Échangeurs de chaleur pour le refroidissement liquide des centres de données : CDU, free cooling et valorisation de la chaleur
Les serveurs d'IA poussent la puissance des baies au-delà de ce que l'air peut évacuer, et de plus en plus de centres de données refroidissent directement les puces par liquide. Derrière chaque plaque froide, une chaîne d'échangeurs de chaleur transporte la chaleur des serveurs vers l'air extérieur, ou vers quelqu'un qui peut l'utiliser. Bien choisir ces échangeurs détermine la température possible de l'eau du bâtiment, le nombre d'heures où l'installation peut refroidir sans groupes froids et la fiabilité de la boucle liquide.
Ce guide s'adresse aux propriétaires, concepteurs et installateurs de centres de données qui achètent des unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU), des échangeurs à plaques ou des centrales de froid préfabriquées. Le catalogue de produits de ce site comprend l'unité de distribution ACDU d'Accessen, sa centrale de froid extérieure préfabriquée AIS et ses échangeurs à plaques haut rendement AQ/AA. Pour un projet précis, envoyez les données de vos boucles via le formulaire de demande de devis.
1. Où se trouvent les échangeurs
Un centre de données refroidi par liquide compte en général trois boucles. Le système de refroidissement technologique (TCS) est la boucle qui traverse les plaques froides des serveurs. Le réseau d'eau du bâtiment (FWS, facility water system) est la boucle de l'installation. Le système de rejet de chaleur envoie la chaleur à l'extérieur par des tours de refroidissement, des aéroréfrigérants secs ou des groupes froids.
| Emplacement | Échangeur | Rôle |
|---|---|---|
| CDU | Échangeur à plaques liquide-liquide | Sépare la boucle des serveurs de l'eau du bâtiment, pour que la boucle des serveurs reste propre, à sa propre pression et avec son propre fluide |
| Free cooling | Échangeur à plaques entre l'eau de tour et l'eau glacée | Refroidit sans faire tourner les groupes froids quand les conditions extérieures le permettent |
| Rejet de chaleur | Tour de refroidissement à circuit fermé ou aéroréfrigérant sec | Rejette la chaleur dans l'air sans exposer l'eau du bâtiment à l'air |
| Valorisation de la chaleur | Échangeur à plaques vers un réseau de chaleur | Fournit la chaleur fatale à un réseau de chauffage urbain ou à des bâtiments voisins |
Un exemple réel : pour le centre de données de 25 MW de ByteDance à Johor, en Malaisie, Accessen a fourni une centrale de froid intégrée préfabriquée construite autour de tours de refroidissement fermées en configuration « 3+1 », de 3 150 kW chacune, avec les pompes, l'appoint d'eau et le dosage chimique dans des modules conteneurisés.
2. Classes W de l'ASHRAE et pincement
Le comité technique 9.9 de l'ASHRAE classe les équipements informatiques refroidis par liquide selon la température d'eau du bâtiment qu'ils acceptent. Dans la 5e édition de ses Thermal Guidelines for Data Processing Environments (2021), les classes portent le nom de leur limite haute : W17, W27, W32, W40, W45 et W+ (au-dessus de 45 °C). Comme l'explique Upsite Technologies, être conforme à une classe signifie que l'équipement informatique fonctionne à pleine puissance, sans bridage, à toutes les températures de cette classe.
L'échangeur de la CDU se trouve entre l'eau du bâtiment et la boucle des serveurs ; son pincement, c'est-à-dire l'écart entre la température d'alimentation de l'eau du bâtiment et celle de la boucle des serveurs, compte donc beaucoup. Par exemple, si les serveurs ont besoin d'un fluide à 35 °C, une CDU avec un pincement de 3 K peut fonctionner avec une eau de bâtiment jusqu'à 32 °C, tandis qu'un pincement de 6 K exige une eau à 29 °C ou moins. Un pincement plus serré permet une eau de bâtiment plus chaude, donc plus d'heures de free cooling, des groupes froids plus petits ou inutiles, et une valorisation de la chaleur plus facile. Le prix à payer est une plus grande surface de plaques.
