三大液冷技术路径分析：冷板式为当前主流，浸没式或为未来趋势
思瀚产业研究院    2025-03-01

三种液冷技术均可实现 PUE 低于 1.25，满足相关政策要求。液冷技术可以细分为喷淋式液冷､冷板式液冷和浸没式液冷三种类型，主要区别体现在对服务器的散热方式不同。具体而言，喷淋式液冷是一种直接接触型液冷方式，通过向需要散热元件喷淋冷却液带走热量；冷板式液冷是一种间接接触型液冷，是将需要散热的元件固定在冷板上，液体通过冷板将热量带走实现散热；浸没式液冷是一种直接接触型液冷，是指将发热元器件完全浸没在冷却液中，吸收元件的热量。其中，浸没式液冷可以进一步分为单相浸没式和相变浸没式，二者主要区别在于冷却液升温后是否由液态转化为气态。采用这三种液冷技术下的数据中心能效水平良好，均可以实现 PUE 低于1.25，满足相关政策要求。

1、冷板式液冷：兼容性好、可靠性高，为当前市场主流

冷板式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧&二次侧液冷管路、冷却介质、液冷机柜组成。液冷机柜内部则包含液冷板、设备内液冷管路、流体连接器、分液器等组件。在冷板式液冷系统运行过程中，服务器内发热元件产生的热量会迅速传导至紧密贴合在其表面的液冷板上。液冷板通常由铜、铝等高导热金属制成，具有优异的导热性能。

同时，液冷工质（常见工质包括水、乙二醇水溶液、氟化液等）在CDU 循环泵的驱动下进入液冷板，之后在其中通过强化对流换热吸收热量。随后，温度升高的工质通过CDU换热器将热量传递至外部的冷却设备（如冷却塔或热交换器）。在这些冷却设备中，热量被释放到周围大气环境，工质的温度得以降低。冷却后的工质将再次通过循环泵返回至液冷板，从而开始新一轮的散热循环。

冷板式液冷技术占据当前国内主要市场，具有较高兼容性、可靠性。冷板式液冷技术较早引入中国市场，具有 10 年以上的技术积累，目前在三种主流液冷技术中成熟度最高、应用范围最广。根据中商产业研究院数据显示，当前我国冷板式液冷市场占比高达65%，而浸没式液冷和喷淋式液冷市场占比分别为 34%和 1%。

冷板式液冷方案主要有散热效率高、兼容性好、可靠性高等技术优势。具体而言，首先，与传统的风冷技术相比，冷板式利用液体的高比热容等特性能够实现更高效散热，从而提升设备的稳定性和使用寿命，并可有效降低数据中心的 PUE 值至 1.25 以下，远低于传统风冷方案的1.5 左右。其次，冷板式液冷技术具有较好的兼容性，其可以在保留现有的服务器主板等硬件架构下进行改装，在技术及规模化生产上具有较高的可行性。

此外，由于冷板式液冷技术中冷却液与设备不直接接触，减少了因液体泄漏导致的设备损坏风险，该技术具有较高的可靠性。但是，与直接接触型液冷方式相比，冷板式液冷技术在热交换受到液冷板的限制，散热效率相对较低。

2、浸没式液冷：散热效率高，为未来发展方向

浸没式液冷是一种通过将发热器件直接浸没在冷却液中，发热器件与冷却液直接接触进行热交换的散热方式。浸没式液冷系统室外侧包含冷却塔、一次侧管网、一次侧冷却液；室内侧包含 CDU、浸没腔体、IT 设备、二次侧管网和二次侧冷却液。按照热交换过程中工质是否存在相态变化，浸没式液冷可进一步分为单相浸没式液冷和相变浸没式液冷。

单相浸没式液冷：在单相浸没式液冷方案下，CDU 循环泵驱动二次侧低温冷却液由浸没腔体底部进入，流经浸没腔体中的 IT 设备带走发热器件热量。随后，吸收热量升温后的二次侧冷却液由浸没腔体顶部出口流回 CDU；通过 CDU 内部的板式换热器将热量传递给一次侧冷却液；升温后的一次侧冷却液通过外部冷却装置将热量排放到大气中，从而完成整个制冷过程。由于要确保冷却液不发生相变，单相浸没式液冷通常采用沸点高，且满足绝缘性强、黏度低、腐蚀性小等性能要求的冷却液，例如碳氢化合物（矿物油、合成油、天然油等）、氟碳化合物等。

