「数据中心冷却系统：从 CRAC 单元到浸没式冷却」

数据中心冷却系统通过移除 IT 设备产生的热量来保持服务器在工作范围内，通常占设施总能耗的 30-40%，仅次于 IT 负载本身。技术栈跨越多个层次：传统负载用 CRAC 和 CRAH 空气处理器，降低机械制冷的自由冷却和蒸发系统，以及 AI 训练所需的 60-130+ kW 机柜用直接芯片或浸没式液体冷却。设施需要哪种冷却技术取决于机柜密度、气候和可用的改造预算。

关键要点

• 冷却占设施能耗的 30-40%——根据 IEA 和行业基准，在传统风冷数据中心中冷却占设施能耗的 30-40%，在最高效的超大规模设施中降低到 7-10%。
• 行业平均 PUE 为 1.52（Uptime Institute 2026 年全球数据中心调查），近年来基本保持不变，因为旧设施摊薄了运行 1.2-1.3 的高效新建设施。
• CRAC 单元每个更换单元成本 15,000-50,000 美元；CRAH 单元成本 25,000-75,000 美元加共享冷却机组——CRAH 扩展效率更高但需要更多前期基础设施投资。
• 自由冷却可将冷却能耗降低 30-50%，冷冻水成本降低高达 70%（当环境条件允许时）——但在新加坡或曼谷等热带托管中心基本无法使用。
• 风冷在每机柜约 30-40 kW 处达到上限。超过这个值，直接芯片或浸没式液体冷却成为标准；NVIDIA 的 GB200 NVL72 功耗 120-132 kW，默认配备液体冷却。
• 现有托管设施液体冷却改造成本约 200 万美元/MW，而新型液体冷却绿地项目超过 1100 万美元/MW（根据 STL Partners）。
• 2026 年全球冷却市场规模约 130-310 亿美元，年增长 12-17%；液体冷却细分市场预计通过 2033 年增长 31.5% 复合年增长率，因为 AI 密度已超过风冷。

有关市场实时定价，请参阅 托管价格指数，并浏览我们 2,900 多个编入目录的设施 的冷却基础设施。

数据中心冷却如何运作：三个层次

每个冷却系统在链条的不同点执行相同的工作：从芯片上移走热量，将其移出机房，并将其排出建筑物外。

1. 芯片到空气或芯片到液体。热量从处理器通过散热器和风扇吸入的环境空气逸出，或通过冷板（直接芯片）或介电液池（浸没式）进入冷却液循环。
2. 机房级处理。CRAC 和 CRAH 单元从机房（或热通道）吸取热空气，冷却后将其返回冷通道或下地面送风室。
3. 热排放。设施通过冷却机组、冷却塔、干冷器或在自由冷却时段直接排入冷室外空气。

大多数设施会分层使用其中几种：风冷机柜供冷给 CRAH 系统，由冷却机组支持并配备自由冷却经济运行旁路，加上用于最高密度机柜的隔离液体循环。

CRAC vs CRAH：机房级选择

特性	CRAC（机房空调）	CRAH（机房空气处理器）
冷却源	内置压缩机、直接制冷剂膨胀	来自中央冷却机组的冷冻水
典型单元成本	$15,000-50,000（更换单元，30-200 kW 容量）	$25,000-75,000 加共享冷却机组基础设施
大规模效率	较低——每个单元运行自己的压缩机	较高——中央冷却机组扩展性更好
最佳适用	小型/中型设施、改造、独立机房	已在运行冷冻水循环的大型设施
冗余模型	单元级 N+1	共享机组冗余，大规模时成本效益更高

CRAC 和 CRAH 单元合在一起仍占全球已安装冷却基础的约一半——根据供应商成本细目中引用的市场研究，2025 年约占数据中心冷却市场的 52%。两者都没有过时；它们仍是运行标准 5-15 kW 机柜的大多数企业和零售托管机房的标准。详见我们关于 每机柜 5 kW 至 130 kW 功率密度 的指南，了解各项技术的适用范围。

自由冷却和经济运行

自由冷却（经济运行）在室外空气或水足够凉爽时绕过机械制冷：

• 空气侧经济运行器过滤并直接引入室外空气，有时混合回风，减少压缩机运行时间。
• 水侧经济运行器使用冷却塔通过蒸发而不是压缩机来冷却水，在活跃时段将冷冻水成本降低高达 70%。

根据 ENERGY STAR 和供应商现场数据，经济运行可将精密冷却能耗降低 30-50%，具体取决于当地温度和湿度。问题在于气候：自由冷却在北欧、北欧、加拿大和美国太平洋西北地区是主要杠杆，那里全年大部分时间环保湿球温度都很低。在 Coloprice 正在追踪新增产能的湿热热带市场中几乎无法使用——详见我们的 新加坡 和 柔佛 市场指南——这是这些市场结构上 PUE 较高且机械冷却成本更高的原因之一。

