YD T 3981-2021 数据中心喷淋式液冷服务器系统技术要求和测试方法.pdf
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1、 ICS 33.040.40 M32 中 华 人 民 共 和 国 通信 行 业 标 准 YD YD/T XXXXX-XXXX 数据中心 喷淋 式液冷服 务器 系统技术 要求 和测试方 法 Technical requirements and test methods for spray liquid cooling server system of data center (报 批稿) xxxx-xx-xx 发布 xxxx-xx-xx 实施 中 华 人 民 共 和 国 工 业 和 信 息 化 部 发布 2019-1086T-YD I 目 次 前言 . IIIII 1 范围 . 1 2 规范 性
2、引 用文 件 . 1 3 术语 、定 义和 缩略 语 . 1 3.1 术 语和 定义 . 1 3.2 缩 略语 . 2 4 基本 要求 . 2 4.1 概述 . 2 4.2 喷 淋式 液冷 机柜 . 3 4.3 喷 淋式 液冷 服务 器 . 4 4.4 CDU . 5 4.5 换 热系 统 . 6 5 管路 布置 . 7 6 冷却 液体 . 8 6.1 基 本要 求 . 8 6.2 贮 藏与 使用 . 9 6.3 回 收与 废弃 . 9 7 监控 系统 . 9 7.1 传 感器 . 910 7.2 控 制系 统 . 10 8 供配 电系 统 . 10 8.1 配 电系 统 . 10 8.2 电
3、 子信 息设 备不 间断 供电系 统 . 10 8.3 散 热系 统供 电 . 10 8.4 辅 助设 备供 电 . 10 8.5 防 雷接 地 . 1011 9 消防 系统 . 11 10 供 排液 . 11 11 PUE 测试 . 11 12 运 维规 定 . 11 12.1 一般 规定 . 11 12.2 电子 信息 设备 搬运 . 12 12.3 电子 信息 设备 清洗 . 12 12.4 液体 补充 . 12 2019-1086T-YD II 前 言 本文件 按照GB/T 1.1 2020 给出 的规 则起 草。 请注意 本文 件的 某些 内容 可能涉 及专 利。 本 文件 的 发布
4、机 构不 承担 识别 这些 专利的 责任 。 本文件 由中 国通 信标 准化 协会提 出并 归口 。 本文件 起草单 位: 中国 信 息通信 研究院 、北 京百度 网讯科 技有限 公司 、深圳 市腾讯 计算机 系统 有 限公司 、 北 京三 快云 计算 有限公 司、 中国 移动 通信 集团有 限公 司、 中国 电信 集团有 限公 司、 广东 合 一 新 材料研 究院 有限 公司 、 联 想 (北 京) 信 息技 术有 限 公司、 施耐 德电 气信 息技 术 (中 国) 有 限公 司、 深 圳 绿色云 图 科 技有 限公 司、 曙光节 能技 术 ( 北京 ) 股 份有限 公司 、 中 兴通 讯
5、股 份有限 公司 、 国 际商 业 机 器 (中国) 投资 有限 公司 、新 华三技 术有 限公 司。 本文件 主要 起草 人 : 郭亮 、 谢 丽娜 、 吴宏 杰 、 梁 旭 飞、 梅方 义 、 胡 湘涛 、 汪 斌强 、 向 军 、 吴 永明 、 程思聪 、郭 振海 、娄 小军 、王峰 、赵 继壮 、李 洁、 季伟光 、范 振国 、刘 奉君 、张剑 、王 中平 、马 弛州 、 田婷、 张鹏 、崔 新涛 、林 密、石 葆春 、李 棒、 秦振 、柴宏 生、 田耕 、吕 海超 、万晓 兰。 2019-1086T-YD 1 数据中心 喷淋 式 液冷服务 器系统 技术要求 和测试 方法 1 范围 本
6、 文件 规定 了数 据中 心喷 淋式液 冷 服 务器 系统 的管路 布置 、冷却 液体 及 监控 、 供配 电 、 消防 等 子系 统 的 技术 要求 与测试 方法 。 本 文件 适用 于喷 淋 式 液冷 服务器 系统 的 设 计、 施工 、部署 、运 维等 环节 的技 术指导 。 2 规范性 引用 文件 下列文 件对 于本 文件 的应 用是必 不可 少的 。 凡 是注 日期的 引用 文件 , 仅 所注 日期的 版本 适用于 本文 件。 凡是 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/T261 闪 点的 测定 GB/T11133 石
7、油产 品、 润滑油 和添 加剂 中水 含量 的测定 卡 尔费 休库 仑滴 定 法 GB30000 化 学品 分类 和标签 规范 GB50016 建 筑设 计防 火规范 GB50052 供 配电 系统 设计规 范 GB50057 建 筑物 防雷 设计规 范 GB50343 建 筑物 电子 信息系 统防 雷技 术规 范 YD/T2442 互 联网 数据 中心资 源占 用、 能效 及排 放技术 要求 和评 测方 法 YD/T2542 电 信互 联网 数据中 心(IDC )总 体技 术 要求 YD/T2543 电 信互 联网 数据中 心(IDC )的 能耗 测 评方法 3 术语、 定义 和缩 略语 3