Pour comparer des CDU, comparez-les à la même température d'eau du bâtiment, à la même température de boucle des serveurs, aux mêmes débits et avec le même fluide. Une puissance affichée sans ces conditions ne dit pas grand-chose.
3. Fluide et compatibilité des matériaux
De nombreux systèmes de refroidissement direct des puces utilisent du PG25. Un article de blog de Schneider Electric, écrit par un ingénieur de Motivair, décrit le PG25 comme un mélange de 75 % d'eau et de 25 % de propylène glycol, précise que 25 % est la concentration à laquelle le mélange devient biostatique, et indique que l'Open Compute Project (OCP) le recommande. Le PG25 contient en général des inhibiteurs qui protègent de la corrosion le cuivre des CDU et des plaques froides, et il protège du gel jusqu'à environ -10 °C.
Pour l'échangeur, cela signifie :
- Vérifier que le matériau des plaques, l'éventuel métal d'apport de brasage et les joints sont approuvés pour le fluide et ses inhibiteurs. Demandez au fournisseur du fluide et à celui de l'échangeur de s'accorder sur ce point par écrit.
- Garder à l'esprit qu'un mélange glycolé transmet moins bien la chaleur que l'eau. Pour le même pincement, il faut plus de surface de plaques avec du PG25 qu'avec de l'eau.
- Indiquer les données du fluide dans la demande de devis : type et concentration du glycol, marque des inhibiteurs et plage de température prévue.
4. Propreté : rinçage et filtration
Le même blog de Schneider Electric indique que les plaques froides ont aujourd'hui un pas d'ailettes d'environ 50 microns, et que les conceptions futures pourraient être plus serrées. Des particules laissées par la fabrication, le soudage ou l'installation peuvent boucher ces canaux et faire surchauffer les puces. La propreté commence donc à l'usine qui fabrique la CDU et son échangeur.
À demander aux fournisseurs :
- Comment l'échangeur et la tuyauterie sont nettoyés, et comment l'appareil est fermé pour l'expédition.
- Quelle procédure de rinçage ils recommandent avant le raccordement des équipements informatiques.
- Quelle filtration ils prévoient sur chaque boucle, et si les filtres peuvent être changés sans arrêter la boucle. Les finesses varient selon la conception : les données du catalogue de l'ACDU d'Accessen indiquent une filtration de 100 à 200 µm côté secondaire et de 200 à 300 µm côté primaire. Vérifiez ce qu'exige le fournisseur des plaques froides.
5. Redondance et maintenance
Une CDU alimente des serveurs qui ne supportent pas une perte de refroidissement ; la redondance compte donc autant que le rendement. Les mesures courantes sont des pompes N+1, une double alimentation électrique et une régulation qui bascule automatiquement. Côté échangeur, deux échangeurs à plaques ou plus en parallèle, chacun avec ses propres vannes d'isolement et avec assez de capacité restante quand l'un est à l'arrêt, permettent de nettoyer ou de réparer un appareil pendant que les autres continuent de refroidir. Une dérivation autour d'un échangeur unique maintient la circulation du fluide, mais n'évacue aucune chaleur.
Le côté eau du bâtiment mérite aussi de l'attention. L'eau des tours de refroidissement ouvertes se charge de saletés et de développement biologique, qui encrassent les échangeurs à plaques. Des filtres en amont de l'échangeur, un traitement d'eau régulier ou des refroidisseurs à circuit fermé comme ceux du projet de Johor gardent la boucle du bâtiment plus propre.
6. Centrales de froid préfabriquées
De plus en plus de projets achètent l'installation de froid sous forme de modules construits en usine plutôt que de la monter sur site. La centrale AIS d'Accessen réunit groupes froids, échangeurs à plaques, pompes, tours de refroidissement, vannes et régulation dans un ensemble extérieur préassemblé qui ne demande sur site que les raccordements en eau et en électricité. Au salon Data Centre World Frankfurt 2026, l'entreprise a déclaré que cette approche peut réduire le temps de déploiement de 50 % au maximum par rapport à une installation traditionnelle sur site ; c'est le chiffre de l'entreprise elle-même.
