液冷 定义为必须向实体供应液体以进行运营的情况。 重要的是要记住，该定义并不将冷却液限制为水。 可以考虑应用多种液体，包括在冷却回路的一部分中可以处于气相的液体。
- 空气冷却定义了仅必须向实体提供空气才能运行的情况。
- 风冷机架定义了只需向机架或机柜提供空气即可运行的情况。
- 风冷数据通信设备定义了仅向数据通信设备提供空气进行操作的情况。
- 风冷电子设备定义了直接向电子设备提供空气进行冷却而无需其他形式的热传递的情况
当在不热连通的单独冷却回路中使用液体时，系统被认为是空气冷却。 最明显的例子是通常部署在当今许多数据中心外围的冷冻水 CRAC。 另一方面，在计算机内部使用热管或泵送回路（其中液体保留在服务器内的闭环内）也属于风冷电子设备，前提是热量从内部闭环中移除通过穿过电子设备底盘的气流。
有许多不同的液体冷却实施方式可供选择。 以下是几种场景：
一种选择是使用安装在数据通信设备内的风冷制冷系统，将冷冻制冷剂输送到安装在处理器上的液冷冷板。 对于该实施方式，来自液体-空气热交换器（即冷凝器）的热空气被直接排放到数据中心环境。 从数据中心的角度来看，机架和电子设备被认为是风冷的，因为没有液体管线穿过机架外壳。
不同的实施方式可以使用安装在机架上方、下方、侧面或后部的液体-空气热交换器。 在这种情况下，热交换器从最终排放到数据中心的空气中去除了大部分机架废热。 这种实施不会降低电子设备所需的体积气流速率，但确实降低了排回数据中心的空气的温度。 此示例描述了液冷机架，因为液体管线穿过机架外壳。 如下图。
另一种实施方式使用液冷冷板，其采用水、电介质或其他类型的冷却剂，这些冷却剂通过液-液热交换器冷却，该热交换器将废热排出到设施水中。 废热排放到设施水可以通过一个或多个附加液体回路进行，最终终止于外部冷却塔或冷却装置。 这种液体冷却的实施减少了排放到设施环境中的废热量，并且还减少了机架电子设备所需的体积气流速率。 从数据中心的角度来看，此实施描述了液冷机架和电子设备，因为液体管线穿过机架外壳，也穿过服务器本身。 该系统如下图所示。
液体冷却系统
数据通信设备冷却系统（DECS）
该系统不会延伸到 IT 机架之外。 它是机架内的一个回路，用于将热量从发热组件（CPU、内存、电源等）传递到同样包含在 IT 机架内的流体冷却热交换器。 某些配置可以消除此回路，并使来自冷却剂分配单元 (CDU) 的流体直接流向负载。 该回路可以以由热管、热虹吸管、泵送流体和/或蒸汽压缩循环促进的单相或两相传热模式起作用。 数据通信设备中通常使用的流体包括水、乙二醇或丙二醇与水的混合物、制冷剂或电介质。 数据通信设备冷却系统至少应包括集热热交换器以及排热热交换器，并且可以通过压缩机/泵、控制阀、电子控制器等有源部件进一步增强。
技术冷却系统（TCS）
该系统通常不会超出 IT 空间的边界。 例外情况是 CDU 位于数据中心外部的配置。 它用作专用回路，用于执行从数据通信设备冷却系统到冷冻水系统的热传递。 强烈建议使用此回路，因为需要它来解决数据通信设备冷却系统内热交换器所需的有关温度、纯度和压力的特定流体质量问题。 该技术冷却回路中通常使用的流体包括水、乙二醇或丙二醇与水的混合物、制冷剂或电介质。 该回路还可以通过单相或两相热传递模式起作用，并且可以促进通过热管、热虹吸管、泵送流体和/或蒸汽压缩循环的传递。 技术冷却系统至少应包括集热热交换器（可能是数据通信设备冷却系统的组成部分）、排热热交换器以及互连管道。 该系统可以通过压缩机/泵、控制阀、电子控制器、过滤器、液体循环加热附件等主动部件进一步增强。
冷冻水系统 (CHWS)
该系统通常位于设施级别，并且可能包括用于 IT 空间的专用系统。 它主要由数据中心冷水机组和 CDU 之间的系统组成。 冷冻水系统将包括冷却装置、泵、液体循环加热配件以及设施级必要的分配管道。 冷水机组通常采用蒸汽压缩循环来将冷冻水供应温度 (43°F–48°F/6°C–9°C) 冷却到远低于室内环境温度（通常为 75°F/24°C 及以上）至或超过 95°F/35°C）。 冷水机组系统可以为冷水机组、冷却塔和泵等关键部件提供一定程度的冗余。
DX 设备也可用于冷冻水系统。 DX 设备直接向大气散热，因此是该设计方法的最后一个循环。 限制包括分体式系统的距离和运营成本。 一般来说，在大多数地区，系统在制冷量为 400 吨时即可实现经济收支平衡。 较大的系统倾向于非 DX 设计，除非其他情况需要更广泛的 DX 部署。 对于该环路设计中的个别或特殊情况，可以引入更小的热穿越设备。
冷凝水系统 (CWS)
该系统由冷却塔和数据中心冷却器之间的液体回路组成。 它通常也位于设施级别，可能包括也可能不包括 IT 空间的专用系统。 冷凝水回路通常属于两个基本类别之一：基于湿球或基于干球的系统。 基于湿球的回路在蒸发过程中发挥作用，利用较低的湿球温度，从而提供较低的冷凝器水温。 基于干球的回路根据冷凝器-水回路温度与环境干球温度的差异起作用。 为了允许与基于干球的系统进行热传递，冷凝器-水回路必须处于远高于环境干球温度的某个温度，以允许从冷凝器-水到室外环境空气的充分热传递。 这些回路通常包括：室外排热装置（冷却塔或干液冷却器）、泵、膨胀水箱、循环加热附件和分配管道。
液冷机架和机柜
如果液体必须在机架或机柜之间循环流动才能运行，则机架或机柜被认为是液冷的。 下图说明了机架/机柜级别的冷却。 第一个是基本的风冷机架。 其余的图显示了利用液体冷却或空气冷却和液体冷却组合的其他选项。 本节中的图均显示了高架地板下方的冷却剂供应和回流管线。 其他设施实施方式可以允许此类线路在地板上方或从天花板布线。 机架/机柜的冷却剂供应和回流连接可以来自底部、侧面或顶部。
图 2 显示了风冷和液冷机架或机柜的组合，可以直接从 CHWS 或 CWS 回路内的某个点接收冷却的工作流体。 一种实施方式可以对电子设备进行空气冷却，冷却剂通过后门热交换器去除大部分废热。 另一种实施方式可以将冷却剂输送到处理器点冷却器（某种形式的冷板），而电子设备的其余部分则进行空气冷却。
图 3 显示了纯液冷机架或机柜。 这种实施方式的一个示例可以使机架或机柜中的所有电子设备通过冷板进行传导冷却。 这种冷却方法可以采用水、制冷剂或其他介电冷却剂作为工作流体。 另一种实施方式可以通过液体流过（例如，强制流动沸腾）、喷射冲击、喷雾冷却或部署介电冷却剂来直接冷却电子器件的另一种方法来冷却所有电子器件。 另一种实施方式包括使用空气作为工作流体的全封闭机架和空气-液体热交换器。
图 4 显示了带有外部 CDU 的风冷和液冷组合机架或机柜。 顾名思义，CDU 以各种方式调节技术冷却系统 (TCS) 或数据通信设备冷却系统 (DECS) 冷却剂，并通过 TCS 或 DECS 回路将其循环到机架、机柜或数据通信设备。 此实施方式与图 2 类似，不同之处在于现在在冷却液的设施（CHWS 或 CWS）级供应与机架或机柜之间存在一个 CDU。 此实施允许 CDU 将输送到机架或机柜的冷却剂调节到高于设施露点的温度。
图 5 显示了纯液冷机架或机柜实施。 此实现与图 3 和图 4 类似，其中包含外部 CDU。
