1.1 云厂投资高涨，推动下游数据中心建设需求
AI 驱动下数据中心进入升级扩张周期。伴随生成式 AI 应用场景快速推广，围绕 AI 算力和模型的云服务成为互联网企业的新增长引擎。亚马逊、谷歌、微软等 CSP 云厂投入大量资本开支用于购买 AI 算力、训练大模型以争夺 AI 时代的用户 入口和生态主导权。2025 年北美四大 CSP 资本开支合计 3540.1 亿美元，同比高 增 147%；对 AI 算力的需求直接推动了 GPU 等 AI 计算平台和 AI 数据中心的发 展。根据 IDC 报告，2025 年全球 AI 服务器市场规模为 1587 亿美元，预计 2028 年规模超过 2200 亿美元。资本支出与 AI 服务器规模高增，对承载高功耗设备 的物理环境提出了严苛要求，倒逼数据中心从空间架构、配电系统及散热技术 等维度进行全面升级，驱动全球数据中心的升级扩张周期。
散热系统保障数据中心平稳运行。数据中心作为计算平台的物理载体和基础设 施，通常包含供电系统、散热系统、机柜、管路等部分，经过标准的建筑设计 和规划，保障 AI 计算平台稳定运行。由于 IT 设备将输入的电能几乎全部转化 为热能，热能不断累积将升高设备温度降低稳定性，甚至引发停机、起火等事 故。散热系统把 IT 设备运行过程中释放的热能持续转移并排放至外界，使 IT 设备始终处于合适的温度区间，是数据中心的重要组成部分。从成本角度看， 包含冷却塔、冷水机组等在内的数据中心冷却设备单位 GW 成本占比为 17.4%， 仅次于供电设备。
1.2 AI 计算平台功耗高增，液冷散热方案掣肘
AI 计算平台向高功率、高密度的方向发展。伴随芯片架构和制程工艺的进步， AI 计算平台芯片算力和功耗快速提升。同时更快的超节点带宽支持连接多个 GPU 以组成大型计算集群，单个机柜内可堆叠更多板卡实现规模化计算效果，推 动服务器机柜向高密度方向演化。英伟达于 2026 年 1 月发布 Vera Rubin AI 计 算平台，宣称其 NVFP4 推理算力是上一代 Blackwell 架构的 5 倍，单节点 TDP 预计达到 2300W，约为 GB300 的 2 倍，同时 NVL144 超节点方案允许单机柜内高 密度堆叠 144 颗 GPU 组成超大规模计算单元，单机柜功率提升至 350kW，为 GB300 NVL72 方案的 2.5 倍。
高功率、高密度的 AI 计算平台和机柜方案不断挑战传统风冷散热的解热极限， 液冷散热应运而生。AI 计算芯片功耗提升，叠加超节点方案提高单机柜芯片的 功率密度，同时减少空气对流空间，限制风冷散热的表现。当前风冷技术解热 上限为单机柜功率 60kW，而英伟达 GB300 NVL72 单柜功率为 140kw；Rubin 方案单柜功率将达到 350kW，远超风冷散热极限，液冷技术成为大型数据中心散热的 首选方案。
液冷散热物理性质优秀，具有更好换热性能。风冷散热利用空气作为导热介 质，通过冷热空气对流带走热量；液冷散热利用液体作为导热介质，直接或间 接接触发热器件转移热量，凭借液体的高比热容、高导热系数和低热阻性质， 实现相较于传统风冷散热方案更好的换热性能。
全球数据中心电力消耗快速提升，收紧 PUE 降低能耗成为共识。全球数据中心 快速发展导致电力需求高增，以美国为例，根据 semianalysis，预测美国 AI 数 据中心的电力需求将从 2023 年约 3GW 增长至 2026 年超 28GW。在双碳背景下限 制数据中心整体电能利用效率指标（PUE）已成为各国主要共识。我国已出台相 关政策逐渐收紧新建数据中心 PUE 上限，同时对能耗超标的旧数据中心进行节 能改造，2025 年全国新建大型和超大型数据中心 PUE 需降至 1.25 以内。
