随着AI算力芯片热流密度的持续攀升，传统单相冷板式液冷已逐步逼近其散热性能天花板。在浸没式液冷技术尚待成熟之际，相变冷板式液冷正成为高密度算力散热的重要演进方向。在这一场景中，相较于氟化液等常规液冷工质，低GWP制冷剂作为一种新兴技术路径，正日益受到产业界与学术界的关注。所以本期，我们就来重点分析探讨制冷剂在相变冷板式液冷场景中的应用。
一、制冷剂用于液冷的工作原理
以制冷剂为液冷工质的相变冷板式液冷场景，区别于传统冷水机组的压缩制冷循环，该系统以机械泵驱动工质流动，不依靠压缩机实现制冷。完整循环流程如下：
过冷供液：CDU单元输出过冷液态制冷剂，输送至服务器端微通道冷板内部；
沸腾吸热：GPU/CPU热量传递到冷板流道壁面，液态制冷剂达到饱和温度发生核态沸腾，大量吸收芯片热量，转变为气液两相混合物；
气液分离与冷凝：气液两相工质回流至CDU，经气液分离器分离，气态制冷剂进入冷凝器，将热量释放至干冷器或外冷源，重新冷凝为液态；
循环复位：冷凝后的液态制冷剂回到储液罐，再次过冷，由泵加压送入末端冷板，完成闭式循环。
整个循环为密闭承压回路，制冷剂始终封闭在管路与冷板内部，并不直接接触服务器电路板、元器件。
二、制冷剂作为液冷工质的核心优势与现实局限
先谈谈其核心优势，主要为以下5点：
1.换热能力强，适配超高热流密度：依靠相变潜热换热，沸腾换热系数可达单相水冷数倍，可应对300W/cm²以上芯片局部热点，解决新一代AI芯片局部热流过高难题，冷板热阻可以做到很低。
2.高供液温度，具备能效优化潜力：相变换热依靠潜热带走热量，所需工质循环流量远小于单相水冷，在高功率芯片、高温供液工况下，具备降低泵送功耗的潜力。不仅如此，系统还可运行在较高供液温度，充分利用自然冷却。
3.介质用量少，介质成本可控：单机柜制冷剂填充量仅几十升，相较于浸没式液冷方案，其不需要大规模储存冷却液，可大幅减小介质一次性投入成本。
4.存量机房改造友好：因为该液冷方式仍属于冷板式液冷，实际应用中服务器整机形态基本可以不变，无需改造机柜结构，可基于现有IT设备完成升级。
5.供应链成熟，出口合规优势突出：新一代低GWP制冷剂不受长链永久PFAS禁令约束，面向海外项目的合规风险显著低于PFAS类浸没介质，且制冷剂阀件、泵、密封配件产业链完备。
再来谈谈其应用局限性，主要为以下四点：
1.不能当作绝缘介质使用：纯净全新液态制冷剂具备有限介电强度，且实际系统中还会混入润滑油、水分、杂质，绝缘性能，会进一步导致其绝缘性发生劣化，因此使用该类液冷工质时严禁直接浸泡电子器件；即便用在冷板中，一旦发生泄漏接触电路板，也会存在短路损毁硬件风险。
2.材料兼容性约束：该液冷工质会对普通橡胶会产生溶胀，系统必须配套耐氟特种密封材料，实际应用中可能存在密封失效风险。
3.两相流控制复杂度提升：两相流存在气液分布不均、局部烧干、流动振荡等问题，对CDU控制策略、冷板流道设计、气液分离部件提出更高工程要求。
4.仅冷却芯片热源：只能对CPU、GPU等主芯片冷板接触位置散热，机箱内部其余元器件依靠空气辅助散热，整机温度均匀性弱于浸没冷却。
三、行业未来发展趋势
趋势1：低GWP制冷剂成为两相液冷主流工质，高GWP工质加速退出
R134a等高GWP制冷剂受全球减排政策约束，逐步退出液冷应用；R1233zd(E)、R1234ze(E)等低GWP的HFO/HCFO工质成为行业主流选型，同时行业持续评估降解产物TFA的长期环境影响。
趋势2：系统可靠性工程化是落地关键，密封与两相流控持续迭代
此应用技术下，制约大规模普及的核心瓶颈不再是换热能力，而是承压回路长期可靠性。所以在这方面，当前行业研发的重点也集中在耐溶胀长寿命密封材料、多支路两相均匀分配、气液分离技术、泄漏监测以及保护策略，整体目标就是为了降低现场检漏运维压力，提升系统长期运行稳定性。
趋势3：标准化推进，从定制项目走向标准化产品
基于此的相变冷板式液冷方案多为定制化开发，尚未形成统一标准、规范。未来芯片厂商、服务器ODM、工质企业大概率将协同合作，一齐推动冷板接口、CDU控制逻辑、工质参数标准化，以便降低集成门槛，支撑批量部署。
趋势4：余热回收成为标配，提升数据中心综合收益
制冷剂相变温度稳定可控，两相回路热量便于提取回收，可供给建筑供暖、工业用热。未来，余热回收大概率将成为两相液冷系统重要增值点，进一步提升绿色算力项目的经济性。
趋势5：国产化完善供应链体系
基于市场规模爬坡以及专利权到期，未来国内氟化工企业大概率会加大低GWP液冷制冷剂量产投入，逐步摆脱海外工质供应依赖，稳定供给同时压低介质成本，助力两相冷板方案向更多通用算力场景渗透。
综合而言，面对AI芯片持续走高的热流密度，基于制冷剂的泵驱两相冷板液冷，凭借换热性能、改造成本、供应链、合规层面的综合优势，是高密度算力中心重要的技术路径。未来其规模化推广的关键，在于解决承压回路密封可靠性、两相流控制等工程痛点，并同步跟进环保法规的迭代要求。