天加环境高密AI算力时代液冷解决方案白皮书 - 方案篇

天加环境白皮书致力于在高密AI时代提供液冷解决方案。在第一篇内容中我们指出了AI时代服务器散热需求的增长与行业痛点，本篇内容将在前文的基础上，提供天加最新AIDC暖通架构方案。

02 方案篇

最新 AIDC 暖通架构方案

适应不同区域、工况的全链条同源/非同源解决方案

2.1 AIDC暖通架构演进趋势与设计原则

1. AIDC暖通系统须以“全链条”视角统筹设计，从室外冷源到芯片侧形成完整热管理链路：

· 室外冷源层：高温液冷采用冷却塔/干冷器，低温液冷采用冷水机组/风冷磁悬浮冷机/蒸发式冷凝器

· 一次侧输配层：一次侧环管、循环水泵、板式换热器（开式塔用）、水处理系统

· 二次侧分配层：CDU（液液/氟液)，60（分布式）~1350（集中式）kW、SFN双供双回环管

· 末端散热层：双冷源风墙（远端~25kW/柜、近端~45kW/柜）、氟泵风墙、冷冻水风墙

· 芯片侧：冷板（单相/微通道/两相）、Manifold、快速接头，供液温度25~45℃，流量1.2~1.5 LPM/kW

2. 同源与非同源架构定义

同源架构：风冷与液冷共用同一套基础冷源（一次侧冷却水/冷冻水），通过CDU换热和风墙末端实现风液协同。冷源统一规划、管路统一设计、运维统一管理，初投资与运维成本最优，是当前互联网大厂主流方案。

非同源架构：风冷与液冷分别配置独立冷源系统（如风冷采用风冷冷凝器/氟泵空调，液冷采用独立冷水机组/干冷器/冷却塔），两套系统自由组合。优势是系统解耦、互不影响、可分期部署，适用于风冷改造液冷的过渡场景或特定低温液冷需求。

3. 核心设计原则

· 高可靠：每个IT包间由两套独立管路系统供冷，所有制冷设备N+1/N+2冗余配置；单套冷源故障时确保服务器不宕机；

·高能效：风冷PUE≤1.2、液冷PUE≤1.1；风墙90%时间自然冷，AEER≥30；磁悬浮冷机COP≥10，22℃工况100%自然冷

· 敏捷交付：分布式/模块化架构，预制化解耦设计，支持快速海内外交付

· 风液兼容：一次部署兼顾风冷与液冷，风液比可调，支持未来从高温液冷向低温液冷平滑演进

· 区域适配：根据项目所在地气候条件与水资源条件，形成“套餐化冷源解决方案”，覆盖富水/少水/无水、高温/低温、国内/海外全场景

2.2 全链条同源暖通架构方案

1. 同源架构总览

全链条同源架构以“统一冷源+一次侧环管+CDU二次侧+SFN双供双回+风墙末端”为核心骨架。冷源侧根据区域水资源条件选择干冷器（少水）、闭式冷却塔（富水）或高温风冷磁浮冷机（亚热带无水）；一次侧环管将冷量输送至各IT包间；CDU完成一次侧与二次侧的换热隔离；SFN（Secondary Flow Network）双供双回环管将冷却液分配至液冷机柜；风墙末端同时承担风冷服务器散热与液冷辅助散热。

大厂预制化方舱同源架构采用“双供双回SFN+液冷机柜+一次侧环管+统一冷源”设计，风冷与液冷共用冷源，风冷Up to 40kW/柜，液冷范围20~200kW/柜，供水温24~36℃，满足GB50174 A级/Uptime Tier IV标准。冷却水基础冷源，兼容风冷/液冷，风液比从50%:50%弹性兼容至15%:85%。

2. 高温液冷同源方案（供液30~38℃）

高温液冷是当前AIDC的主流方案，供液温度30~38℃，可最大限度利用自然冷，PUE可控制在≤1.2。根据项目所在地水资源条件，分为三大区域适配方案：

（1）北方少水地区方案

适用区域：乌兰察布、张家口、呼和浩特等北方缺水地区。

· 冷源：干冷器（纯干工况，WUE=0），可选湿膜+喷淋过渡至湿工况

· 液冷部分：液液CDU + SFN双供双回环管

· 风冷部分：水冷DX双盘管精密空调/双冷源风墙

·控制指标：PUE≤1.2，WUE=0（纯干工况）

· 方案特点：风液同源，风液比可调，兼顾系统能效与初投资，产品生态链成熟，少水地区标准方案

（2）富水地区方案

适用区域：芜湖、长三角、珠三角等水资源丰富地区。

· 冷源：闭式冷却塔，一次侧供/回水温度34℃/42℃

· 液冷部分：液液CDU + SFN双供双回环管，二次侧供液38℃

· 风冷部分：水冷DX双盘管精密空调/双冷源风墙

· 控制指标：PUE≤1.2，WUE≤1.6

· 方案特点：风液同源，风液比可调，更高能效，产品生态链成熟，富水地区标准方案

· 注意：WUE限制小于1.6时，冷却塔干工况出水温度需与双盘管空调自然冷需求匹配，风侧空调形式需改为近端风墙

（3）亚热带少水（东南亚）方案

适用区域：马来西亚、新加坡、印尼等东南亚高温少水地区。

· 冷源：高温风冷磁悬浮冷机，一次侧供/回水温度34℃/42℃

· 液冷部分：液液CDU + SFN双供双回环管

· 风冷部分：水冷DX双盘管精密空调/双冷源风墙

· 控制指标：PUE≤1.2

· 方案特点：风液同源，风液比可调，无水也可实现100%负载，兼容低温液冷，适用于海外高温缺水场景

3. 低温液冷同源方案（供液18~25℃）

随着AI芯片TDP持续攀升（B200 1000W→未来3000W+），高温液冷（38℃供液）的散热能力逐渐逼近上限，低温液冷（18~25℃供液）成为高密算力的必然演进方向。低温液冷同源方案采用氟液CDU，将制冷剂直接引入二次侧，通过磁悬浮或涡旋压缩机提供低温冷量。

