2024碳氢化合物冷却液与服务器材料以及健康环境的兼容性研究白皮书

碳氢化合物冷却液与服务器材料以及健康环境的兼容性研究 版权声明 ODCC（开放数据中心委员会）发布的各项成果，受《著作权法》保护，编制单位共同享有著作权。 转载、摘编或利用其它方式使用ODCC成果中的文字或者观点的，应著名来源：“开放数据中心委员会ODCC”。 对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为，ODCC及有关单位将追究其法律责任，感谢各单位的配合与支持。 编写组 项目经理： 罗来龙中石油克拉玛依石化有限责任公司 贡献专家： 罗来龙中石油克拉玛依石化有限责任公司张美琼中石油克拉玛依石化有限责任公司白生军中石油克拉玛依石化有限责任公司谢丽娜中国信息通信研究院邵剑峰中国信息通信研究院张静中石油克拉玛依石化有限责任公司何军中石油克拉玛依石化有限责任公司马蕊燕中石油克拉玛依石化有限责任公司刘宜龙联想（北京）信息技术有限公司王晓澎联想（北京）信息技术有限公司陈兵联想（北京）信息技术有限公司金谦克拉玛依碳和网络科技有限公司吴士凯克拉玛依碳和网络科技有限公司陈柯宇克拉玛依碳和网络科技有限公司刘嘉锡捷科技服务（上海）有限公司 目录 版权声明....................................................................Ⅱ编写组......................................................................Ⅲ第一章前言..................................................................1第1.1节碳氢化合物冷却液的研究背景与意义................................1第1.2节碳氢化合物冷却液的优点..........................................2第1.3节挑战............................................................3第1.4节提出冷却液与服务器材料兼容性问题................................3第1.5节关注冷却液健康环保的重要性......................................4第二章碳氢化合物冷却液与服务器材料的兼容性研究..............................5第2.1节兼容性试验方法..................................................5第2.2节联想集团连接器等材料的兼容性试验................................62.2.1试验用冷却液...................................................62.2.2材料类型.......................................................62.2.3试验结果.......................................................7第2.3节联想集团电子器件等材料的兼容性试验.............................102.3.1试验用冷却液..................................................102.3.2材料类型......................................................102.3.3试验结果......................................................10第2.4节联想集团材料与碳氢冷却液兼容性小结.............................13第2.5节希捷公司机械硬盘的兼容性试验...................................132.5.1试验用冷却液..................................................132.5.2机械硬盘材料介绍..............................................132.5.3试验结果......................................................152.5.4小结..........................................................17第2.6节20T氦气硬盘浸没在碳氢冷却液中运行测试..........................182.6.1试验情况介绍..................................................182.6.2测试结果......................................................202.6.3小结..........................................................21第2.7节碳氢冷却液与服务器整机兼容性研究...............................22第三章碳氢化合物冷却液对健康环境的影响研究.................................24第3.1节冷却液的毒性评估...............................................24第3.2节冷却液的生物降解性测试.........................................25第3.3节健康环境影响结论...............................................25第四章碳氢冷却液应用案例介绍...............................................27第五章节能减排与环保效益评估...............................................28第六章结论.................................................................28 