8、.1 术语和 定义 下列术 语、 定义 适用 于本 文件 3.1.1 液冷 liquid cooling 采用冷 却液 带走发 热 器件 热量的 数据 中心 冷却 技术 , 适用于 需提 高 计 算能 力 、 能 源效率 、 部署密 度等 应用 场景 。 注:液冷分 为接触式 及非接触 式液冷两种 ,接触式 液冷是指 将冷却液与 发热器件 直接接触 的一种液冷 形式,包括浸 没式和喷 淋式液 冷等具体方案 。非接触 式液冷 是指冷却液与 发热器件 不直接 接触的一种液冷 形式,包括冷板式等具体方案。 3.1.2 喷淋式 液冷 spray liquid cooling 面向芯 片级 器件 精准
9、喷淋 、 直接 接触 式, 通 过重 力或 系统压 力直 接将 冷却 液喷 洒至发 热2019-1086T-YD 2 IT 器 件或 与之连 接的 导热 元件上 的液 冷形 式。 注: 在热交换的工作过程中,IT 设备内冷却液的自由液面低 于被冷却的发热器件 或与之连接的 固体导 热材料,系统通过IT 设备外部 的换热单元对冷却液换热并 循环使用。 3.1.3 喷淋式 液冷 机柜 spray liquid cooling cabinet 冷却方 式的 服务 器机 柜, 通常包 括机 柜框 架、 管路 系统、 布液 系统 、 喷 淋模 块、 回 液系 统、PDU 、 冷却 液等 。 3.1.4
10、喷淋式 液冷 服务 器 spray liquid cooling server 含有喷 淋模 块 、 进液 口 、 出液口 的服 务器 , 冷 却液 通过喷 淋模 块以 喷淋 方式 将服务 器内 部所有 发热 器件 进行 直接 接触式 冷却 。 3.1.5 冷量分 配单 元 coolant distribution unit 主要由 循环 泵、 变 频器、 过滤器 、 换热 器、 电 控单 元、 监控 传感 单元、 连接 管路与 阀 门 等组成 的装 置, 实现 经换 热处理 后的 冷却 液各 分支 的流量 和压 力控 制。 3.1.6 分配单 元 power distribution uni
11、t 机柜用 电源 分配 插座 , 是 将电流 分配 到各 个IT 设备 的末端 配电 设备 , 是连 接 供电等 基础 设施与IT 系 统、 关联 机房 内所有 设备 正常 运转 的关 键设备 。 3.1.7 一次侧 冷却 循环 系统 primary side cooling circulation system 冷量分 配单 元 (外 循环 通 道部分 ) 、 冷 却单元 、 外 循环泵、 补液 装置 、 连接 管路等 组成 的冷却 水或 冷冻 水循 环系 统, 负责 将液 冷服 务器 元件 产生的 热量 散发 至环 境中 。 指冷源 部分 。 3.1.8 二次侧 冷却 循环 系统 seco
12、ndary side cooling circulation system 冷量分 配单 元( 内 循环 通道 部份) 、 液冷IT 设备 、 连 接 管路等 组成 的冷 却液 循环 系统, 负 责将液 冷服 务器 元件 的发 热量带 出 IT 机 房, 送至 冷量分 配单 元。 指冷 却液 部分。 3.2 缩略语 下列缩 略语 适用 于本 文件 CDU 冷量 分配 单元 Coolant Distribution Unit IDC 互 联网 数据中 心 Internet Data Center PUE 电 能利 用效 率 Power Usage Effectiveness UPS 不 间断 电
13、源 Uninterrupted Power Supply 4 基本要求 4.1 概述 喷淋式 液冷 的实 现方 式为 冷却液 体直 接喷 淋到 发热 器件表 面或 与之 接触 的扩 展表面 , 吸2019-1086T-YD 3 热后进 入外 循环 冷却 ,接着 重新 回到 设备 内部 进行 再次换热 。 其主要 特征 如下 : a ) 相对于空气 ,液体具有 极为可观的体 积比热容 , 冷却 效率高, 废热 排 放 过 程能充分 利用自 然冷 源; b )由 于系 统能 充分 利用 自 然冷源 ,所 以节 约冷 却设 备的能 耗; c )能 适应 高热 流密 度的 机 柜,冷 却设 备占 地面
