蚀性更强的超纯水，也能对去离子水保持图3给出了腐蚀深度和颗粒释放的示例计算。在J-13井），和聚合物管路进行了为期10年的比较。在此条件下，腐但假设腐蚀速率为0.87微米/年，则十年内颗粒释放量可10年内的腐蚀深度[微米]SS304SS316聚合物图3：使用文献中的最大和最小腐蚀速率，对水环境中管路使用10年进行3.3提高冷却液的纯度和质量，以系统的过滤要求正在迅速提升。半导体制造业之前也出现过类似的纯度要求提升趋势。目前，过滤25-50微米很快然而，这一要求与半导体制造中所采用的标准相去甚远。目前，半导体加工中超纯水应用的主流标准——SEMlF63，要求关键粒径小于5纳米（0.005微米），比当今在DLC系统中，过滤会导致显著的压降，但在释放的颗粒积聚并对敏感设备及部件如泵、阀门，尤其是冷板造成损坏之前，过滤是去除这些颗粒的必要手段。然而，由于冷放出的污染物会先到达冷板及其微通道，然后才从介质中聚合物管路能够满足超纯水系统的严格标准，可显著降低堵塞和结垢的风险，同时减少对复杂且频繁的微米级过滤聚合物管路相较于金属管路的另一大优势在于其表面极其光滑，这既得益于其制造工艺，也源于前文所述的无腐蚀从而导致摩擦损失增大并使内径减小。由于体积层流流量Q与管路直径D之间的关系与直径的四次方成正比，即Q∝D^4，因此即使直径发生微小变化，也会对流量产生显著影响。因此，金属管路的腐蚀控制至关重要。聚合物管路不会发生腐蚀，因此具有可预测的流动特性，无需通钢管中湍流的示例计算。假设表面粗糙度从k=0.015毫米年后，管路表面累积的腐蚀产物层（包括堵塞区域、生物 -4%2,2062,12410年内体积流量减少[l/min] -8%240llllk=0.015增加到0.03毫米，且在10年内管路表面累积形成总厚度为0.5毫10聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书理工艺15。通过电抛光这一额外步骤，金属管路可以实现精细的表面光滑度。然而，这会提高初始资本支出并延长表面光滑度不仅影响流动摩擦，还影响生物膜的附着和生并需要使用强效化学添加剂进行控制。此外，用于处理生物膜的化学物质具有腐蚀性，可能会损坏冷板等敏感的管路系统组件。通过最大限度地减少生物膜的形成，塑料管路降低了对这类添加剂的依赖，从而可能节省成本并实现更环保的运行。不同管路材料上生物膜的生长情况如图524354,5在直接液冷系统中，管路对于实现高效的系统性能至关重要。随着热密度的增加以及对能耗问题的日益关冷却液的初始选择、保持其性能以及维护光滑的管路11聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书聚丙烯是一种用途广泛且常用的聚合物，广泛应用于各种工业和消费领域。聚丙烯是一种半结晶聚合物，其结晶相可根据材料是否成核以及成核方式的不同而呈现多种形态。结晶相的类型和一种特殊形态的材料——β成核聚丙烯均聚物(βPP-H），与标准聚丙烯和金属替代品相比，具有更优异的耐化学性和长期耐久性。如图6所示，β改性材料因其优异的形态结构，与标准(α)材料相比显著提高了韧性。β改性是通过添加特殊的成核剂实现的。专门的加工工艺有助于形成内部应力极小的均匀细密结构，从而进一步提升了此外，β型均聚聚丙烯(βPP-H）具备更优异的耐化学腐蚀性，这一特性对直接液冷（DLC）系统尤为重要——该系统使用含多种添加剂的冷却液，以优化系统性能。β在液冷数据中心中，侵蚀是一个常见的挑战，尤其是在高流速点，如冷却分配单元（CDU）的出口。与金属相比，高性能聚合物管路（如βPP-H）具有显著优势：由于其数据中心的建设与运行对材料机械强度有着极高要求，其管路系统可能会面临振动、冷热循环、意外撞击以及地震应力的风险。金属材料虽强度极高，却以重量为代价，而高性能聚合物则能在强度与轻量化设计之间实现最佳平衡。图7对比了β型均聚聚丙烯(βPP-H）与低结晶度聚丙烯（PP-R）的机械强度。结晶度越高，材料的强度与刚度此外，βPP-H的刚性足以支撑整套管路系统，而PP-R材质偏软，并不适用于阀门等承压部件。不仅如此，βPP-H刚性更高，不易弯曲下垂，因此管路支架的安装间距可以的衍生材料，在高温环境下的长期耐压性能得到提升。短TensileModulusin[TensileModulusin[MPa]MRSImpactstrengthinkJ/m+73%750750+25%8长期强度+27%+92%冲击强度图7：根据ISO15494要求对聚丙烯力学性能的比较βPP-H的冲击强度为50kJ/m²,而PP-R为20kJ/m²。12聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书氯以及氯化物和硫酸盐等盐类的存在，在市政应用中给聚氯是一种强氧化剂，会对管道产生化学腐蚀（氧化），导致管壁表面变得粗糙。这种粗糙度会导致裂纹缓慢扩展（SCG）。铜颗粒和铜离子的存在会加速这一过程，因为系统中不太可能出现高浓度且长期存在的氯。