液冷快裝改造（Liquid Cooling Retrofit）

3 秒看懂

一句話： 在不搬遷、不停機（或極短停機視窗）的前提下，將原本為空冷設計的資料中心機房改造為液冷散熱，使單櫃功率密度從傳統空冷的 10–20 kW 級躍升至 40–120+ kW 級，從而支撐高功耗 AI 訓練/推論叢集的部署。“快裝”強調改造工程的模組化、即插即用和最小侵入性。

3 分鐘產業解釋

為什麼需要液冷快裝改造？

AI 大型模型時代，算力密度急劇攀升。以 NVIDIA Blackwell 架構機櫃為例，整櫃功耗可達百千瓦量級，遠超傳統資料中心單櫃 10–20 kW 的空冷散熱天花板。新建液冷資料中心週期長（18–36 個月）、投資大，而大量存量空冷機房面臨”有電無散”的尷尬——配電容量尚可，但散熱能力已成瓶頸。

液冷快裝改造的核心訴求：

時間緊迫： AI 算力需求以季度為單位增長，等不起新建。
資產保護： 存量機房已投入大量資本，推倒重來不經濟。
業務連續： 機房內已有 IT 負載在執行，改造需在有限維護視窗完成。
標準化交付： 液冷系統需像”樂高積木”一樣模組化，降低工程複雜度。

產業定位

液冷快裝改造處於 “資料中心基礎設施改造” 這一細分賽道，橫跨暖通空調（HVAC）、機櫃與機架、精密管路、冷卻液介質、CDU（冷卻分配單元）、監控管理等多個子系統。它是液冷從”新建場景專屬”走向”存量場景滲透”的關鍵一環。

15 分鐘專家深入

改造場景與路徑選擇

存量資料中心液冷改造並非只有一條路徑，需根據 功率密度目標、可用空間、管路條件、預算、停機容忍度 綜合選擇：

改造路徑	核心原理	適用場景	工程侵入度	典型單櫃支撐功率
冷板式（Cold Plate / D2C）	液冷板貼合 CPU/GPU 表面，帶走主要熱量（通常 60–80% TDP），殘餘熱量仍由機房空調承擔	最主流的改造方案，相容現有風冷環境	中	40–120+ kW
後門換熱器（RDHx）	在機櫃後門加裝液冷換熱盤管，冷卻排出的熱風	功率密度提升需求較低的漸進改造	低	可提升至 ~30–40 kW
單相浸沒式（Single-Phase Immersion）	IT 裝置完全浸沒在絕緣冷卻液中	功率密度極高、對 PUE 有極致追求	高（需替換機櫃、管路）	100+ kW
兩相浸沒式（Two-Phase Immersion）	利用冷卻液沸騰相變吸熱	前沿探索，工程成熟度較低	高	理論功率密度極高

當前產業主流選擇是冷板式改造，原因是工程侵入度相對可控、與現有風冷基礎設施相容、產業鏈成熟度最高。

快裝改造的核心工程挑戰

1. 機櫃內部空間爭奪

空冷機櫃內部已有大量風扇、導風罩、線纜。液冷改造需在有限空間內加裝：

冷板元件（含快插接頭、微通道液冷板）
機內液冷管路（進液/回液歧管）
漏液檢測感測器

這要求冷板和管路設計高度緊湊，且不影響現有線纜管理。

2. 機房級管路鋪設（Manifold / Trunk Line）

從 CDU 到每個機櫃，需要鋪設主幹管路和支路。在不停機改造中，管路需在機櫃列間甚至架空地板下穿行，施工空間受限。模組化歧管（每列/每櫃一段，快插對接）是實現”快裝”的關鍵。

3. CDU 部署位置與容量規劃

CDU 是液冷系統的”心臟”，負責迴圈泵送冷卻液、溫控調節、流量分配。改造場景中 CDU 的部署位置（列頭、末端、獨立裝置間）需根據現場空間靈活選擇，且容量需匹配目標功率密度並留有冗餘。

4. 漏液風險管控

液冷管路引入了漏液風險，這在已有 IT 裝置執行的機房中尤為敏感。快裝改造方案通常需整合：

漏液檢測繩/點式感測器
快插接頭的密封可靠性保證（O 形圈材質、插拔壽命）
緊急關斷閥與旁路設計

5. 冷卻介質相容性

去離子水（DI Water）：導熱效能最佳，但導電，漏液風險大，需額外水處理系統。
丙二醇/乙二醇溶液：防腐防凍，但熱傳導性降低。
工程冷卻液（如 3M Novec 系列、石蠟基冷卻液等）：絕緣性好，安全性高，但成本較高。

