智算中心风液融合制冷解决方案：冷板液冷加风冷补冷架构设计与选型建议

原创机房管理者 2026-10-15 08:00 广东

风液融合成为主流演进方向：以液冷承载高发热核心部件、以风冷补充低发热部件与环境散热，两种路线在同一机房协同运行，兼顾散热能力、能效、成本与运维可靠性。

一、方案背景

随着人工智能技术加速落地，智算中心算力规模持续扩张，单机柜功率密度不断攀升。主流AI加速芯片的热设计功耗已从400W量级跃升至1200W量级，传统风冷散热能力逼近物理极限：气流组织效率下降、风机功耗占比上升、单位面积散热受限。在此背景下，风液融合成为主流演进方向：以液冷承载高发热核心部件、以风冷补充低发热部件与环境散热，两种路线在同一机房协同运行，兼顾散热能力、能效、成本与运维可靠性。本方案围绕冷源、CDU、末端与管路四大环节，给出总体设计思路与选型建议。

二、技术路线与总体架构

2.1 液冷技术路线选择

液冷技术可分为冷板式、浸没式与喷淋式三类。

冷板式液冷将冷板贴近服务器芯片等高发热元件，通过冷板内冷却液带走热量，同时由风冷单元处理电源、内存等低发热部件，散热能力强、功率密度高，服务器与机房改造相对较小，产业链成熟、兼容性好，是当前智算中心应用最广的技术路线。

浸没式散热能力更强，但IT设备需深度定制、维护复杂、冷却液兼容性有待验证，主要用于超高功率密度的探索场景；喷淋式管路与密封件多、漏液维护复杂，应用有限。

综合成熟度、经济性与可维护性，本方案以冷板液冷加风冷补冷作为核心架构。

2.2 风液融合系统总体架构

风液融合系统分为一次侧与二次侧：一次侧由冷却塔、干冷器、冷水机组等冷源设备及输配管路构成，负责将热量最终排至室外；二次侧以冷量分配单元（CDU）为核心，通过二次侧流体网络（SFN）将工质精确分配至液冷机柜，并为风冷系统提供冷源或独立配置。风冷与液冷既可共用冷源（风液同源），也可各自独立（风液解耦），按业务规划自由组合。

三、冷源系统设计

3.1 冷源形式与场景适配

冷源形式应结合当地水资源与气候条件选择：北方少水地区宜以干冷器为主冷源，实现全时自然冷却；富水地区可采用冷却塔，能效更高、初投资更低；水资源匮乏或对水敏感地区，可采用带磁悬浮压缩机的冷机与CDU一体化方案，实现无水条件下百分百负载运行。

冷源侧应预留高温供水能力，支撑液冷末端以较高供回水温度运行，最大化自然冷却时长。

3.2 一次侧架构选择

开式系统采用开式冷却塔加板换机组，整体投资低、占地面积小，但管路易脏堵、故障点较多，北方低温地区还需考虑冬季防冻；

闭式系统采用闭式冷却塔与乙二醇溶液，颗粒度小、水力平衡难度低、水质洁净度高、系统效率高，但初投资与占地面积较大，多塔并联时需关注水力失衡风险。

大型智算中心可结合分期建设按模块混合配置。

3.3 冷却塔设计要点

建议以10MW至20MW为一个独立制冷模块，与IT负载模块一一耦合；单组冷却塔按N加1冗余配置，N不超过5。塔体颗粒度需统筹水质敏感度、防冻防腐与占地散热：高硬度水质地区宜缩小单塔颗粒度以便物理除垢，沿海高盐雾环境宜选用不锈钢盘管。

运行上依据室外湿球温度在干、混、湿模式间智能切换，低温时段利用大颗粒度塔的高风量特性延长免费冷却时间；多喷淋泵系统分时启动，避免模式切换瞬间对补水与配电系统造成冲击。

四、关键设备与管路设计

4.1 CDU选型

CDU颗粒度直接影响水力平衡、故障半径与部署灵活性。房间级CDU单台容量通常为600至1200kW，独立成间部署，可做到水不进机房、设备集中维护，适合大颗粒度建设；列间级CDU容量通常为300至500kW，直接入列部署，可随IT负载按需扩展、出柜率更高，但通常需要热通道与热吊顶配合。具体选型应结合单POD功率规模、层高条件与维护空间综合确定。

4.2 风冷补冷系统

风冷部分以近端风墙为主要形态，紧邻机柜布置、近距离送回风，配合封闭热通道解决中高密度机柜散热。大风墙单台制冷量约150至200kW，适合高密度机柜群；小风墙单台约46至60kW，采用高回风设计实现全时自然冷却，弥补中小规模、中高功率机柜多联机组无法满足备份以及无水场景的短板，并支持风机热插拔在线维护。补冷与液冷系统构成风液联动，保障机房温度场均匀。

4.3 SFN管路网络

SFN是位于CDU二次侧出口与机柜进出口之间的管路分配网络，其设计水平直接决定水力平衡、漏液风险与可维护性。优质SFN应使各机柜流量偏差控制在5%以内，并在故障时实现秒级隔离。

常见拓扑有三种：

放射式结构简单、初投资低，适合小型机房；

环状供回水主管闭合形成双向供水，单点故障可切换至另一侧实现在线维护，适合高可靠性场景；

母管式由多台CDU并联至共用供回水母管，水力平衡能力强、资源池化程度高，但管径大、占地多、建设成本最高，可按可靠性等级与预算综合选择。

五、风液组织方式与运行策略

5.1 风液同源与不同源

风液同源方案风冷、液冷、冷源耦合度高，风液比可动态调节，适合业务变化快、风液比例不确定的场景，但系统复杂度高、调试困难，存在天然水力平衡问题，故障影响半径较大；

风液解耦方案风冷与液冷系统独立，边界清晰、责任界面明确、故障半径小、扩容简单，适合业务规划明确的金融、政府及大型企业客户。实践中可按弹性业务走同源、稳健业务走解耦的原则分类规划。

5.2 运行与能效策略

系统运行以全年能效最优为目标：优先利用自然冷却，冷机仅在极端工况启用；液冷侧采用高温供水，配合干冷器或冷却塔实现长时段免费冷却。引入水系统时需同步配置软化水、加酸调节酸碱度与活性炭过滤等水处理手段，防止换热器结垢导致换热能力衰减；北方地区设置防冻与排水策略，系统定期排水并开展军团菌例行检测。由此可显著降低全年PUE与WUE。

6 场景规划建议

风液融合规划应坚持模块化、分期建设原则，使制冷侧与IT侧同步投入，优化初投资回报。典型配置下，液冷负载占比约七成、风冷约三成，单机柜功率100至130kW、单POD约1.0至1.56MW，可按此基准确定冷源、CDU与管路规模，并预留风液比调整空间。金融、政务等对安全可靠要求高的客户，优先选择技术路线清晰、责任界面明确的解耦架构；互联网与租赁型客户业务变化快，宜采用可灵活调比的风液同源架构。

7 结语

风液融合是智算中心应对高功率密度散热挑战的现实路径。以冷板液冷承载核心热源、以风冷补冷保障环境散热，通过冷源场景化选型、CDU与SFN精细化设计、风液比灵活组织与全年能效优化，可在保障可靠性的同时实现绿色低碳运行。随着液冷产业链持续成熟，风液融合将成为新建与改造智算中心的标配选择。

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