与市政供水系统不同，市政供水系统中的水是供人类饮用的，而DLC系统则不需要杀菌和杀毒功能。因此，不会维持氯含量，的温度下，持续暴露于最高2ppm的氯浓度中，且预期使并且根据广泛的工业经验，只要避免以下风险情况，这对物理接触的纯铜/铜合金，而介质中也含有铜或其他属离子，从而形成氧化还原环境。为减轻这种风险，应避在混合金属离子存在的情况下，这会形成一个氧化还原环境。然而，在DLC的应用中，这种情况被•游离氯和铜离子会长时间同时存在，尤其是在温度升高和pH值低于7的情况下。如上所述，由于氯的快速溶解，这7.AmericanSocietyofHe13聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书管路系统的完整性高度依赖于其接头的可靠性。为了满足DLC系统的高要求，需要洁净、均匀且高度可靠的连接，而这只有通过红外（IR）焊接才能实现。红外焊接是一种非接触式焊接方法，利用红外辐射精确控制温度并形成分子键合，如图8所示。由于没有直接接触焊接气体或任何填充物，消除了污染的风险，确保了焊接的最高可靠性以），的结晶度均匀（右图），图中为管路内表面在透射光下的图像，经偏振光多项标准的建议，金属焊接管路在调试前应进行清洗和钝化处理。清洗旨在清除焊接残留物，而钝化则能使不锈钢表面的天然氧化铬保护层得以形成和再生。由于该过程涉及酸溶液和其他化学物质，因此，在钝化后进行彻底冲洗由于聚合物不会腐蚀，因此可以避免钝化处理以及随后的冲洗。此外，红外焊接对管道回路无污染。正如BSRIA所指出的，聚合物管路“与钢制和铜制管路相比，污垢相关的问题更少，因为连接方法通常更清洁，且不存在腐蚀风通常，无论管路材料如何，焊缝处的低应力是接头可靠性由于红外焊接（IRwelding）能够在焊缝中产生最小的内应力和均匀的结晶度，因此显著降低了接头长期失效的风），行的拉伸试验显示，焊缝处的材料性能保留了母材强度的96%。这一数值远高于所需的最低值60%，表明接头质量优异。同时，由于焊接区域的材料厚度也有所增加，因此该区域通常比原始管路更坚固。相比之下，金属管路的焊左侧为取样截面示意图，右侧为各截面的材料结构分析（WAXS）。用于14聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书红外焊机对温度和压力的精确控制可减少应力，从而形成红外焊机对温度和压力的精确控制可减少应力，从而形成进生物膜生长，因此通常希望焊缝越小越好。熔接焊缝的外观因技术、材料以及温度控制、对准精度和环境条件等其他几个关键因素而异。这些因素对于在关键任务应用中红外焊接（红外焊接（IRwelding）可实现焊缝强度达到母材强度的96%。该技术确保连接清洁、均匀，且在调试过程中无污染风险，冲洗要求极低。通过全自动化和每个焊缝的全面数字可追溯性，实现了无与伦比的可高-（无变化）低中全球15个预制工厂中使用的500多台高性能焊机，使得平均每240万次焊接仅发生一次故障。这种卓越的可靠性自动红外焊接机实时监测和调整环境参数（如海拔高度和以确保每条焊缝的完整性。为了实现完全的可追溯性，每条焊缝及其对应参数都会以唯一的焊缝ID进行存储，并可在之后进行检索。此外，如果需要额外的质量控制步骤，还可以应用最先进的数字检测技术，例如使用焊缝检测GF的全面质量管理方法侧重于自动化和数字化检测，原因很简单：在所有行业和领域中，接头失效很少与技术相关——绝大多数是由人为错误和设备操作不当引起的。因此，对于像DLC这样的关键任务应用，焊接的自动化和数15聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书总体而言，与能源密集型的金属管道制造相比，聚合物管异是聚合物系统相较于金属系统具有更低隐含碳的关键因Hd160/SDR17.6）管路系统的对比示例。在此情况下，将不锈钢系统替换为聚合物系统可使系统层面的隐含碳减少本例中的二氧化碳排放值是使用ecoInvent数据库26以及可获得的产品环境性能声明（EPD）为产品生命周期的原材料阶段（A1）计算得出的。运营碳排放的比较应基于实际数据中心运营的数据，而针对此EcoStruxure参考设计值得注意的是，在全生命周期评估中，当前尚不成熟的塑料回收工艺可能会缩小聚合物与金属之间的差异，因为金属的回收更为常见。另一方面，高质量聚合物系统的使用寿命通常超过25年，这在一定程度上缓解了这一问题。降低更换频率将显著减少相关的资源消耗、排放和废弃物产与不锈钢相比，聚合物的密度更低，因此系统重量显著减总体而言，更轻的组件具有诸多优势。一方面，对于现场工作人员而言，这些组件更易于操作，无需使用重型起重设备，从而降低了事故风险，并使施工流程更加高效。另一方面，重量减轻直接意味着物流更为简便，且运输过程此外，重量限制会制约预制模块的尺寸。大型预制模块更-56%1”快速连接阀1”快速连接阀-64%-64%DLC回路2.0DLC回路2.06,990DLC回路DLC回路3,450回路的对比。二氧化碳排放计算仅显示A1阶段（原材料）的值。