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ビュー: 150 著者: サイト編集者 公開時刻: 2026-11-12 起源: サイト
AI サーバー、ハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC)、およびその他の高密度 IT 機器が発生する熱の量が増加するにつれて、液体冷却は最新のデータセンターの熱管理の重要な部分になっています。
ただし、設備の冷却水を繊細なサーバー コンポーネントに直接供給することが、常に適切な解決策であるとは限りません。
多くの直接チップ液冷システムは、設備水システム (FWS) とテクノロジー冷却システム (TCS) という 2 つの別個の回路を使用します。これらの回路は、通常、冷却液分配ユニット (CDU) に統合されている液体間熱交換器を介して熱を交換します。
この配置により、施設インフラストラクチャと IT 機器がさまざまな冷却剤の品質要件、温度条件、圧力レベル、流量で動作できるようになります。
これらのループが分離されている理由を理解することは、エンジニア、システム インテグレーター、産業機器購入者が冷却システムの信頼性を評価し、より適切な技術的決定を下すのに役立ちます。
設備給水システム (FWS) は、液冷インフラストラクチャに冷却能力を提供する建物側の冷却ループです。
システム アーキテクチャに応じて、FWS は関連機器、分配ポンプ、熱回収システムを介してチラー、ドライ クーラー、冷却塔に接続できます。
FWS は、冷媒を周囲温度凝縮器 (CDU) の施設側に供給し、排気システムから熱を除去します。
その動作条件は、冷却ユニット、屋外条件、機器の選択、および油圧設計によって異なります。
FWS は、必ずしもチラーの凝縮水システムと同じループ内にある必要はありません。
テクノロジー冷却システムは、IT に面した液体冷却回路です。
一般的な直接チップ配置では、次のようなコンポーネントを通じて CDU と IT 機器の間で冷却剤を循環させます。
サーバーのコールドプレート
ラックアンドローマニホールド
供給配管と戻り配管
フレキシブルホースとクイックディスコネクトカップリング
バルブ、センサー、濾過装置
コールド プレートは、プロセッサ、加速器、その他のコンポーネントから熱を吸収します。加熱された冷却液は CDU に戻り、その熱を施設側の回路に伝達します。
TCS は、IT ハードウェアに指定された冷却剤の清浄度と材料の適合性要件を満たさなければなりません。
従来の液体から液体への CDU 配置における熱遮断経路は次のとおりです。
ITコンポーネント → コールドプレート s → TCS リターン → CDU 熱交換器 → FWS リターン → 施設排熱システム
冷却供給経路は、施設冷却システムから CDU を通って IT 機器まで、逆方向に延びています。
熱交換器は、通常の動作中に流体の分離を維持しながら、回路間に熱的接続を提供します。
施設の冷却システムには、溶解鉱物、腐食生成物、浮遊粒子、堆積物、または処理化学物質が含まれる場合があります。
これらの成分は、施設の配管では適切に管理されている可能性がありますが、敏感な IT 冷却コンポーネントには適していません。
コールド プレートには、閉塞や汚れが発生しやすい小さな内部通路が含まれている場合があります。
潜在的な問題には次のようなものがあります。
冷却剤流量の制限
圧力損失の増加
熱伝達の減少
局所的な過熱
腐食と材料の劣化
より頻繁なメンテナンス
TCS を分離すると、施設用水が適切であると仮定するのではなく、IT 機器の要件に従って冷却剤の化学的性質と濾過を管理できるようになります。
FWS と TCS では異なる冷却剤が必要になる場合があります。
屋外施設のループでは、不凍液防止剤を含む水とグリコールの混合物が使用される場合があります。 IT ループには、コールド プレート、シール、コネクタ、その他の接触媒体の材質と互換性のある、別の承認済み冷却剤が必要な場合があります。
これらの冷却剤は交換可能であると考えるべきではありません。
液液熱交換器により、意図的に混合することなく、互換性のある異なる冷却剤を両側で動作させることができます。
