液冷 操作のために液体を事業体に供給しなければならない場合として定義されます。 この定義は、冷却液を水に限定するものではないことに注意してください。 冷却ループの一部で蒸気相にある可能性のある液体を含む、さまざまな液体の適用が考えられます。
- 空冷は、操作のためにエンティティに空気のみを供給する必要がある場合を定義します。
- 空冷式ラックは、操作のためにラックまたはキャビネットに空気のみを供給する必要がある場合を定義します。
- 空冷式データ通信機器は、データ通信機器の動作のために空気のみが供給される場合を定義します。
- 空冷式電子機器とは、電子機器に空気を直接供給して冷却し、他の形式の熱伝達を行わないケースを定義します。
液体が熱的に伝達しない個別の冷却ループ内で使用される場合、システムは空冷と見なされます。 最も明白な例は、通常、今日のデータセンターの多くの周辺に配備されている冷水 CRAC をカバーしています。 スケールの反対側では、液体がサーバー内の閉ループ内に留まるコンピュータ内でのヒート パイプまたはポンプ ループの使用も、内部の閉ループから熱が取り除かれれば、空冷電子機器としての資格があります。電子機器のシャーシを通る気流によって。
選択できる液体冷却のさまざまな実装があります。 以下にいくつかのシナリオを示します。
1 つのオプションは、データ通信機器内に取り付けられた空冷冷凍システムを使用して、冷却された冷媒をプロセッサに取り付けられた液冷コールド プレートに供給します。 この実装では、液体から空気への熱交換器 (つまり凝縮器) からの加熱された空気は、データセンター環境に直接排出されます。 データセンターの観点からは、液体ラインがラックエンベロープを横切らないため、ラックと電子機器は空冷されていると見なされます。
別の実装では、ラックの上、下、または側面または背面に取り付けられた液体から空気への熱交換器を使用する場合があります。 この場合、熱交換器は、最終的にデータセンターに排出される空気からラックの廃熱の大部分を除去します。 この実装により、電子機器に必要な体積空気流量が減少することはありませんが、データセンターに排出される空気の温度が低下します。 この例では、液体ラインがラック エンベロープを横切るため、液体冷却ラックについて説明します。 下図。
さらに別の実装では、水、誘電体、または施設の水への廃熱を排除する液体から液体への熱交換器によって冷却される他の種類の冷却剤を使用する液体冷却コールド プレートを使用します。 施設の水への廃熱除去は、最終的に外部の冷却塔またはチラー プラントで終了する 1 つまたは複数の追加の液体ループを介して発生する可能性があります。 この液体冷却の実装により、施設の周囲に放出される廃熱の量が減少し、ラックの電子機器に必要な体積空気流量も減少します。 データセンターの観点から、この実装では、液体冷却ラックと電子機器について説明します。これは、液体ラインがラック エンベロープを横切り、サーバー自体にもまたがるからです。 このシステムを下の図に示します。
液体冷却システム
データ通信機器冷却システム (DECS)
このシステムは、IT ラックを超えて拡張することはありません。 これは、熱を発生するコンポーネント (CPU、メモリ、電源など) から IT ラック内に含まれる流体冷却熱交換器への熱伝達を実行することを目的とした、ラック内のループです。 一部の構成では、このループを排除し、冷却剤分配ユニット (CDU) からの流体を負荷に直接流すことができます。 このループは、ヒート パイプ、熱サイフォン、圧送流体、および/または蒸気圧縮サイクルによって促進される、単相または 2 相の熱伝達モードで機能する可能性があります。 データ通信機器で通常使用される流体には、水、エチレングリコールまたはプロピレン グリコールと水の混合物、冷媒、または誘電体が含まれます。 最低限、データ通信機器の冷却システムには、熱収集熱交換器と除去熱交換器が含まれ、コンプレッサー/ポンプ、制御バルブ、電子制御などのアクティブ コンポーネントでさらに強化される場合があります。
テクノロジー冷却システム (TCS)
このシステムは通常、IT スペースの境界を超えて拡張されることはありません。 例外は、CDU がデータセンターの外部にある構成です。 これは、データ通信機器の冷却システムから冷水システムへの熱伝達を実行するための専用ループとして機能します。 このループは、データ通信機器の冷却システム内の熱交換器で必要とされる温度、純度、および圧力に関する特定の流体品質の問題に対処するために必要であるため、強く推奨されます。 技術冷却ループで通常使用される流体には、水、エチレングリコールまたはプロピレングリコールと水の混合物、冷媒、または誘電体が含まれます。 このループは、単相または二相の熱伝達モードによっても機能し、ヒート パイプ、熱サイフォン、圧送流体、および/または蒸気圧縮サイクルによる伝達を促進する可能性があります。 技術冷却システムには、少なくとも、集熱熱交換器 (データ通信機器の冷却システムに不可欠なコンポーネントである可能性が高い)、熱除去熱交換器、および相互接続配管が含まれます。 このシステムは、コンプレッサー/ポンプ、制御バルブ、電子制御、フィルター、温水付属品などのアクティブ コンポーネントでさらに強化することができます。
冷水システム（CHWS）
このシステムは通常、施設レベルであり、IT スペース専用のシステムが含まれる場合があります。 主に、データセンターのチラーと CDU の間のシステムで構成されます。 冷水システムには、チラー プラント、ポンプ、温水付属品、および施設レベルで必要な配水配管が含まれます。 チラー プラントは通常、蒸気圧縮サイクルを使用して冷水供給温度 (43°F ～ 48°F/6°C ～ 9°C) を室内の周囲温度 (通常は 75°F/24°C 以上) より大幅に低くします。 95°F/35°C 以上)。 チラー システムは、チラー、冷却塔、ポンプなどの重要なコンポーネントにある程度の冗長性を提供する場合があります。
