HeatEx Direct

Теплообменники для жидкостного охлаждения ЦОД: CDU, свободное охлаждение и утилизация тепла

Автор: Редакция HeatEx Direct
Время чтения: 9 минут
Теплообменники для жидкостного охлаждения ЦОД: CDU, свободное охлаждение и утилизация тепла

Серверы для ИИ поднимают мощность стойки выше того, с чем может справиться воздушное охлаждение, и всё больше центров обработки данных охлаждают процессоры непосредственно жидкостью. За каждой охлаждающей пластиной (cold plate) стоит цепочка теплообменников, которая переносит тепло от серверов в наружный воздух или к тому, кто может это тепло использовать. От правильного выбора этих теплообменников зависит, насколько тёплой может быть вода инженерного контура, сколько часов в году станция может охлаждать без чиллеров и насколько надёжен жидкостный контур.

Это руководство для владельцев, проектировщиков и подрядчиков ЦОД, которые закупают блоки распределения теплоносителя (CDU), пластинчатые теплообменники или модульные холодильные станции заводской сборки. В каталоге продукции на этом сайте есть блок распределения теплоносителя ACDU от Accessen, его наружная модульная холодильная станция AIS и высокоэффективные пластинчатые теплообменники AQ/AA. Для конкретного проекта отправьте данные по контурам через форму запроса предложения.

1. Где находятся теплообменники

В ЦОД с жидкостным охлаждением обычно три контура. Контур охлаждения ИТ-оборудования (TCS) проходит через охлаждающие пластины в серверах. Контур инженерной воды здания (FWS) — это контур здания. Система отвода тепла выводит тепло наружу через градирни, сухие охладители (драйкулеры) или чиллеры.

МестоТеплообменникЧто делает
CDUПластинчатый теплообменник «жидкость — жидкость»Отделяет серверный контур от инженерной воды, чтобы серверный контур оставался чистым, со своим давлением и своим теплоносителем
Свободное охлаждение (фрикулинг)Пластинчатый теплообменник между водой градирни и охлаждённой водойОхлаждает без работы чиллеров, когда это позволяют наружные условия
Отвод теплаГрадирня закрытого типа или сухой охладительОтводит тепло в воздух, не допуская контакта инженерной воды с воздухом
Утилизация теплаПластинчатый теплообменник на тепловую сетьПередаёт сбросное тепло в систему централизованного теплоснабжения или в соседние здания

Реальный пример: для ЦОД ByteDance мощностью 25 МВт в Джохоре (Малайзия) Accessen поставила модульную интегрированную холодильную станцию на базе закрытых градирен по схеме «3+1», по 3150 кВт каждая, с насосами, узлами подпитки и дозирования реагентов в контейнерных модулях.

2. Классы ASHRAE W и минимальный температурный напор

Технический комитет ASHRAE 9.9 разделяет ИТ-оборудование с жидкостным охлаждением по температуре инженерной воды, которую оно допускает. В 5-м издании Thermal Guidelines for Data Processing Environments (2021) классы названы по их верхней границе: W17, W27, W32, W40, W45 и W+ (выше 45 °C). Как поясняет Upsite Technologies, соответствие классу означает полноценную работу ИТ-оборудования без снижения производительности при любой температуре в пределах этого класса.

Теплообменник CDU стоит между инженерной водой и серверным контуром, поэтому его минимальный температурный напор — разность между температурой подаваемой инженерной воды и температурой подачи в серверный контур — очень важен. Например, если серверам нужен теплоноситель с температурой 35 °C, CDU с напором 3 K может работать с инженерной водой до 32 °C, а при напоре 6 K нужна инженерная вода с температурой 29 °C или ниже. Меньший напор позволяет станции работать на более тёплой инженерной воде, а это больше часов свободного охлаждения, чиллеры меньшей мощности или вовсе без них и более простая утилизация тепла. Цена — большая площадь пластин.

Сравнивая CDU, сравнивайте их при одинаковой температуре инженерной воды, температуре серверного контура, расходах и теплоносителе. Заявленная мощность без этих условий говорит мало.

3. Теплоноситель и совместимость материалов

Во многих системах прямого жидкостного охлаждения процессоров применяется PG25. В блоге Schneider Electric инженер Motivair описывает PG25 как смесь 75 % воды и 25 % пропиленгликоля, отмечает, что при концентрации 25 % смесь становится биостатичной, и пишет, что её рекомендует Open Compute Project (OCP). PG25 обычно содержит ингибиторы, защищающие от коррозии медь в CDU и охлаждающих пластинах, и защищает от замерзания примерно до -10 °C.

Для теплообменника это означает:

  • Убедитесь, что материал пластин, припой, если он есть, и прокладки допущены для этого теплоносителя и его пакета ингибиторов. Попросите поставщика теплоносителя и поставщика теплообменника письменно согласовать это между собой.
  • Помните, что гликолевая смесь передаёт тепло хуже воды. Для того же минимального температурного напора с PG25 нужна большая площадь пластин, чем с водой.
  • Укажите данные теплоносителя в запросе предложения: тип и концентрацию гликоля, марку ингибиторов и ожидаемый диапазон температур среды.

