Kapalinové chlazení pro datová centra spočívá v použití cirkulující kapaliny namísto vzduchu k odvádění tepla z procesorů přímo na čipu. S rostoucí hustotou příkonu serverů jej poskytovatelé cloudových služeb a výrobci zařízení zavádějí pro zvládání tepelných zátěží vysoce výkonných procesorů a hustě osazeného počítačového hardwaru.
V chladicích okruzích na bázi glykolu je nutné sledovat stav chladicí kapaliny, aby byla zachována spolehlivost systému, ochrana proti korozi a stabilní tepelný výkon. pH a vodivost jsou dva klíčové parametry používané ke sledování stavu chladicí kapaliny v těchto systémech.
Datová centra hrají stále důležitější roli v prostředí globální digitální infrastruktury. Poskytovatelé cloudových služeb (CSP) jako Google, Microsoft, Amazon, Meta, Alibaba a Tencent investují do hyperscale zařízení, aby podpořili rostoucí nároky na AI a výpočetní výkon.
Moderní AI čipy nyní produkují více než 1 000 W tepla každý, což zvyšuje hustotu serverových racků na 100 kW nebo více. Grafické procesorové jednotky (GPU) jsou osazovány hustěji než kdy dříve, což vytváří tepelnou výzvu, která často přesahuje praktické limity běžného vzduchového chlazení. Aby toto překonaly, odvětví rychle přechází na kapalinové chlazení. V rámci tohoto přechodu se jednofázové přímé kapalinové chlazení (DLC) stává standardem pro nasazení serverů s vysokou hustotou.
Porozumění účinnosti využití energie
Než porovnáme vzduchové chlazení a kapalinové chlazení, je důležitý pojem účinnost využití energie (PUE). Podle definice je PUE standardní metrika v oboru pro měření energetické účinnosti datového centra. Vypočítává se jako podíl celkové spotřeby energie zařízení a energie spotřebované IT vybavením (servery, úložiště a síťové prvky).
PUE = Celková energie zařízení / Energie IT vybavení
Například pokud datové centrum spotřebuje celkem 150 kW energie a IT vybavení spotřebuje 100 kW, PUE bude:
PUE = 150 kW/100 kW = 1,5.
Ideální PUE je 1,0, což znamená, že každý watt vstupující do budovy je využit přímo pro výpočetní výkon. Cokoli nad 1,0 představuje „režijní“ spotřebu vynaloženou na infrastrukturu, jako je chlazení, osvětlení a rozvod energie. PUE 1,5 tedy znamená, že na každých 1,0 kW spotřebovaných servery připadá dalších 0,5 kW pro podpůrné systémy. Protože datová centra spotřebovávají tolik energie, CSP potřebují k jejich výstavbě získat schválení. Úřady stanovily předpisy vyžadující nízké hodnoty PUE. V tradičním datovém centru chlazeném vzduchem obvykle chlazení spotřebuje 30 % až 40 % celkové energie zařízení. Aby dosáhly nižšího PUE, CSP přecházejí na kapalinové chlazení.
Vzduchové chlazení používá ventilátory k proudění okolního vzduchu přes komponenty. Protože vzduch má nízkou objemovou tepelnou kapacitu, je tento přístup méně účinný a často vede k hodnotám PUE v rozmezí 1,4–1,6. Naproti tomu kapalinové chlazení používá kapaliny s téměř 3 500krát vyšší schopností přenášet teplo než vzduch. Zachycování tepla přímo u čipu pomocí studených desek odstraňuje potřebu energeticky náročných ventilátorů a chlazení celých místností. Toto zlepšení účinnosti výrazně snižuje režii chlazení, umožňuje vyšší hustotu serverů a tlačí PUE do rozmezí 1,2 nebo nižší, čímž snižuje jak energetické náklady, tak uhlíkovou stopu. Přestože kapalinové chlazení zlepšuje PUE, zároveň přináší nová provozní a materiálová rizika, která vyžadují důkladné monitorování chladicí kapaliny.
Přechod na kapalinové chlazení přináší významná fyzická i provozní rizika, která se týkají především úniku chladicí kapaliny a jejího potenciálu způsobit rozsáhlé selhání hardwaru.
Mechanické selhání často vzniká v rychlospojkách kvůli nesprávnému dosednutí nebo opotřebeným O-kroužkům. Kromě toho mohou stálé vibrace od vysokovýkonných čerpadel způsobovat únavové praskliny v rozdělovačích a tenkostěnných cold platech.
Kromě fyzického opotřebení představuje riziko také degradace chladicí kapaliny, kterou je nutné řešit. Chladicí kapalina na bázi glykolu vyžaduje pečlivé monitorování, aby se zabránilo korozi a poškození serverového hardwaru.
Sledování tekutin v reálném čase by mělo být považováno za nedílnou součást architektury chladicího okruhu, nikoli za doplněk.
Pokyny Open Compute Project (OCP) uvádějí jako praktický základ monitorování pH, vodivosti, koncentrace 25% propylenglykolu (PG25), průtoku, teploty a částic.