（1）北方少水地区低温液冷方案

· 冷源：风冷冷凝器（室外，可选喷淋），无水方案，无结冻耗水困扰

· 液冷部分：补冷模块+ 涡旋式氟液CDU + SFN（室内），多涡旋压缩机，层叠系统

· 风冷部分：氟泵风墙（室内）

· 控制指标：年均CLF 0.053（乌兰察布），无水100%负载

· 方案特点：风液兼容，多涡旋，氟液CDU，无水也可实现100%负载；高低温兼容，一次部署兼顾未来；调节末端数量实现风/液服务器配比；分布式方案，随需部署更安全高效；可支持选配喷淋

（2）富水地区低温液冷方案

· 冷源：蒸发式冷凝器（室外）

· 液冷部分：磁悬浮主机（室外）+ 磁悬浮氟液CDU + SFN（室内）

· 风冷部分：磁悬浮主机（室外）+ 风机盘管末端（室内）

· 方案特点：风液同源，风液比可调；磁浮压缩机，峰值CLF低；适用于富水地区

· 注意事项：北方不适用，需要考虑防冻；单系统无预冷模块，自然冷利用时间短

4. 中温冷源三季节运行模式

对于采用中温冷冻水（17~23℃供回水）的同源架构，通过集成冷站（水冷磁悬浮冷机+板换+自然冷盘管）实现全年高效运行，按室外空气湿球温度分为三种工况模式：

（1）夏季模式（空气湿球＞16℃）

· 运行策略：高效磁悬浮冷机强效制冷，冷机主导

· 温度链路：室外侧→集成冷站（冷机17℃供水）→末端（冷冻水风墙/CDU）

· 典型温度：冷机供/回水17℃/23℃，末端供/回水30℃/36℃

· 能效特点：磁悬浮冷机部分负荷能效优异，COP≥10

（2）过渡季模式（空气湿球10~16℃）

· 运行策略：冷机+自然冷混合运行，进一步节能

· 温度链路：室外干冷器/冷却塔预冷→板换自然冷→冷机补冷→末端

· 典型温度：自然冷段供水18~20℃，冷机补冷至17℃，末端供/回水24℃/30℃

· 能效特点：自然冷承担部分冷量，冷机加载率降低，综合能效提升

（3）冬季模式（空气湿球≤10℃）

· 运行策略：100%自然冷深度节能，冷机停机

· 温度链路：室外干冷器/冷却塔→板换直接供冷→末端

· 典型温度：自然冷供水12.5℃，末端供/回水18.5℃/23℃

· 能效特点：冷机完全停机，仅水泵和风机耗能，CLF趋近于0，PUE可低至1.05以下

2.3 全链条非同源暖通架构方案

1. 非同源架构总览

非同源架构下，风冷与液冷分别配置独立冷源系统，两套系统在物理上完全解耦，可独立运行、独立扩容、独立运维。风冷侧通常采用风冷冷凝器+氟泵空调/DX空调，液冷侧采用独立干冷器/冷却塔/冷水机组+CDU。非同源架构的核心优势是故障隔离——风冷系统故障不影响液冷，反之亦然；同时支持风冷与液冷分期部署。

2. 风冷独立系统

风冷独立系统适用于功率密度≤45kW/柜的场景，按送风距离分为远端送风与近端送风两种形态：

3. 液冷独立系统

液冷独立系统适用于功率密度80~200kW/柜的高密AI算力场景，按CDU部署方式分为分布式与集中式：按一次侧介质不同分为液液与氟液CDU。

2.4 不同区域/工况适配矩阵

1. 互联网大厂三层模型（少水地区）六工况兼容方案

针对少水地区（以乌兰察布为典型），采用三层模型兼容六种工况，冷源从纯干工况到湿工况（干冷器+湿膜+喷淋）平滑过渡，末端从纯风冷到常温液冷再到低温液冷灵活配置：

2. 互联网大厂六层模型（富水地区）三工况兼容方案

针对富水地区（以芜湖为典型，三工况共用），采用六层模型兼容三种工况，冷源统一采用闭式冷却塔，末端按风冷/常温液冷/低温液冷配置：

3. 互联网大厂预制化方舱五场景适配矩阵

方舱同源架构按“温度（高温/低温）×水资源（有水/少水/无水）”矩阵划分为五种场景，统一采用双供双回SFN+一次侧环管+冷源架构，通过冷源选型和末端配置实现场景适配：

4. 海外项目区域适配方案

基于实际海外项目案例（马来西亚、北美），同源架构在海外场景的冷源选型需结合当地气候、水资源以及电力条件。海外模块会放在后期阐述。

5. 综合工况适配总表

《天加环境高密AI算力时代液冷解决方案白皮书》方案篇 

03 前沿篇

天加数据中心全链条整体解决方案全维度适配GB200/GB300服务器

系列更新中，敬请期待！