晶片直冷 vs 後門式熱交換器：閥門需求對照
重點摘要
這兩種架構的比較通常停在每機櫃多少 kW。但對寫閥門規格的人來說，關鍵問題是閥門位於哪一個迴路。後門式熱交換器由廠務水迴路供應，因此它的隔離閥是管線尺寸的廠務用閥，常見 DN50 到 DN80，滲漏落在地板上。晶片直冷冷板由 CDU 二次迴路供應，閥門較小，機櫃歧管處常見 DN15 到 DN50，流體是含緩蝕劑的乙二醇混合液，滲漏則落在通電的板卡上。壓力等級在兩側都很少構成限制，真正構成限制的是閥座與密封材質、密封等級、清潔度與可維修性。
兩種架構的差別在哪裡？
後門式熱交換器把機櫃背門換成液對氣盤管。伺服器風扇照樣推動氣流，盤管在出風路徑上把熱接下來。伺服器內部完全不動。廠商公開的容量大致落在每機櫃 40 到 55 kW，進水溫度越低則越高。
晶片直冷則把液體送到夾在處理器或加速器封裝上的冷板，在熱源處帶走熱量，而不是等熱量散進機房空氣之後再處理。單相晶片直冷正是讓每機櫃 100 到 200 kW 的持續密度得以實現的技術，通常搭配 N+1 冷卻液分配單元與雙集管機櫃歧管。
許多資料中心兩者並存：既有風冷區改裝後門式，新建區採用晶片直冷。這使得閥門清單裡出現兩群性質不同的閥門，而整併清單時合理的切法是依迴路而非依機櫃。
閥門位於哪一個迴路？
資料中心液冷通常描述為由一具熱交換器分隔的兩個迴路。廠務水系統，即一次迴路，把來自冰水主機、乾式冷卻器或冷卻水塔的處理水送往建築各處。技術冷卻系統，即二次迴路，則是 CDU 與 IT 設備之間封閉且化學受控的迴路。
後門式熱交換器在多數設計中直接接在廠務水上。它的隔離閥是常規廠務環境中的常規廠務用閥。
晶片直冷歧管位於二次側，那裡的一切都更嚴格。流體由 CDU 廠商指定，水質受監控，而全系統最窄的通道就是冷板流道，尺度在一毫米或更小的量級。
| 後門式熱交換器 | 晶片直冷 | |
|---|---|---|
| 閥門所在迴路 | 廠務水，一次側 | 技術冷卻，二次側 |
| 典型閥門口徑 | DN50–DN80（2"–3"） | DN15–DN50（½"–2"） |
| 流體 | 處理過的廠務水 | 含緩蝕劑的乙二醇水溶液，常見 25% 丙二醇；部分設計採去離子水 |
| 供水溫度帶 | 典型為 ASHRAE W17–W32 | 可較高溫運轉，W32–W45 設計已在使用 |
| 迴路壓力 | 建築配水壓力 | 常限制在 690 kPa（100 psi）以內；正常運轉多在 414 kPa（60 psi）以下 |
| 滲漏的後果 | 地板、圍堵、腐蝕 | 正下方的通電板卡 |
| 清潔度要求 | 一般管路施工水準 | 需明確規範，微粒會抵達冷板流道 |
| 維修接觸方式 | 機櫃背面，開門即可，IT 持續運轉 | 機櫃內部，常需節點停機 |
壓力等級會決定選閥嗎？
機櫃與 CDU 廠商公開的文件通常把二次側技術冷卻迴路壓力上限訂在 690 kPa（100 psi），熱交換器處的正常運轉壓力在 414 kPa（60 psi）以下，流量則在每台 23 到 57 公升/分（6 到 15 gpm）的範圍。相對地，CF8M 材質的 ASME Class 150 閥門在 100°F 下依 ASME B16.34 額定為 275 psi。對正常運轉而言，餘裕大約是四倍。
壓力等級沒有回答的，是閥座在數百次動作之後還密不密封、閥桿密封在溫度循環下會不會滲漏、閥門能不能不切管就維修，以及閥門內部會不會有東西掉進迴路裡。
為什麼兩側對滲漏的容忍度不同？
後門式的管路走在機櫃背面，經高架地板下或天花上方佈設。滲漏的接頭是一張維修單：圍堵、承接、下次維修窗口處理。等待期間不會有東西被毀掉。
晶片直冷的分支管路走在機櫃內部，位於通電板卡的上方與側邊。同樣的滲漏速率是完全不同性質的事件，這正是二次側標配承液盤、漏液偵測線與乾式斷接快接的原因。
