随着数据量的爆发式增长，大量的算力需要海量服务器来支撑，而受限于数据中心建设面积和环保规定，增加单机柜功率密度成为调和不断增长的算力需求和有限的数据中心承载能力的关键解决方案。大量数据吞吐和运算使得作为人工智能、大数据等新兴技术“大脑”的数据中心面临着前所未有的能耗和散热挑战。

在此背景下，应用液冷技术和液冷服务器等设备的液冷数据中心应运而生，为数据中心的冷却提供了新的解决思路。

数据中心-图源网络

液冷是指使用液体取代空气作为冷媒，为发热部件进行换热，带走热量的技术。液冷技术的高效制冷效果有效提升了服务器的使用效率和稳定性，同时使数据中心在单位空间布置更多的服务器，提高数据中心运算效率，兼具能降噪的优势，余热利用也可以创造更多经济价值。

本文将从液冷技术分类、液体冷却剂（冷却液）及室外冷源三方面为大家做科普，今天分享主题为液体冷却剂。

二、液体冷却剂

液体冷却剂又称冷却液，是指使用形态为液体的冷却介质，例如汽车发动机中使用的防冻液。液冷技术中所涉及的液体介质，除了在操作环境的温度和压力下一直保持液体状态的之外，还包括那些使用中主要是液态但可以部分或全部相变为气态从而带走热量的介质。

与空气相比，液体冷却剂同样具有很好的流动性，但液体物质的分子间隔更小，单位体积液体带走的热量远远超过同等体积的气体，从而获得更好的传热效果，理论上使用液体做冷却介质可以设计出体积更小、更高效的冷却系统。

液冷技术不但有通过温度升高（或称显热）来吸收热量的单相应用，例如由泵、热交换器和散热器组成的单相冷却回路；还有利用低沸点易挥发液体的汽化潜热来吸收热量的相变系统之中，例如热管、热虹吸管、喷雾冷却和相变液冷系统。

热管工作原理-图源网络

在电子设备的冷却应用中，对液体冷却剂有诸多要求，而且根据应用的具体类型，要求也会发生相应的变化。需求总结如下：

良好的热物理性能（高热传导系数和比热，低黏度；相变应用中的高汽化潜热）；

低凝固点和膨胀系数（特别对水基类凝固时膨胀的液体，要求在低温环境，例如-40℃或以下有相应的膨胀保护措施，以便于运输和储存）；

单相应用中的高液体沸点，或工作温度下的低蒸汽压力；

相变系统所需的适合沸点和窄沸程范围（高于环境温度，低于发热元件最大工作温度）；

适合电子系统良好的化学和热稳定性；

高闪点和自燃温度（或完全不可燃）；

对系统组成的材料（金属、橡胶、塑料等其他物质）无腐蚀性；

不需要或仅需要最低限度的监管限制（无毒无公害、对环境友好、可降解等）；

经济性。

由上可知，理想的电子冷却剂应该是一种廉价无毒的液体，具有优良的热物理性能，并与系统中接触的材料兼容，具有难燃或不燃的特性以便满足安全需要，并且需要同时具有高稳定性来实现较长的使用寿命，以及排放或废弃后的可降解性。

各种冷却液综合对比-姚遥制图

01非介电液体

非介电液体冷却剂通常是指水和水性溶液，本身绝缘性较低或者易于溶解离子类物质而破坏原有的绝缘性。优点在于具有优越的热性能，相对较高的比热和热导率，常被用作冷却电子设备的非接触循环冷却液。

水+乙二醇

乙二醇无色，低毒，几乎无臭，与水完全混溶，可以有效降低混合溶液的凝固点。在添加抑制剂后，腐蚀性相对较低。

水+丙二醇

丙二醇相较乙二醇毒性更低，但热性能不如乙二醇，黏性更大，且成本较高。

02介电液体冷却液

介电液体冷却剂一般被称为导热油，是本身具有较高绝缘性能的有机和高分子类液体物质，同时不溶或难溶水或离子性成分，保证绝缘性不被轻易破坏。工业中常用的介电液体冷却剂包括芳香族物质（有毒性）、硅酸酯类（易分解）、碳氟化合物、碳氢类化合物、有机硅类物质等。

碳氟类

碳氟化合物是用氟取代与碳链相连部分或全部的氢而合成的有机或高分子化合物，最初是线路板清洁液，也常见于半导体、液晶生产设备的温控冷媒。

一般而言，碳氟类化合物性能特点包括：

具有优异的电绝缘性；

化学惰性、热稳定性，广泛运用于各种温控散热场景；

良好的材料相容性，与绝大多数金属、塑料和聚合物不反应；

不燃不爆，无燃点、闪点；

低表面张力，流动性、湿润性好；

但碳氟化合物密度较大，不易自然降解，且对臭氧层破坏和对温室效应的影响需要额外

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