现在知道还不晚，暖通空调行业新的机遇—数据中心液冷系统，它的原理是什么？有什么优势？
NO.1 什么是数据中心液冷技术
数据中心液冷技术，就是用液体代替空气给服务器散热，利用液体更高的导热与储热能力，解决AI时代单机柜功耗飙升（风冷上限约30kW，液冷可到120kW+）引发的散热瓶颈。
同时把 PUE（数据中心能源使用效率，1.0是理论极限，此时所有电耗都用来跑算力，无多于损耗）从风冷的1.4左右降到1.05~1.1，可实现大幅度节能。
液冷系统所用的冷却液体通常为乙二醇的水溶液（多用在冷板式液冷系统中）或者绝缘冷却液（氟化液合成烃油、矿物油、聚α烯烃PAO（高端合成油）、电子氟化醚等，多用在浸没式液冷系统中。
冷却液的核心特点是不导电、沸点低或热容量大。
NO.2 液冷技术的原理是什么
液冷的原理通常是利用液体的高比热特性，在较小的空间内将服务器的热量迅速带走。
相对于低比热容的换热介质(一般为冷风)，可大大降低传热温差——一般服务器的内核温度为40~60℃，为保证CPU及AI的算力核心GPU安全运行，由于风的单位体积比热容较小，须向服务器送出温差很大的冷风，通常温度不高于夏季27℃，导致供水温度不得低于20℃，相对于30℃室外环境温度，空调系统需进行逆送风机向散热，故需要压缩机做功完成系统散热。
液冷由于其较高的比热性能，可以向服务器送出温差较低的冷液，一般供液温度不低于35℃即可，相对于30℃环境温度（与当地气候有关，目前贵州是比较好的选择），空调系统可正向散热，也可以称之为自然冷却，可省去压缩机等关键耗能部件的能耗，通过该种技术，大部分时候可降低空调系统能耗的50%~70%，可降低数据中心能耗的40%~54%。
NO.3 液冷技术的优势
数据中心液冷散热技术的优势有如下几点：
1.散热能力好
液冷技术最初是为了解决服务器主要发热源CPU、GPU和内存的散热问题，当单机柜容量大于25kW时，采用风冷技术对服务器进行冷却效率很低，能耗很高。而液体的比热容大、热导率高，传热效率是空气的1000~3000倍。在相同体积容量条件下，液冷带走的热量是风冷的上千倍之多。特别是如今AI算力集群核心部件GPU，散热量更大，液冷几乎成为不二选择。
2. 节能性好
数据中心液冷技术在夏季温度不太高的地区（比如贵州等）基本可实现全年自然冷却，数据中心空调系统耗电占系统整体耗电的40%~50%，而空调系统的压缩机占空调系统耗电的50%左右，采用液冷技术后，可使得数据中心整体节能超过20%，PUE下降0.2左右，大大降低了基础设施耗电和服务器本身的功耗。
3.服务器性能更高
采用液冷技术后，服务器满载运行CPU温度可降低至40~50℃，比风冷降低约20℃，由于CPU和内存温度降低，CPU超频性能可得到完全释放，机群性能可提高5%以上。而GPU可以满频稳定运行，算力输出提升15%~30%，可以避免高温降频。
4.安全性更强
采用液冷技术后，CPU等核心器件的运行温度被液冷通道降温50℃左右，不会发生热宕机现象，可消除机架内的热岛现象，器件稳定性可提高一个数量级。
注：温度对电子元器件寿命和稳定性的影响，主要体现在以下几个方面:
1）器件安全，CPU、GPU内核温度每降低10℃，反向漏电流减半，可大大减小工作点漂移、特征曲线变化、增益不稳定、最大允许功率下降、P-N结击穿等风险。
2）电阻安全，由于内核温度降低，电阻内热噪声减小，阻值偏离很小，允许的耗散功率增加。
3）电容安全，内核温度每降低10℃，电容寿命增加一倍，减小器件击穿的风险。
4）敏感性低，用高比热容流体给CPU、GPU散热，即使在流体发生温升时，其对服务器也不会构成太大安全影响，主要因为在液冷系统调节过程中，CPU、GPU温度变化没有风冷那么敏感，对于服务器温控来讲，液冷技术更加安全。
