數(shù)據(jù)中心液冷及冷卻液行業(yè)分析

數(shù)據(jù)中心液冷及冷卻液行業(yè)分析一、算力持續(xù)增加對(duì)散熱技術(shù)提出新要求，液冷是有效解決方案隨著人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及區(qū)塊鏈等技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，以高速率、低時(shí)延和大連接為特點(diǎn)的5G通信時(shí)代到來(lái)，作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心及通信設(shè)備承擔(dān)的計(jì)算量越來(lái)越大，對(duì)計(jì)算效率的要求也越來(lái)越高。為了應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理性能的挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器及通信設(shè)備不斷提升自身處理能力和集成度，帶來(lái)了功率密度的節(jié)節(jié)攀升。這些變化除了帶來(lái)巨額能耗問(wèn)題以外，高熱密度也給制冷設(shè)備和技術(shù)提出了更高要求。傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)面對(duì)高熱密度場(chǎng)景呈現(xiàn)瓶頸，散熱效率已經(jīng)跟不上計(jì)算效率。在此背景下，液冷技術(shù)以其超高能效、超高熱密度等特點(diǎn)引起行業(yè)的普遍關(guān)注，液冷技術(shù)是解決散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)的必由之路。1、算力持續(xù)增加對(duì)芯片散熱要求更高，液冷是解決散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)的必由之路算力持續(xù)增加促進(jìn)功率密度增長(zhǎng)，對(duì)制冷技術(shù)提出新的要求。算力的持續(xù)增加促進(jìn)通訊設(shè)備性能不斷提升，芯片功耗和熱流密度也在持續(xù)攀升，產(chǎn)品每演進(jìn)一代功率密度攀升30~50%。當(dāng)代X86平臺(tái)CPU最大功耗300~400W，業(yè)界最高芯片熱流密度已超過(guò)120W/cm2；芯片功率密度的持續(xù)提升直接制約著芯片散熱和可靠性，傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱能力越來(lái)越難以為繼。芯片功率密度的攀升同時(shí)帶來(lái)整柜功率密度的增長(zhǎng)，當(dāng)前最大已超過(guò)30kW/機(jī)架；對(duì)機(jī)房制冷技術(shù)也提出了更高的挑戰(zhàn)。液冷作為數(shù)據(jù)中心新興制冷技術(shù)，被應(yīng)用于解決高功率密度機(jī)柜散熱需求。雙碳政策下數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)不斷降低。近年來(lái)，在“雙碳”政策下，數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)不斷降低，多數(shù)地區(qū)要求電能利用效率不得超過(guò)1.25，并積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心升級(jí)改造，更有例如北京地區(qū)，對(duì)超過(guò)規(guī)定PUE的數(shù)據(jù)中心電價(jià)進(jìn)行加價(jià)。制冷系統(tǒng)在典型數(shù)據(jù)中心能耗占比24%，降低制冷系統(tǒng)能耗是降低PUE的有效方法。算力的持續(xù)增加，意味著硬件部分的能耗也在持續(xù)提升；在保證算力運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，只有通過(guò)降低數(shù)據(jù)中心輔助能源的消耗，才能達(dá)成節(jié)能目標(biāo)下的PUE要求。制冷系統(tǒng)在典型數(shù)據(jù)中心能耗中占比達(dá)到24%以上，是數(shù)據(jù)中心輔助能源中占比最高的部分，因此，降低制冷系統(tǒng)能耗能夠極大的促進(jìn)PUE的降低。有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)占數(shù)據(jù)中心運(yùn)維成本的60-70%。