第282号白皮书
版本1
作者：RobertBungerWendyTorellVictorAvelar
摘要
液冷相较于传统的风冷有节省能源等几个公认的优势.然而，投 资成本被视为阻碍其部署的常见障碍.本文中，我们首先论证了在一个总容量为2兆瓦的数据中心，当机架功率密度为10kW时，采用传统风冷与基于T机箱的浸没式液冷相比，初始投资大致相等.由于液冷技术的主要优势在于可以高密度紧凌部署，因此，我们又在容量相同的数据中心，量化比较了按每机架20kW和每机架40kW的方式部署液冷时的投资成本差异.结果显示，采用液冷比传统风冷分别节省了10%和14%的投资成本.
评价此白皮书
IT设备采用液冷并不是一件新鲜事物，它在市场上已存在了几十年.但是以往这种解 决方案往往出现在较为小众的应用，比如高性能计算（HPC）和游戏.但是如今，一些重要趋势和驱动因素的出现，使液冷成为更多主流IT用户越来越青的制冷解决方案.第279号白皮书《采用液冷技术的五大原因》对这些原因做了详细阐述.
简介
与传统的风冷相比，液冷有一些明显的优势.其中包括：
降低对水的需求一一在水资源紧张的地区，当地市政部门不断给数据中心行业施加压力.风冷使用大量的水进行蒸发冷却，通常可以实现PUE小于1.2部署IT系统，包括亚洲等一些空间受限的地区.节能一一绿色网格（TheGreenGrid）发布的一份有关能源影响的报告显示，液冷能效的提升可实现48%的能源节省（第70号白皮书）.
然而，人们对液冷的投资成本了解有限，并且经常被视为阻碍其部署的常见障碍.在本文中，我们分析了一个总容量为2兆瓦的数据中心采用传统的风冷技术（风冷冷冻水机组）和液冷技术（基于T机箱的浸没式液冷技术）的成本差异.我们将介绍不同功率密度下的液冷技术方案，以显示其对成本的影响.
图1显示了初投资分析的结果.分析表明，对于相同的功率密度（10kW/机架），风冷和液冷数据中心的投资成本大致相等.但是如前文所述，液冷还可以实现IT系统的压缩，从而可以节省初投资.与每机架10kW的传统数据中心相比，提升2倍功率密度（每机架20kW）可使初投资可降低10%.如果提升4倍功率密度（每机架40kW），可节省高达14%的投资成本.
图1投资成本概览
在下文中，我们将详细介绍所比较的架构，描述用于分析所使用的方法论、假设条件和数据，并采用瀑布图的方式逐项比较，指出成本差异的来源.
风冷架构
该投资成本分析的基准案例是一个使用风冷冷水机组的数据中心.该架构具有以下特点：
冗余的风冷冷冻水机组兄余水泵及管路用于IT机房和基础设施空间的余的冷冻水精密空调（CRAH）通过风管与精密空调相连接的热通道气流退制系统无高架地板
之所以选择此架构作为比较的基准，是因为它是一种性价比较高的设计，并且在中型和大型数据中心应用非常普遍.第59号白皮书《用于数据中心的各种制冷技术》更详细地描述了这种架构及其他常见设计.图2是该架构的总体示意图.
图2风冷架构
在本分析中，我们选择了基于IT机箱的浸没式液冷，因为它适合于常见的数据中心机架架构，并且几乎热量都可以通过液体进行转移.图3是这种液冷方法的总体示意构以及它们之间的区别. 图.第265号白皮书《适用于数据中心和边缘应用的液冷技术》介绍了现有的几种架
液冷架构
基于IT机箱的浸没式液冷 图3
基于IT机箱的浸没式液冷可极大地简化基础设施的架构，因为IT设备可以使用温水进行冷却.我们假设入口温度为40C（104F），在许多气候条件下，这种温度可以采 用100%的自然冷却.图4是分析所使用架构的总体示意图.
图4液冷架构
在这种架构中，尽管大部分热量都是通过温水循环管路排出，但配电室仍需要辅助制冷，的体感温度，并确保不超出设备正常工作的环境温度，比如电池和断路器. 同时还需转移温水未能完全处理的IT设备热量.从而使环境中的空气温度保持在舒适
投资成本分析 相园蜜度下的
我们首先分析了一个单机架功率密度为10kW，总容量为2兆瓦的数据中心，在采用风冷架构和液冷架构时的成本差异.表1列出了用于架构比较的主要假设.
