データセンターの熱交換器

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データセンターの熱交換器

データセンターの熱交換器

近代的なデータセンターはエネルギーシステムです。 熱交換器は、IT 液体ループ、施設の水、フリー冷却装置、廃棄物熱再利用ネットワーク間の熱インターフェイスとして機能します。

近代的なデータセンターは、もはやシンプルなサーバールームではありません。 冷却、電力管理、廃棄物の熱回収を一体化した複雑なエネルギーシステムです。 システム図に示すように、熱交換器は、IT機器と外部エネルギーインフラ間のコア熱インターフェイスを形成します。

分離された部品として機能するよりもむしろ、熱交換器は熱橋として作動し、施設の水システム、自由な冷却の単位および熱再使用ネットワークが付いている内部液体の冷却のループを接続します。

1) 冷却装置 — BPHE (ろう付けプレートの熱交換器) 中CDU

冷却セクションでは、クーラントディストリビューションユニット(CDU)内に熱交換器が設置されています。 BPHE は 2 つの独立した回路を分けます:

• IT クーラント ループ(サーバー間直結)
• 施設水ループ(冷水・冷水)

BPHEは、サーバーの液体から混合液なしで水を造る熱を移します。

典型的な変数

• ITループ入口:30〜45°C
• ITループ出口:20〜30°C
• BPHEごとの冷却容量:200-1500 kW
• 設計圧力: 10–25棒
• アプローチ温度: 2–4 K

ここに、熱交換器は、サーバーの安定した動作、電気分離、およびコンパクトなスペースで高い熱伝達効率を保証します。

2) 自由な冷却 — 環境インターフェイスとして熱交換器

無料の冷却セクションでは、熱交換器は内部冷却ループをドライクーラー、冷却塔、または周囲の水源に接続します。 チラーを使用する代わりに、システムは、外部の空気または水に直接使用します。

典型的な操作

• 冷たい水温: 12–18°C
• 無料冷却窓:年間稼働時間の40〜70%
• 省エネ:15～30%

今回のシナリオでは、データセンターと自然環境の境界線となる熱交換器です。

3) 無駄な熱回復 — エネルギー輸出装置としての熱交換器

ダイアグラムの下部は、熱交換器が廃熱再利用を可能にする方法を示しています。 保温水は、オフィスビル、地区暖房システム、または国内温水ネットワークに転送されます。

典型的な熱回復変数

• 暖かい水温: 30-55°C
• 年間再利用時間:6000〜8000時間
• CO₂削減:最大40%

この役割では、熱交換器は、純粋なエネルギー消費財からエネルギー供給者にデータセンターを変換します。

工学的結論

冷却から冷凍冷房、熱回復まで、熱交換器はもはや補助装置ではありません。 彼らは次のように行動します:

• 熱インターフェイス
• エネルギー移転ハブ
• システムインテグレーションコンポーネント

次世代データセンターでは、熱交換器は単なる冷却システムの一部ではなく、デジタルエネルギー管理のコアインフラです。

よくある質問 — データセンターの熱交換器

クーラントディストリビューションユニット(CDU)内、最も一般的に使用されるタイプは、ブラザープレート熱交換器(BPHE)です。

理由:

• ラックレベルまたはルームレベルの統合のためのコンパクトなサイズ
• 高い熱伝達係数
• 低いアプローチの温度(2–4 K)
• 高圧能力(典型的な10〜25バー)
• ガスケットの漏出危険無し

高容量(平均〜1.5 MW)、ガスケットプレート熱交換器(GPHE)、プレートとシェル熱交換器(PSHE)を使用することができます。

ガスケットプレート熱交換器(GPHE)は通常、次の場合に使用されます。

• 冷却能力が1～2MWを超える
• メンテナンスのアクセシビリティが必要です
• 水質は機械クリーニングを要求するかもしれません
• 長期的サービス性が重要である

GPHEユニットは、プレートの取り外しと洗浄を可能にし、大型のセントラルプラントの取り付けに適しています。

はい、しかし頻繁により少し。 それらは次の場合に使用されます:

• 非常に高い信頼性が要求されます
• 水質が悪い
• 危険性が高い
• 非常に大きい流動度は存在します

しかし、それらは通常より大きいフットプリント、より低い効率および版およびより高いアプローチの温度を持っています。

現代の高密度データセンターでは、プレート熱交換器が一般的に好まれています。

一般的なオプション:

• GPHE - ビルサイドの統合に最もよく
• BPHE - モジュラーまたは小型システム用
• 溶接された版 — 高圧かグリコールの集中のため

選択は水化学、維持の作戦、アプローチ温度および容量によって決まります。

• 地区の暖房の統合のためのGPHE/PSHE
• 高圧ネットワーク用プレートとシェル
• 分離の安全が要求されるとき二重壁の交換装置

地区の暖房システムに熱を輸出するとき、設計圧力は補強された版か溶接された構造を要求する16-25棒を超過できます。

• 非常に高い熱伝達の効率
• 低いアプローチの温度(液体の冷却のためのクリティカル)
• コンパクトフットプリント
• モジュラースケーラビリティ
• より低い冷却剤/冷却剤充満
• エネルギー回復システムとのより容易な統合

版: 316L (ほとんどの共通)、304 (低い腐食)、チタニウム(特別な水)

ろう付け:銅(標準)、ニッケル(攻撃性流体)

ガスケット(GPHE用):EPDM(水)、NBR(油)、FKM(高温)

効率的な熱交換器設計により、チラーの負荷を削減し、冷却窓を解放し、供給温度を向上し、廃棄物の熱再利用をサポートし、冷却エネルギーの消費量を直接低下させ、PUEを改善します。

液体冷却されたデータセンターでは、熱交換器は熱効率の第一次的決定剤の1つです。

• 冷却容量(kWまたはMW)
• アプローチ温度
• 圧力低下の制限
• 水化学
• メンテナンスアクセス
• 冗長要件
• 未来のスケーラビリティ

適切なサイジングは、過小評価が資本コストを増加しながら、アプローチ温度を増加させるため、重要です。

二重壁熱交換器は、次の場合に必要となる場合があります。

• 断層汚染の危険性があります。
• 液体は絶対に隔離されなければなりません
• コンプライアンス規格の要求漏れ検知

安全性を高め、コストとフットプリントを増加させます。

データセンター内のピロープレート熱交換器

データセンターで使用される枕板熱交換器はありますか? はい。ただし、CDUs内では通常ではありません。

ピロープレート熱交換器は、より一般的に使用される:

• リアドア熱交換器(RDHx)
• 液浸の冷却タンク壁
• 廃棄物熱回復モジュール
• 構造の冷却パネル

ピロープレートが適用される場所

典型的な配置

• 後部ドアの冷却のパネル:大きい表面区域、均一配分、低圧の低下
• 液浸タンク: タンク壁または内部の冷却面に統合される大きい溶接されたパネル
• 熱回復スキッド:大きい平らな熱伝達の表面が付いている暖かい水移動モジュール

なぜピロープレートがCDUsでは一般的ではないのですか?

ピロープレートが正しい選択であるとき

• 大型フラット面が使用可能
• 構造統合が必要です
• 適当な熱フラックス密度は受諾可能です
• 全溶接の構造は好まれます
• 耐火性が必要

エンジニアリングの視点:現代の高密度AIデータセンターでは、BPHE / GPHEはCDUアプリケーションを支配します。 枕版は棚レベルおよび液浸の冷却構造を支えます; 溶接された版か版および貝の設計は地区の暖房の輸出に使用されます。