隨著服務(wù)器的加速部署，如何進(jìn)一步降低能耗，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展，成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。液冷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)極佳節(jié)能效果。近年來(lái)，為了降低制冷系統(tǒng)電能消耗，行業(yè)內(nèi)對(duì)機(jī)房制冷技術(shù)進(jìn)行了持續(xù)的創(chuàng)新和探索。間蒸/直蒸技術(shù)通過(guò)縮短制冷鏈路，減少過(guò)程能量損耗實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心PUE降至1.15~1.35；液冷則利用液體的高導(dǎo)熱、高傳熱特性，在進(jìn)一步縮短傳熱路徑的同時(shí)充分利用自然冷源，實(shí)現(xiàn)了PUE小于1.25的極佳節(jié)能效果。2、風(fēng)冷是最成熟冷卻方案之一，但仍存在多項(xiàng)不足目前風(fēng)冷技術(shù)是數(shù)據(jù)中心最為成熟和應(yīng)用最為廣泛的冷卻方案之一。它通過(guò)冷／熱空氣通道的交替排列實(shí)現(xiàn)換熱。機(jī)架產(chǎn)生的熱空氣由機(jī)房空調(diào)（CRAC）或者機(jī)房空氣處理單元（CRAH）產(chǎn)生的冷空氣進(jìn)行冷卻，冷空氣通過(guò)地下的通風(fēng)口輸送至機(jī)架間的冷空氣通道。其中，CRAC采用制冷劑為媒介進(jìn)行冷卻，而CRAH則采用水－空氣換熱器對(duì)水進(jìn)行冷卻。在典型的風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心中，所有服務(wù)器機(jī)架均呈行排列。通過(guò)CRAH或CRAC單元冷卻的空氣通過(guò)地下通風(fēng)通道進(jìn)入數(shù)據(jù)中心房間后，擴(kuò)散經(jīng)過(guò)服務(wù)器，吸收服務(wù)器產(chǎn)生的熱量后進(jìn)入熱風(fēng)通道，從而回到CRAH或CRAC單元。因此，風(fēng)冷技術(shù)會(huì)同時(shí)冷卻服務(wù)器機(jī)架內(nèi)的所有電子器件。風(fēng)冷技術(shù)存在低密度和相對(duì)較低的散熱能力的不足。這對(duì)于高性能計(jì)算（HPC）應(yīng)用尤為明顯。此外，風(fēng)冷技術(shù)還有以下不足：1）熱點(diǎn)。由于缺乏合適的空氣流量控制系統(tǒng)，服務(wù)器設(shè)備產(chǎn)生的熱量和冷空氣換熱不均勻，容易在服務(wù)器機(jī)架之間和內(nèi)部形成局部熱點(diǎn)。因此，為了充分消除這些熱點(diǎn)，需要對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行過(guò)度冷卻，從而額外增大了能耗。2）機(jī)械能耗。在冷卻過(guò)程中，很大一部分電能用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)和泵，從而實(shí)現(xiàn)空氣和水的循環(huán)。3）環(huán)境匹配性。為了維持?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)行穩(wěn)定，采用風(fēng)冷技術(shù)的系統(tǒng)通常需要常年不間斷運(yùn)行。因此，即使在冬季，室外溫度較低，也需要維持?jǐn)?shù)據(jù)中心的冷卻循環(huán)，不利于節(jié)能。4）占用空間大。要達(dá)到有效冷卻，數(shù)據(jù)中心通常需要大量的空間來(lái)放置空調(diào)和服務(wù)器機(jī)架。3、相較于風(fēng)冷，液冷具有低能耗、高散熱、低噪聲、低TCO等優(yōu)勢(shì)液冷通過(guò)液體代替空氣，把熱量帶走。液冷是通過(guò)液體代替空氣，把CPU、內(nèi)存等IT發(fā)熱器件產(chǎn)生的熱量帶走，就好似給服務(wù)器局部冷卻、整體“淋浴”甚至全部“泡澡”。根據(jù)目前技術(shù)研究的進(jìn)程，將液冷分類為了水冷和冷媒冷卻?？捎美涿桨ㄋ⒌V物油、電子氟化液等。液冷具有低能耗、高散熱、低噪聲、低TCO等優(yōu)勢(shì)。液體的冷卻能力是空氣的1000～3000倍。液冷技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高密度、低噪音、低傳熱溫差以及普遍自然冷卻等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于風(fēng)冷技術(shù)具有無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是一種可以適用于需要大幅度提高計(jì)算能力、能源效率和部署密度等場(chǎng)景的優(yōu)秀散熱解決方案。