大規模施設の配管ネットワークは、ポンプの動作、高度、バルブ制御、油圧過渡現象などの要因による圧力変動の影響を受けやすくなります。
IT 機器は、独自の圧力制限内で動作する必要があります。
油圧的に切り離された周囲温度分配ユニット (CDU) は、循環および圧力制御のための施設の分配ポンプ管理熱制御システム (TCS) とは独立して動作できます。
ただし、デカップリングによって圧力関連のリスクが排除されるわけではありません。 CDU 熱交換器は該当する設計圧力と差圧に耐えることができる必要がありますが、TCS は適切な拡張、圧力制御、過圧保護を必要とします。
施設冷却システムによって供給される温度は、IT 機器が必要とする温度と異なる場合があります。
適切に設計された CDU は、熱交換、制御バルブ、バイパス配置、ポンピング、およびモニタリングを通じて TCS 供給温度を調整できます。
設計では次のことを考慮する必要があります。
IT 冷却剤入口温度の最大許容値と最小許容値
IT熱負荷の変化
放熱水の温度変化
クーラント流量要件
熱交換器温度アプローチ
結露の危険性
十分な設備冷却能力と適切な制御が利用できない限り、CDU は保証された TCS 供給温度を提供できません。
露出した冷却された表面の温度が周囲の空気の露点温度を下回ると、結露が発生することがあります。
凝縮水分配ユニット (CDU) は、IT 冷却材の温度を該当する凝縮制御しきい値よりも高く維持するのに役立ちます。
これには、適切な温度と湿度の測定、制御ロジック、および動作制限が必要です。
ループ絶縁は結露の管理に役立ちますが、適切な制御、絶縁、または試運転に代わるものではありません。
施設の冷却インフラストラクチャと IT 冷却装置は、異なるチームによって保守される場合があります。
冷却データ ユニット (CDU) は、これらのシステム間に明確な技術インターフェイスを確立します。
施設担当者は冷却ユニットの動作と施設の水処理を管理でき、IT 冷却専門家は TCS 冷却剤の品質、ラック接続、および機器要件の管理を担当します。
両方のループの責任を明確に定義することは、特に試運転、機器の交換、メンテナンス、インシデント対応の際に重要です。
設計要素 |
放熱水システム（FWS） |
テクノロジー冷却システム (TCS) |
|---|---|---|
一次機能 |
冷却能力を供給し、施設インフラに熱を運ぶ |
水冷ITコンポーネントから熱を除去します。 |
主要設備 |
設備ポンプ、配管、チラー、排熱装置 |
コールドプレート、マニホールド、ホース、ラック接続 |
冷却剤の要件 |
施設設備および処理仕様による |
ITハードウェアおよび接液部の材料要件に基づく |
圧力条件 |
施設の油圧設計により決定 |
IT機器とTCSの動作制限によって決定されます |
温度制御 |
施設冷却プラントを通じて管理 |
IT インレットの要件をなんとか満たす |
濾過 |
設備配管や熱交換器を保護します。 |
IT冷却コンポーネントの狭い通路を保護 |
メンテナンス |
施設運営全般 |
一般的に IT または専門の液体冷却オペレーション |
これらは典型的な区別であり、普遍的なルールではありません。実際の責任と構成はプロジェクトによって異なります。
CDU 熱交換器を使用すると、高温の TCS 冷却液が別の熱交換面を介して低温の FWS 流体に熱を伝達できます。
通常の動作中、2 つの流体は独立したチャネルに残ります。
これにより、さまざまな冷却剤の化学的性質や油圧条件に対応できます。
ただし、熱交換器の内部漏れを完全に保証できるものはありません。腐食、機械的損傷、ガスケットの破損、または製造上の欠陥はすべて、分離境界を損なう可能性があります。
厳しい相互汚染制限を持つアプリケーションの場合、適切な設計、検査、監視、および障害対応措置が必要です。
プレート熱交換器は、熱交換面積がコンパクトであるため、液液冷却に一般的に使用されます。
用途に応じて、周囲温度冷却ユニット (CDU) は、ガスケット付きプレート熱交換器、ろう付けプレート熱交換器、またはその他の適切な熱交換器設計を採用できます。
正しい選択は、流体の適合性、熱負荷、圧力定格、メンテナンスの容易さ、漏れ要件、圧力降下によって異なります。
熱交換器は、どのループでも許容圧力降下を超えずに、指定された熱負荷を伝達する必要があります。
製品の公称熱伝達率だけでは、機器の選定には不十分です。