图 6 和图 7 是本节要讨论的最终实现。 这些实现分别与图 4 和图 5 的实现有很多共同点。 一个明显的区别是图 6 和图 7 中所示的机架或机柜现在拥有专用 CDU，即内部 CDU。 CDU 显示在机架底部，但其他配置可能会将它们放在机架的侧面或顶部。 这种实施方式为数据通信中心操作员提供了更大的灵活性，因为机架或机柜现在可以根据工作负载或内部电子设备将其冷却剂调节到截然不同的条件。 另一个好处是，现在可以根据工作负载或电子设备类型在不同的机架中部署不同的冷却剂（例如，水、制冷剂、电介质）。
数据通信设备中心液体冷却指南 - ASHRAE 以及与 TC 9.9、关键任务设施、技术空间和电子设备的合作。
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
No, when heat pipes or pumped loops are used inside a computer, and the liquid remains within a closed loop inside the server, it is still considered air-cooled electronics. This is because the heat is removed from the internal closed loop via airflow through the electronic equipment chassis. The liquid is not supplied to the entity being cooled, but rather serves as a heat transfer medium within the closed loop.
Besides water, other liquids that could be considered for data center liquid cooling applications include refrigerants, dielectric fluids, and oils. These liquids may offer advantages such as lower freezing points, higher heat transfer coefficients, or improved electrical insulation properties. However, their selection would depend on factors like compatibility with system materials, safety considerations, and environmental impact.
Chilled-water CRACs (Computer Room Air Conditioners) are typically deployed at the periphery of data centers and use a separate cooling loop that does not communicate thermally with the electronic equipment. In this case, the system is considered air-cooled, as only air needs to be supplied to the electronic equipment for operation. The chilled water serves as a heat sink, but it is not supplied directly to the entity being cooled.
Liquid cooling offers several benefits in data center applications, including higher heat transfer rates, reduced airflow requirements, and increased equipment density. Liquid cooling can also enable more efficient heat rejection, reduced energy consumption, and improved reliability. Additionally, liquid cooling can facilitate the use of higher-power devices and denser server configurations, leading to increased data center capacity and reduced footprint.
Common types of liquid cooling loops used in data center applications include direct-to-chip cooling, indirect cooling using heat exchangers, and immersion cooling using dielectric liquids. These loops can be implemented using various configurations, such as single-phase or two-phase flow, and may incorporate components like pumps, valves, and heat exchangers to manage the flow and temperature of the coolant.
Liquid cooling systems can significantly impact data center design and infrastructure, as they require additional components like pumps, heat exchangers, and piping. This may lead to changes in floor layout, cabling, and power distribution. Additionally, liquid cooling systems may necessitate specialized maintenance procedures, leak detection systems, and containment strategies to mitigate the risk of coolant leakage. As a result, data center designers and operators must carefully consider the implications of liquid cooling on their facilities and operations.