（1）低能耗傳熱路徑短：低溫液體由CDU（冷量分配單元）直接供給通訊設(shè)備內(nèi)；換熱效率高：液冷系統(tǒng)一次側(cè)和二次側(cè)之間通過(guò)換熱器實(shí)現(xiàn)液液換熱；一次側(cè)和外部環(huán)境之間結(jié)合風(fēng)液換熱、液液換熱、蒸發(fā)汽化換熱三種形式，具備更優(yōu)的換熱效果；制冷能效高：液冷技術(shù)可實(shí)現(xiàn)40~55℃高溫供液，無(wú)需壓縮機(jī)冷水機(jī)組，采用室外冷卻塔，可實(shí)現(xiàn)全年自然冷卻；除制冷系統(tǒng)自身的能耗降低外，采用液冷散熱技術(shù)有利于進(jìn)一步降低芯片溫度，芯片溫度降低帶來(lái)更高的可靠性和更低的能耗，整機(jī)能耗預(yù)計(jì)可降低約5%。（2）高散熱液冷系統(tǒng)常用介質(zhì)有去離子水、醇基溶液、氟碳類工質(zhì)、礦物油或硅油等多種類型；這些液體的載熱能力、導(dǎo)熱能力和強(qiáng)化對(duì)流換熱系數(shù)均遠(yuǎn)大于空氣；因此，針對(duì)單芯片，液冷相比于風(fēng)冷具有更高的散熱能力。同時(shí)，液冷直接將設(shè)備大部分熱源熱量通過(guò)循環(huán)介質(zhì)帶走；單板、整柜、機(jī)房整體送風(fēng)需求量大幅降低，允許高功率密度設(shè)備部署；同時(shí)，在單位空間能夠布置更多的ICT設(shè)備，提高數(shù)據(jù)中心空間利用率、節(jié)省用地面積。（3）低噪聲液冷散熱技術(shù)利用泵驅(qū)動(dòng)冷卻介質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)并進(jìn)行散熱，解決全部發(fā)熱器件或關(guān)鍵高功率器件散熱問(wèn)題；能夠降低冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者采用無(wú)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，從而具備極佳的降噪效果，提升機(jī)房運(yùn)維環(huán)境舒適性，解決噪聲污染問(wèn)題。（4）低TCO液冷技術(shù)具有極佳的節(jié)能效果，液冷數(shù)據(jù)中心PUE可降至1.2以下，每年可節(jié)省大量電費(fèi)，能夠極大的降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本。相比于傳統(tǒng)風(fēng)冷，液冷散熱技術(shù)的應(yīng)用雖然會(huì)增加一定的初期投資，但可通過(guò)降低運(yùn)行成本回收投資。以規(guī)模為10MW的數(shù)據(jù)中心為例，比較液冷方案（PUE1.15）和冷凍水方案（PUE1.35），預(yù)計(jì)2.2年左右可回收增加的基礎(chǔ)設(shè)施初投資。通過(guò)將傳統(tǒng)風(fēng)冷、冷板式液冷和單相浸沒(méi)液冷對(duì)比，浸沒(méi)式液冷功率密度最高，機(jī)柜數(shù)量和占地面積最小，冷卻能耗和冷卻電費(fèi)最低；而風(fēng)冷的功率密度最低，機(jī)柜數(shù)量和占地面積最大，冷卻能耗和冷卻電費(fèi)最高；冷板式液冷居中。液冷系統(tǒng)通用架構(gòu)：室外側(cè)包含冷卻塔、一次側(cè)管網(wǎng)、一次側(cè)冷卻液；室內(nèi)側(cè)包含CDU、液冷機(jī)柜、ICT設(shè)備、二次側(cè)管網(wǎng)和二次側(cè)冷卻液。按冷卻原理，冷板式、浸沒(méi)式和噴淋式是目前液冷的3種主要部署方式。其中，浸沒(méi)式和噴淋式液冷等為接觸式液冷，冷卻液體與發(fā)熱器件直接接觸。（1）浸沒(méi)式液冷：浸沒(méi)式液冷將IT設(shè)備發(fā)熱元件全部浸沒(méi)在冷卻液中實(shí)現(xiàn)散熱，根據(jù)工質(zhì)是否產(chǎn)生相變又分為單相液冷和相變液冷。吸熱后的冷卻液采用風(fēng)冷或水冷等方式循環(huán)冷卻或者冷凝。（2）噴淋式液冷：噴淋式液冷依靠泵壓或重力驅(qū)動(dòng)，按發(fā)熱元件需求向IT設(shè)備電路板自上而下精準(zhǔn)噴淋冷卻液，吸熱的冷卻液采用風(fēng)冷或水冷等方式循環(huán)冷卻。（3）冷板式液冷：冷板式液冷為非接觸式液冷，冷卻液體與發(fā)熱器件不會(huì)直接接觸。冷板式液冷通過(guò)流道將冷卻液通往與IT設(shè)備發(fā)熱元件接觸的冷板將熱量導(dǎo)出，吸熱后的冷卻液通過(guò)風(fēng)冷或水冷等方式循環(huán)冷卻。