收藏：数据中心制冷史

1800年人们发现冰/雪和盐混合时具有制冷效应，能够大幅度降低水温，使水结冰。

1834年英国人波尔金斯制成第一台使用乙醚作为制冷剂的压缩式制冷机。

1873年德国人林杰发明了氨制冷机。

1876年甲醚被用于制冷剂用来从阿根廷到法国运输肉类。

19世纪末随着机械制冷技术不断成熟，产生大量可应用的制冷剂如氨水、二氧化碳、二氧化硫、氯甲烷以及烃类。

20世纪初Start制冷技术开始进入工业化应用，而当时已经开发的制冷剂工作压力较高且大多数均具有毒性和可燃性。

1928年一种新型的制冷剂(二氯二氟甲烷)在美国合成成功，它不可燃，且具有低的毒性，工作压力低，属于人们期望的理想的制冷剂。

1931年杜邦公司开始大规模工业化生产这种新合成的制冷剂，氟利昂家族从此诞生了。

1930-1950年制冷剂家族以及大型商用空调获得了飞速的发展。

1988年蒙特利尔协议，缔约国就限制使用对大气臭氧层具有破坏作用的制冷剂达成了协议并规定了具体的行动时间表。

1、水也是制冷剂的一种，制冷循环极热或放热利用的正是物质相态转变时需要吸收或放出的巨大的热量，因为谁在正常压力下饱和温度较高，不能吸收通常温度下室内的热量，所以不常用。

2、而R22在正常压力(70PSIG)，其蒸发温度为(4.5℃)，且单位溶剂制冷能力较强，对于人类理想的舒适温度21-27℃来说，是非常理想的冷源。

3、与谁的性质类似，对于R22来说，在(70PSIG)压力下，饱和温度为(4.5℃)，故此在此压力下蒸发过程制冷剂温度，恒定为(4.5℃)，蒸发过程首先是饱和液体状态。在(70PSIG)压力下，如果R22的温度低于4.5℃，其一定处于也太，且温度低于饱和点，我们称其为过冷液体。如果R22的温度高于4.5℃，其一定处于气态，且温度高于饱和点，我们称其为过热气体。

4、为实现制冷剂在温度相对较高的冷凝器一侧的冷凝散热，唯有通过升高制冷剂的压力来提高其饱和温度，使其高于室外环境温度从而实现散热冷凝过程。

最早数据中心以定速DX压缩制冷空调为主，回风温度低，一般23~24℃，气流组织差，基本不利用自然冷源，平均PUE一般1.8~2.0，甚至超过3.0；随着服务器密度提高、空调设备空间利用率要求提高，采用冷水机组+冷冻水末端解决方案，此阶段PUE大约1.6~1.8之间，自2012年以后变频技术、封闭冷/热通道气流组织、各类自然冷却技术融入到数据中心冷却领域，设备开始全年部分使用自然冷却，回风温度也有所提高，此阶段PUE约1.3~1.5之间；2017年以后，数据中心冷却设备主要以自然冷却为主，机械制冷为辅，同时空调设备回风温度大幅提高，高效精准的的气流组织使得PUE主流在1.2~1.4之间，未来随着液冷渗入，PUE还会进一步降低，甚至低至1.05。

图1 数据中心冷却设备与PUE发展历程       

图2 数据中心PUE发展历程

图3 不同PUE下各部分能耗构成

近年来，数据中心尤其是超算快速发展，数据中心成为较为火热的投资领域，而关于中国数据中心市场容量，众说纷纭。根据科智咨询《中国IDC产业发展研究报告》，如图1所示，2016年~2023年中国数据中心市场规模持续稳定增长，增长整体呈线性，2023年，我国IDC业务市场规模突破5078.3亿元。

图4 数据中心市场规模

根据中国信息通信研究所 （ ODCC ） 发布的《数据中心白皮书（202 4 ）》数据显示，如图2所示， 2202 3 年，中国数据中心市场收入超过 2407 亿元 ，2 02 4 年我国数据中心行业市场收入达到 3048 亿元 。       

图5 数据中心市场规模-ODCC

数据中心的蓬勃发展，作为保驾护航的数据中心冷却设备也同样迎来一波新的高峰， 数据中 心用冷却设备涉及 产品类型 很 广泛 ，包括单元式空调、冷水机组、热管/氟泵 /风墙 、 间接蒸发冷却以及 液冷 设备 等 。 根据《202 4 中国制冷空调产业发展白皮书》数据 显示，如图 3 所示，202 4 年中国数据中心 冷却设备 市场容量达到 152.6 亿元。

图6 数据中心冷却设备市场规模

       202 4 年，中国数据中心用 单元式空调全年销售额 突破65.68 亿，如图 4 所示，比较主流品牌包括 维谛、华为、 英维克、佳力图、海悟、艾特 网能 、世图兹、 斯泰科、中创美纵、依米康、克莱门特、阿尔西、 美的、格力、海信、海尔等品牌，单元式空调 持续突破 高能效水平门槛。       

图7 数据中心冷却设备-单元式空调

    对于数据中心用大型冷水机组，如图 5 所示，202 4 年总体规模 26.2 亿， 鉴于 数据中心整体解决方案概念日益强化，促进了冷水机组在数据中心领域的加速应用。比较主流品牌包括约克、 开利、 麦克维尔、特灵、克莱门特 、 美的、格力、海尔 、 盾安、国祥、天加 等品牌，冷水机组进入持续提高能效道路，高效预制化模块化集成式冷站的解决方案将成为行业发展重要的增长点。

图8 数据中心冷却设备-冷水机组

如图 6 所示，数据中心用热管背板 （ 重力热管、氟泵动力背板等 ） 、氟泵技术 、 风墙（冷冻水、冷媒、双冷源等） 在202 4 年市场规模达到 20.6 亿，自双碳 、 东数西算等一系列 严 控PUE 、 WUE政策后，此类产品市场持续增长，甚至走出国门，目前该产品企业与传统单元式空调企业基本一致 。   

图9 数据中心冷却设备-氟泵/热管/风墙

如图 7 所示，数据中心用 间接 蒸发冷却空调 （ AHU ） 自2016年市场推出以来，保持高速增长，202 4 年市场超过 16 亿， 号称 行业黑马技术产品，打开了IDC冷却行业冷却形式新局面， 该产品鉴于产品实际使用中出现的问题难以解决后，加上 新一代 氟泵一体机（PHU） 、 相变多联（DPC） 产品将对间接蒸发冷却产品产生竞争，甚至挤压其市场容量 。

图10 数据中心冷却设备-间接蒸发冷却

液冷空调近几年发展迅速，实际早在2016~2017年一些互联网公司就在研究液冷服务器以及液冷温控产品，只不过鉴于超算GPU诞生，芯片功率急速增长，在2022年以后才真正意义上进入快速发展阶段，2024年液冷温控设备市场达到11.59亿，未来还会进一步提升 。

图11 数据中心冷却设备-液冷