Page 35 - 《精细化工》2022年第11期
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第 11 期 张呈平，等: 数据中心用浸没式冷却液的研究进展 ·2185·
当前数据中心散热困难的技术难题，实现数据中心 交换的液冷形式。例如：上海“国家大数据试验场”
的绿色低碳发展成为必然的选择。 采用芯片级精准喷淋液冷技术完美解决了该项目计
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研究表明，液冷技术成为解决数据中心散热难 算设备高功率高密度高热量问题 。
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题的有效方案 。液冷方式主要分为冷板式液冷、 对各种液冷技术进行比较，见表 1。由表 1 可
浸没式液冷和喷淋式液冷 3 种。与传统的风冷技术 知，冷板式液冷在空间利用率、材料相容性方面具
相比，液冷技术具有高效制冷、节能降耗、静音低 有较强的应用优势；但在成本方面，由于其单独定
噪、系统稳定、节约空间的优点。 制冷板装置的原因，导致技术应用的成本相对较高。
冷板式液冷是通过冷板（通常为铜、铝材质） 而喷淋式液冷技术则通过改造旧式的服务器和机柜
将发热器件的热量间接传递给封闭在循环管路中 的形式，大幅度减少了数据中心基础设施的建设成
的冷却液，通过冷却液将热量带走的液冷方式。由 本，但是散热效率略低于浸没式液冷。与前两者相
于冷却液不与电子设备直接接触，因此，冷却液可 比，浸没式技术的成本较适中，空间利用率与可循
直接采用水、乙二醇水溶液等高比热容的非电介质 环方面具有较好的表现，特别是在散热效率方面显
液体，具有载热能力强，可从电子设备移除更多热 著高于前两者。因此，浸没式液冷被认为是最理想
量的优点。例如：阿里巴巴千岛湖数据中心采用湖 和环保绿色的液冷技术。
水作为冷板式液冷的冷却液，有效实现数据中心的 浸没式冷却液作为液冷技术的关键材料，自面
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散热 。 世以来，引起人们的广泛关注。特别是随着美国 3M
浸没式液冷是以冷却液作为传热介质，将发热 公司、比利时索尔维公司陆续推出了低介电常数、
器件完全浸没在冷却液中，通过直接接触进行热交 导热性好的全氟胺、全氟聚醚系列物质作为含氟电
换。依据冷却液是否发生相变，浸没式液冷分为单 子冷却液，在市场上获得了初步应用，使得浸没式
相浸没式液冷和双相浸没式液冷两种。其中，在单 液冷的研究成为氟化学领域的焦点之一。目前，数
相浸没式液冷中，含氟电子冷却液保持液相；双相 据中心浸没式冷却液总市场规模达到 3 万 t，2025
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浸没式液冷则通过沸腾及冷凝过程，指数级地提高 年有望达到 10 万 t 。
冷却液的传热效率，其依赖于冷却液的蒸发潜热。 目前，市场上推出含氟电子冷却液的产品种类
例如：阿里云采用单相浸没式液冷对阿里云磐久液 繁多。对于绝大部分产品来说，作为浸没式冷却液
冷一体机 Immersion DC 1000 系列进行液冷散热， 并不是其主要的应用场景，例如：美国 3M 公司的
整体能耗下降 34.6%，实现绿色液冷技术与极致算 Novec 系列产品，更多的是作为清洗剂；比利时索
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力平台完美结合，助力低碳绿色数据中心构建 ； 尔维公司推出的全氟聚醚产品，主要是用作航天润
中科曙光超级计算机采用双相浸没式液冷对超级计 滑油等。目前，市场上各类产品理化性质差异较大，
算机的主要发热源 CPU 进行液冷散热，实现精确制 在很多领域存在潜在应用前景，并没有成熟的行业
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冷，最大限度降低高密度大型数据中心的制冷能耗 。 标准或市场配套。仅有美国 3M 公司、英国 Mivolt
喷淋式液冷是以冷却液为传热介质，将冷却液 公司等少数公司能提供含氟电子冷却液在内整套的
喷淋至发热信息技术（IT）器件或与之连接的导热 解决方案；而国内对于含氟电子冷却液的研究大多
元件的表面，发热器件与冷却液直接接触并进行热 仍处于小步跟踪和仿制的阶段。
表 1 数据中心液冷方式的比较
Table 1 Comparison of liquid cooling methods for data centers
液冷方式
指标
冷板式液冷 浸没式液冷 喷淋式液冷
成本 冷板要求的规格多，需要定制，成本较高 冷却液用量大，成本居中 可适度改造原有服务器和机柜，
成本较小
空间利用率 较高 中等 最高
材料相容性 冷却液不与主板和芯片直接接触，材料相 冷却液与主板和芯片直接接触， 冷却液与主板和芯片直接接触，
容性较强，但非电介质的冷却液泄漏会带 材料相容性较差，一般要求冷却 材料相容性较差，一般要求冷却
来硬件设备被毁坏的风险 液是非电介质液体 液是非电介质液体
可循环性 采用双路环状循环对冷却液进行二次利用 通过系统外的冷却装置进行循环 采用泵循环，实现资源的再利用
最高散热效率/% 80 [9] 100 [9] <100
含氟电子冷却液除了在数据中心进行应用，还 可应用在新能源汽车、充电桩、发电、输电、储电