PUE：行业冷却评分卡

电源使用效率（PUE）是设施总功率除以 IT 设备功率。PUE 1.0 是理论下限——零开销。在 Uptime Institute 第 16 届年度全球数据中心调查（2026 年）中，行业平均水平为 1.52，这一数字多年来变化缓慢。

PUE 范围	典型设施类型
1.0-1.15	配备液体冷却和主动自由冷却的最先进超大规模设施
1.2-1.3	新建托管和超大规模设施，行业领先设计
1.36	Uptime 规模加权全球平均值（大型设施按比例计算）
1.5-1.6	典型风冷企业或中型托管机房
1.52	Uptime 简单（未加权）全球行业平均值，2026 年
1.8+	较旧、优化不佳或高冗余遗留设施

1.52 平均值与 1.2-1.3 新建设施性能之间的差异存在是因为数千个旧设施仍在运行并摊薄平均值——新高效产能的增加速度比旧产能退役的速度更快，而不是直接替代。有关这些冷却选择的水侧权衡，详见我们关于 数据中心用水 的指南。

风冷的上限和液体冷却的下限

风冷有实际的密度限制。超过每机柜约 30-40 kW，移热所需的气流量和风机功率变得不切实际，热点风险急剧上升。

机柜密度	标准冷却方案
低于 10 kW	CRAC/CRAH 风冷、标准热/冷通道
10-30 kW	配备隔离通道或行内冷却的风冷
30-40 kW	风冷达到实际上限；部分运营商开始混合液体辅助
40-120 kW	直接芯片（DTC）液体冷却成为标准
120-250+ kW	浸没式冷却或最大冷却液流量的 DTC

NVIDIA 的 GB200 NVL72 在部署时的功耗约为 120-132 kW，默认配备直接芯片冷却。Uptime Institute 报告称，截至 2026 年，22% 的运营商采用了直接液体冷却，主要用于 AI 和 HPC 机柜而非全设施。有关直接芯片冷却与浸没式冷却的详细对比——每机柜成本、改造复杂性以及哪种适合哪种工作负载——详见我们关于 AI 数据中心液体冷却 的专用指南。

冷却的实际成本

冷却投资	典型成本	备注
CRAC 单元更换	$15,000-50,000	每个单元，30-200 kW 容量
CRAH 单元	$25,000-75,000	加共享冷却机组成本
直接芯片改造	每机柜 $28,000-42,000	冷板、歧管、CDU
浸没式冷却（单相）	每 IT 负载 kW $4,500-6,800	安装成本
托管设施液体冷却改造	每 MW 约 200 万美元	现有建筑、电气富余容量允许
新型液体冷却绿地项目	每 MW 1100 万美元+	专门构建

任何冷却升级的制约因素通常是电气富余容量，而不是冷却设备本身——没有备用电力容量的设施无法支持更高密度的机柜，无论其冷却机组有多好。这与我们关于 电网连接队列 的指南中涵盖的相同电网瓶颈相同。

冷却市场规模和增长

2026 年全球数据中心冷却市场规模估计因研究机构和范围而异——当年大约在 130 亿美元至 310 亿美元之间——但增长率一直很高，到 2030 年代初的复合年增长率约为 12-17%。液体冷却细分市场的增长速度预计要快得多：从 2026 年的约 40.7 亿美元增长到 2033 年的 276.5 亿美元，复合年增长率 31.5%，反映了 AI 机柜密度已远超风冷实际上限的程度。

区域考虑

冷却技术选择与气候和水资源可用性密不可分：

• 温带/寒冷市场（北欧、北欧、美国太平洋西北地区、加拿大部分地区）获得大量自由冷却时间，将 PUE 推向范围低端并降低机械冷却运营成本。
• 热带/湿润市场（新加坡、曼谷、柔佛、东南亚大部分地区）获得很少或没有自由冷却，全年依赖机械冷却或蒸发塔，这是该地区 较高托管定价 的因素之一。
• 水资源受限的市场越来越倾向于使用风冷冷却机组或闭环液体系统而不是蒸发冷却塔，以避免用水审查——详见我们关于 用水基准 的指南。

如何应用本指南

对于评估设施的托管采购者，要求查看过去 12 个月的 PUE（而非设计 PUE）、CRAC 和 CRAH/冷冻水设施的分配情况，以及自由冷却在该地点的气候可行性——这三个数字预示了能源成本转嫁和未来密度增加的余地。对于需要每机柜 40 kW+ 的 AI/HPC 采购者，在签署前确认液体冷却就绪情况（CDU 容量、管道、冷却液循环隔离），因为中途改造会造成中断且成本高昂。在 Coloprice 的数据中心目录 对比实时设施规格和获取冷却感知报价，或通过我们的 报价表单 请求定价。