DX機器は冷水システムにも使用できます。 DX 機器は、大気への直接熱放散を提供するため、その設計方法の最後のループです。 制限には、分割システムの距離と運用コストが含まれます。 一般に、ほとんどの地域では、システムは 400 トンの冷凍で経済的に損益分岐点になります。 大規模なシステムは、他の状況でより大規模な DX 展開が必要でない限り、非 DX 設計を優先します。 このループ設計内の個々のケースまたは特別なケースでは、より小さなサーマル ライド スルー デバイスを導入できます。
コンデンサー-水システム（CWS）
このシステムは、冷却塔とデータセンターのチラーの間の液体ループで構成されています。 また、通常は施設レベルであり、IT スペース専用のシステムが含まれる場合と含まれない場合があります。 凝縮水ループは通常、湿球ベースまたは乾球ベースの 2 つの基本的なカテゴリのいずれかに分類されます。 湿球ベースのループは蒸発プロセスで機能し、湿球温度が低いことを利用して、凝縮器の水温を下げます。 乾球ベースのループは、コンデンサー水ループの温度と周囲の乾球温度の差に基づいて機能します。 乾球ベースのシステムで熱伝達を可能にするには、凝縮器と水のループを周囲の乾球温度よりかなり高い温度にして、凝縮器の水から屋外の周囲空気への適切な熱伝達を可能にする必要があります。 これらのループには通常、屋外の熱除去装置 (冷却塔または乾燥流体冷却器)、ポンプ、膨張タンク、温水付属品、および配水配管が含まれます。
液体冷却ラックとキャビネット
操作のためにラックまたはキャビネットとの間で液体を循環させる必要がある場合、ラックまたはキャビネットは液体冷却されていると見なされます。 次の図は、ラック/キャビネット レベルでの冷却を示しています。 1 つ目は、基本的な空冷ラックです。 残りの図は、液体冷却、または空冷と液体冷却の組み合わせを利用するその他のオプションを示しています。 このセクションの図はすべて、フリーアクセス フロアの下のクーラントの供給ラインと戻りラインを示しています。 他の施設の実装では、そのようなラインを床の上または天井からルーティングできる場合があります。 ラック/キャビネットのクーラントの供給と戻りの接続は、ベース、サイド、またはトップから行うことができます。
図 2 は、CHWS または CWS ループ内のどこかのポイントから冷却された作動流体を直接受け取ることができる、空冷と水冷の組み合わせのラックまたはキャビネットを示しています。 実装の 1 つとして、電子機器を空冷し、背面ドアの熱交換器を介して廃熱の大部分を冷却剤で除去することができます。 別の実装では、冷却剤をプロセッサのスポット クーラー (何らかの形式のコールド プレート) に供給し、残りの電子機器を空冷することができます。
図 3 は、完全に水冷のラックまたはキャビネットを示しています。 このような実装の一例では、ラックまたはキャビネット内のすべての電子機器をコールド プレートを介して伝導冷却することができます。 この冷却方法では、作動流体として水、冷媒、またはその他の誘電性冷却剤を使用できます。 別の実装では、液体フロースルー（強制流沸騰など）、ジェット衝突、スプレー冷却、または電子機器を直接冷却するために誘電性冷却剤を展開する別の方法によって、すべての電子機器を冷却することができます。 さらに別の実装には、作動流体として空気を使用する完全に密閉されたラックと、空気から液体への熱交換器が含まれます。
図 4 は、外付け CDU を備えた空冷と水冷の組み合わせのラックまたはキャビネットを示しています。 CDU は、名前が示すように、テクノロジー冷却システム (TCS) またはデータ通信機器冷却システム (DECS) の冷却剤をさまざまな方法で調整し、TCS または DECS ループを介してラック、キャビネット、またはデータ通信機器に循環させます。 この実装は、施設 (CHWS または CWS) レベルの冷却流体の供給とラックまたはキャビネットの間に CDU があることを除いて、図 2 の実装と似ています。 この実装により、CDU は、ラックまたはキャビネットに供給される冷却剤を施設の露点を超える温度に調整できます。
図 5 は、純粋な水冷ラックまたはキャビネットの実装を示しています。 この実装は、外部 CDU が含まれている図 3 および図 4 の実装に似ています。
図 6 と 7 は、このセクションで説明する最終的な実装です。 これらの実装には、それぞれ図 4 および 5 の実装と多くの共通点があります。 明らかな違いの 1 つは、図 6 と 7 に示されているラックまたはキャビネットが専用の CDU、つまり内部 CDU を備えていることです。 CDU はラックの下部に示されていますが、他の構成ではラックの側面または上部に配置することもできます。 この実装により、データ通信センターのオペレーターは、ワークロードまたは内部の電子機器に応じて、ラックまたはキャビネットが冷却剤をさまざまな条件に調整できるようになり、柔軟性が向上します。 もう 1 つの利点は、作業負荷や電子機器の種類に応じて、さまざまな冷却剤 (水、冷媒、誘電体など) をさまざまなラックに配置できることです。
データ通信機器センターの液体冷却ガイドライン - ASHRAE および TC 9.9、ミッション クリティカルな施設、テクノロジー スペース、および電子機器との協力。