相变浸没式液冷：相变浸没式液冷的传热路径与单相浸没式液冷基本一致，主要差异在于二次侧冷却液仅在浸没腔体内部循环。具有较低沸点和较高汽化潜热的液态冷却液（硅酸酯类、芳香族物质、有机硅、氟碳类化合物等）吸收IT 设备热量，达到沸点后沸腾发生相变；汽化产生的高温气态冷却液逐渐汇聚到浸没腔体顶部，与安装在顶部的冷凝器发生换热后冷凝为低温液态冷却液，随后在重力作用下回流至腔体底部，实现对IT 设备的散热。

浸没式液冷具有散热效率更优、支持高密度部署、静音等优势。与传统风冷技术和冷板式液冷技术相比，浸没式液冷具有多项优势。在制冷能效方面，浸没式液冷是将发热器件直接浸入冷却液中进行散热，传热路径更短，换热效率高，能够有效降低数据中心PUE值。采用单相浸没式液冷技术可降低数据中心 PUE 至 1.2 以下，而相变式液冷由于在散热中发生相变，具有更高的传热效率，可进一步降低 PUE 值至1.1 以下。

在功率密度上，应用浸没式液冷技术可以大幅度提高数据中心单位空间的服务器密度，大幅提升数据中心的运算效率。传统数据中心采用风冷技术可冷却的单机柜功率密度通常为10kW-15kW，而浸没式液冷可以将单机柜功率密度提升到 100kW 甚至 200kW 以上，满足高密度计算场景对散热的需求。

同时，机柜间无需隔开距离，机房内不需要空调和冷冻剂、无需架空地板、无需安装冷热通道封闭设施，机房空间布局可以更紧凑、更灵活，应用于地理环境或安装空间条件苛刻的数据中心中具有明显优势。在噪音方面，浸没式液冷技术无需配置风扇，可以实现极致“静音”机房。然而，浸没式液冷也具有一定的局限性。

例如，区别于传统的立式机架结构，浸没式液冷采用的浸没腔体为卧式Tank，结构上具有颠覆性，对机房的改造成本和初始投资成本较高。此外，浸没式液冷常采用的工质如氟化液价格高昂且具有潜在毒性（致癌/激素紊乱等）等风险，部分冷却液还需要持续干燥处理，增加了运维复杂度。

短期来看，冷板式液冷凭借兼容性强、改造成本低等优势占据了主要液冷市场，而浸没式液冷因为其高改造成本和运维难题限制了其实现规模化应用。但从长远角度看，随着未来冷却液价格下降、技术成熟度提升，在散热方面具有明显优势的浸没式液冷将逐渐成为未来高算力场景的必然发展方向，而具有更高散热效率的相变浸没式液冷或是终极液冷出路。

3、 喷淋式液冷：芯片级精准喷淋，技术成熟度相对较低

喷淋式液冷是一种针对芯片级器件进行精准喷淋的冷却方式，其通过重力或系统压力直接将冷却液喷洒至发热器件或与其连接的导热元件上，属于直接接触式液冷。喷淋式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧&二次侧液冷管路、冷却介质和喷淋式液冷机柜组成。其中，喷淋式液冷机柜通常包含管路系统、布液系统、喷淋模块、回液系统等。

喷淋式液冷的工作原理是通过动力设备（如泵压）将冷却后的冷却液从CDU 中引出输送至喷淋机柜内部，并精准喷淋到服务器电路板上的发热元件。冷却液与发热元件直接接触，利用其高效的热传导性快速吸收并带走热量。随后，吸热升温后的冷却液将通过回液箱进行收集，并通过泵输送至 CDU 进行下一个制冷循环。

作为直接接触式液冷方式，喷淋式液冷与浸没式液冷相似，同样具有散热效率高、支持高功率密度部署及静音等优势。但由于该技术目前成熟度相对较低，并且在冷却液喷淋过程中可能会出现液体飘溢和挥发等问题，容易影响机房环境的清洁度，实际应用案例相对较少，仅在少量数据中心中使用。

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