液冷系统选型

为应用挑选冷却系统时的考量因素

不熟悉多种液体冷却类型的工程师，在新项目中往往难以在环境冷却系统、循环冷水机、液‑液冷却系统之间做出选择。下文将对液冷系统 (LCS) 进行分类梳理，说明各方案之间的主要差异。

首要考量因素是，是否需要精确的温度控制，或需要将流体温度冷却到低于环境（空气）温度。如果两个问题的回答均为“否”，则只需一套能够带走大量热量的冷却系统即可。此时最具成本效益的解决方案是环境冷却系统。

环境冷却系统没有温度控制回路，因此无法保持预设温度。冷却依靠环境空气实现，因此环境温度就是液体出口温度的下限。

环境冷却系统虽然看似简单，却在工程设计上追求最大化冷却容量。冷却系统制造商对热交换器性能有充分了解，因此可以将冷却液流量与风量进行性能匹配，以便充分利用系统冷却容量。管路设计具备高可靠性，并且部件经过仔细选型，避免发生电偶腐蚀问题。标准现货环境冷却系统使用简便；将流体进出口接头连接至设备，加注储液罐，即可开机运行。

但如果需要控制温度，或需要将温度降到室温以下，该怎么办？ 循环冷水机和液-液冷却系统都是不错的替代方案。

循环冷水机使用冷媒实现冷却。循环冷水机工作方式与家用冰箱类似，但它们冷却的是水，而不是空气。工艺水回路包括蒸发器、储液罐和泵。水流经蒸发器时被冷媒冷却。在蒸发器的另一侧，冷媒蒸发吸热以冷却水，随后冷媒流经压缩机和冷凝器，将热量释放到环境空气中。

当热负载较高时，冷水机组将废热排放到机房空气中，可能会使机房空调系统过载。一种选择是使用带液冷冷凝器的冷水机组。在这种情况下，冷媒由设施冷冻水而不是空气冷却，这样可以降低冷水机组的噪声，并避免室内升温问题。

针对高热负载的另一种方案是液-液冷却系统。

液-液冷却系统 (LCS)

工艺侧回路与设施用水完全隔离，可保护设备不受设施用水温度、流量波动以及可能存在的污染物的影响。由于设施用水提供冷却，设施用水的温度就是流体出口温度的下限。

液‑液冷却系统结构紧凑，同等冷却容量下体积约为冷媒型冷水机组的 1/3，因而广泛应用于高热负载应用。系统不使用压缩机，因此也更安静，并且能源效率优异。

选择循环冷水机还是液‑液冷却系统？

热负载较低时，循环冷水机安装简便，通常是最简单的方案。热负载较高时，液‑液冷却系统更具成本效益。不过，该系统的使用仅限于现场具备冷冻设施用水的场景。需要接入设施用水管路，所以会限制设备的使用场地与便携性。

如果热负载较高，并且需要向设施用水排热，那么选择 LCS 还是带水冷冷凝器的循环冷水机，取决于设定温度。如果设定温度高于设施用水最高温度，选用 LCS 更具成本效益。但是，如果需要将温度降至接近或低于设施用水温度，则需要使用带水冷冷凝器的冷媒式冷水机组。

模块化冷却系统选型

计算确定所需的系统

MCS 性能以 Q/ITD 与流量的关系表示。Q 为热负载。ITD 为初始温差，即 MCS 液体进口温度与环境空气温度之间的差值。

要选择合适的 MCS 系统，需首先确定 Q/ITD。然后，在 MCS 性能曲线图上，在计算得到的 Q/ITD 数值处绘制一条水平线。最后，核验泵能否提供足够流量。

例如:

某激光器产生 700 W 的废热。激光器出水温应低于 35°C。室内环境温度为 20°C。激光器设备要求流量至少为 1 gpm。应选择哪种 MCS 系统？

首先计算 Q/ITD：Q/ITD = 700 W/(35°C-20°C) = 46.7 W/°C

使用热性能曲线图可以看到，流量大于 0.5 gpm 时，MCS20 即可满足性能要求。标配 BB 泵流量为 1.3 gpm，可以满足需求。如果考虑使用其他泵，请按照给定压降条件，使用泵流量计算进行验证，以确认流量满足需求。

液-液冷却系统选型

如何计算确定适合您应用的液-液冷却系统

在大多数液-液冷却应用中，我们已知设施用水温度 (TF)、工艺目标设定温度 (TP)、工艺回路流量 (VP) 以及工艺热负载 (Q)。

最后查阅液冷系统性能曲线，确定达到目标 Q/ITD 所需要的设施用水流量。

液‑液冷却系统计算示例

某回流焊炉工艺设定温度为 20 °C。热负载为 10 kW，工艺水流量为 5 gpm。设施供水温度为 10°C。根据热容曲线图可知，在 10 kW、5 gpm 条件下，工艺侧的 ΔT 约为 7.6°C。

液冷系统选型总结

系统的最终选型由所需冷却容量、温度稳定性、设定温度、是否提供设施冷却水共同决定。如需进一步协助选择冷却系统，请联系我们的热设计工程师，讨论您的具体应用需求。工程师可根据热负载、需求流量等输入条件，为您推荐合适产品。