改造專案中，冷卻介質的選擇需綜合考量安全性、導熱效能、成本、與管路/接頭材料的相容性。

“快裝”的技術內涵

“快裝”並非簡單的施工速度快，而是一整套 產品化 + 標準化 + 模組化 的工程方法論：

產品化：將液冷改造方案從”定製工程”變為”標準產品”——預定義好的冷板元件套件、管路套件、CDU 模組、監控系統。
標準化：介面標準統一（快插接頭規格、管徑、通訊協議），降低整合難度。
模組化：按機櫃列或單櫃為最小改造單元，可逐批部署，實現滾動改造、逐步上線。

技術原理

冷板式液冷系統架構

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      資料中心機房                                  │
│                                                                   │
│  ┌──────────┐    快插管路     ┌──────────────────────┐           │
│  │   CDU    │◄══════════════►│  機櫃 A (改造後)       │           │
│  │(冷卻分配  │    (供液/回液)  │  ┌────────────────┐   │           │
│  │  單元)    │               │  │ GPU/CPU 冷板元件 │   │           │
│  │          │    快插管路     │  │  ┌──────┐       │   │           │
│  │ ·迴圈泵   │◄══════════════►│  │  │冷板 │←液流   │   │           │
│  │ ·板換    │               │  │  └──────┘       │   │           │
│  │ ·過濾器   │               │  │  快插接頭        │   │           │
│  │ ·膨脹罐   │               │  └────────────────┘   │           │
│  │ ·監控    │               │  ·歧管(進/回)          │           │
│  └──────────┘               │  ·漏液感測器           │           │
│       │                     │  ·流量調節閥           │           │
│       ▼                     └──────────────────────┘           │
│  ┌──────────┐                                                  │
│  │室外冷水塔/│  (一次側散熱)                                     │
│  │乾冷器    │                                                   │
│  └──────────┘                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

一次側與二次側迴路

[室外散熱] ──一次側冷水──► [CDU 板式換熱器] ──二次側冷卻液──► [機櫃冷板]
  (冷水塔/          (隔離兩側介質)              (去離子水或
   乾冷器)                                       工程冷卻液)
       ▲                                              │
       └──────────────────────────────────────────────┘
                    熱量傳遞方向

一次側（Primary Loop）：連線室外散熱裝置與 CDU，通常使用普通冷水。
二次側（Secondary Loop）：連線 CDU 與 IT 裝置冷板，使用經過處理的冷卻液。兩回路通過 CDU 內的板式換熱器隔離。

冷板內部熱傳導路徑

GPU 晶片 (TDP: ~700W, 例 NVIDIA H100 SXM)
    │
    ▼  熱傳導（導熱墊/TIM）
冷板基板（銅/鋁 微通道）
    │
    ▼  對流換熱
冷卻液流經微通道（流速、流量受 CDU 控制）
    │
    ▼  熱量隨冷卻液帶走
CDU 板換 → 一次側冷水 → 室外散熱

關鍵熱引數（定性）：

冷板熱阻：高效能 GPU 冷板通常要求低於 0.06 °C/W（如 H100 SXM 等 700W 級晶片，若熱阻為 0.15 °C/W 將導致超百度的殼-液溫差，超出晶片允許範圍），具體數值取決於微通道設計和流量。
二次側進液溫度：通常 35–45°C（溫水冷卻設計，可降低室外散熱能耗）。
流量分配：通過歧管和流量調節閥實現各機櫃/各冷板的均勻分配。

快插接頭技術要點

快插接頭（Quick Disconnect, QD）是”快裝”的核心部件：

乾式斷開（Dry Disconnect）：插拔時洩漏量極小（< 0.1 mL 級，具體取決於廠商設計），是液冷改造場景的硬性要求。
插拔力與壽命：需支援數百次至數千次插拔。
材料相容：密封件（如 EPDM、FKM 橡膠）需與冷卻介質長期相容。
壓降控制：接頭內流道設計需控制流阻，避免顯著增加系統泵功。

