数据中心温控产品发展现状及技术趋势
思瀚产业研究院 新涛智控    2024-09-04

1.数据中心温控产品发展现状

在“碳中和”背景下，数据中心的能耗问题逐渐被社会关注，全国各地政策鼓励低能耗的数据中心建设。由于数据中心的能耗主要受到温控系统能耗的影响，因此温控设备的节能性开始对温控设备所使用的制冷逻辑提出了新的要求。

在数据中心节能方面，根据赛迪顾问数据，2019 年散热能耗在数据中心能耗中约占 43%，仅次于 IT 设备本身工作的能耗，由于 IT 设备技术升级降低能耗的难度较大，在节能方面，温控设备是现阶段数据中心节能潜力最大一环；在器件性能提升方面，数据中心设备体积庞大，能产生大量热能，如果不及时散热，将会影响相应设备的运行，直接影响设备性能、寿命、可靠性等。

随着 5G、云计算、AI 的快速发展，算力的增强，数据中心 IT 设备的功率密度也越来越大，主机房从早期的 300W/m2 到现在的 1500--3000W/m2，单机柜功率密度从 3kW 发展到现在的30kW，甚至更高，这给数据中心制冷带来了更大的挑战。近几年在各方的共同努力下，数据中心制冷技术得到了全新的发展，PUE 从 2.0 降至 1.2，甚至更低。

早期运营商、金融、互联网等机房规模较小，以风冷直膨式精密空调为主，先冷环境，再冷设备，气流组织较差，各自控制互相干扰，整体能效非常低，PUE 在 1.8-2.5 之间。在 2012-2018 年之间，运营商、互联网、金融、第三方运营公司开建大型及超大型数据中心，冷源采用集中式水冷冷水空调系统为主，通过冷却塔、板换进行自然冷却运行；缺水地区采用集中式风冷冷水空调系统，配套自然冷却功能；结合多种末端使用，如房间级空调、列间空调、冷板空调、背板空调等，整体能效得到较大提升，PUE 在1.25-1.5 之间。

随着国家和地方密集出台相关政策，2019 年以来，新建大型、超大型数据中心 PUE要求先从 1.4 到 1.3 再到 1.25、1.2，示范型绿色数据中心 PUE 要求 1.15，进一步加强了制冷技术的发展，氟泵、液冷、间接蒸发等新型制冷技术出现，带动新型制冷系统效率不断提升。

随着制冷新型技术不断涌现，数据中心行业也在与时俱进，各大企业制冷技术也在更新迭代，比如氟泵变频技术、热管多联技术、间接蒸发冷却机组（AHU 一体化机组）以及液冷技术（市场上冷板式、浸没式为主）等，通过新技术应用，数据中心 PUE 降至 1.2 以下。其中，液冷技术近两年行业推广和宣传力度非常之大，因其全年无需压缩机制冷，适用于全国各地区，整体PUE 将逼近 1.15 甚至更低。

2.数据中心温控产品市场情况

数据中心温控产品底层技术主要分为风冷、液冷两种。风冷是以空气为冷却介质，利用对流换热降低温度的一种冷却方式，主要分为自然风冷和利用风机的强制风冷两大类；液冷是以液体为介质进行热交换，主要特点为散热速度和效率更高，但结构更复杂、成本更高，同时需考虑冷却介质泄露的风险，目前主要应用的液冷技术为冷板式和浸没式。

在当前数据中心温控产品领域中，运用风冷的主要温控节能设备为精密空调，其可以将相关主设备所处环境的温度、湿度、洁净度等指标严格控制在特定范围内，从而达到提高主设备的稳定性、可靠性及使用寿命的目的，并兼顾节能环保的相关要求。

精密空调主要生产厂家为维谛技术、英维克、华为，根据第三方数据中心专业咨询机构瑞富银（RMR）发布的市场调查报告《2022 中国数据中心供应链及核心设备市场研究报告》显示，2022 年数据中心精密空调市场头部三家企业维谛技术、英维克、华为合计占市场份额 59%，其他主要精密空调厂商包括艾特网能、佳力图、世图兹、黑盾等，其中维谛技术凭借出色的整体实力，在精密空调、UPS、微模块（MDC）市场规模均排名第一。

随着服务器功率密度提高，液冷技术逐渐发展，采用液体直接冷却服务器，效率大幅提高，具有散热效果好、冷却速度快且占用空间小等优点。根据赛迪顾问数据，中国液冷数据中心市场规模保守估计由 2019 年的 260.9 亿元增至2025 年的 1,283.2 亿元，其中冷板式数据中心市场规模保守估计超过 750 亿元，年均复合增长率为 22%；沉浸式液冷数据中心市场规模保守估计可超过500 亿元，年均复合增长率为 46%。

而且，根据《电信运营商液冷技术白皮书》，预计到 2025年，国内三大运营商 50%以上的数据中心项目将采用液冷技术。数据中心液冷设备提供商主要厂家为曙光数创、英维克、申菱环境、维谛技术等，其中根据赛迪顾问《2023 中国液冷应用市场研究报告》显示，2021 年至 2023 年上半年，曙光数创以平均 58.8%的市场份额，位列中国液冷数据中心基础设施市场部署规模第一，市场集中度较高。

风冷技术和液冷技术是数据中心温控产品的重要底层技术，在温控产业市场中，包括温控节能设备的零部件制造厂商，如制冷剂泵（氟泵）、压缩机、冷却液、电磁阀、CDU 等等温控产品供应商，也包括液冷服务器、精密空调、液冷集成设施等集成商，由多个环节的供应商和制造商组成，共同推动着高效节能技术的发展和应用。随着技术的不断进步和市场需求的增长，这些参与者之间的合作和竞争将共同塑造温控产业的未来。

3.未来数据中心温控领域技术发展趋势

数据中心的发展趋势决定了制冷系统的发展方向，伴随着数据中心和服务器的发展，单机柜功率密度增大，高热密度冷却的需求已经越来越强烈，并将在未来几年逐渐渗透到各类型的数据中心。高热密度冷却在方案和设备上均和传统的方案有较大的区别，冷却末端越来越靠近热源，以便提供更大的散热能力和降低运行成本。

服务器功率提升带动数据中心单机柜功率走高，芯片算力密度提升也将带来单柜功耗上升，根据开放数据中心委员会（ODCC）发布的《冷板式液冷服务器可靠性白皮书》预测，未来 15-20kw 机柜成为主流，AI 集群算力密度普遍达到 50kw/柜。

根据赛迪顾问发布的《中国液冷数据中心发展白皮书》预测，2025 年全球数据中心平均密度有望达到 25kw/柜，高功率机柜突破传统风冷散热能力范畴，液冷是高功率数据中心的高效解决方案，自然风冷一般只能满足 8-10kw 单机柜密度的散热；随着机柜功率的提升，风冷制冷的性价比下降，液冷方案的性价比凸显。

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