乾冷器（Dry Cooler）

3 秒看懂

乾冷器 = 不用水、靠風吹走熱量的大型空氣-液體換熱器。管內走熱水/冷卻液，管外翅片被風扇吹過的空氣冷卻。在 AI 算力爆發與水資源約束的雙重壓力下，乾冷器正從”配角”躍升為資料中心散熱的關鍵路徑選項。

3 分鐘產業解釋

一句話定位

乾冷器（Dry Cooler，又稱”空冷散熱器""乾式冷卻器”）是一種閉式、無蒸發的空氣側散熱裝置。工藝流體（水或乙二醇水溶液）在翅片管束內迴圈，大功率軸流風機驅動環境空氣橫向掠過翅片表面，完成顯熱交換。

為什麼 AI 產業鏈要關注它？

驅動因素	與乾冷器的關係
AI 叢集功耗飆升	單機櫃 30-120 kW+（風冷 GPU 機櫃）至 200-500 kW（液冷 GPU 機櫃），散熱需求從”建築級”升至”工廠級”，需要大量室外散熱終端
水資源約束	全球約 1/3 的現有資料中心位於中度至高度缺水區域（[未充分揭露精確比例，定性判斷]）。傳統蒸發冷卻塔每 MW 散熱量每小時蒸發約 1.5-2.0 m³ 水；乾冷器零蒸發水耗
ESG/監管壓力	歐盟可持續金融分類（EU Taxonomy）要求揭露 WUE（Water Usage Effectiveness）；WUE 趨零成為新建大型資料中心的隱性合規門檻
免費冷卻視窗	當環境溫度低於約 15-18 °C（視設計而定）時，乾冷器可直接散熱，完全跳過壓縮機，實現自由冷卻（Free Cooling），PUE 可逼近 1.05-1.15 [估算區間，取決於氣候與設計]

產業鏈角色： 乾冷器處於液冷/間接蒸發冷卻系統的室外側——IT 負載熱量通過 CDU（冷卻液分配單元）或換熱器從一次側（伺服器側）轉移到二次側（冷卻水），最終由乾冷器將熱量排至大氣。

15 分鐘專家深入

系統架構中的位置

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    資料中心建築                            │
│  ┌──────────┐    ┌──────────┐    ┌──────────┐            │
│  │ GPU 機櫃  │───▶│  CDU /   │───▶│ 乾冷器   │──▶ 大氣    │
│  │ (液冷)    │    │ 換熱器   │    │ (室外側) │            │
│  └──────────┘    └──────────┘    └──────────┘            │
│   一次側(去離子水)  二次側(乙二醇/水)     空氣側           │
│   ~45-65°C進水      ~35-55°C進水       環境溫度           │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

關鍵熱力學約束

乾冷器的散熱能力完全取決於環境乾球溫度（Dry-Bulb Temperature），這是與蒸發冷卻塔（取決於溼球溫度）的根本區別：

• 幹球 vs. 溼球： 在大多數氣候區，乾球溫度顯著高於溼球溫度，意味著乾冷器需要更大的散熱面積或更高的風機功率才能達到同等散熱效果。
• Approach Temperature（趨近溫度/接近溫度）： 乾冷器出口流體溫度與環境乾球溫度之間的最小溫差，典型設計值 5-10 K（取決於翅片密度、風量、管排數）。溼冷塔趨近溫度可低至 3-5 K。
• 這意味著： 在夏季高溫時段（幹球 35-45 °C 地區），乾冷器出口水溫可能達 40-55 °C，對直接晶片液冷（進水溫度通常需 < 50 °C，越低越好）構成嚴峻挑戰。

翅片管束換熱機理

空氣流動方向 ──────▶

    ┌─翅片─┐  ┌─翅片─┐  ┌─翅片─┐
    │  ○   │  │  ○   │  │  ○   │   ○ = 圓管內流冷卻液
    │  ○   │  │  ○   │  │  ○   │   — = 鋁/銅翅片
    └──────┘  └──────┘  └──────┘
    │  ○   │  │  ○   │  │  ○   │
    │  ○   │  │  ○   │  │  ○   │
    └──────┘  └──────┘  └──────┘

