摘要：在全球水资源日益紧缺的背景下，工业与信息技术领域对高效冷却技术的需求显著增加。传统的蒸发式冷却方法长期依赖大量淡水供应，不仅加剧了水资源消耗，还在缺水地区带来显著的环境与社会挑战。随着数据中心规模的迅速扩张以及能源与制造业用水需求的持续上升，开发并实施高效的无
在全球水资源日益紧缺的背景下，工业与信息技术领域对高效冷却技术的需求显著增加。传统的蒸发式冷却方法长期依赖大量淡水供应，不仅加剧了水资源消耗，还在缺水地区带来显著的环境与社会挑战。随着数据中心规模的迅速扩张以及能源与制造业用水需求的持续上升，开发并实施高效的无水冷却系统已成为实现可持续发展与减轻环境压力的重要战略举措。
无水冷却技术的发展不仅是应对资源危机的必要选择，更代表着工业设计理念和运营模式的深刻转变。先进热工工程与智能化运营系统的结合，使得冷却系统能够在确保性能与稳定性的同时，大幅降低对淡水的依赖。这一转变正在推动包括数据中心、制造业以及能源产业在内的多个关键领域向更加负责任和高效的资源利用方向迈进。
无水冷却是指在冷却过程中最大限度减少或完全避免淡水消耗的冷却技术集合。其主要实现方式包括：
这些方法均旨在取代传统蒸发式冷却模式，避免对淡水资源的高强度依赖。以数据中心为例，据美国国家公共电台（NPR）报道，传统中型数据中心每日耗水量可达30万加仑，相当于约1,000户家庭的日常用水需求。与此同时，美国约三分之二的数据中心分布于水资源紧张地区，进一步放大了水资源与产业发展的矛盾。
在能源领域，据官方数据，美国电力部门在2020年的冷却取水量高达47.5万亿加仑，成为全国淡水取水的主要来源之一。欧洲的情况亦相似，2022年欧盟27国中，发电冷却取水量占年度总取水量的34%，高于农业用水比例。这些数据凸显了无水冷却技术在缓解资源压力与实现可持续发展方面的重要性。
近年来，热工技术的进步使数据中心逐步摆脱了依赖大量进水的“开环”蒸发冷却模式，转向多种无水冷却替代方案。其中，闭环系统最为突出，能够适用于不同规模的数据中心。此类系统在初次注水后无需持续补充，并可结合再生水或雨水收集，从而在实践中减少50%至70%的淡水使用量。
无水冷却可通过多种技术路径实现，主要包括：
1. 液体冷却技术
据美国供暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）评估，浸没式冷却具备宽温度适应性、高热捕获效率以及灵活的硬件适配性。
直接芯片冷却将合成介电流体直接输送至服务器芯片表面或关键部件，通过多种传热机制高效排热，尤其适用于高性能计算场景。该方法能够针对最易产生高热的部件进行精准冷却，降低能耗并提高可靠性。
2. 空气冷却技术
空气冷却依赖气流组织与散热设备来控制温度。虽然整体散热能力有限，难以满足未来高功率密度需求，但在以下场景中仍具应用价值：
3. 自然冷却技术
利用寒冷气候地区的低温环境，将外部冷空气引入机房以降低设备温度。在特定地区，该方式能够有效降低冷却能耗，并进一步减少水资源消耗。
技术组合与混合模式
在实际设计中，数据中心往往结合多种无水冷却方式，以实现最佳的能效与可靠性：
1. 节水与可持续发展
无水冷却系统的核心价值在于显著降低对淡水的依赖。这一特性契合了当下对水资源保护的高度关注，并与国家和行业节水政策保持一致。
2. 提高能源效率与热管理能力
无水冷却不仅能够节约水资源，还能在能源效率与热控制方面带来显著提升。
3. 法规与环境合规性
随着环境监管的日益严格，水资源使用与排放标准不断收紧。无水冷却在合规层面具有明显优势：
1. 数据中心与IT基础设施
在数据中心，无水冷却技术能够有效应对日益增长的计算负荷与散热需求，同时显著降低对淡水的依赖，摆脱传统蒸发式冷却模式。
2. 工业流程与制造业
工业生产是水资源消耗的重要领域之一，冷却用水在钢铁、化工、电子制造等行业占比尤为突出。
3. 能源领域：发电厂与可再生能源
发电冷却是全球取水量最大的单一环节之一，其中煤电、气电与核电厂尤其依赖冷却水。
1. 初始投资与系统复杂性
无水冷却作为一种先进的冷却技术，往往涉及尖端的热工程方案。相较于传统蒸发式冷却，其部署通常需要：
尽管初期投入较高，但随着能源效率的提升与运行成本的下降，这些限制在长期中往往能够得到抵消。
2. 冷却液选择与传热性能
在浸没式冷却与直接芯片冷却等无水系统中，冷却液的选择至关重要。其影响因素包括：
无水冷却不仅是一项技术革新，更是一种全局性的资源管理战略。其推广代表着对未来产业结构与环境挑战的主动回应：
随着技术成熟与规模化效应的显现，无水冷却正逐步从替代方案转变为行业新常态。它不仅是冷却系统设计的关键环节，更是推动工业文明向可持续未来过渡的重要驱动力。
来源：千家智客