接觸式液冷較間接式液冷，冷卻效果更優(yōu)。接觸式液冷與間接式液體冷卻完全不同，液體制冷劑直接和電子器件接觸，絕緣液體介質(zhì)能夠保證電子器件的絕緣。接觸式液冷技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：1）液體比熱容遠(yuǎn)高于空氣，傳熱量大，效率高。2）節(jié)能降耗。如前面所述，采用接觸式液冷技術(shù)，大幅降低冷卻能耗。PUE可達(dá)1.04，無(wú)限接近理論極限值。3）提高運(yùn)算設(shè)備性能和可靠性。芯片功耗的突然增加不會(huì)導(dǎo)致溫度瞬間的大幅變化。除了服務(wù)器和冷卻設(shè)備的耗電，事實(shí)上硬件維修和維護(hù)費(fèi)用也是數(shù)據(jù)中心不小的成本。據(jù)估算，服務(wù)器維修和維護(hù)費(fèi)用占服務(wù)器和冷卻電費(fèi)的一半。根據(jù)實(shí)踐，在數(shù)據(jù)中心中，硬盤需要的更換頻率是最高的。此外，溫度每升高10oC，電子器件的可靠性和壽命降低50%。因此，浸沒(méi)式（接觸式）液冷技術(shù)能夠最大程度控制服務(wù)器溫度均勻，并大幅提高運(yùn)算設(shè)備性能和可靠性。4）降低風(fēng)扇振動(dòng)、噪聲和耗能。浸沒(méi)式（接觸式）液冷技術(shù)完全不需要風(fēng)扇，最大限度減少噪聲污染源。5）提高數(shù)據(jù)中心功率密度，減小機(jī)房占地面積。按照單機(jī)柜42U容量配置，放置傳統(tǒng)19英寸標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，單機(jī)柜功率密度范圍可由20kW提升至200kW。接觸式液冷對(duì)氟化液純凈度、流體沸騰過(guò)程控制要求更高。1）首先，液封模塊中的氟化液必須非常純凈，而且芯片與基片之間連續(xù)的焊盤在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘留物也必須清潔干凈（實(shí)際操作比較困難）。否則經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間浸泡和相變循環(huán)，這些殘留物會(huì)溶解并在沸騰的過(guò)程中沉積于焊盤上。長(zhǎng)期使用會(huì)腐蝕焊盤從而失效。2）其次，在流體沸騰冷卻試驗(yàn)中，在芯片表面的沸騰剛剛開始時(shí)，溫度波動(dòng)會(huì)出現(xiàn)在芯片表面。在某些試驗(yàn)中，如果在沸騰開始前芯片已經(jīng)達(dá)到期望的溫度水平，在沸騰剛開始，芯片表面還沒(méi)有出現(xiàn)大量氣泡，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)顯著的超高（過(guò)熱）溫度提高芯片的結(jié)溫。3）最后，在非沸騰試驗(yàn)中，如果依靠氟化液自然對(duì)流冷卻芯片，則會(huì)出現(xiàn)由于比熱容偏低、散熱能力不夠而導(dǎo)致的不可接受的芯片高溫。冷板式液冷成熟度最高，浸沒(méi)式液冷、噴淋式液冷節(jié)能效果更優(yōu)。目前，3種不同液冷方案在通信行業(yè)各有一些應(yīng)用案例。其中，冷板式液冷發(fā)熱器件不需接觸冷卻液，發(fā)展時(shí)間最早，技術(shù)成熟度較高，冷板式液冷采用微通道強(qiáng)化換熱技術(shù)具有極高的散熱性能，在軍用雷達(dá)、高密度數(shù)據(jù)中心、高性能電腦、動(dòng)力電池以及高功率LED散熱領(lǐng)域均有應(yīng)用，是解決大功耗設(shè)備部署、提升能效、降低制冷運(yùn)行費(fèi)用、降低TCO的有效應(yīng)用方案；而浸沒(méi)式和噴淋式液冷實(shí)現(xiàn)了100%液體冷卻，具有更優(yōu)的節(jié)能效果。浸沒(méi)式液冷散熱節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯，在超算、高性能計(jì)算領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用；噴淋式液冷公開展示的研究成果和應(yīng)用實(shí)踐相對(duì)較少。浸沒(méi)式液冷根據(jù)工質(zhì)是否產(chǎn)生相變又分為單相液冷和相變液冷。（1）相變浸沒(méi)式液冷技術(shù)：相變式冷卻系統(tǒng)分一體式和分體式，其組成主要包括以下幾部分：冷卻液、密封腔體（密封，壓力－壓力控制系統(tǒng)）、芯片散熱膜模塊（散熱罩）、冷卻模塊（CDM）和室外冷源。其中，冷卻模塊又由管道、液汽換熱器、循環(huán)泵、儲(chǔ)液器和閥門等組成。