14、 积小 ; d )无 需风 扇, 大幅 降低 数 据机房 的噪 声; e )IT 设备 能够 通过 在其表 面流动 的冷 却液 实现 防静 电、防 积尘 。 图 1 喷淋 液冷 系统 工艺 流 程原理 图 图 1 示 意了 一种 典型的 喷 淋式液 冷系统 原理 图, 分 为冷却 水循环 、冷 冻水 循 环和冷 却 液 循 环。 设备 主要 由 冷却塔 、 冷水 机组 、CDU 、 喷淋 液 冷机 柜构 成。 上图 的冷 却 循环 可以 是分布式的 、也 可 以 是 集 群式的,但分布 式 的冷 却方 案 具 有 更 高的 可 靠 性 、灵 活 性 以 及可 扩 展性 。在 实际 项目 中,
15、冷冻水 或冷 却水 建议 分配 到多 个 CDU 中,CDU 中 的冷却 液也 分 配到多 个机 柜。 4.2 喷淋式 液冷 机柜 喷淋式 液冷机 柜是 整个 系 统中实 现液冷 过程 的核 心 部件, 图 2 示意 了两种 典 型喷淋 式 液冷的 实现 方法 。 2019-1086T-YD 4 图2 两种 典型 喷淋 式液 冷 实现方 法 对上述 两种 典型 喷淋 液冷 机柜的 基本 工作 原理 描述 如下: a )被 CDU 冷 却之 后的 冷 却液 被 泵通 过管 路输 送至 机柜内 部; b )冷却 液 进入 机柜后 直接 通过分液 支管 进入与 服务 器相对应 的布 液装置 , 或
16、者将冷却 液 输送 至储 液箱 以提 供固 定大小 的重 力势 能以驱 动 冷却液 通过 布液 装置 进行 喷淋; c ) 冷却液通过布液装置 对 IT 设备中的发热器件 或与之相连的导热材料( 如金属散热 器、热 管等 )进 行喷 淋制 冷; d )被加 热后的 冷却液 将通 过集液装 置( 如回液 管、 集液箱等 )进 行收集 并通 过泵输 送 至 CDU 进 行下 一次 制冷 循 环。 4.3 喷淋式 液冷 服务 器 (a ) 2019-1086T-YD 5 (b) 图3 喷淋 式液 冷服 务器 示 意图 喷淋式 液冷 服务 器由 喷淋 板、 进 液口、 回液 口和 箱 体组成 , 如
17、图 3(a)所示 。 冷却液 进入 机柜内 部的 各层 服务 器, 经喷淋 板 ( 特制 的机 箱顶 盖) 喷 淋至 各发 热器 件, 升温后 的冷 却 液 由箱体 收集 后经 回液 口回 流至集 液箱 ,各 部分 结构 如图 3(b) 所示 。 4.4 CDU CDU 是被 推荐 使用 的一 个 中间换 热设 备 。CDU 并非 只是承 担一 个换 热器 的功 能, 该设 备还肩 负着 制冷 量( 而不 仅是冷 却液 流量 )分 配的 功能。CDU 的 主要 功能 及 特点如 下: a ) 提供并 调节 冷却 液的 流量 或供液 压力 ; b) 调节冷 却液 的温 度; c ) 对冷却 液进
18、 行在 线过 滤或 旁路过 滤。 上述功 能并 非在 所有 应用 中都是 必须 的, 可以 根据 实际需 求进 行选 择。 图 4 示意 了一 种典 型 的 CDU 实 现形 式。 示意 的 CDU 为众 多实 现 方 式的 一种 ,其中 示 意的部 件并 非是 充分 的或 必须的 。 图4 一种 典型 的 CDU 实 现 形式 2019-1086T-YD 6 4.5 换热系 统 换热系 统 是 喷淋 式液 冷服 务器系 统的 关键 部分 ,具 体换热 方式 等 要 求如 下: a) 换热方 式 在 具 体 工 程 项 目中 , 喷 淋液 冷 系 统 的 换 热器 不 是 固定 的 , 根 据
19、 环 境的 干 球 温度 、 湿 球 温度、 建筑 物规 模、 供液 温度等 因素 ,选 择冷 却循 环与室 外散 热模 块。 例如 图 5 所 示的 冷却 循环 与室外 散热 模块 方式 均可 以实现 。 (a) (b) (c) 图 5 几种 常见 喷淋 式液 冷 系统原 理图 b) 换热 设备 1 ) 各类换 热设 备 整个喷淋液冷工艺 流程循 环通过换热设备串 联不 同的 子 循 环 过 程 , 其中 换 热设 备 的 具 体形式 需要 根据 换热 温差 (接近 点温 差或 对数 平均 温差) 、安 全性 、体 积、 重量、 成本 、可 靠性等 参数 确定 。以 下给 出几种 常见 换热
20、 器的 接近 点温度 ,见 表 1 。 表1 常见 换热 器的 接近 点 温度 换 热器类型 使 用场景 参 考温度类 型 接 近点温度 开式冷却塔 废热排放 空气湿球温度 3 -4 闭式冷却塔 废热排放 空气湿球温度 4 -7 干式换热器 废热排放 空气干球温度 8 -11 板式换热器 中间换热器 流体介质温度 2 -3 管壳式换热器 中间换热器 流体介质温度 3 -10 在 使 用 冷 却 塔 的时 候 , 需按 照 相 关 标 准 配置 或 用 户要 求 配 置 足 够 大的 补 水 箱 或水塔, 大型数 据中 心通 常需 储 备 24h-72h 的补 水量 。 2 ) 冷水机 组 冷
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