技術演進史

階段	時間視窗（近似）	核心特徵
1.0：高效能運算先驅	2000s–2010s 早期	液冷主要出現在超算中心，以冷板式溫水冷卻（如 IBM Aquasar）為代表，無標準化改造方案
2.0：雲端運算時代 RDHx	2010s 中期	後門換熱器（RDHx）開始商用，作為漸進式提升空冷機櫃功率密度的折中方案，侵入度低
3.0：GPU 液冷元年	2018–2022	NVIDIA V100/A100 時代，冷板液冷開始在大型網際網路/雲端廠商資料中心規模部署（新建為主），廠商如 CoolIT、Vertiv、綠色雲端圖等湧現
4.0：快裝改造爆發	2023–至今	AI 算力需求井噴，存量空冷機房改造需求激增。GB200 等超高功耗晶片推動液冷從”可選”變”必選”。模組化快裝方案成為行業焦點，國內外廠商競相推出標準化改造產品

技術路線對比

維度	冷板式（D2C）	後門換熱器（RDHx）	單相浸沒	兩相浸沒
散熱能力	高（可覆蓋晶片 60–80%+ TDP）	中（冷卻排出熱風）	極高（全浸沒，100% TDP）	極高
改造侵入度	中（需拆裝伺服器散熱器、加裝冷板和管路）	低（替換後門即可）	高（需替換機櫃、搬遷裝置）	高
PUE 改善	顯著（二次側溫水設計，PUE 可達 ~1.05–1.15 [行業估算]）	有限	極佳	極佳
相容性	與現有伺服器結構相容性較好（冷板替換原散熱器）	最相容	需專用浸沒機櫃，不相容通用伺服器	同左
運維複雜度	中等（管路維護、水質管理）	低	中高（冷卻液管理、維護操作不便）	高（冷卻液損耗、安全）
成本	中等（CDU+冷板+管路+快插接頭）	較低	高（機櫃+冷卻液+管路）	高
快裝適用性	★★★★☆	★★★★★	★★☆☆☆	★☆☆☆☆
產業成熟度	高（供應鏈成熟）	高	中	低
主要適用功率密度	40–120+ kW/櫃	20–40 kW/櫃	100+ kW/櫃	理論最高

上下游

上游（元件/材料層）

環節	代表產品/技術	國內代表廠商	海外代表廠商
冷板製造	銅/鋁微通道冷板、CNC 加工/釺焊	飛榮達、英維克、高瀾股份	CoolIT Systems
快插接頭	乾式斷開快插、各類口徑	未充分揭露（部分廠商自研）	Stäubli、Parker、Danfoss
CDU（冷卻分配單元）	液-液 CDU、液-氣 CDU	英維克、申菱環境、佳力圖	Vertiv、Schneider Electric、Rittal
管路與歧管	不鏽鋼/EPDM/PEX 管路、模組化歧管	多為通用管路供應商	Flextronics 等
冷卻介質	去離子水、丙二醇溶液、工程絕緣冷卻液	巨化股份（製冷劑）等	3M（Novec，已宣佈退出 PFAS 類）、Shell、Engineered Fluids
漏液檢測	點式/線纜式感測器	多為通用感測器廠商	RLE Technologies、Pentair

中游（方案整合層）

液冷系統整合商：將冷板、CDU、管路、監控整合為可交付方案，是”快裝改造”的核心交付方。
代表：英維克、綠色雲端圖、申菱環境、Vertiv、Schneider Electric、CoolIT 等。

下游（需求方）

雲端運算/網際網路廠商：字節跳動、阿里雲端、騰訊雲端、百度等大規模 AI 資料中心。
運營商：中國移動、中國電信、中國聯通。
金融/政企：對新建週期敏感、存量機房液冷改造需求明確。
海外超大規模客戶（Hyperscaler）：AWS、Google、Microsoft、Meta 等。

關鍵指標

指標	說明	典型範圍/量級
單櫃改造支撐功率	改造後單櫃可承載的 IT 功耗	冷板式：40–120+ kW（取決於設計和晶片功耗）
PUE	電能使用效率（總能耗/IT 能耗）	改造後目標：1.05–1.15 [行業估算]，取決於一次側設計和氣候
單櫃改造工期	從開始施工到單櫃液冷上線	標準化方案：數天至 1–2 周 [行業估算]；含管路鋪設的首次施工更長
漏液率	快插接頭每次插拔的洩漏量	乾式斷開設計目標：< 0.1 mL/次 [廠商規格，具體因廠商而異]
CDU 冗餘	N+1 或 2N 冗餘設計	關鍵場景通常要求 N+1
冷卻液流量精度	各機櫃/冷板的流量分配均勻性	設計目標：±10% 以內 [行業估算]
二次側進液溫度	送入冷板的冷卻液溫度	35–45°C（溫水冷設計，可利用自然冷卻）
系統壓降	從 CDU 出口到最遠機櫃的壓力損失	取決於管路長度、接頭數量，需匹配 CDU 泵揚程

