百科：液冷技术

随着信息技术的迅猛发展，数据中心作为数据处理和存储的核心设施，其散热和能效问题日益凸显。传统的风冷技术难以满足数据中心高热密度、高能效的需求。液冷技术作为一种创新的散热方案，正逐渐受到业界的关注和青睐。

不同制冷技术PUE对比

液冷技术采用液体替代空气作为冷却介质，将液体直接或间接接触发热器件，可使散热效率大幅提升，能够有效满足单点、整机柜、机房的高散热需求。根据热器件是否与冷却液接触，液冷技术可以分为直接式液冷技术和间接式液冷技术。

直接式液冷技术

直接式液冷技术通过电子设备与冷却液直接接触进行热交换，快速导出设备产生的热量，其优点在于高传热效率和低能耗。直接式液冷技术分为浸没式液冷技术和喷淋式液冷技术，浸没式液冷根据冷却液的性质又可分为单相液冷和两相液冷。

（1）单相浸没式液冷技术

单相浸没式液冷技术是利用冷却液的比热容吸收热量，主要优点是换热效率高、结构简单，不会产生冷却液的逸散，对设备的密封性能要求低。单相浸没式液冷技术通常使用高沸点的冷却液，这类冷却液不发生相变，同时需要具有高绝缘、低黏度以及良好的兼容特性，例如氟碳化合物和碳氢化合物（矿物油、合成油等）。

单相浸没式液冷系统架构（卧式）

（2）两相浸没式液冷技术

两相浸没式液冷技术是利用冷却介质的沸腾相变潜热带走热量，当达到冷却介质的沸点时，在服务器表面发生沸腾相变带走热量，沸腾产生的蒸汽到达冷凝端完成冷凝，经过循环管路回到蒸发端。常用的冷却介质为低沸点、高潜热的氟化液。两相浸没液冷兼具高节能、高散热的技术优势，可同时满足高功率芯片的散热需求。

两相浸没式液冷系统架构（立式）

（3）喷淋式液冷技术

喷淋式液冷技术是在机箱顶部储液和开孔，根据发热体位置和发热量大小不同，让冷却液对发热体进行喷淋降温。相比于浸没式液冷，喷淋式液冷的每台服务器独立化液冷设计，不需要改变现有的机架式服务器部署形态。喷淋式液冷所需的冷却液总量较少，降低了对建筑承重的要求，目前喷淋式液冷采用较多的冷却液是硅油、矿物油或植物油等，相比于浸没式液冷用电子氟化液成本较低。

喷淋式液冷系统架构

间接式液冷技术

间接式液冷主要是冷板式液冷。冷板式液冷系统利用特制的冷板（通常由高导热金属如铜、铝制成一个封闭腔体）作为热量传递的媒介，间接地将电子元件产生的热量传递给冷却液，在循环泵作用下热量被冷却液转移到外界散热装置并进一步冷却，这种设计有效实现了热量的高效传导和散热。在整个冷却过程中，液冷冷板作为将服务器内热量传递到冷却液中的主要部件，在保证液体不直接接触服务器设备并安全运行的同时，通过不同类型的铲齿结构将主要散热部件的热量传递到液体中，并通过机房内二次管路返回至CDU中。CDU作为高温液体与低温液体的换热站，在CDU内循环泵和换热器等部件的作用下，将低温液体再输送回液冷冷板并进行再一次的循环。

冷板式液冷原理示意图

液冷散热技术与传统风冷方式相比，展现出卓越的散热优势，主要包括：

（1）传统风冷散热面对高功率服务器，其散热能力已经达到瓶颈。目前，各国都在训练和研究AI算法及大模型，这离不开高功耗算力芯片服务器的支撑。

（2）传统风冷散热依赖冷空气为数据机房降温，而液冷散热则通过冷却液直接或间接吸收IT设备热量。由于冷却液在密度、比热容和导热系数上均显著优于空气，所以液冷的散热性能优于风冷。

（3）液冷散热系统相对于风冷散热系统，在达到相同的散热效果时，液冷散热系统具有低能耗的环保特性，能够助力国家实现“双碳”目标。

（4）液冷散热系统在实现数据机房余热回收再利用方面比风冷散热系统更具优势，并且能够实现更高效的余热回收效果以及更多的余热回收量。

参考来源：
吴丹萍：液冷技术在数据中心的应用分析
蒋绍辉等：数据中心液冷技术的应用研究进展
郭银杰等：数据中心冷却技术发展综述
严劲等：数据中心液冷散热技术及应用