Jako takové se senzory pH a vodivosti běžně instalují v rámci chladicí distribuční jednotky (CDU) jako hlavní prostředek pro sledování stavu chladicí kapaliny. Pro vyšší spolehlivost se na kritických kontrolních bodech doporučují redundantní senzory.
V září 2025 společnost NVIDIA vydala požadavky na CDU, které zahrnovaly doporučení pro monitorování kvality chladicí kapaliny. Požadavky identifikují pH, vodivost a zákal jako tři klíčové parametry pro sledování kvality chladicí kapaliny.
Chladicí kapaliny na bázi glykolu jsou obvykle formulovány s antikorozními inhibitory na bázi solí jako klíčovými složkami. Bez nich by chladicí kapaliny prostřednictvím procesu zvaného elektrochemická koroze vážně poškodily chladicí systém. Inhibitory v chladicích kapalinách chrání chladicí systémy dvěma hlavními mechanismy:
Vytváří na kovových površích film, který působí jako fyzická bariéra a brání kyslíku a vodě způsobovat oxidaci.
Alkalické pufry neutralizují organické kyseliny, které se přirozeně tvoří při postupném rozkladu glykolu, a udržují tak chladicí kapalinu stabilní a nekorozivní.
Senzor pH InPro™ 4260i je určen pro použití v aplikacích s chladicí kapalinou. U senzorů, které používají konvenční keramické diafragmy, se mohou malé póry rychle ucpat jemnými částicemi uvolňovanými součástmi. To způsobuje nespolehlivá měření, protože znečištění diafragmy vede k nežádoucím difuzním potenciálům, které zkreslují odečty.
InPro 4260i je vybaven technologií Xerolyt™, pevným polymerním elektrolytem, který odstraňuje potřebu diafragmy. Referenční systém se místo toho propojuje s měřeným médiem prostřednictvím otevřeného spojení. Mimořádně jemné částice, které se v těchto spojích usazují, lze poté spláchnout, a to buď průtokem kapaliny v procesu, nebo periodickým proplachováním.
Senzory vodivosti UniCond™ s vestavěným měřicím obvodem a teplotním senzorem jsou vhodné pro systémy chladicí kapaliny na bázi glykolu, které vyžadují přesné měření vodivosti a teploty. Společnost METTLER TOLEDO navíc kombinuje osvědčené standardizované mechanické konfigurace s algoritmy teplotní kompenzace pro měření vodivosti a nabízí až 10 přednastavených algoritmů, včetně jednoho pro ethylenglykol.
Jak 2elektrodové, tak 4elektrodové senzory vodivosti UniCond jsou vhodné pro aplikace s chladicí kapalinou na bázi glykolu v závislosti na konkrétních konstrukčních preferencích a požadavcích chladicího okruhu.
Co se týče procesních připojení, jsou k dispozici bezzávitové senzory vodivosti, které řeší obavy související s křížovým zašroubováním, netěsnostmi, odkapáváním a rizikem kontaminace systému závitovými těsnicími materiály nebo PTFE páskou.
V takových případech je alternativou senzor vodivosti s Tri-Clampem, který poskytuje řešení odolné proti úniku a snadno instalovatelné, jež tyto obavy řeší při zachování měřicího výkonu.
Jak pH senzor, tak senzor vodivosti uvedené výše jsou digitální a jsou vybaveny technologií Intelligent Sensor Management (ISM™) společnosti METTLER TOLEDO. Funkce Plug and Measure technologie ISM zajišťuje rychlé spuštění bez chyb a vyšší spolehlivost měření.
ISM navíc nabízí prediktivní diagnostiku senzorů pro efektivní průběžnou údržbu, kterou lze naplánovat předem, čímž se eliminuje neočekávaná odstávka měřicího bodu.
Vzhledem k tomu, že datová centra spoléhají na kapalinové chlazení při podpoře vyšších tepelných zátěží a větší hustoty racků, stává se spolehlivé monitorování chladicí kapaliny základní součástí návrhu systému. Protože jsou tato zařízení navržena pro provoz s omezenými zásahy na místě, jsou robustnost senzorů, stabilita měření a efektivita údržby kritickými požadavky.
U chladicích kapalin na bázi glykolu to znamená sledovat pH v souvislosti se zásaditým provozním rozsahem dané formulace, obvykle pH 8,0 až 10,5, a sledovat trend vodivosti vůči definované výchozí hodnotě, nikoli vůči pevné mezní hodnotě. Senzor pH InPro 4260i a senzor vodivosti UniCond pokrývají oba parametry a pomáhají obsluze sledovat stav chladicí kapaliny, podporovat kontrolu koroze a udržovat konzistentní tepelný výkon.
Bryant Wai je odborník v oboru s více než desetiletou praxí v oblasti analytické instrumentace a procesních aplikací. Kromě toho je klíčovou součástí segmentu chlazení datových center společnosti METTLER TOLEDO. Bryant má rozsáhlé zkušenosti v celém hodnotovém řetězci - úzce spolupracuje s výrobci systémů, integrátory a koncovými uživateli. Jeho hluboké technické znalosti zajišťují, že zákazníci dostávají vysoce výkonná měřicí řešení.