市场背景
2021年7⽉，⼯信部印发的《新型数据中⼼发展三年⾏动计划(2021—2023年)》中，提出到2021年底新建⼤型及以上数据中⼼PUE降低到1.35以下；到2023年底，新建⼤型及以上数据中⼼PUE降低到1.3以下。在政策推动下，液冷数据中⼼正成新的热点。近年来国内外许多头部IT企业也开始布局液冷技术，根据相关的数据显⽰，液冷数据中⼼每年⾄少可以节省30%⽤电量。同时，市场权威分析机构预计，到2026年，液冷数据中⼼市场的初始估值从2018年的14.3亿美元增⾄1205亿美元，年化复合增长率达30.45%，液冷数据中⼼的正处在快速增长的战略机遇期。
浸没式液冷技术定义与原理
液冷服务器
所谓的液冷，并不是单纯指的⽔。指的是把⾼⽐热容的液体作为传输介质，将IT设备或者服务器产⽣的热量带⾛，使之冷却。⽬前液冷技术主要有三种部署⽅式，分别是浸没、冷板、喷淋三类⽅式。本⽂将主要探讨浸没式液冷技术。浸没式液冷技术是⼀种以液体作为传热介质，发热器件浸没于液体中，通过直接接触进⾏热交换的冷却技术。根据介质是否存在相变化分为单相浸没和⼆相浸没⼆种类型。图1，浸没式液冷技术分类(原图来⾃于3M)
单相浸没式液冷原理：在单相浸没式液冷中，电⼦氟化液保持液相。电⼦部件直接浸没在电介质特性的氟化液中，⽽液体置于密封但便于操作的机柜⾥，热量从电⼦部件传递到液体，⼀般再使⽤循环泵将经过加热的电⼦氟化液循环到热交换器。在热交换器中冷却并回到机柜中。
两相浸没式液冷原理：在两相浸没式液冷中，通过电⼦氟化液的沸腾及冷凝过程，指数级地提⾼液体的传热效率。电⼦部件直接浸没在机柜中的电介质液体中，该机柜密封但易于操作。在机柜内，热量从电⼦部件传递到氟化液中，并引起液体沸腾产⽣蒸汽。蒸汽在机柜内的热交换器(冷凝器)上冷凝，将热量传递给在数据中⼼中循环流动的设施冷却⽤⽔。
以下以⼀个⼆相浸没式冷却的模型为例，采⽤的是3M公司的氟化液，沸点温度。冷却液机柜Tank内置冷却液盘管，与电⼦元器件吸热沸腾汽化后，⽓态氟化液在冷却液盘管壁⾯冷凝成液体，实现热量从电⼦元器到冷却液的转移，冷却液在冷去液分配单元CDU内与外循环的冷却⽔通过板式换热器换热后，热量最终通过室外的冷却塔散到环境中去。
图2，⼆相浸没式液冷⼯作原理
浸没式液冷技术特点与优势：
浸没式液冷与传统的风冷相⽐，浸没式液体冷却系统提供了更⼤的散热能⼒——同体积液体带⾛热量
是同体积空⽓的近3000倍，液体导热能⼒是空⽓的25倍——为数据中⼼⼤功率地部署提供了多种机会。同样的数据中⼼空间，当数据中⼼的功率密度增加10倍，⽐如⼀个机架达到50KW或100KW，显然浸没式液体冷却可以提供显著的空间和能源节约。浸没式液冷的总体优势可以从以下⼏点得到体现：
第⼀，应⽤浸没式液冷技术有助于实现数据中⼼节能。⾸先浸没式液冷数据中⼼与传统风冷数据中⼼相⽐，去掉了空调系统以及对应的风冷基础设施，增加了循环泵，能够节约建设成本。其次，与风冷系统相⽐，液冷数据中⼼能节省约30%的能源，有效降低能源消耗⽐，可以将PUE降到1.05，满⾜绿⾊数据中⼼的要求。
第⼆，浸没式液冷技术的⾼效制冷可有效提升IT设备的使⽤效率和稳定性。液体传导温度传递效果更快、更优，能够实现IT设备⾼效制冷。同时，由于液体的⽐热容⼤，在吸收⼤量热量后⾃⾝温度不会产⽣明显的变化，故⽽能够稳定IT设备温度。即使IT设备突发处于⾼峰状态，浸没式液冷也能保障服务器不会出现过热故障。
第三，浸没式液冷技术有助于实现数据中⼼降噪，达到静⾳效果。在相同散热条件下，液冷系统所使⽤的泵和冷却液系统，没有产⽣⼤量噪⾳的风扇，与传统的空调系统相⽐噪声更⼩，通常浸没式液冷数据中主的的噪⾳可以控制在50dB 以下，可以达到“静⾳机房”的效果。
第四，浸没式液冷技术有助于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。液冷数据中⼼省却了空调系统和相应基础设施的建设，节省了⼤量空间，可以容纳更多的服务器。同时，液冷技术可以应对⾼功率密度数据中⼼的冷却⼯作，如单机柜配电量达到50KW以上甚⾄未来达到150KW，液冷数据中⼼可以配置⾼密度的服务器从⽽使单位空间达到相较传统机房⾼⼏倍甚⾄⼏⼗倍的运算效率。如下图参考多冷却⽅式的效率与机柜功率密度。
来源 “Immersion Cooling for Green Computing”(Fangzhi, Director
结束语：
浸没式液冷数据中⼼的发展不仅会纵向渗透到不同⾏业，也会横向与⼈⼯智能、边缘计算和5G等技术相结合,⽀持其他技术落地的同时，也在实际应⽤中取得更好的发展，促进全⾏业数字化转型与落地。随着社会各个⾏业的数字化转型的加速，为推动绿⾊节能与可持续发展，浸没式液冷技术基于多项技术优势与发展潜⼒，将迎来快速发展的机遇期。当然浸没式液冷技术是对数据中⼼基础设施的⼀种⼤胆的创新，数据中⼼是⼀个整体的系统，浸没式液冷的应⽤也会对其他的⼦系统产⽣重⼤影响，⽐如数据中⼼的综合布线系统，在浸没式液冷的应⽤中会促使许多新的技术⾰新。
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