4. Чистота: промывка и фильтрация

В том же блоге Schneider Electric отмечается, что шаг рёбер в охлаждающих пластинах составляет около 50 мкм, а в будущих конструкциях может стать ещё меньше. Частицы, оставшиеся после изготовления, сварки или монтажа, могут забить эти каналы и привести к перегреву процессоров. Поэтому чистота начинается на заводе, который собирает CDU и его теплообменник.

Спросите поставщиков:

  • Как очищаются теплообменник и трубопроводы и как блок герметизируется для перевозки.
  • Какую процедуру промывки они рекомендуют перед подключением ИТ-оборудования.
  • Какая фильтрация предусмотрена в каждом контуре и можно ли менять фильтры без остановки контура. Тонкость фильтрации зависит от конструкции: в каталожных данных ACDU от Accessen указана фильтрация 100–200 мкм на вторичной стороне и 200–300 мкм на первичной. Уточните требования поставщика охлаждающих пластин.

5. Резервирование и обслуживание

CDU питает серверы, которые не выдерживают потери охлаждения, поэтому резервирование важно не меньше эффективности. Обычные меры — насосы по схеме N+1, два ввода питания и автоматика с автоматическим переключением на резерв. Со стороны теплообменников два или более пластинчатых аппарата, включённых параллельно, каждый со своей отсечной арматурой и с достаточным запасом мощности при отключении одного из них, позволяют чистить или ремонтировать один аппарат, пока остальные продолжают охлаждать. Байпас вокруг единственного теплообменника сохраняет циркуляцию теплоносителя, но не отводит тепло.

Стоит уделить внимание и стороне инженерной воды. Вода открытых градирен набирает грязь и биологические обрастания, которые загрязняют пластинчатые теплообменники. Сетчатые фильтры перед теплообменником, регулярная водоподготовка или охладители закрытого типа, как в проекте в Джохоре, помогают сохранять инженерный контур чище.

6. Модульные холодильные станции

Всё больше проектов закупают холодильную станцию в виде модулей заводской сборки, а не строят её на площадке. Станция AIS от Accessen объединяет чиллеры, пластинчатые теплообменники, насосы, градирни, арматуру и систему управления в наружный блок предварительной сборки, которому на площадке нужны только подключения воды и электропитания. На выставке Data Centre World Frankfurt 2026 компания заявила, что такой подход позволяет сократить сроки развёртывания до 50 % по сравнению с традиционным монтажом на площадке; это собственная оценка компании.

Если вы покупаете модульную станцию, запросите программу заводских приёмочных испытаний, нормы проектирования трубопроводов и оборудования под давлением, габариты транспортных модулей и точки строповки, а также перечень интерфейсов для подключения на площадке.

7. Утилизация тепла

Более тёплая инженерная вода, в диапазоне классов W40 и W45, упрощает использование сбросного тепла для централизованного теплоснабжения или соседних зданий — обычно через пластинчатый теплообменник, иногда с тепловым насосом. Регулирование подталкивает в том же направлении. Согласно обзору политики ЕС от Danfoss, по новой редакции Директивы об энергоэффективности ЦОД мощностью более 1 МВт должны использовать своё сбросное тепло или другие решения по утилизации тепла, если это технически и экономически осуществимо. Если утилизация тепла входит в планы, укажите температуры и давления тепловой сети в запросе предложения с самого начала.

8. Что указать в запросе предложения

ПараметрЧто указать
Тепловая нагрузкаНа каждый CDU и на всю станцию, сейчас и после полного ввода мощностей
Инженерная водаТемпературы подачи и возврата, расход, класс W, качество воды
Серверный контурТемпература подачи, требуемая ИТ-оборудованием, нагрев, расход
Минимальный температурный напорЦелевое значение для теплообменника CDU
ТеплоносителиВ обоих контурах: вода, PG25 или другой, с маркой ингибиторов
ДавлениеРасчётное давление и допустимое гидравлическое сопротивление по каждой стороне
МатериалыПластины, припой, прокладки, трубопроводы; материалы, которых следует избегать
ЧистотаТонкость фильтрации, требования к промывке и очистке
РезервированиеНасосы, теплообменники, электропитание, автоматика
УправлениеПротокол связи и точки контроля
Соответствие требованиямСертификация и маркировка, требуемые на вашем рынке
ИспытанияЗаводские приёмочные испытания и будете ли вы на них присутствовать

9. Что это значит для покупателей

В ЦОД с жидкостным охлаждением теплообменники определяют, насколько тёплой может быть инженерная вода и сколько дают свободное охлаждение и утилизация тепла. Указывайте минимальный температурный напор, теплоноситель и требования к чистоте так же тщательно, как мощность, и сравнивайте предложения при одинаковых условиях. Китайские производители, например Accessen, сегодня поставляют CDU, пластинчатые теплообменники и полностью собранные модульные холодильные станции для проектов ЦОД в Китае и за рубежом, поэтому их стоит включать в сравнение поставщиков. Наш чек-лист выбора поставщика теплообменников для ОВК охватывает смежные вопросы для систем охлаждения зданий.

Источники и связанные страницы

Нужно такое оборудование?
Отправьте одну заявку с рабочими условиями. Мы проверим её и передадим подходящим китайским производителям.
Запросить цену