流れの条件、流体の特性、動作温度、熱交換器の形状も考慮する必要があります。
媒体と接触するすべてのコンポーネントは、それぞれの面で流体と適合する必要があります。
ガスケット付きプレート熱交換器の場合、検査、清掃、ガスケット交換のためにメンテナンス アクセスが必要になる場合があります。
ブレージングプレート熱交換器の使用法とメンテナンスの特徴は異なります。
プロジェクトの特定の状況を考慮せずに、単一の構造が他の構造より普遍的に優れていると表現すべきではありません。
熱交換器を選択する前に、次のことを確認してください。
両面流体組成
設計温度と動作温度
動作圧力と差圧
必要な熱伝達能力
流量と許容圧力降下
熱交換器接近温度
接液部材料の適合性
検査、テスト、およびメンテナンスの要件
調達情報の詳細については、 Aidearを参照してください。 CDU 熱交換器選択ガイド.
一般的な冷却装置の場合、コールドエンドアプローチ温度は次のように表すことができます。
アプローチ温度 = TCS 供給温度 − FWS 供給温度
この関係は、特定の条件下での熱交換器における 2 つの供給水流間の温度差を表します。
通常、温度差が小さいということは、特定の負荷に対してより大きな熱伝達能力が必要であることを意味し、熱交換器のサイズ、構造、および圧力降下に影響します。
TCSの給水温度は、放熱水温度、冷媒流量、熱負荷、熱交換器の性能、制御の運転条件などによって異なります。
冷却システム (TCS) を分離すると、繊細な IT コンポーネントが施設の水や粒子状物質と接触する可能性が減ります。
ただし、試運転、メンテナンス、機器の追加、またはコンポーネントの経年劣化中に、汚染物質が IT 冷却ループに侵入する可能性があります。
設備側の濾過により、熱交換器を汚れから保護します。
TCS 濾過は、コールド プレートやその他の狭い流路の保護に役立ちます。
フィルターの選択には、機器の要件、流体の特性、許容される圧力降下、およびメンテナンス戦略を反映する必要があります。
フィルターの差圧の増加は、微粒子の蓄積を示している可能性があります。
メンテナンス計画では、十分な冷却液の流れを確保しながら、検査と交換の基準を定義する必要があります。
独立した循環システムにより、TCS は IT 機器に適した油圧条件で動作することができます。
施設側のポンプの変化は、必ずしもそれに対応する TCS 流量の変化をもたらすとは限りません。
ただし、施設の温度と流量が変動すると、利用可能な冷却能力が低下します。
油圧分離では、動作上の完全な独立性は達成されません。
個別の回路は、エンジニアが問題の原因が設備プラント、CDU、または TCS のどれであるかを特定するのに役立ちます。
これは、冷却剤の品質の低下、予期しない温度変化、圧力損失、熱交換器の汚れ、または漏れを調査する場合に役立ちます。
隔離バルブ、測定ポイント、警報、および文書化された手順は引き続き必要です。
高可用性データセンターには、冗長冷間配電ユニット (CDU)、ポンプ、電源、配電パス、または冷却装置が必要な場合があります。
独立したループを使用すると、モジュラー システム設計をサポートできますが、N+1 または 2N の冗長性は自動的に実現されません。
冗長性は、実際の障害シナリオの評価を通じて検証する必要があります。
ドライクーラーは、循環液体から周囲空気への熱を遮断します。
データセンターの液冷装置では、施設側の熱遮断システムの一部を形成する場合があります。
考えられる熱遮断経路は次のとおりです。
IT機器 → TCS → CDU → FWS → ドライクーラー
実際の配管配置とは異なる場合があります。一部の設備には、追加の熱交換器、チラー、冷却塔、またはグリコール回路が含まれます。
2 つのデバイスは異なる機能を実行するため、ドライ クーラーは CDU の直接の代替品ではありません。
ドライクーラーの性能は、周囲の気温、空気の流れ、流入する流体の温度、流体の流れ、および機器の設計によって異なります。
暑い季節には、ドライクーラーは補助冷却なしでは CDU が要求する施設の供給温度を維持できない場合があります。
したがって、設計は指定された屋外設計条件の下で評価する必要があります。
関連する熱遮断装置については、 Aidearを参照してください。 ドライクーラー製品カテゴリ.