使用来自16聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书少了液体向周围环境的热量传递。在机房中，这意味着更多热量会被DLC系统带走，而不是逸散到空气中，从而避免给机房的空调系统带来额外负担。此外，如果采用废热热量。例如，芬兰和瑞典的数据中心已经启用了首批WHR使用预保温聚合物管路可进一步实现节能，在德国阿彭韦金属制品的制造过程能耗巨大，而采用聚合物管道系金属制品的制造过程能耗巨大，而采用聚合物管道系聚合物管路系统的轻量化特性为其带来了诸多相关的17聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书尽管聚合物管道系统在性能、可靠性和可持续性方面具有明显优势，但能否键在于能否将理论转化为现实。这正是工程专业知识、经过验证的流量性能而精心设计。其优化的流量特性可最大限度降低冷却回路的压降，进而直接降低循环泵的能耗——这是数相比传统方管分水器具备更优的流量性能，在外形尺寸相根分水器压降不超过50mbar（0.73psi）AdjustedAdjustedVelocity]m/s]4.02.00.08006004002000895682511375224202为保障关键业务稳定运行，GF的管路系统及组件均按照严苛的国际质量标准进行生产与测试。通过静态和动态测试•单一责任的保修这种严苛的质量管理体系，确保产品在最高18聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书7.3在关键任务环境中拥有超过35GF在为要求最苛刻的行业（如微半导体）提供管路系统方面拥有丰富的经验，在这些行业中，超高纯度、材料性能和运营承诺的履行至关重要。GF能够满足这些行业的严格标准，这一点从多项表彰供应商卓越表现和质量的奖项中关键任务应用，如DLC，需要高度可靠的连接。考虑到这些应用，GF自1991年以来一直处于聚合物红外焊接技术智能自动化以及完整可追溯性的焊接技术，确保责任明确正因如此，GF采用整体解决方案，提供最先进的自动化焊接技术，以及精密的无损检测工具，并搭建一个可实现全程追溯的数字化平台。此外，GF还为购GF在全球拥有15个预制中心，提供全面的预制服务。据境中经过测试和制造的大型预制管段，最大限度地减少了预制化还能加快安装进程，并减少现场对熟练、专业劳动力的需求。爱尔兰的一家超大规模数据中心运营商已经证明了预制化和场外制造所能带来的显著时间效益，该运营作为工业应用聚合物管路系统的领先供应商，GF在管路设计方面也积累了丰富的经验，能够为客户提供支持。我们先进的工程服务包括将金属设计安全转换为聚合物设计，并具备全面的计算流体动力学（CFD）能力，以实现流量优化。GF还提供管路应力分析、安全支架设计以及地震分GFGFLiquidCore产品系列提供高性能液冷解决方案，通过优化介质流量，从而降低能耗并实现更高的机架密度。凭借严格的质量标准、先进的焊接技术和预制19聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书介质纯度的长期稳定性331231生产基地，以“本地化服务”为理念，确保客户能够享受到响应迅速的服务、快速的交货时间以及量身定制的技术支持。全球15个预制中心通过实现并行预制装，进一步加快了项目进度。无论是在西雅图、上海还是新加坡，GF都是您在全球范围内建设数据中心值得信赖的数据中心行业对提高冷却效率和可持续性的不懈追求，推中，管路系统的选择对于确保这些先进冷却系统的长期性GF在这一变革中处于领先地位，倡导使用高性能聚合物作为传统金属管路的优越替代品。高性能聚合物管路系统具有一系列显著的优势：长期耐腐蚀性、超光滑内壁和防泄漏的红外焊接技术。这些特性带来了更优的流体性能、更广泛的冷却液兼容性、更高的冷却液纯度、快速可靠的安使得能够建造更大的预制模块，从而提高了可靠性，加快了项目进度，并增强了工人的安全性。其较低的导热系数最大限度地减少了热量损失，提高了能源效率，特别是在涉及余热回收的应用中。重要的是，与金属管路相比，塑料管路的制造碳排放量显著降低，这与对可持续数据中心如LiquidCore这样的先进解决方案，以及在红外焊接技术方面的开创性工作。这种非接触式焊接方法确保了焊接点清洁、均匀，且具有卓越的强度和可靠性，从而进一步提高了DLC系统的完整性和使用寿命。凭借高性能聚合物管路解决方案的全面产品组合、全球业务布局以及在关键任系统设计、建设和运营方面具有独特的合作优势。选择高效且具有成本效益的解决方案，以应对数据中心行业不20聚合物管路在直接液冷中的作用白皮书/file%20library/technical%20resources/bookstore/emergence-and-expansion-of-liquid-cooling-in-Availableat:/10.1016Availableat:https://assets.danAvailableat:/content/dam/gfps/com