這也改變了「什麼叫好閥門」。三件式閥體可以在不動管路與歧管的情況下取出中段更換閥座，在機櫃密度高、停機窗口短的環境裡，這一點的價值高過二件式閥體省下的那點成本。
流體如何改變閥座與密封件的選擇？
廠務水和二次側冷卻液是兩個不同的問題。
二次迴路常見的是含緩蝕劑的丙二醇水溶液，濃度常在 25% 左右，或是處理過的去離子水。決定材質界限的通常是緩蝕劑配方而不是乙二醇本身，而緩蝕劑化學組成因 CDU 廠商而異。請索取流體規格並轉交閥門供應商，不要只寫「乙二醇」就結束。
這種混合液在熱力與水力兩方面都比純水差。25% 丙二醇混合液的單位質量帶熱能力約低 5 到 10%，同溫度下黏度也明顯較高。同樣的熱負載需要更大流量，而更大的流量又要付出更多壓降。因此在泵揚程吃緊的場合，全通徑閥體值得那個成本。
| 接液零件 | 廠務水（後門式） | 二次迴路（晶片直冷） |
|---|---|---|
| 閥體與端接 | 青銅、碳鋼或不鏽鋼，視迴路水質而定 | SS316（CF8M）；銅合金通常排除 |
| 球體與閥桿 | 不鏽鋼，部分建築產品用鍍鉻黃銅 | SS316 |
| 閥座 | PTFE 或 RPTFE | PTFE 或 RPTFE，依緩蝕劑配方選定 |
| 閥桿與閥體密封 | PTFE，水系統常用 EPDM | 依流體與含冷待機在內的完整溫度循環選定 |
| 含鋅合金 | 由迴路水處理管理 | 避免；脫鋅產物會流向冷板 |
溫度方面，ASHRAE TC 9.9 在《Thermal Guidelines》第五版把液冷分級重新命名為 W17、W27、W32、W40、W45 與 W+，數字代表供水流體的最高溫度（攝氏），所有分級的下限一律為 2°C。晶片直冷讓較高溫的分級變得可行，因為熱在源頭就被以足夠高的溫度捕捉，一年之中有相當長的時間可以不靠機械式製冷排放。對選閥而言，這一點最終落在閥桿密封上：在含冷待機與 W45 運轉之間循環的迴路，密封件承受的溫度變化幅度較大，以及隨之而來的 PTFE 填料與不鏽鋼閥桿之間的差異膨脹。
清潔度與密封性由製程決定
這兩項在二次側規格書裡經常出現，卻很少被驗證，因為兩者在成品閥門上都看不出來。
清潔度是一道製程工序
加工完的不鏽鋼閥門離開車床時，帶著切削液、卡在螺紋牙底與閥座凹槽裡的細切屑，以及搬運殘留物。這些在一臂距離外都看不見。但只要閥門灌入溫熱的乙二醇並開始循環，它們全都會移動，而終點就是冷板流道。
解法是在加工與組裝之間的製程路線中安排一道清洗工序，常見方法是超音波清洗，接著是受控組裝與封蓋包裝，讓閥門抵達時維持出廠狀態。這是遠早於任何一張訂單就決定好的製程安排，所以它屬於詢價單，而不屬於進料檢驗。稽核時要問的不是供應商有沒有清洗閥門，而是清洗工序落在製程路線的哪個位置、方法是什麼、以及零件從那道工序到裝箱之間如何保護。組裝後才清洗，屑早就在閥腔裡了。
這不是非正式的慣例。ASHRAE TC 9.9 除了供水溫度分級之外，也為液冷設施定義了水質分級，因為迴路化學與微粒控制對設備壽命的影響，在氣冷架構裡沒有對應物。
密封性必須指名測試方法
以空氣或水進行的 API 598 殼體與閥座試驗是業界基準，適用於絕大部分液冷用途。它證明的是閥門符合某個規定的容許洩漏率，其解析度受測試介質限制。
當規格要求更高解析度時，而部分超大規模業者的二次側規格確實如此，氦氣測漏可以偵測到低數個數量級的洩漏，因為氦分子小、背景濃度低，能偵測到遠低於一個可見氣泡的洩漏量。多數這類迴路並不需要它，供應商若把它當標配提供，是在增加成本。重點比方法本身更窄：規格若要求某個密封等級，就必須指名證明它的測試，因為「bubble tight」這種說法背後沒有引用測試，就不是一項可採購的要求。
快接、冗餘與致動