中間熱交換器は、屋外のグリコール ループと屋内施設のループで異なる流体や動作条件が必要な場合に役立ちます。
ただし、熱交換器を追加するたびに温度差が生じ、油圧抵抗が生じます。
流体分離の利点は、熱性能、ポンプ要件、メンテナンス、コストとともに評価する必要があります。
液体対液体 CDU を使用した仮想の直接チップ冷却システムを考えてみましょう。
パラメータ |
例示的な値 |
|---|---|
CDU に入る FWS |
28 °C |
FWSがCDUを離脱 |
33 °C |
IT機器から戻ってきたTCS |
38 °C |
IT機器に供給されるTCS |
33 °C |
TCS温度差 |
5K |
コールドエンドアプローチ温度 |
5K |
コールドエンドのアプローチは次のとおりです。
33 °C − 28 °C = 5 K
FWS は 28 °Cで入りますが、IT 機器は 33 °Cで冷却剤を受け取ります。
これらの温度は熱交換器の動作原理を示すものであり、推奨される設計限界ではありません。
この例は、FWS 供給温度と TCS 供給温度が必ずしも同一ではないことを示しています。
熱交換器は熱を伝達するために適切な温度差を必要とします。
どちらの回路も、それぞれの熱および油圧動作要件を満たさなければなりません。
単相液体冷却の場合、顕熱伝達率は次を使用して計算できます。
Q = ṁ × Cp × ΔT
どこ：
Q = 熱伝達率 ( kW )
ṁ = 質量流量 (kg/s)
Cp＝比熱容量（kJ/kg・K）
ΔT = 流体温度差 (K)
完全な選択には、適切な流体特性、流量、圧力損失、動作範囲も必要です。
説明例: このセクションの数値はすべて仮説です。これらはAidearの製品仕様、テストデータ、または性能保証ではありません。
一部の水冷データセンターは、施設の冷却水をより直接的に IT 機器に接続するアーキテクチャを使用しています。
これらのシステムでは、施設設計者、IT メーカー、冷却装置サプライヤーの間で慎重な調整が必要です。
設計スキームによれば、直接接続により熱交換器の数が減り、設置面積が縮小し、一部の設備要件が軽減されます。
中間熱交換器を排除すると、それらの熱交換器に関連する温度差も減らすことができます。
これらの利点は特定のアプリケーションによって異なります。
従来の CDU 分離境界がなければ、エンジニアは次のことに対処する必要があります。
放熱水の水質とろ過
IT接液部材料の適合性
動作圧力および過渡圧力
結露防止
温度と流量の制御
漏れの検出と対応
メンテナンスの責任
通常 CDU によって提供される機能は、システム内の他の場所で対処する必要があります。
個別のループは、施設ネットワークが IT 機器の水質、圧力、温度、またはメンテナンス要件を一貫して満たすことができない場合に特に価値があります。
決定には、ライフサイクル動作、信頼性の目標、熱性能、および全体的な冷却アーキテクチャを考慮する必要があります。
要件 |
確認事項 |
|---|---|
冷却容量 |
通常、ピーク、および将来の熱負荷 |
供給温度と戻り温度 |
通常および設計上の動作条件 |
流量 |
利用可能な範囲と制御戦略 |
クーラント組成 |
水処理とグリコールの要件 |
圧力条件 |
動作圧力、設計圧力、過渡圧力 |
冷却インフラストラクチャ |
産業用チラー 、ドライクーラー、タワー、またはその他の配置 |