  風量 Q_air 由軸流風機提供
  散熱功率 Q ≈ ṁ_air × Cp_air × ΔT_air
             ≈ ṁ_water × Cp_water × ΔT_water

• 管材： 碳鋼（經濟型）、不鏽鋼（耐腐蝕）、銅管（高階/緊湊型），按工況選型。
• 翅片： 鋁翅片（主流）、銅翅片（高導熱），翅片間距影響空氣側壓降和積灰敏感度。
• 風機型別： 軸流風機為主（大風量、低壓頭），EC 電機（電子換向無刷直流）正逐步取代傳統 AC 電機以降低部分負荷能耗。
• 變頻控制： 風機根據水溫反饋變頻調速——部分負荷/低溫環境下降頻執行，節能顯著（風機功耗與轉速的三次方近似成正比，即 P ∝ n³）。

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技術原理（深入機制與關鍵引數）

1. 總傳熱係數 U 的組成

1/U_total = 1/h_air·η_fin + δ_wall/λ_wall + 1/h_water

其中:
  h_air   = 空氣側對流換熱係數 [W/(m²·K)]
  η_fin   = 翅片效率（0.6-0.9，取決於翅片材質、高度、厚度）
  δ_wall  = 管壁厚度 [m]
  λ_wall  = 管壁導熱係數 [W/(m·K)]
  h_water = 水側對流換熱係數 [W/(m²·K)]

瓶頸通常在空氣側——h_air 典型值僅 30-80 W/(m²·K)（強制對流），遠低於水側的 2000-5000 W/(m²·K)。因此，翅片擴充套件面積（增大 η_fin·A_air）是乾冷器設計的核心。

2. 散熱量公式

Q = U_total · A · LMTD

LMTD = (ΔT₁ - ΔT₂) / ln(ΔT₁/ΔT₂)

其中:
  ΔT₁ = 熱流體入口 - 冷流體入口（順流）或 熱流體入口 - 冷流體出口（逆流）
  ΔT₂ = 熱流體出口 - 冷流體出口（順流）或 熱流體出口 - 冷流體入口（逆流）
  A    = 總換熱面積（含翅片擴充套件面積）[m²]

• 乾冷器通常採用錯流/多排近似逆流版面配置，需引入修正係數 F（< 1）。
• LMTD 的大小直接由入口溫度和環境溫度決定——高溫天氣下 LMTD 壓縮，散熱量驟降。

3. 風機功耗

P_fan = (ΔP_air × V̇_air) / (η_fan × η_motor)

典型範圍:
  ΔP_air  ≈ 50-200 Pa（取決於翅片密度和管排數）
  η_fan   ≈ 0.65-0.85（軸流風機效率）
  η_motor ≈ 0.85-0.95（EC 電機）

4. 典型引數量級（單臺大型乾冷器，資料中心級應用）

引數	量級範圍	說明
單臺散熱量	數百 kW 至數 MW	多模組並聯可達數十 MW
風機臺數/模組	2-12 臺	視尺寸與風量需求
單風機功率	數 kW 至 30+ kW	視轉速與直徑
進水溫度設計值	35-55 °C	取決於下游冷板/CDU 設計
出水溫度設計值	30-45 °C	趨近溫度 5-10 K
環境設計溫度	30-38 °C（夏季極端）	依當地氣象資料選型
噪聲	65-85 dB(A) @1m	高風量帶來的噪聲是選址約束