风冷冷冻水机组 基于什机箱的漫设式液冷建筑围护结构成本 90美元平方英尺（969美元/平方米）电源余 2N配电/2NUPS/N1发电机IT设备成本 不含服务器成本制冷余 N1冷水机，冷冻水密空调和水泵 N1（风冷直脂空调/干冷器/水泵）IT设计客量（kW) 2 000 1 880不含制冷的服务器容量（KW） 1 820 1 820 9%*IT设备成本节省 微型原损失 不适用 不适用 3%机架向空气中散热 不适用 5.5%绝热制冷 是 否地板类型 硬地板 硬地板通道调制 热通道调制系统 无冷冻/冷却水设定值 20/30°C(68/B6F) 40/47.75°C (104/117.95°F)乙二醇百分比 IT机房送风温度设定值 24°C (75.2"F) 25% 23.8°C (74.84F) 25%IT机房送风湿差 14°C (25.2F) 9.8°C (17.64°F)电气室送风湿度设定值 24.6°C (76.28"F) 24.6°C (76.28"F)电气室送风湿差 8.4°C (15.12°F) 8.4°C(15.12F)机架功率密度（KW/机架） 10 9.4机架高度U 42 42机架数量 200 200每个微模块的机架数量 40 40
表1 架构假设
服务器风扇能耗假设占服务器总能耗的9%，这是相对保守的数值.实际测量的风扇能耗值为15-20%，尤其是在GPU等高密度计算设备上.
在展示结果之前，我们需要说明两个重要的考虑因素，因为它们（1）会影响进行苹果对苹果的比较能力，以及（2）可以解释新兴液冷技术的成本假设.
例如，如果一个数据中心最多可以承载2兆瓦的IT负载，并且建造成本为2.000万美元，那么其成本为10美元/瓦.成本可能会因余度或架构的不同而有很大差异.
每瓦数据中心成本的归一化-数据中心建设成本通常以每瓦IT容量多少钱来表示.
在比较风冷架构与液冷架构时，我们在计算每瓦IT成本时会遇到一个难题.对于相同的计算能力，液冷具有较低的总IT负载.因为相同的IT计算负载下，风冷服务器的内部IT风扇消耗的电力多于基于IT机箱的浸没式制冷模式下内部微型泵的能耗.为补偿这一点，我们将IT负载定义为“不含制冷的服务器容量”，并将其用作每瓦成本计算中的分母.这一点可参见我们的假设（表1）以及风冷和基于IT机箱的浸没式制冷中 的IT总设计容量.
基于IT机箱的浸没式液冷的成本假设--对于这种液冷架构，为了部署液冷，在IT设备中增加了相关技术和成本支出.为了便于分析，我们汇总了服务器以及机架内部产生的成本，这包括：绝缘液，微型泵，管道，热交换器，液冷散热器，防滴漏连接器，密封机箱和机架式分液器.请注意，对于机箱级浸没式液冷而言，可以节省风冷散热器 和风扇的成本，因此本研究中的成本差异是假定的差值.基于机箱的浸没式液冷技术尚未完全成熟，因此从一次性的计算验证成本到未来优化供应链后的成本，二者可能差异很大.我们对这些成本进行了敏感性分析，估计最高为1.10美元/瓦左右，最低为0.50美元/瓦左右.在本研究中，我们针对10kW/机架选择了0.77美元/瓦的成本，这是一个在任何大规模部署中均可实现的保守值.请注意，如果密度从每机架10kW的基准升高，此值也将提高.我们的研究考虑了成本节省因素，例如在空间压缩时每kWIT的机架分液器和机箱数量会减少.
研究结果
许多有关液冷的成本研究都考虑了总拥有成本和成本压缩的一些因素.这样我们就很难了解哪些地方出现了初始成本的节省或成本的变化.本项研究仅针对初投资，首先研究了相同机架功率密度下的投资成本，然后比较了密度增加后的另外两种投资成本情况.
本.在10kW每机架的机架密度上，研究显示，100%机箱浸没式液冷数据中心的成本
图5中的瀑布图显示了成本的主要类别及其变化.成本包括设备、安装、设计和项目成与传统风冷数据中心的成本大致相同.