散热系统是数据中心的第二大能耗来源。典型数据中心散热系统能耗占比在 24% 以上，部分风冷数据中心占比高达 50%，是继 IT 设备之后第二大能耗来源。由 机房精密空调组成的风冷直膨散热系统 PUE 在 1.4-1.65 之间，已不满足当前数 据中心的建设规范，具有更好能耗表现的液冷散热系统可以将数据中心 PUE 有 效降低至 1.2 以下，帮助实现节能降碳效果。
液冷数据中心渗透率持续提升。在行业各方共同推进下，液冷散热方案被广泛 接受。根据 TrendForce，AI 数据中心的液冷技术应用率由 2023 年 6%快速增长 至 2025 年 33%。产业端看，服务器解决方案商不断将产能向液冷方案倾斜。AI 服务器方案龙头超微电脑将 2026 财年 DLC 液冷服务器解决方案的月产能由 2025 财年的 2000 架/月提升至 3000 架/月，占服务器总产能比例由 40%提升至 50%。 产能的实质性迁移印证了下游客户需求景气度，液冷正快速从高昂的定制选项 转变为算力基础设施的标准配置。
2.1 液冷系统一次侧冷源可分为机械冷源与自然冷源
液冷系统中，按照冷却液循环回路位置可分为一次侧和二次侧。二次侧回路位 于机房内，将 IT 设备释放的热量向外转移。一次侧回路位于机房室外，用于将 热量交换至冷冻水，再通过冷凝器排放至大气。一次侧回路和二次侧回路间通 过 CDU（冷量分配单元）实现热量交换。二次侧回路通常由冷板或浸没式液冷水 槽、Manifold（分液歧管）、快接头、液冷管等设施构成；一次侧回路由冷源、管路、阀门、液冷泵等设施构成。冷源用于为液冷散热系统持续提供冷量，是 散热系统的核心组成部分。
按照驱动热量转移的方式可将一次侧冷源分为自然冷源和机械冷源。自然冷源 是不借助机械做功实现对外热交换的冷源，通常由冷却塔或干冷器组成，依赖 高温冷却水和低温外界环境的温度差实现热量转移，可极大节省能源消耗。在 冷却塔中，携带一次侧热量的高温冷却水流经冷却塔盘管，冷却塔向盘管淋 水，覆盖管外壁的水吸热蒸发使管内冷却水降至室外湿球温度；在干冷器中冷 却水流经带有翅片的封闭管路，通过外部环境的低温空气流经翅片实现换热。
对于常规冷却水系统，自然冷源制冷效果不稳定，必须依赖机械冷源作为冷量 主力。根据 ASHARE Class W3 标准，常规冷却水系统进水温度在 32℃以下，数 据中心一次侧冷源需要维持全年稳定运行，且需要为应对极端环境做出性能冗 余设计。由于自然冷源完全依赖散热系统和外部环境的温度差，当环境温度高 于冷却水目标温度时制冷效果将大打折扣，因此自然冷源无法在高温、潮湿环 境下独立工作。根据 ASHARE，对于运行在推荐温度区域（18-27℃）的数据中 心，自然冷源全年仅半数时间段可以起到节能效果。全球大部分数据中心仍需 部署机械冷源作为主要制冷方案。
中高温冷却水系统增加自然冷源利用率，但仍需机械冷源部署。英伟达于 1 月 6 日发布新一代 Rubin 计算平台，宣称其芯片使用 100%全液冷设计，采用 ASHARE Class W4 标准的 45 度进水水温上限、55-60 度水温出水的热水循环而 “无需机械冷源”。论上，Rubin 进水温度上限（45 度）高于全球大部分地区的 环境温度，在全球大多数地区，仅通过自然冷源降温后的冷却水温度（理论上 与环境温度相同）可无需机械冷源直接对二次侧进行热交换。但该方案实际落 地难度较大，原因系： 1） 考虑逼近温度，高温环境下机械冷源仍是补冷刚需。