⚠️ 以上均為典型量級範圍，具體引數因廠商、型號、選型工況差異較大，無單一權威口徑，標註為 [行業通用量級估算]。

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技術演進史

時期	關鍵里程碑
1960s-1970s	乾冷器最早應用於電力行業（火電站空冷凝汽器，如 ACC），解決乾旱地區發電用水問題。南非 Koeberg、中東等地率先大規模使用
1980s-1990s	工業製冷領域普及——商業建築冷卻水系統、工藝冷卻。翅片管設計標準化，鋁翅片+銅/碳鋼管成為主流組合
2000s	資料中心行業起步，但功耗密度低（<5 kW/機櫃），冷凍水系統+冷卻塔為主流。乾冷器主要用於歐洲/北歐的 Free Cooling 系統
2010s	北歐資料中心（Facebook Lulea、Google Hamina 等）大規模採用乾冷/間接蒸發混合方案。EC 電機和變頻控制普及，部分負荷效率大幅改善
2015-2020	間接蒸發冷卻（IEC）興起，乾冷器作為 IEC 系統的”幹模式”核心元件，地位提升。Supermicro、Coolit 等廠商推廣液冷方案，室外側散熱終端需求增長
2020-至今	AI 算力爆發——單叢集功耗 10-100 MW+。冷卻塔的水耗問題在缺水地區（亞利桑那、德州、中東、中國西北）成為合規瓶頸。乾冷器 + 絕熱增溼（Adiabatic）混合方案成為熱點。歐盟 WUE 趨零要求推動行業重新審視乾冷方案

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技術路線對比（量化表）

維度	乾冷器 (Dry Cooler)	冷卻塔 (Wet Cooling Tower)	混合絕熱乾冷器 (Adiabatic Dry Cooler)	間接蒸發冷卻 (IEC)
散熱原理	顯熱交換（空氣-翅片-管壁-液體）	蒸發潛熱為主 + 顯熱	幹模式為主 + 峰值時噴水預冷翅片	一次側空氣絕熱增溼後與二次側空氣換熱
水耗（L/kWh 散熱）	≈ 0	約 1.0-2.5 [估算，取決於濃縮倍率]	峰值時約 0.2-0.8，年均遠低於冷卻塔	約 0.5-1.5 [估算]
趨近溫度（Approach）	5-10 K	3-5 K	3-7 K（噴水時）	2-5 K
極限受制溫度	乾球溫度	溼球溫度	乾球溫度（噴水後區域性趨近溼球）	溼球溫度
風機功耗（相對值）	高（需大風量補償空氣側低 h）	中低	中高	中
單 kW 佔地面積	較大	中等	較大	大
維護複雜度	低（無水質管理）	高（水處理、排汙、防軍團菌）	中（需管理噴水系統）	中高（溼簾老化、水質管理）
適宜氣候	乾冷/溫和氣候最佳；炎熱潮溼氣候效能衰減顯著	適用範圍廣；溼熱氣候優勢大	中等，比純乾冷擴充套件了高溫時段能力	乾熱氣候最理想（溼球遠低於幹球時）
典型 PUE 貢獻	年均 PUE 1.2-1.4（溫和氣候自由冷卻）/ 1.3-1.5+（炎熱氣候）[估算]	年均 PUE 1.1-1.3 [估算]	年均 PUE 1.15-1.3 [估算]	年均 PUE 1.05-1.2 [估算]
AI 資料中心關注度	⬆⬆⬆ 急升	穩定但面臨水耗壓力	⬆⬆⬆ 急升	⬆⬆ 增長中

注：PUE 資料受氣候、設計、負荷率影響極大，上述為 [行業通用量級估算]，非某廠商/專案的精確資料。

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上下游

上游（乾冷器製造供應鏈）

環節	關鍵要素
換熱管	碳鋼/不鏽鋼/銅管。碳鋼需熱浸鋅防腐；不鏽鋼（304/316L）用於潔淨或腐蝕環境
翅片	鋁翅片（沖壓/纏繞式，最主流）、銅翅片（高效但貴）。翅片表面可塗防腐塗層（如 Heresite）
風機/電機	EC 風機（高效、變頻）逐步替代 AC 風機。主要供應商如 ebm-papst、Ziehl-Abegg、Rosenberg 等 [據行業公開資訊]
架構/外殼	熱浸鍍鋅鋼或鋁型材，需耐候抗腐蝕
控制系統	PLC 或專用控制器，根據回水溫度/環境溫度自動變頻調風機、啟停風機臺數