室外冷源包括風(fēng)冷式機(jī)組、水冷式機(jī)組、水噴淋冷卻系統(tǒng)及閉式冷卻塔等。相變浸沒(méi)式液冷方案是數(shù)據(jù)中心高效和極具前景的冷卻方案。即使服務(wù)器在全負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行，服務(wù)器整體溫度仍能夠維持在合適的范圍內(nèi)。（2）單相浸沒(méi)式液冷技術(shù)：?jiǎn)蜗嘁豪漕惣夹g(shù)屬于浸沒(méi)式液冷前沿技術(shù)，該技術(shù)克服了以往IT設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的限制——IT設(shè)備的電子器件連同設(shè)備完全浸沒(méi)在特殊液體中，在液相環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，并形成完全封閉的導(dǎo)熱回路。與傳統(tǒng)的風(fēng)冷式和冷板式液冷技術(shù)相比，其性能大幅提高，幾乎完全免除濕度、灰塵和振動(dòng)的影響，優(yōu)化了服務(wù)器的運(yùn)行環(huán)境，延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命，安全可靠，無(wú)噪聲，制冷效率高，節(jié)能環(huán)保。盡管非相變類液冷技術(shù)的前景較好，但由于其對(duì)IT設(shè)備的要求較高，成本高昂，仍沒(méi)有得到普及。目前該技術(shù)主要應(yīng)用于散熱性能要求極高的超算領(lǐng)域，但是，隨著數(shù)據(jù)中心散熱要求的提高，其勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)數(shù)據(jù)中心主流的散熱技術(shù)之一。二、液冷數(shù)據(jù)中心建設(shè)加速推進(jìn)，市場(chǎng)規(guī)模有望超千億近年來(lái)，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)加快推進(jìn)。根據(jù)中國(guó)信通院的數(shù)據(jù)顯示，2021年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心在用機(jī)架數(shù)量達(dá)到520萬(wàn)架，較2020年增加超過(guò)100萬(wàn)架。據(jù)工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，預(yù)計(jì)到2023年底，全國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模年均增速保持在20%左右，2023年中國(guó)數(shù)據(jù)中心在用數(shù)量將超過(guò)800萬(wàn)架。2021年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1500億元，預(yù)計(jì)2022年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模到突破1900億元人民幣，同樣呈現(xiàn)出較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。預(yù)計(jì)2025年中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將超千億。據(jù)《液冷白皮書》，考慮到液冷對(duì)傳統(tǒng)市場(chǎng)進(jìn)行替代，包括風(fēng)冷的機(jī)房空調(diào)市場(chǎng)、服務(wù)器市場(chǎng)以及數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施（機(jī)柜、CDU、冷卻塔等）市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2025年，保守測(cè)算下中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1283.2億元，樂(lè)觀測(cè)算下中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1330.3億元。浸沒(méi)式液冷憑借其優(yōu)良的制冷效果，市場(chǎng)份額將快速提升。