即便 Rubin 的进水温度 上限高于全球大部分地区的环境温度，但从实际工程考虑，一次侧自然冷源 中的换热器（外部环境和一次侧热交换）和 CDU 中的板式换热器（一次侧和 二次侧热交换）在换热时存在效率损耗，需要考虑 5-8 度的逼近温度差值， 因此在夏季或高温地区，仅凭借自然冷源可能导致二次侧进水温度经常超 过上限。例如，假设逼近温度为 5 度，当外界环境干球温度为 38 度时，一 次侧干冷器出来的冷却水最低温度为 43 度（38+5），二次侧冷却液最低只能 降温到 48 度（43+5），超过 45 度进水温度上限。因此机械冷源作为补冷机 构，保障服务器全时段稳定运行，仍是一次侧必需设备。 2） 瞬时高负载下需要机械冷源平滑温度峰值。Rubin 计算平台的二次侧进水最 高温度与 GB300 相同，但功耗为 GB300 的一倍。系统负载瞬间提升时水温有 可能突破二次侧温度极限，实际工程中为避免冷却液温度瞬间提升，仍需要 机械冷源作为平滑水温峰值的备份冷源。同时为延长系统的使用寿命，日常 运行时的系统温度会适当降低，通常不会维持在 45 度的极限工况。因此在 环境适宜时可以减少机械冷源的运行时间，但不能完全淘汰机械冷源部署。 3） 机房空调和服务器辅助模块散热仍需机械冷源参与。虽然 Rubin 已实现 100%液冷，但大部分非全液冷的 AI 计算平台的服务器辅助模块（RAM、 VRM、光模块等）以及机房仍需使用风冷进行温度调节，因此机房精密空调 不可或缺，精密空调则完全依赖冷水机组等机械冷源。因此机械冷源作为机 房散热机构仍将发挥重要作用。 综上，中高温冷却水系统大幅降低了机械冷源的开启时间和能耗，摆脱了行业 对大冷量机组的冷源依赖，进一步降低 PUE 水平，提升项目经济性，未来或将 成为数据中心液冷行业节能降耗的主要技术推广趋势。但机械冷源仍将作为平 滑峰值、应急补冷的备份冗余冷源和辅助其他部件散热的冷源存在。
2.2 冷水机组是主流一次侧机械冷源
冷水机组是主流的一次侧机械冷源。冷水机组位于 CDU 和冷却塔/干冷器之间。 包含冷水机组的一次侧回路通常可以向下拆分为三个循环，即连接 CDU 和冷水 机组蒸发器的冷冻水循环、冷水机组内部的制冷剂循环以及连接冷水机组冷凝 器和冷却塔/干冷器的冷却水循环，三个循环共同构成一个多级换热体系。具体 来看，冷水机组吸收来自 CDU 的热量，为二次侧持续降温，再将热量转移至冷 却塔/干冷器并最终排放至外界。
冷水机组通过制冷剂相变实现热量转移。冷水机组由蒸发器、压缩机、冷凝 器、电子膨胀阀构成，其工作原理基于蒸汽压缩式制冷循环，通过控制饱和压 力使制冷剂在系统内不断发生相变，从而在蒸发器侧吸热，在冷凝器侧放热。 其制冷步骤分为四个过程： 压缩过程：低温低压制冷剂气体被压缩机吸入，在封闭系统中进行类似绝热压 缩的过程，制冷剂气体温度和压力同时提高，被压缩成高温高压的过热气体排 放至冷凝器。 冷凝过程：高温高压制冷剂气体进入冷凝器，与冷却水或空气进行热交换，释 放出热量，冷凝成中温高压过冷液体。制冷剂气体在高压系统中冷凝温度通常 高于外部环境的湿球温度（约等于冷却水温度）或干球温度（约等于空气温 度）。这使得冷水机组在较高环境温度下依然能够进行有效的冷凝排热过程。 节流过程：中温高压制冷剂液体通过电子膨胀阀等降压节流装置，膨胀阀出口 压力瞬间降低导致部分液体闪发气化，吸热降温形成低温低压的气液两相混合 物，为蒸发器创造低温吸热的环境。 蒸发过程：低温低压的气液混合物进入蒸发器，吸收冷冻水的热量并完全蒸发 为低温低压气体。低压环境下气液混合物的温度比冷冻水进水温度更低，因此 冷水机组可以从低温冷冻水中持续吸收热量。
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