下游（應用場景）

應用	乾冷器角色
資料中心（液冷室外側）	與 CDU 配合，將 GPU/CPU 液冷迴路熱量排至大氣。AI 叢集是增長最快的增量市場
間接蒸發冷卻系統	作為 IEC 的”幹模式”元件，在低溫/中溫環境獨立執行
工業過程冷卻	鋼鐵、化工、製藥等行業的工藝流體冷卻
商業建築 HVAC	冷凍水系統散熱終端，尤其在水資源敏感地區
電力行業	火電 ACC（直接空冷凝汽器）、核電輔助冷卻

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關鍵指標

指標	定義	乾冷器關注點
散熱量 Q [kW/MW]	設計工況下可排走的最大熱量	需與 IT 負載 + 風機/泵功等餘量匹配
Approach Temperature [K]	出水溫度 - 環境乾球溫度	越小越好，但受面積/風量/成本制約
Fan Power Ratio [kW_e/kW_th]	風機耗電 / 散熱量	典型 0.03-0.08 [估算]，變頻後年均可降至更低
WUE [L/kWh]	水消耗量 / 散熱量	純乾冷 ≈ 0；絕熱模式 < 1
Airflow Rate [m³/s]	總風量	決定換熱能力的核心引數之一
Noise [dB(A)]	噪聲	高風量導致噪聲大，需與建築邊界保持距離或加消聲器
Footprint [m²/kW]	佔地面積效率	乾冷器高於冷卻塔，是選址約束

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供需與市場資料

市場規模

• 全球工業換熱器市場中，空冷式換熱器（含乾冷器）是主要細分品類之一。根據公開行業報告 [如 Grand View Research、MarketsandMarkets 等第三方報告]，全球換熱器市場規模預計在 2025-2030 年間保持中個位數 CAGR，其中資料中心相關需求增速顯著高於平均水平。
• 資料中心冷卻市場： 多家行業分析機構 [如 Omdia、Dell’Oro、MarketsandMarkets] 估算全球資料中心冷卻市場 2023 年規模在 100-150 億美元量級，乾冷器/空氣側散熱裝置是其中增長較快的細分之一。具體乾冷器在資料中心領域的精確份額資料 [未充分揭露]。
• AI 驅動的增量： 2024-2028 年全球新建大型 AI 資料中心累計裝機功率預計達數十 GW 量級（[多家投行/行業報告估算區間不一]），每 MW 散熱需求均需配置室外側散熱終端，乾冷器/絕熱乾冷器是核心受益品類之一。

供給格局

• 全球大型乾冷器/空冷換熱器廠商集中度中等偏高，頭部企業包括 [據行業公開資訊]：
  • Kelvion（德國）—— 工業換熱器巨頭，乾冷器產品線齊全
  • Güntner（德國）—— 翅片管換熱器專業廠商，資料中心渠道活躍
  • Alfa Laval（瑞典）—— 板式換熱器龍頭，也有管翅式乾冷器產品
  • Carrier Global / ArctiChill（美國）—— 綜合暖通廠商
  • EVAPCO（美國）—— 蒸發冷卻與乾冷器雙線版面配置
  • Baltimore Aircoil Company (BAC)（美國）—— 冷卻塔/乾冷器老牌
  • 中國廠商如 煙臺冰輪、四方冷鏈、雪人股份 等在工業製冷用乾冷器領域有產品版面配置
• 資料中心定製化大型乾冷器（MW 級模組化）屬於相對高階產品，海外廠商目前佔據主要份額。

供需緊張點

• 2023-2024 年 AI 資料中心建設潮帶來的散熱裝置需求激增，大型乾冷器/絕熱乾冷器的交貨期有所拉長 [供應鏈渠道資訊，具體數字未充分揭露]。
• EC 風機供應鏈（ebm-papst 等）也在擴產應對需求。

