国内数据中心产业低碳技术在制冷技术上有哪些革新？

数据中心制冷技术演进

（1）数据中心功率密度加大，PUE 不断下降。随着我国 互联网、大数据、云计算技术的迅猛发展，数据中心 lT 设备 的功率密度越来越大，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。

（2）数据中心制冷技术三阶段

第一阶段（12 年以前）：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。

第二阶段（12～18 年）：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。

第三阶段（19 年至今）：国家和地方密集出台相关政策，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。

（3）数据中心制冷技术应对策略

1）传统的集中式水冷空调系统全面优化。通过逐步提升 冷冻水供回温度（从原来的 10/16℃，提升至 18/24℃），同 时选用高效率冷却塔或加大冷却塔换热面积（如间接蒸发冷 却塔等），选用变频技术、磁悬浮技术、风墙技术、背板技术 来进一步提升空调系统整体能效，最大限度增加自然冷却时 间，减少机械制冷能耗，PUE 值可控制在 1.3 以下，严寒或 寒冷地区可达到 PUE1.2 左右。

2）热管、蒸发冷、液冷等新型技术不断涌现。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。且液冷尤其适用于高密度机柜，业界认为一般机柜高 于 15kW，传统风冷效果就会大打折扣。若国家政策进一步加 码或者液冷服务器和液冷散热系统成本进一步降低，那么未 来液冷技术将被认为是北上广深等热点区域的必然选择。

（3）未来液冷技术将趋向于多种技术融合发展。液冷技术或未来绿色数据中心制冷技术应用，仅从液冷技术节能看， 效果最佳的。但近 5 年，国内大型数据中心制冷方案趋向于 多技术融合。依据东、西部地区各自的气候条件和政策要求， 采用集中式水冷、热管多联、间接蒸发冷、液冷技术等多种 技术，这些技术和方案将会长期共存，融合应用。原因在于， 我国目前液冷技术上下游产业链不够成熟或市场竞争不够 充分、液冷还没有规模应用程度。

液冷趋势分析

智算云需求和单功率成本优化需求使得高密服务器成 未来服务器主流趋势。我国数据中心规模不断扩大，截至 2021 年底我国数据中心规模已达 500 万标准机架6，预计每 年仍将以 20%以上的速度快速增长。随着云计算向智能计算 发展，对多核 CPU、GPU、FPGA、DPU 等高性能服务器需求日 益旺盛，据 IDC 等机构统计，GPU 为主的智算服务商在算力 比例中已达 20%，未来有望进一步加快提升。服务器的高密 部署推动单机架功率向 12-20kW 超高功率演进，据天翼云调 研统计，阿里云机架功率平均在 6kW 以上、微模块方案功率 平均在 13kW 左右，百度以 8.8kW 功率为主，腾讯机架功率 要求 8kW 以上。而成本因素也是推动高密机柜使用的另一个 重要因素。不同机架功率造价成本不同，单功率造价成本随 着单机架功率的升高而逐渐降低，据中国电信统计，当单机柜功率达到 8kW 及以上时，单功率造价成本较低且保持稳定 水平；结合未来数据中心规模发展及造价成本，12-20kW 的 高密度服务器将成为未来主流趋势，经业内专家测算，15kW 以上，传统风冷效率降低已无法完全满足制冷需求，液冷将 成为未来解决数据中心散热能耗问题的重要技术。

双碳背景下 PUE 监管趋严，市场化电价下数据中心用电 成本压力大。2020 年以来国家及地方不断出台政策严控 PUE， 2020 年 12 月《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创 新体系的指导意见》到 2025 年，大型、超大型数据中心运行 电能利用效率降到 1.3 以下；2021 年 4 月，北京市年能源消 费量大于等于 3 万吨标准煤的项目，PUE 值不应高于 1.15； 2022 年 2 月“东数西算”工程正式启动，对数据中心 PUE 提 出了明确限制（东部、西部区域内平均 PUE 值分别小于 1.25 和 1.2），PUE 将成为近几年数据中心建设的重要考核指标； 电价市场化改革的推进，平均电价成本由 0.45 元/度上涨到 0.58 元/度，增幅达 28.8%，加剧了 IDC 服务商用电成本压 力，其中 40%来源于散热系统用电。随着 PUE 政策限制和日益紧张的电力资源压力，加快推进液冷的研究和应用成为大 势所趋。

液冷需求分析

液冷数据中心市场前景广阔，带动液冷制冷市场规模和 氟化液市场需求量不断提升。据赛迪顾问预计，2022 年液冷 数据中心市场规模将 565.6 亿元，2025 年将突破 1200 亿元， 平均渗透率在 20%左右；同时结合对中国电信、阿里、华为、 曙光数创和华信设计院等公司业务技术团队的调研，初步得 出结论，液冷将是未来 3-5 年的主流趋势，液冷制冷市场规 模将会快速增长，预计到 2025 年液冷制冷总体规模将达 22.28 亿元；此外，由于氟化液产品具有良好毒性、不可燃 性、低介电性和低粘度等特点，氟化液成为浸没式液冷的理 想冷却介质，并且随着氟化液产品的不断创新和产品成本的不断下降，氟化液市场需求量不断提升，预计到 2025 年氟化 液市场需求量将突破 2609 吨/年。随着数据中心行业浸没式 液冷的市场份额逐渐增加，氟化液市场需求将快速增长。

互联网、金融和电信行业液冷应用比重较大，为未来液 冷制冷市场的主要需求主体。根据赛迪顾问《中国液冷数据 中心发展白皮书（2020）》显示，2019 年液冷数据中心主要 应用在以超算为代表的应用当中，随着互联网、金融和电信 行业业务量的快速增长，对数据中心液冷的需求量将会持续 加大。预计 2025 年互联网行业液冷数据中心占比将达到 24.0%，金融行业将达到 25.0%，电信行业将达到 23.0%。