2025.9.25数据中心及 AI 服务器液冷冷却液行业分析框架

核心观点

• 液冷成必然趋势：随着算力中心规模和功率飙升，传统风冷在散热和能效上均濒临极限。液冷技术凭借更高的换热效率和节能优势，成为解决高能耗、高发热难题的关键路径。

• 技术路径并存：当前主流液冷技术为冷板式与浸没式。冷板式技术成熟、改造简单，是现阶段应用主流；浸没式散热能力更强、PUE 更低，但初始投资和运维成本高。

• 冷却液分类明确：不同基质的冷却液对应不同技术路径。水基多用于冷板式，油基和含氟冷却液多用于浸没式。其中，含氟冷却液（如全氟聚醚、氢氟醚）性能优越，但成本高且面临环保监管。

• 市场空间巨大：据测算，到 2028 年，全球新增 AI 和传统数据中心或将催生出总计约 10.8 万吨的冷却液需求。

1. 行业背景与驱动力

1.1 数据中心规模与能效压力

• 规模增长：全球数据中心市场规模预计将从 2017 年的 465.5 亿美元增长至 2027 年的 1632.5 亿美元，复合增长率达 13.4%。

• 能耗惊人：2024 年我国算力中心总耗电量达 1660 亿 kWh，占全社会总用电量的 1.68%。

• PUE 政策趋严：政策要求不断降低数据中心的电能利用效率（PUE）。最新标准要求 2025 年起，数据中心 PUE 需不高于 1.3，部分国家级枢纽甚至要求低于 1.25 或 1.2。

1.2 风冷极限与液冷崛起

• 功率密度突破极限：AI 芯片功率持续攀升（如 GPU 功率超 700W，单机柜功率超 120kW），热流密度远超风冷极限（约 30-50kW / 柜）。

• 液冷优势显著：

• 换热效率高：液体比热容是空气的 1000-3500 倍。

• 节能效果好：相比风冷可节能 20-30%，浸没式 PUE 可低至 1.1 以下。

• 噪音低：可实现 “静音机房”。

• 支持高密度部署。

2. 主流液冷技术路径

2.1 技术对比

技术类型	接触形式	解热能力	建设成本	服务器改造	运维复杂度	适用场景
冷板式	间接接触	中	中	较小	低	现有机房改造、中高密度场景（当前主流，占比 91%）
浸没式	直接接触	高	高	大	高	新建大型 / 超大型数据中心、超高密度 AI 集群
喷淋式	直接接触	-	小	中	高	应用较少

2.2 冷板式液冷

• 原理：通过冷板将热量间接传递给封闭循环的冷却液。

• 成熟度：最高，是目前应用最广的方案。

• 冷却液：主要使用水基冷却液（需防腐、防菌），双相系统则使用氟化液。

2.3 浸没式液冷

• 单相浸没：冷却液仅通过温度变化带走热量，要求介质沸点高、绝缘性好。

• 相变浸没：利用冷却液蒸发潜热高效带走热量，散热能力最强，要求介质沸点低、汽化潜热高。

• 冷却液：主要使用含氟冷却液（如全氟聚醚、氢氟醚）和油基冷却液（如矿物油、硅油）。

2.4 前沿：微通道冷板式液冷 (MLCP)

• 原理：在芯片封装内或冷板内蚀刻微米级通道，让冷却液无限接近热源。

• 驱动力：为应对下一代 AI 芯片（功耗或突破 2000W）的散热需求，英伟达等巨头正积极推动。

• 挑战：制造工艺复杂、系统压降大、易堵塞。

3. 冷却液种类详解

3.1 水基冷却液

• 应用：主要用于单相冷板式液冷。

• 优点：比热容大、传热性好、成本低。

• 缺点：易腐蚀、易滋生微生物，需添加多种添加剂。

• 代表厂商：康普顿、统一股份。

3.2 油基冷却液

• 矿物油：成本低、绝缘性好，但散热能力一般、易氧化。

• 合成油：性能优于矿物油，稳定性好，但成本更高。

• 硅油：绝缘性极佳、化学稳定，但散热能力差、粘度高。

• 代表厂商：中国石油、统一股份、陶氏化学、瓦克化学、晨化股份。

3.3 含氟冷却液（性能最优，关注焦点）

含氟冷却液因性能全面，是浸没式液冷，尤其是相变浸没式液冷的核心材料。

3.3.1 全氟聚醚 (PFPE)

• 优点：性能顶尖，绝缘、导热、化学稳定性俱佳，不可燃。

• 缺点：成本极高（约 40-50 万元 / 吨），GWP（全球变暖潜能值）高。

• 代表厂商：3M、索尔维、大金、巨化股份。

3.3.2 氢氟醚 (HFE)

• 优点：环保性能好（GWP 较低），无毒。

• 缺点：绝缘性能相对较弱（因含 H 元素）。

• 代表厂商：3M (Novec 系列)、巨化股份、东岳集团。

3.3.3 全氟胺 (PFA)

• 优点：绝缘性和热传导性优异。

• 缺点：GWP 值非常高（>5000）。

• 代表厂商：3M (FC 系列)。

3.3.4 六氟丙烯多聚体 (HFP)

• 优点：成本相对较低（约 20-30 万元 / 吨），GWP 较低。

• 应用：二聚体常用于双相浸没式，三聚体用于单相浸没式。

• 代表厂商：浙江诺亚、永和股份、东岳集团。

3.4 关键事件：3M 退出 PFAS 业务

• 动因：欧盟 REACH 法规限制、美国 EPA 诉讼压力及高昂的环境赔偿。

• 影响：3M 曾占据全球 90% 的半导体冷却剂市场份额，其退出造成巨大的市场空白。

• 机遇：为国内厂商（如巨化股份、永和股份、新宙邦等）加速实现国产替代创造了绝佳机会。

4. 市场空间测算

基于 SemiAnalysis 和 TrendForce 等机构的预测，国信证券对未来冷却液需求进行了测算：

年份	AI 数据中心冷却液需求 (万吨)	传统数据中心冷却液需求 (万吨)	全球总需求 (万吨)
2024	1.3	0.1	1.4
2025	1.6	0.4	2.0
2026	3.8	1.2	5.0
2027	6.2	1.8	7.9
2028	8.9	1.9	10.8

• 核心假设：AI 数据中心液冷渗透率快速提升（从 14% 升至 85%），且以浸没式为主（渗透率从 9% 升至 60%）。

5. 风险提示

• 需求不及预期：AI 数据中心装机量或液冷渗透率提升放缓。

• 技术路线不确定：行业尚未形成统一的最优技术标准，若冷板式长期主导，将影响高端冷却液需求。

• 环保政策风险：PFAS 类化合物因其环境持久性，面临越来越严格的全球监管，可能限制其使用。

• 产能释放风险：国内新增产能若因技术、资金或政策原因投建不及预期，可能导致供给短缺。