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代表公司與資本對映

公司	與乾冷器的關聯	資本市場可見度
Kelvion	全球頭部乾冷器廠商（私有化，被 Triton 收購）	非上市，不可直接投資
Alfa Laval (ALFA.ST)	乾冷器 + 板式換熱器，資料中心業務增長	上市，歐洲
Carrier Global (CARR)	旗下有空冷裝置產品線	上市，NYSE
EVAPCO	乾冷/蒸發冷卻混合方案（私有化）	非上市
BAC (Baltimore Aircoil)	被 Madison Industries 收購	非上市
煙臺冰輪 (000811.SZ)	工業製冷換熱器	A 股上市
四方科技 (603339.SH)	換熱器/冷鏈裝置	A 股上市
英維克 (002837.SZ)	資料中心溫控整體方案，含乾冷器元件	A 股上市，AI 散熱標的
高瀾股份 (300499.SZ)	液冷散熱方案，室外側含乾冷器	A 股上市
維諦技術 / Vertiv (VRT)	資料中心熱管理全棧方案，含空氣側散熱	NYSE 上市

注：純乾冷器製造在多數上市公司的營收佔比中較小，通常歸屬於”換熱器""溫控裝置”等更大的業務分部。投資對映需穿透至具體業務分部營收佔比 [各公司年報口徑]。

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投資邏輯

核心邏輯：AI 算力 × 水資源約束 = 乾冷器結構性需求上移

1. 功耗密度跳升 → 室外側散熱裝置需求倍增

   • 傳統風冷資料中心每機櫃 5-10 kW，液冷 AI 機櫃 100-500 kW。液冷只解決”室內側”熱傳遞，最終熱量仍需排至大氣——乾冷器/絕熱乾冷器是終端出口。
   • 一個 100 MW AI 叢集，保守估算需要配置 100-150 MW+ 的室外側散熱能力 [含冗餘和峰值餘量]，對應大量乾冷器/混合散熱裝置。

2. WUE 監管趨嚴 → “水冷至上”邏輯被修正

   • 美國亞利桑那州、中國西北、中東等新興資料中心熱點區域恰恰是水資源最緊張的區域。水權審批正成為專案落地的前置門檻之一。
   • 乾冷器/絕熱乾冷器（WUE 近零或極低）是規避水耗合規風險的直接方案。

3. 氣候變化 → 乾冷器受益於”全球變暖敘事”的反直覺邏輯

   • 高溫地區溼球溫度增幅遠小於乾球溫度，溼冷方案（依賴溼球）的相對優勢在收窄，乾冷方案的經濟性差距在縮小。
   • 同時，更多地區面臨水資源短缺 → 更多專案被迫選擇乾冷/混合方案。

4. 競爭格局：國產替代空間

   • 高階 MW 級模組化乾冷器仍以歐洲品牌為主（Kelvion、Güntner），國產廠商在工業製冷領域有基礎，向資料中心定製化產品升級需要時間。
   • A 股相關標的（英維克、高瀾股份等）已在液冷方案中整合乾冷器元件，具備系統整合優勢。

風險點

• 若水耗監管放鬆或水價不敏感區域的專案為主流，乾冷器的競爭優勢會被削弱。
• 乾冷器技術門檻相對不高（核心是換熱管束+風機+控制），難以形成長期超額獲利。
• 極端高溫天氣下乾冷器效能衰減顯著，可能導致專案方轉向混合方案或仍保留部分水冷作為冗餘，削弱純乾冷器的市場份額。

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常見誤讀糾偏

誤讀 1：“乾冷器可以完全替代冷卻塔”

糾偏： 不能簡單替代。乾冷器在 乾球溫度較低 的氣候區（年均幹球 < 20 °C 的溫帶/寒帶）確實可以高效替代冷卻塔，實現全年零水耗執行。但在 炎熱地區（夏季幹球 35-40+ °C），純乾冷器的出水溫度會升至 45-55 °C，難以滿足精密散熱需求。此時需要：

• 絕熱增溼輔助（犧牲少量水耗換取大幅降溫能力）；
• 或配合機械製冷（壓縮機）作為峰值補充——但這會增加能耗和複雜度。
• 實際選擇取決於 當地氣候資料 × 專案 PUE/WUE 目標 × 成本 的綜合最佳化，不存在”萬能替代”。

誤讀 2：“乾冷器就是一種簡單的裝置，技術含量低”