信頼性 |
冗長性と障害対応の要件 |
要件 |
確認事項 |
|---|---|
IT熱負荷 |
液体回路に伝達される熱 |
クーラント入口温度 |
認定されたIT機器の動作範囲 |
フロー要件 |
ラックとコンポーネントの流れの状態 |
圧力限界 |
IT機器とTCSの制限 |
冷却剤の化学的性質 |
承認された組成と材料 |
濾過 |
粒子制御要件 |
結露管理 |
露点の監視と制御 |
接続 |
マニホールド、ホース、クイックディスコネクト |
見積もりを依頼する前に、次のことを確認してください。
必要な熱伝達能力と動作範囲
両側の供給温度と戻り温度
流体の組成と流量
最大許容圧力損失
設計圧力と温度
熱交換器材料
必要なアプローチ温度
ろ過とメンテナンスに期待されること
制御、アラーム、監視の要件
検査・試験仕様書
要件は文書化され、適切な機器サプライヤーに確認される必要があります。
一部の設計システムではそれが可能ですが、施設用水は、清浄度、化学的性質、材料、圧力、温度に関する IT 機器の要件を満たしている必要があります。
CDU を使用すると、これらの要件を個別に管理できるようになります。
多くの CDU 構成では、FWS はプライマリ側、TCS はセカンダリ側と呼ばれます。
ただし、冷却プラント内の他の場所では、一次と二次の意味が異なる場合があります。 FWS と TCS は、このインターフェイスをより正確に表す用語です。
必ずしもそうとは限りません。多くの液体から液体への CDU はプレート熱交換器を使用しますが、機器のアーキテクチャと熱交換器の構造は異なります。
いいえ、直接的な機能の代替としてではありません。
ドライクーラーは熱を周囲の空気に放出します。従来の液体から液体への CDU は、TCS の動作条件を管理しながら、施設と IT 回路の間で熱を伝達します。
いいえ。
個別の冷却ループは、外部漏れや内部熱交換器の故障を保証するものではありません。
適切な材料、圧力制御、漏れ監視、メンテナンス、および障害対応手順が依然として必要です。
設備水システムをテクノロジー冷却システムから分離することは、水冷データセンターにおける一般的な戦略です。
これにより、施設の冷却インフラストラクチャと IT 機器が、さまざまな冷却剤の化学的性質、濾過、温度、圧力要件で動作できるようになります。
CDU 熱交換器は、通常の条件下で流体分離を維持しながら熱接続を提供します。
この構成により、より優れた冷却剤の品質管理、油圧制御、および明確に定義された保守責任をサポートできます。
ただし、信頼性の高い動作は、単に熱交換器の存在だけではなく、完全なシステム設計に依存します。
エンジニアとバイヤーにとって、冷却装置を選択する前に、FWS、CDU、および TCS 間の境界を明確に定義することが不可欠です。
Aidearは、産業用および施設側の冷却用途に関連する熱交換器およびドライクーラーの製品カテゴリを提供します。
プロジェクトで液体から液体への熱交換器または施設側の熱除去装置が必要な場合は、作動流体、熱負荷、入口および出口の温度、流量、圧力要件、および該当する技術仕様を提供します。
これらの詳細は、適切な機器構成と必要な追加のエンジニアリング情報に関する最初の議論をサポートします。
カスタム見積もりをリクエストしてください。 データセンターの冷却プロジェクトについてAidearと話し合うための