二次側大量的拆接動作發生在乾式斷接快接上，而不是閥門上。Open Compute Project 正是為此發布了通用快速接頭（UQD）規格，讓節點可以在不排空迴路的情況下抽出。
這是把閥門需求換了位置，不是消除它。快接處理節點層級的斷接；閥門處理它上游的分支隔離、歧管隔離與 CDU 隔離，而且技師之所以能動手處理快接，靠的就是閥門。從機櫃圖面拉閥門清單時，分支隔離閥很容易被漏掉，因為快接一眼看得見，藏在後面的閥門看不見。
CDU 冗餘會帶來閥門後果
N+1 冷卻液分配是晶片直冷部署的標準做法，備援機組存在的意義就是可以在整排持續運轉的情況下維修。而這只有在每台 CDU 的一次側與二次側都能隔離、其餘迴路仍帶壓運轉時才成立。實務上這代表需要雙向關斷、閥位有明確指示，以及作業期間可上鎖。可上鎖手柄是個很小的項目，但維修程序遲早會依賴它。
詢價單上該寫什麼
後門式熱交換器隔離閥
- 口徑、端接形式與壓力等級依建築標準，DN50 以上常用法蘭，Class 150 為典型
- 廠務水水質，包含一次迴路中的乙二醇含量
- 是否必須在機櫃門開啟、IT 持續運轉的狀態下操作
- 依 API 598 的試驗範圍；需要履歷追溯時要求 EN 10204 3.1 材質證明
晶片直冷歧管與分支隔離閥
- 閥體材質 SS316（CF8M），並明文寫出接液零件排除銅合金
- CDU 廠商提供的流體規格，包含緩蝕劑配方，而不只是乙二醇百分比
- 溫度範圍要含冷待機，不只是設計運轉溫度
- 閥座與閥桿密封材質依該溫度範圍選定
- 泵揚程吃緊時採全通徑，並註明設計流量與容許壓降
- 需要現場更換閥座時採三件式閥體
- 交貨清潔度與包裝：除油、封蓋、無加工殘屑
- 密封等級，以及證明它的測試方法
- 閥門若出現在維修隔離程序中，需可上鎖手柄
- 閥門若會被致動，須註明 ISO 5211 安裝介面與設計差壓下的扭力；二次側分支與歧管隔離通常為手動撥柄式，致動多出現在 CDU 界面
清潔度是訂單開跑之後工廠無法回頭補上的那一項，因為它取決於閥門怎麼洗、怎麼組、怎麼包，而這些在成品上都看不出來。
常見問題
一句話版本：
閥門清單依迴路切，不要依機櫃切。服務後門式的廠務水閥門就是一般廠務用閥。服務冷板的二次側閥門則需要 SS316 接液零件、依 CDU 廠商實際流體規格（含緩蝕劑配方）選定的閥座與密封材質、明確的密封等級加上證明它的測試，以及一道位於加工之後、組裝之前的清洗工序。壓力等級幾乎不會是你的限制，清潔度與可維修性才會。
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參考標準與資料來源：ASHRAE TC 9.9《Thermal Guidelines for Data Processing Environments》第五版，液冷分級 W17、W27、W32、W40、W45 與 W+ 以及水質分級的出處。ASME B16.34（壓力—溫度等級）。API 598（閥門檢驗與試驗）。ISO 5211（部分迴轉致動器安裝）。EN 10204（檢驗文件類型）。Open Compute Project 通用快速接頭（UQD）液冷接頭規格。發行機構頁面：ASHRAE TC 9.9、ASHRAE Datacom Series、ASME、API。
100°F 下的 275 psi 是 ASME B16.34 中 Group 2.2 材料的 Class 150 額定值，該組包含 CF8M。二次迴路的壓力與流量數值，包括 690 kPa 迴路上限、熱交換器處 414 kPa 以及 23 至 57 公升/分，係機櫃與 CDU 廠商公開文件所載，會因設備而異，請依實際選用的 CDU 確認。機櫃容量區間取自廠商公開資料，僅供參考，不具規範性。乙二醇的比熱與黏度數值為 25% 丙二醇混合液的典型值，會隨濃度、溫度與緩蝕劑配方而變。