5.噪声更低
传统的风冷服务器或算力模组的噪声一般来自于风扇，噪声一般在50dB左右，加上周围的空气环境，其噪声将达到70dB以上，液冷服务器大大降低了服务器的风扇功耗，同时也省去（或降低)了一大部分环境冷却风量，整体环境噪声低于30dB，大大提升了环境质量。
6.投资降低
相对于传统空调系统，液冷系统去掉制冷压缩系统，不仅大大降低了空调系统的复杂程度，而且减少了对电力容量的需求，提升了数据中心用于机柜的电力容量。
液冷系统的投资关键在于服务器和算力模组定制，其市场价格高于一般传统风冷服务器，但是通过该种技术大大减少了对制冷压缩机的依赖，因此，引起的压缩机和对应电气系统投资大大减少，且对建筑的投资也低于常规机械压缩空调系统。
NO.4 液冷技术的分类
日前数据中心液冷形式根据介质是否相变，分为单相液冷和相变液冷。按服务器/算力模组和液体介质的接触程度分为冷板式、喷淋式和浸设式。
1.冷板式液冷技术
冷板式液冷技术研发初衷是为了避免冷却液与服务器直接接触，该种技术针对主要发热源CPU、GPU和内存等部件进行精确制冷。
针对数据中心电子信息设备内部元件的差异化发热特征，采用“无压缩机”液冷通道对高热流密度元件进行散热、采用高效气冷通道对低热流密度元件进行散热的方式。
该技术适用于功率密度小于30kW的新建、扩建和改建液/气双通道散热数据中心机房工程的规划与设计。
1）原理
冷板式液冷技术是在常规风冷服务器基础上，CPU/GPU和内存侧紧贴一块板式换热器，芯片的热量通过热传导传至板内流体，流体为绝缘介质，可为去离子水、乙二醇溶液、氟化液等或相变的热管(热管通过换热器将热传导至机房外水系统)。
冷却的板片与服务器的CPU/CPU(高热流密度元件)通过直接接触将热量带走(冷板内有热管和液体散热两种形式)。
2）冷板式液冷设计
针对高热流密度元件的散热需求，由水冷型热管散热器、液冷分配单元、液冷维护单元、液冷温控单元、自然冷却单元、内外循环管路等组成的液冷循环散热系统。
其主要原理为：通过液体或水冷型热管散热器接触电子信息设备高热流密度元件，配内外两级水(液)循环及自然冷却单元排走该部分热量。
通常，为实现冷板式液冷彻底告别压缩机补冷，液通道和气通道可采用同一套冷源，同一套输配系统，冷源采用间接蒸发冷却冷水机组提供高温冷水，冷水机组在满足液冷通道散热的同时，也能满足气冷通道的最高送风温度低于35℃，满足服务器的用冷安全。
2.喷淋式液冷系统
喷淋式液冷系统是一种面向电子设备器件精准喷淋、直接接触式的液冷技术，冷却液可重力或系统压力直接喷淋至设备的发热器件或与之连接的固体导热材料上，并与之所热交换实现对设备的热管理。
在热交换的工作过程中，设备内冷却液的自由液面低于被冷却的发热器件或与之连接的固体导热材料，系统通过设备外部的换热单元对冷却液换热并循环使用。
1）喷淋式液冷技术原理
被冷却之后的冷媒被泵通过管路输送至机柜内部。
冷媒进人机柜后直接通过分液支管进入与服务器相对应的布液装置，或者将冷媒输送至储液箱以提供固定大小的重力势能以驱动冷媒通过布液装置进行喷淋。
冷媒将通过布液装置对设备中的发热器件或与之相连的导热材料，如金属散热器、树脂(VC)、热管等进行喷淋制冷。
被加热之后的冷媒将通过集液装置（如回液管、集液箱等）进行收集并通过泵输送至冷却液分配单元进行下一次制冷循环。
2）喷淋式液冷技术特点
喷淋式直接液冷技术的冷却液直接与电子设备接触并进行热交换，冷却液的性质直接影响系统的传热效率及运行可靠性。喷淋式直接液冷系统的冷却液一般具有以下特性:
(1)安全性
冷却液应具备安全、无腐蚀、无毒、不易燃的特性。
(2)热力学性能