據(jù)《液冷白皮書》，保守來(lái)看，2025年中國(guó)冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到757.1億元，浸沒(méi)式為526.1億元；樂(lè)觀來(lái)看，2025年中國(guó)冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到784.9億元，浸沒(méi)式為545.4億元。其中浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心憑借其優(yōu)良的制冷效果，市場(chǎng)份額增長(zhǎng)速度較快，浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心的占比將從2019年的18%左右提升至2025年的40%左右。互聯(lián)網(wǎng)、金融、電信等領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)中心液冷的需求量將會(huì)持續(xù)加大。預(yù)計(jì)到2025年，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)液冷數(shù)據(jù)中心占比將達(dá)到24.0%，金融行業(yè)將達(dá)到25.0%，電信行業(yè)將達(dá)到23.0%。而能源、生物、醫(yī)療和政務(wù)等將行業(yè)需求將加快融入通用數(shù)據(jù)中心新業(yè)態(tài)，整體上規(guī)模有所下降。預(yù)計(jì)2025年能源行業(yè)液冷數(shù)據(jù)中心占比將達(dá)到10.5%，金融行業(yè)將達(dá)到8.5%，電信行業(yè)將達(dá)到6.5%，以政務(wù)為代表的其他業(yè)務(wù)將下降至2.5%。除數(shù)據(jù)中心之外，近年來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)快速發(fā)展，預(yù)計(jì)將帶動(dòng)儲(chǔ)能溫控行業(yè)需求提升。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2021年底，我國(guó)已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為46.1GW，占全球市場(chǎng)總規(guī)模的22%，同比增長(zhǎng)30%，由于儲(chǔ)能電池容量及功率較大，其對(duì)散熱要求更高，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部容易產(chǎn)生電池產(chǎn)熱和溫度分布不均等問(wèn)題，優(yōu)質(zhì)的溫控系統(tǒng)顯得對(duì)電池系統(tǒng)的壽命和安全性顯得尤為重要。三、冷卻液為液冷技術(shù)關(guān)鍵材料，市場(chǎng)需求有望大幅提升液體冷卻劑是液冷技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。在浸沒(méi)式（接觸式）液冷技術(shù)應(yīng)用中，除了硬件設(shè)備要求，液體冷卻劑也是最為關(guān)鍵的因素之一。對(duì)于合適的接觸式液冷冷卻劑，它要求：1）良好的熱物理性質(zhì)。高熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱容、低黏度，相變則需要高的汽化潛熱。2）低凝固點(diǎn)和膨脹系數(shù)。3）單相液冷需要高沸點(diǎn)。4）兩相液冷需要合適的沸點(diǎn)和窄的沸程范圍。5）對(duì)電子器件具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。6）高閃點(diǎn)和自燃溫度。7）對(duì)系統(tǒng)材料（金屬、非金屬和其他有機(jī)物無(wú)腐蝕性。8）不需要或僅需要最低限度的監(jiān)管限制（環(huán)境友好、無(wú)環(huán)境毒害、可生物降解等）。9）經(jīng)濟(jì)性。冷卻液主要可分為氟化學(xué)物質(zhì)（或氟碳化合物）和烴類（例如礦物油、合成油和天然油）。需要使用沸點(diǎn)較高（高于系統(tǒng)的最高溫度）的液體以確保液體保持在液相狀態(tài)。在選擇不同氟化學(xué)物質(zhì)和烴類之間做出決策時(shí)需要考慮以下因素：熱傳遞性能（穩(wěn)定性和可靠性等），IT硬件維護(hù)的便利性，液體衛(wèi)生和更換需求，材料兼容性，電氣特性，易燃或易燃性，環(huán)境影響，安全相關(guān)問(wèn)題和罐或數(shù)據(jù)中心使用壽命期間的總液體成本。烴類作為冷卻液，具有不易兼容、易燃、相對(duì)粘稠、易蒸發(fā)等缺陷。烴類（例如礦物油，合成油和天然油）主要由氫和碳組成，但它們也可能含有氮和/或氧。這些材料容易溶解烴基聚合物，因此它們不太可能與粘合劑，彈性體和熱界面材料兼容。