供需與市場資料

⚠️ 說明：液冷快裝改造作為細分場景，獨立的市場規模資料較少公開揭露。以下為液冷大盤及改造佔比的行業估算。

需求側驅動

AI 算力功耗躍升：NVIDIA H100 SXM 單卡 TDP 約 700W，GB200 超級晶片（雙 GPU + CPU）功耗更高，NVL72 整櫃功耗可達百千瓦量級 [基於公開功耗資料估算]。傳統空冷機櫃（10–20 kW）無法承載。
存量改造需求巨大：全球存量資料中心機櫃數量以百萬級計，其中大量為功率密度 5–15 kW 的空冷設計。隨著 AI 工作負載部署，改造需求集中釋放。
時間約束：新建液冷資料中心週期長，改造是滿足短期算力部署需求的現實選擇。

市場規模（行業估算口徑）

全球資料中心液冷市場（含新建+改造）：多家行業研究機構預測 2024–2028 年 CAGR 在 25–40% 區間 [綜合多家行業報告估算，口徑各異]。
中國市場：受益於”東數西算”和 AI 大型模型競賽，液冷滲透率快速提升。據行業估算，2024 年中國資料中心液冷滲透率（按新增功率口徑）可能在 15–25% 量級，其中改造佔比逐步上升。

供給側瓶頸

CDU 產能：CDU 是系統核心裝置，產能爬坡需要時間。
快插接頭供應：高品質乾式斷開快插接頭的供應商相對集中，供應鏈彈性有限。
冷板加工產能：精密微通道冷板依賴 CNC 加工和釺焊工藝，產能擴張有一定週期。
冷卻介質：絕緣冷卻液（尤其是含氟類）的供應受到環保法規（如 PFAS 限制）的潛在影響。

代表公司與資本對映

公司	定位	液冷相關業務亮點	上市/融資狀態
英維克	溫控龍頭	冷板液冷系統、CDU、液冷機櫃；資料中心溫控全棧方案	A 股上市（002837）
高瀾股份	液冷裝置	GPU 冷板、液冷管路元件；由電力電子液冷延伸至資料中心	A 股上市（300499）
申菱環境	精密溫控	資料中心液冷 CDU、溫控系統	A 股上市（301018）
飛榮達	電磁遮蔽+散熱	導熱/散熱材料、冷板元件	A 股上市（300602）
佳力圖	精密空調	資料中心溫控，液冷產品線拓展中	A 股上市（603912）
綠色雲端圖	液冷方案整合	浸沒式和冷板式液冷解決方案，與多家網際網路廠商合作	未上市（一級市場）
Vertiv	全球關鍵基礎設施	Liebert 液冷產品線，CDU、冷板方案	NYSE: VRT
Schneider Electric	電力+溫控	EcoStruxure 資料中心方案，含液冷產品	Euronext: SU
CoolIT Systems	液冷專業廠商	冷板液冷系統，為多家伺服器 OEM 配套	KKR 旗下公司

注：以上為基於公開資訊整理的代表性公司，不構成投資建議。具體業務佔比和財務資料請參考各公司最新財報。

投資邏輯

核心驅動力

AI 算力功耗不可逆地攀升：從 Hopper → Blackwell → Rubin 架構，單晶片/整櫃功耗持續增長，液冷從”錦上添花”變為”剛需基礎設施”。
存量改造 > 新建增量：全球存量空冷資料中心規模龐大，改造是低資本支出、快交付的務實路徑。
政策與能效要求趨嚴：PUE 監管趨嚴（國內要求新建大型資料中心 PUE < 1.3），液冷是達標的關鍵手段。

投資關注點

CDU 單機價值量高：CDU 是液冷系統中最核心、價值量最大的單一元件，相關廠商受益最直接。
快插接頭是”卡脖子”小件：雖單價不高，但技術壁壘和品質要求高，供應集中。
冷板/管路的精密製造能力：具備精密加工和焊接工藝的廠商具有競爭優勢。
系統整合能力：能提供”交鑰匙”改造方案的整合商，具備專案粘性和溢價能力。