Si vous achetez une centrale préfabriquée, demandez la procédure d'essais de réception en usine, les codes de calcul de la tuyauterie et des équipements sous pression, les dimensions des modules de transport et leurs points de levage, ainsi que la liste des interfaces pour les raccordements sur site.
7. Valorisation de la chaleur
Une eau de bâtiment plus chaude, dans la plage W40 et W45, rend la chaleur fatale plus facile à utiliser pour un réseau de chaleur ou des bâtiments voisins, en général via un échangeur à plaques et parfois une pompe à chaleur. La réglementation va dans le même sens. Selon une synthèse de Danfoss sur la politique européenne, la directive refondue relative à l'efficacité énergétique impose aux centres de données de plus de 1 MW d'utiliser leur chaleur fatale ou d'autres applications de récupération de chaleur lorsque c'est techniquement et économiquement faisable. Si la valorisation de la chaleur fait partie du projet, indiquez dès le départ les températures et pressions du réseau de chaleur dans la demande de devis.
8. Que spécifier dans une demande de devis
| Élément | Ce qu'il faut donner |
|---|---|
| Charge thermique | Par CDU et pour toute l'installation, aujourd'hui et à terme |
| Eau du bâtiment | Températures d'alimentation et de retour, débit, classe W, qualité de l'eau |
| Boucle des serveurs | Température d'alimentation exigée par les équipements informatiques, élévation de température, débit |
| Pincement | La valeur visée pour l'échangeur de la CDU |
| Fluides | Pour les deux boucles : eau, PG25 ou autre, avec la marque des inhibiteurs |
| Pression | Pression de calcul et perte de charge admissible de chaque côté |
| Matériaux | Plaques, brasage, joints, tuyauterie ; matériaux à exclure |
| Propreté | Finesse de filtration, exigences de rinçage et de nettoyage |
| Redondance | Pompes, échangeurs, alimentations, régulation |
| Régulation | Protocole de communication et points de surveillance |
| Conformité | Certifications et marquages exigés sur votre marché |
| Essais | Essais de réception en usine et présence ou non de votre part |
9. Ce que cela signifie pour les acheteurs
Dans un centre de données refroidi par liquide, les échangeurs déterminent la température possible de l'eau du bâtiment et la part de free cooling et de valorisation de la chaleur. Spécifiez le pincement, le fluide et les exigences de propreté avec autant de soin que la puissance, et comparez les offres dans les mêmes conditions. Des fabricants chinois comme Accessen fournissent désormais des CDU, des échangeurs à plaques et des centrales de froid préfabriquées complètes pour des centres de données en Chine et à l'étranger ; il vaut la peine de les inclure dans une comparaison de fournisseurs. Notre liste de contrôle des fournisseurs d'échangeurs pour le CVC couvre des points voisins pour les systèmes de refroidissement des bâtiments.
Sources et pages associées
- Upsite Technologies, évolutions du chapitre sur le refroidissement liquide de la 5e édition des Thermal Guidelines de l'ASHRAE : https://www.upsite.com/blog/major-changes-to-ashraes-fifth-edition-of-thermal-guidelines-part-3-liquid-cooling-chapter-updates/
- Blog Schneider Electric, choix du fluide pour le refroidissement liquide des centres de données (PG25) : https://blog.se.com/datacenter/2026/08/14/what-coolant-for-data-center-liquid-cooling-pg25-dielectric-fluids-ashrae-recommendations/
- Danfoss, politiques de l'UE pour les centres de données : https://www.danfoss.com/en/markets/buildings-commercial/shared/data-centers/data-center-policies-in-the-eu/
- HeatEx Direct, centrale de froid d'Accessen pour le centre de données de ByteDance à Johor : https://heatexdirect.com/fr/industry-news/news/accessen-bytedance-johor-data-center-cooling-station
- Unité de distribution ACDU d'Accessen sur HeatEx Direct : https://heatexdirect.com/fr/products/shanghai-accessen-co-ltd/liquid-cooling-distribution-unit-acdu
- Centrale de froid extérieure préfabriquée AIS d'Accessen sur HeatEx Direct : https://heatexdirect.com/fr/products/shanghai-accessen-co-ltd/outdoor-prefabricated-integrated-cooling-station-ais