此外，大多數(shù)烴類可燃和/或易燃。因此，對(duì)于許多應(yīng)用，特別是在雙相浸沒(méi)冷卻中，烴類可能對(duì)安全和基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。具有足夠高沸點(diǎn)和閃點(diǎn)的烴類流體可以用于某些單相應(yīng)用，但它們的缺點(diǎn)是相對(duì)粘稠（尤其是在低溫下），且從容易從硬件中蒸發(fā)出來(lái)。目前，芳香族物質(zhì)、硅酸酯類（25R）、脂肪族化合物、有機(jī)硅及氟碳化合物等都被嘗試應(yīng)用于直接接觸冷卻。由于氟碳類化合物具有合適的介電常數(shù)、比熱容、穩(wěn)定性及安全性，是最為常見的和受歡迎的電子設(shè)備液體冷卻劑之一。氟化液具有良好導(dǎo)熱性、電絕緣、化學(xué)惰性，適用于浸沒(méi)液冷系統(tǒng)。氟化液是一種熱穩(wěn)定全氟液體，由于氟化液的化學(xué)惰性，所以可以用于單相或者兩相的冷卻液，用于超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軍用的敏感電子元器件。氟碳化合物主要包含氟和碳元素，可能還包含氫，氮和/或氧。在有機(jī)化學(xué)中，碳和氟之間的鍵被稱為最強(qiáng)的單鍵，這就是氟碳化合物表現(xiàn)出高化學(xué)和熱穩(wěn)定性的原因。氟化冷卻劑具有化學(xué)惰性，接觸時(shí)不會(huì)腐蝕電子元件。使用后無(wú)需特殊清潔程序。同時(shí)，由于其良好的導(dǎo)熱性，它也被用作穩(wěn)定的冷卻劑。氟化冷卻液可廣泛實(shí)現(xiàn)物質(zhì)兼容，具有良好的介電常數(shù)和強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)電性能絕緣性，具有完備的毒性數(shù)據(jù)、完善的職業(yè)接觸指導(dǎo)，可用于浸沒(méi)液冷系統(tǒng)對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行冷卻；適用于數(shù)據(jù)中心的新建和改造，不含nPB、HAP、三氯乙烯、全氯乙烯等受限物質(zhì)以及26種電子設(shè)備常見的有害物質(zhì)，臭氧消耗潛能值（ODP）為零。全氟碳化合物最適合用于數(shù)據(jù)中心冷卻液，市場(chǎng)需求有望大幅提升。根據(jù)碳氟化合物的組成成分和結(jié)構(gòu)不同，可再分為氯氟烴（CFC）、氫代氯氟烴（HCFC）、氫氟烴（HFC）、全氟碳化合物（PFC）、氫氟醚（HFE）等種類。目前CFC種類已全球淘汰；HFC在20世紀(jì)90年代被開發(fā)出，用于替代氫氯氟碳（HCFC）和其他破壞臭氧層的物質(zhì)，部分HFC（如HFC-365mfc）可被用于溶劑清洗應(yīng)用，雖然其不破壞臭氧層，但全球變暖潛能值（GWP）較高。全氟碳化合物（PFC）包含全氟烷烴、全氟胺、全氟聚醚（PFPE）等類型，在沸點(diǎn)和介電常數(shù)方面的特性較為適合半導(dǎo)體設(shè)備冷卻場(chǎng)景，但也有溫室效應(yīng)影響；氫氟醚（HFE）的溫室效應(yīng)影響較小，對(duì)臭氧層無(wú)破壞，但通常具有較高的介電常數(shù)，和印制線路板微帶線或連接件直接接觸時(shí)對(duì)信號(hào)傳輸影響較大。綜合來(lái)看，全氟碳化合物是目前更適合用于數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)的冷卻液，隨著數(shù)據(jù)中心的加速建設(shè)，氟碳冷卻液市場(chǎng)需求有望大幅提升。電子氟化液主要被國(guó)外壟斷。在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，為了在更小的工藝尺寸下獲得精確的加工能力，在芯片生產(chǎn)的一些環(huán)節(jié)需要使用冷卻劑精確控制溫度。由于半導(dǎo)體生產(chǎn)線通常是不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，常通過(guò)電子級(jí)氟化液來(lái)進(jìn)行恒溫冷卻，以保障穩(wěn)定運(yùn)行。電子氟化液是半導(dǎo)體蝕刻工藝中晶圓表面控溫的關(guān)鍵供應(yīng)鏈原料，其生產(chǎn)技術(shù)難度大，品質(zhì)要求苛刻。目前電子氟化液主要被海外公司壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)處于加速追趕狀態(tài)，全球僅有美國(guó)3M、索爾維等少數(shù)企業(yè)能提供電子氟化液的冷卻方案。3M冷卻液主要分為兩大類：1）以3M?Fluorinert?