糾偏： 基礎換熱原理確實不復雜，但系統級最佳化有顯著技術含量：

• 大型模組化乾冷器的 CFD（計算流體力學）模擬最佳化——風機版面配置、風向迴流抑制、多模組間距設計直接影響實際散熱效率和功耗。
• 變頻控制策略——基於多變數（水溫、環境溫度、溼度、IT 負載預測）的智慧排程可以顯著降低年均風機功耗。
• 絕熱增溼模式的切換邏輯、噴水系統防垢防凍設計等均為工程難點。
• 在資料中心場景中，乾冷器不是孤立裝置，而是與 CDU、液冷管路、BMS 深度耦合的系統元件，整合能力是真正的差異化。

誤讀 3：“AI 資料中心都用液冷，乾冷器只是過渡方案”

糾偏： 液冷（冷板/浸沒）解決的是伺服器內部到室外的熱傳遞路徑問題（室內側），但最終散熱到大氣始終需要室外側換熱裝置。液冷越普及，反而意味著更多熱量以更高溫度（相比傳統冷凍水系統）的冷卻水形式傳遞到室外側——乾冷器/絕熱乾冷器恰恰是這一鏈路的關鍵終端。液冷和乾冷器不是替代關係，是協同關係。

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學習路徑

入門：理解基本概念
  ├── 什麼是顯熱 vs 潛熱？
  ├── 乾球溫度 vs 溼球溫度的區別（核心前置知識）
  └── 換熱器分類（管殼式/板式/翅片管式/空冷式）
        │
進階：系統架構理解
  ├── 資料中心冷卻架構全景（直接/間接、室內側/室外側）
  ├── 乾冷器在液冷系統和 IEC 系統中的位置
  └── 關鍵設計引數（LMTD、趨近溫度、風機曲線、換熱面積）
        │
深入：設計與最佳化
  ├── CFD 模擬風機版面配置最佳化
  ├── 變頻控制策略與部分負荷最佳化
  ├── 絕熱增溼模式設計（噴水量 vs 溫降 vs 水耗 tradeoff）
  └── 與 CDU/液冷管路的系統耦合模擬
        │
產業：投資視角
  ├── 供需格局與產能擴張節奏
  ├── 資料中心建設潮 → 裝置採購週期
  ├── 國產替代進度
  └── PUE/WUE 監管政策演進

推薦起點資料：

• ASHRAE TC 9.9 資料中心熱指南（Thermal Guidelines for Data Processing Environments）—— 瞭解伺服器進風溫度要求和冷卻架構分類。
• 各大幹冷器廠商（Kelvion、Güntner、EVAPCO）的產品選型手冊 —— 理解實際引數範圍。
• Uptime Institute 年度報告 —— 資料中心冷卻趨勢調研。

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一句話總結

乾冷器是 AI 算力散熱鏈路的**“最後一公里”**——液冷解決室內側傳熱，乾冷器負責向天空扔掉熱量；在水資源日益稀缺和 ESG 約束收緊的背景下，這種零水耗散熱終端正從”可選項”變為”必選項”。

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延伸閱讀與來源

1. ASHRAE TC 9.9, Thermal Guidelines for Data Processing Environments (5th Ed.) —— 資料中心冷卻溫度標準基礎文獻
2. Uptime Institute, Annual Data Center Survey —— 年度資料中心冷卻方式採用率趨勢
3. EU Taxonomy Climate Delegated Act —— WUE 相關可持續金融分類標準
4. US DOE, Data Centers and Servers —— 美國能源部資料中心能效專題
5. 各廠商技術白皮書: Kelvion, Güntner, EVAPCO, Alfa Laval 官網產品文件
6. A 股相關公司年報/招股書: 英維克(002837)、高瀾股份(300499) —— 瞭解國內液冷/散熱系統整合商的室外側方案
7. 投行研究報告: 關注覆蓋 Vertiv(VRT)、Carrier(CARR)、Alfa Laval 等標的的賣方暖通/資料中心基礎設施報告

⚠️ 宣告： 本頁基於公開行業知識和專業判斷撰寫。由於本次檢索未返回可用結果，具體市場資料、公司財務數字等均以定性表述或估算區間呈現，未編造精確數字。投資決策請以一手來源（公司公告、權威報告）為準。