風險提示

液冷滲透節奏不及預期：若空冷技術突破（如更高效風冷方案）延緩液冷需求。
冷卻介質供應風險：PFAS 法規趨嚴可能影響含氟冷卻液的供應。
價格戰風險：液冷元件廠商增多後，獲利率可能承壓。
技術路線不確定性：冷板 vs. 浸沒的長期路線之爭尚未完全定論。

常見誤讀糾偏

誤讀 1：「液冷快裝改造 = 不需要空調了」

糾偏： 冷板式液冷通常只帶走晶片 60–80% 的熱量（具體比例取決於冷板覆蓋範圍和晶片功耗分佈），剩餘熱量（記憶體、VRM、儲存等）仍需機房空調處理。因此，改造後的機房 仍需保留部分精密空調能力，但空調負荷大幅降低。只有全浸沒式液冷才有可能完全取消傳統空調，但其改造侵入度遠高於冷板式。

誤讀 2：「液冷改造一勞永逸，做一次就行」

糾偏： 液冷系統需要持續運維：冷卻液水質管理（電導率、pH、微生物）、過濾器更換、快插接頭密封件壽命管理、漏液檢測系統校驗。此外，隨著 IT 裝置更迭（如從 H100 換代到 GB200），冷板和管路可能需要重新設計或調整，液冷基礎設施需隨 IT 裝置同步演進。

誤讀 3：「液冷改造的成本主要在冷板」

糾偏： 冷板元件雖有成本，但 CDU 和管路系統的資本支出往往更高。CDU 包含泵組、換熱器、控制系統、冗餘設計，是系統中最昂貴的單一元件。此外，室外側散熱裝置（冷水塔或乾冷器）的改造或新增也是一筆不小的投入。整體改造成本需系統性評估，不能只看冷板單價。

誤讀 4：「所有資料中心都適合做液冷改造」

糾偏： 並非所有存量機房都具備改造條件。需評估：建築承重（CDU 和管路增加重量）、管路走線空間（架空地板高度、列間寬度）、電力容量（液冷系統自身耗電，如 CDU 泵功）、漏水對現有裝置的影響評估。部分老舊機房可能在經濟性和技術可行性上不具備改造條件。

學習路徑

入門（0–2 周）

閱讀 Uptime Institute、Vertiv、Schneider Electric 釋出的液冷白皮書（免費下載），建立基礎概念。
觀看 NVIDIA GTC 或 OCP（Open Compute Project）關於液冷的技術演講影片。

進階（2–8 周）

學習 ASHRAE TC 9.9 資料中心熱管理指南，瞭解溫度/溼度/流速標準。
研究 CDU、冷板、快插接頭的產品規格書（CoolIT、Stäubli、Vertiv 等官網可獲取）。
閱讀 1-2 份國內券商液冷深度報告（如中信、國盛、天風等），瞭解產業鏈對映和市場測算邏輯。

專家（8 周+）

深入微通道冷板的 CFD 模擬方法（ANSYS Fluent / COMSOL）。
學習 OCP 的 Open Rack v3 液冷標準（Open Compute Project 官網）。
追蹤 IEA 資料中心能效報告和 PFAS 法規動態（影響冷卻介質供應鏈）。

一句話總結

液冷快裝改造是 AI 算力密度躍升時代，將存量空冷資料中心”就地升級”為液冷環境的關鍵工程路徑，以模組化冷板 + CDU + 快插管路為核心，正在從”可選技術方案”快速演變為”基礎設施剛需”。

延伸閱讀與來源

來源型別	具體建議
行業標準	ASHRAE TC 9.9 資料中心熱管理指南；OCP（Open Compute Project）液冷規範
廠商白皮書	Vertiv 液冷解決方案白皮書；Schneider Electric EcoStruxure 資料中心液冷指南；CoolIT 冷板液冷技術文件
券商研究報告	國內頭部券商（中信、國盛、天風等）液冷行業深度報告（關注產業鏈圖譜和市場測算）
技術社群	OCP 官網（opencompute.org）；datacenterknowledge.com；The Green Grid
學術論文	IEEE/ASME 關於資料中心液冷的熱管理研究（搜尋關鍵詞：data center liquid cooling retrofit, cold plate design）

免責宣告：本文僅供概念學習參考，不構成投資建議。文中涉及的市場資料、廠商資訊均基於公開資料整理，具體數字以各公司官方揭露為準。技術引數以廠商產品規格書為準。