第一章前言 第1.1节碳氢化合物冷却液的研究背景与意义 受新基建、数字化转型等国家政策促进及企业降本增效需求的驱动，随着人工智能、云计算、大数据和区块链等技术的创新发展，以及5G通信时代的到来和各地区、各行业数字化转型的深入推进，特别是2022年2月，“东数西算”工程规划的8个算力枢纽节点和10个国家数据中心集群全面启动，数据中心建设进入了快车道。 数据中心是典型的耗能大户，目前，全球数据中心的能耗约占全球用电总量的1.5-2%，2022年国内数据中心用电量为2332亿千瓦时，占国内用电量的2.7%，而这一数据随着数据中心发展在不断提高。对于快速发展的数据中心而言，绿色集约是其重要前提和要求，关乎可持续发展，国家出台多项数据中心绿色发展政策。衡量数据中心绿色化的标准是PUE（电能利用效率=数据中心总能耗/IT设备能耗）、CUE（碳排放环保效率）、WUE（水利用效率），其中，PUE是目前行业首要的限制前提。 2021年10月，国家发改委印发《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》鼓励重点行业利用绿色数据中心等新型基础设施实现节能降耗，新建大型、超大型数据中心PUE值不超过1.3，到2025年，数据中心PUE普遍不超过1.5。2021年12月，国家发改委等四部门印发《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》到2025年，数据中心和5G基本形成绿色集约的一体化运行格局，国家枢纽节点的PUE要进一步降到1.25以下，绿色低碳等级达到4A级以上，逐步对PUE超过1.5的数据中心进行节能降碳改造。2023年4月，财政部、生态环境部、工业和信息化部联合制定《绿色数据中心政府采购需求标准（试行）》明确要求2023年6月起数据中心PUE不高于1.4，2025年起PUE不高于1.3（目前一般数据中心的PUE在1.6左右）。在国家政策驱使下，降低PUE刻不容缓。 数据中心要求服务器的正常运行温度为40-60℃，通常采用风冷用于散热冷却的能耗就高达35%以上，PUE在1.5以上。随着算力的不断增长和PUE要求的日渐严格，传统的风冷散热技术已达到其天花板，如何降低散热冷却的能耗成为了关键所在。数据中心的冷却技术不断升级迭代，液冷技术因为散热效率高、安静无噪音等优点成为了主流方向。 冷却液生产厂家紧盯紧俏的液冷市场，努力研制冷却液。氟化液是目前浸没式应用最广泛的直接接触型冷却液，但其成本高、有毒和不可降解的特点为油基冷却液的发展提供了契机。硅油比氟化液成本低，但它的生产规模小，价格仍然较贵，而且硅油难降解。 合成油和矿物油可生物降解，绿色环保性好。矿物油原料来源广，生产规模大，价格低廉，适用于单相浸没式和喷淋式液体冷却系统，是寻求低成本、高能效冷却解决方案的用户优选，精制矿物油因几乎无杂原子而成为矿物油中的佼佼者，合成油性质稳定。因此矿物油和合成油作为IT设备冷却液使用有很好的应用前景。 中石油克拉玛依石化有限责任公司（简称克石化）采用环烷基组分和石蜡基组分并存的矿物油资源和先进的炼油技术、科研能力以及丰富的油品资源研制接触型数据中心冷却液，助力数据中心践行“绿色革命”，实现节能减排新突破，为降低数据中心运营成本贡献力量。 第1.2节碳氢化合物冷却液的优点 采用先进工艺技术生产的矿物油型天然烃冷却液和合成烃冷却液无色透明、无味、无毒，同时还具有以下优点： （1）密度比非碳氢冷却液低，单位体积冷却液对数据中心建筑物楼板施加的重力较小； （2）导热速度快、载热量大，传热效率高； （3）介电常数＜2.2，对信号无干扰； （4）与服务器材料兼容性良好； （5）表面张力是非碳氢冷却液的2.5-3.5倍，渗透性泄漏损耗非常小； （6）沸点高，液态温度范围宽，从倾点到290℃范围内都处于液体的单一相态（沸程290～450℃），不汽化、不冻凝，工况条件下几乎无挥发损耗，无需严格的设备密封或定时补加冷却液，不会在密闭空间形成难闻气味，有利于维护人员安全放心地操作； （7）为生物可降解性物质，易处理易回收，绿色环保性优良； （8）冷却液原料易得来源广，生产规模大，成本低、性价比高。 第1.3节挑战 碳氢化合物冷却液（矿物油和合成油）目前正处于开发与应用测试阶段，作为IT设备冷却介质使用需进行大量研究。 碳氢化合物冷却液低温流动性受组成影响较大，需设计一定组成的碳氢化合物以满足IT设备不同环境温度使用，确保设备在较低环境温度下能够启动，同时也要满足散热单元泵设计粘度要求；传热能力、传热效率需满足IT设备散热需求；与IT设备系统材料（包对系统金属材料和非金属材料兼容性）兼容性需满足要求；冷却液对通信信号无干扰；冷却液消防安全、环保、毒性等均满足IT设备设计要求；另外，使用碳氢化合物冷却液的服务器设备清洗方法需要重点关注和探索。 以上是碳氢化合物作为IT设备冷却介质需解决的问题，被用户普遍认可尚需要大量的基础测试数据和应用案例积累。 第1.4节提出冷却液与服务器材料兼容性问题 直接液冷技术为数据中心节能降耗和高功率密度服务器的散热提供了全新的解决思路。该技术发展的关键除系统整体设计外，冷却液的安全可靠性无疑是重要因素，即在赋予冷却液具有优良的散热和介电性能的同时，使之与服务器系统材料的兼容性好，以保障服务器的使用可靠性与安全性。中石油克拉玛依石化有限责任公司作为国内最早的冷却液研发、生产企业，与联想集团、希捷科