冷却液作为传热介质应具备良好的热力学性能(如高热导率、大比热容、低黏度等)。
(3)稳定性
冷却液在设定的运行环境下应具有良好的稳定性，正常使用寿命不小于10年。
(4)绝缘性
冷却液应具有一定的绝缘性且不易溶解其他导电物质，通常冷却液在实际使用的工况下击穿电压应不低于15kV/2.5mm。
(5)材料兼容性
冷却液不应对电子信息设备上所使用的主要材料造成不良影响。使用过程中，应尽量避免选择可能因皮肤接触而产生毒理学反应的介质，同时需考虑冷却液的环保特性能够满足当地的法律法规。
3.浸没式液冷技术
由于数据中心耗电量很大，一般单模块耗电量均大于100kW，考虑到散热能力和服务器的运行安全，其散热形式均为浸没式相变液冷。浸没式液冷技术的分类浸没式液冷技术根据冷却工质换热过程中是否相变可分为相变浸没式液冷技术和非相变浸没式液冷技术。
1）浸没式液冷技术原理
非相变浸没式液冷技术原理:将设备直接浸没在绝缘冷却液中，冷却液吸收设备产生的热量后，通过循环将热量传递给换热器中的水，然后通过水循环将热量传递到室外散热装置。该技术由于服务器无风扇设计，噪声更低，噪声值可控制在45dB以下，同时省去了风扇功耗，服务器整体耗电降低10%以上。
相变浸没式液冷技术原理:将设备浸没在沸点低于设备工作温度的冷却工质中，当设备的运行温度达到冷却工质沸点时，会引起冷却工质的局部沸腾，冷却工质沸腾的过程中带走设备运行时产生的热量。
2）浸没式液冷设备总体设计
典型的非相变液冷系统由两个循环回路组成。
一次冷却回路：在液冷机柜内，冷却液在循环泵的驱动下流过电子信息设备，与电子信息设备直接进行热交换，热后的高温冷却液进入换热器与二次冷媒进行换热，冷却后的低温冷却液流回液冷机柜，完成一个完整的循环。
二次冷却回路：二次冷媒在换热器内与冷却液进行热交换后，高温的二次冷媒在循环泵驱动下进入二次冷却设备，在二次冷却设备内二次冷媒将携带的热量排放到环境中或进行回收利用，冷却后的二次冷媒重新流回换热器内，完成一个完整的循环。
上述二次冷媒可以是水、乙二醇水溶液、制冷剂等，二次冷却设备可以是冷却塔、干式冷却器等自然冷却装置。
非相变液冷系统也可以采用一次冷却设计，直接由冷却液携带热量并将热量排放到环境但由于冷却液成本较高，而液冷系统中冷却液用量不宜太多，故中、大型系统一般不考一次冷却设计。
浸没式液冷系统设计需要解决的两个最主要问题:
1）液冷机柜间及机柜内冷却液如何均匀分配，使得各电子信息设备获得均匀冷量。这方面需要采用同程环路供回液设计，机柜间需要设置平衡管，机柜内需要采用均流板供液。
2）如何降低主要热源CPU与冷却液换热热阻，以避免通过增大换热温差来实现散热过程，增大换热温差会降低利用自然冷源的可行性，从而增加系统能耗。这方面，需要选择合适热界面材料及散热器。
NO.5 液冷技术对于暖通空调行业是机遇也是挑战
从目前来看，随着AI技术爆发，算力中心（数据中心）基础设施在全世界范围内大规模建设，给暖通空调行业带来的诸多利好，这是是开辟行业高增长新赛道，拉高行业产品价值、驱动行业技术升级、延伸暖通空调服务链条、契合双碳政策的重要机遇和挑战，成为行业增长的核心动力。
随着房地产行业增长放缓，其逐渐退出国民经济的重心位置，暖通空调行业目前可以用举步维艰来形容。而随着AI技术的发展，算力中心（数据中心）将不仅是暖通空调行业的短期增长点，更是长期转型方向。
各科研机构、设计院、企业正在加速数据中心液冷、自然冷却、余热回收、智能控制技术布局，抢占AI算力时代的 “冷” 红利。暖通空调作为绝对的对口专业，将大有可为。
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