【中国计量科学研究院】数据中心冷板式液冷测试验证技术白皮书

一、数据中心发展背景

（一）数据中心高能耗现状

物联网、互联网、人工智能等高速发展，使与之配套的数据中心基础设施需求量与日俱增。2023年4月国家互联网信息办公室对外发布了《数字中国发展报告（2022年）》，报告显示，我国数据中心机架总规模超过650万标准机架，近5年年均增速超过30%，在用数据中心算力总规模超180EFLOPS，位居世界第二。

数据中心需求量激增带来的高耗能、高排放与“双碳计划”之间的矛盾日益突出。关于数据中心的高能耗问题，国内不同研究机构给出的年能耗值不尽相同，工信部公布的数据显示，2021年全国数据中心总用电量达940亿千瓦时，2022年总用电量突破1000亿千瓦时。图1所示，部分研究机构预测未来十年，国内数据中心耗电量将翻倍。事实上，随着数据中心节能新技术的应用，尽管算力需求持续高比重增长，未来的数据中心的高耗能、高碳排放的情况未必会到达如此高的水平，但这并不意味着IT行业和决策者可以高枕无忧。数据中心的绿色节能低碳发展依然是值得关注的重点课题

（二）数据中心能效相关产业政策

2020年9月我国明确了“碳达峰、碳中和”目标，标志着中国对促进经济高质量发展，社会繁荣和生态环境保护的决心。2021年2月，国务院发布《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，要求加快信息服务业绿色转型，做好大中型数据中心、网络机房绿色建设和改造，建立绿色运营维护体系。2021年6月国管局和国家发改委联合发布的《“十四五”公共机构节约能源资源工作规划》和同年11月由国家发改委、中央网信办、工信部、国家能源局四部委发布的《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》中均要求大型、超大型数据中心运行电能利用效率下降到1.3以下。2021年7月，工信部发布《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，提出坚持绿色发展理念，支持绿色技术、绿色产品、清洁能源的应用，全面提高新型数据中心能源利用效率。

随着国家一系列政策的相继颁布，数据中心绿色、低碳发展作为数据中心高质量发展战略的重要部分应运而生。数据中心绿色、低碳发展通过创新节能技术提升设备的能效，充分利用可再生能源降低碳排放，进而推动数据中心作为数字化新基建的基础性支撑作用，驱动社会实现节能降碳的目标。

（三）数据中心发展趋势

数据中心的重要发展趋势（图3）就是基于解决新基建和数字经济等背景下需求量的激增与高耗能、高排放的矛盾。对于存量的数据中心，应采用精细化运维管理策略和节能改造等方案，提高数据中心的能源利用效率。对于新建数据中心，需采用节能新技术，比如高效利用室外自然冷源的制冷技术，余热回收技术，高效供配电系统设施等。

图2所示，是英特尔公司发布的《冷板式液冷推动数据中心可持续发展》中公布的京东某典型数据中心的各系统能耗分布图可以看出：基础设施各子系统中，冷却系统的能耗占比最大，其次是供配电系统的损耗。因此，节能、高效、高可靠性、低成本的制冷方案是实现数据中心可持续发展的重点。

液冷技术，具备高效的冷却性能，与图4所示传统的风冷数据中心相比，液体的导热系数可以达到空气的6倍，同体积液体的比热容是空气比热容的1000倍，并且一定程度上解决了图4所示数据机房气流组织不合理的问题。因此液冷不仅提升了冷却效率，最大化利用室外自然冷源，同时还能够解决高功率密度的服务器散热难题，近年来得到了行业的广泛关注。

工艺性能测试：包括耐压测试、焊缝工艺检测、密闭性检测、

管道清洗工艺检测、快插头插拔泄漏测试、辅件安装工艺测试等。（里面包含检测目的和检测方法以及评判标准）

性能测试：包括传感器校准、循环泵测试、一次侧流通能力测试、一次侧调节能力测试、二次侧供液能力边界测试、CDU内部阻力测试、二次侧压差自动控制能力测试、二次侧流量自动控制能力测试、CDU二次旁通阀流量调节能力测试、额定换热量测试、负载冲击测试、输入谐波测试、整机噪声测试等。（里面包含检测目的和检测方法以及评判标准）

功能及逻辑测试：包括自动排气阀排气功能、CDU补液系统功能测试、补液系统告警及补液时长功能测试、CDU漏液检测功能、CDU防凝露功能测试、ATS功能、变频器功能性测试等等。（里面包含检测目的和检测方法以及评判标准）

安规测试：基地电阻测试、绝缘阻抗测试、耐压测试。（里面包含检测目的和检测方法以及评判标准）

系统可维护性测试：排气阀在线更换功能测试、过滤器在线更换维护功能测试。（里面包含检测目的和检测方法以及评判标准）

快装接头：

快装接头测试主要包括外观结构检查、材质相容性测试、材质耐老化性测试、流动性能测试、可靠性测试、连接/断开循环测试及连接力测试等。

液冷服务器冷板：

冷板测试主要包括设计检验、外观检查、结构检验、热性能测试、可靠性测试等。

软管：

软管测试验证项包括：软管的物理性能、耐压性能、耐磨性能、耐腐蚀性能、密封性能等。

分集水单元：

分集水单元测试主要包括耐压测试、焊缝工艺检测、管道清洗工艺检测、快插头插拔泄漏测试等。