電子流體命名的全氟碳化合物（PFCs）；2）以3M?Novec?工程流體命名的氫氟醚（HFEs）。其中，有一些型號(hào)適用于浸沒(méi)式冷卻，包括：1）PFCs：型號(hào)為FC-3283、FC-40、FC-43、FC-3284、FC-72和FC-70的3M?Fluorinert?電子流體2）HFEs：型號(hào)為7000、7100、7200、7300、7500、7700的3M?Novec?的工程流體。1）3M?Fluorinert?電子流體用于浸沒(méi)式冷卻3M?Fluorinert?電子流體為全氟碳化合物（PFCs），主要由碳和氟組成，但可能還含有氮和/或氧。這些流體無(wú)色、無(wú)味、非油基和無(wú)腐蝕性，具有寬廣的操作溫度范圍、低毒性、出色的熱/化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的介電性能，可用于單相或兩相浸沒(méi)冷卻系統(tǒng)。它們由于其極低的介電常數(shù)和高介電強(qiáng)度而非常適合數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式冷卻。2）3M?Novec?工程流體用于浸沒(méi)式冷卻3M?Novec?工程流體主要用于熱傳遞，包括兩種類型的氟化學(xué)品：氟酮類（FK）和氫氟醚（HFE）。3M目前建議使用HFENovec流體進(jìn)行數(shù)據(jù)中心液體冷卻應(yīng)用。Novec液體是非油基的，毒性低，無(wú)腐蝕性，具有良好的材料兼容性和熱穩(wěn)定性。NovecHFE液體具有低全球變暖潛勢(shì)（GWP）和零臭氧消耗潛勢(shì)（ODP），為數(shù)據(jù)中心提供了一種創(chuàng)新和可持續(xù)的解決方案，可用于單相或雙相數(shù)據(jù)中心液冷（直接散熱和浸沒(méi)散熱）應(yīng)用。Novec液體和Fluorinert液體均沒(méi)有閉杯閃點(diǎn)，因此它們?cè)贕HS下不被分類為易燃液體。這為許多傳熱應(yīng)用，包括浸沒(méi)式冷卻提供了額外的安全元素。與具有高閃點(diǎn)的碳?xì)浠衔锊煌琋ovec液體和Fluorinert液體在廣泛溫度范圍內(nèi)都表現(xiàn)出低粘度，并且能夠從任何表面干凈蒸發(fā)。Novec液體和Fluorinert液體具有不同的分子結(jié)構(gòu)，但表現(xiàn)出類似的性質(zhì)，如非臭氧破壞、低毒性和低溶解度。3M退出市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)冷卻液生產(chǎn)商迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。2022年12月20日，因環(huán)保原因和原材料問(wèn)題，美國(guó)3M宣布將退出全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的生產(chǎn)，并努力在2025年底前停止在其產(chǎn)品組合中使用PFAS，預(yù)計(jì)將對(duì)全球半導(dǎo)體冷卻液市場(chǎng)產(chǎn)生重大影響，同時(shí)為國(guó)內(nèi)企業(yè)加速追趕提供新的發(fā)展機(jī)遇。四、重點(diǎn)公司分析1、巨化股份2020年底，巨化集團(tuán)技術(shù)中心開發(fā)的高性能巨芯專用冷卻液正式出廠，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高性能大數(shù)據(jù)中心專用冷卻液的空白。該冷卻液是巨化集團(tuán)技術(shù)中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)，基于十余年的冷卻液研發(fā)技術(shù)積累，最終成功開發(fā)出的高性能大數(shù)據(jù)中心設(shè)備專用的巨芯冷卻液。巨芯冷卻液具有電絕緣、無(wú)腐蝕、低揮發(fā)、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，作為大數(shù)據(jù)中心冷卻液產(chǎn)品，巨芯冷卻液已通過(guò)第三方測(cè)試、流動(dòng)模擬測(cè)試、基材兼容性測(cè)試和單機(jī)運(yùn)行測(cè)試，主要性能指標(biāo)與國(guó)外壟斷產(chǎn)品相當(dāng)。目前，公司依托自有的技術(shù)研發(fā)中心已成功開發(fā)出系列電子氟化液產(chǎn)品包括氫氟醚D系列產(chǎn)品和全氟聚醚JHT系列產(chǎn)品。2021年8月，巨化下屬企業(yè)、浙江創(chuàng)氟高科“年產(chǎn)5000噸巨芯冷卻液項(xiàng)目”開工建設(shè)，項(xiàng)目投