Tout centre de données à refroidissement liquide est, au-delà des serveurs, un projet de tuyauterie. Le fluide de refroidissement doit être distribué, isolé, équilibré, vidangé et entretenu, et ce sont les vannes qui permettent d’assurer ces opérations. Ce guide explique où se situent les vannes à bille dans une boucle de refroidissement liquide d’un centre de données, pourquoi l’acier inoxydable est le matériau par défaut pour le corps des vannes destinées au circuit de refroidissement, et comment adapter le type de vanne, le siège et le raccordement à chaque partie du système, depuis le circuit d’eau de l’installation jusqu’à l’unité de distribution de fluide de refroidissement (CDU).
Nous écrivons ces lignes du point de vue du fournisseur : nous sommes un fabricant basé à Taïwan qui produit des vannes à bille en acier inoxydable depuis 1999, notamment des vannes destinées aux chaînes de production des usines de semi-conducteurs, où les normes de pureté de l'eau et de contrôle de la corrosion sont très similaires à celles des circuits de refroidissement.
Pourquoi les serveurs d'IA imposent-ils le passage au refroidissement par liquide ?
Le refroidissement par air cesse d'être viable dès lors que la puissance des baies dépasse la capacité de dissipation des ventilateurs et des systèmes de traitement de l'air au niveau de la salle ; or, les baies destinées à l'entraînement des IA ont largement dépassé ce seuil. Le liquide évacue la chaleur bien plus efficacement que l'air ; c'est pourquoi les opérateurs adoptent des plaques de refroidissement à contact direct avec les puces et, dans certaines configurations, le refroidissement par immersion totale. Les recommandations du secteur concernant ces systèmes sont publiées par Comité « Datacom » de l'ASHRAE et le Open Compute Project, et tous deux considèrent le circuit de refroidissement comme une infrastructure permanente plutôt que comme un élément ajouté a posteriori. Le Laboratoire national de Lawrence Berkeley’s programme d'amélioration de l'efficacité des centres de données suit cette même évolution du point de vue énergétique.
Pour toute personne chargée de définir les composants, cela se traduit concrètement par le fait qu’une salle de serveurs à refroidissement par liquide comporte désormais des centaines de points de régulation qui n’existaient pas dans un bâtiment à refroidissement par air, répartis sur trois zones.
Emplacement des vannes dans un système de refroidissement par liquide
On trouve des vannes à bille à chaque point de jonction où une section de la boucle doit être isolée, remplie, vidangée ou équilibrée. Dans la terminologie de l’ASHRAE, le système se divise en un système d’eau de l’installation (FWS), qui correspond à l’eau réfrigérée ou à l’eau du condenseur côté bâtiment, et un système de refroidissement technologique (TCS), qui correspond au fluide de refroidissement traité qui alimente effectivement les équipements informatiques. La CDU fait le lien entre les deux : il s’agit d’une armoire contenant un échangeur de chaleur, des pompes et des commandes qui maintiennent le fluide de refroidissement côté serveurs isolé de l’eau du bâtiment.
| Situation dans le Loop | Fonctionnement de la vanne | Type de vanne courant |
|---|---|---|
| Alimentation en eau de l'installation et retour vers chaque CDU | Permet d'isoler une CDU pour son entretien sans arrêter la boucle de l'installation | Robinet à boisseau sphérique à brides, JIS 10K/20K ou ANSI Classe 150/300 |
| À l'intérieur du CDU (remplissage, vidange, dérivation, robinets de contrôle) | Mise en service, rinçage, vidange d'entretien | Robinet à bille fileté compact, de 1/2″ à 2″ |
| Collecteurs de la boucle secondaire et collecteurs de rangée | Isole une rangée ou un groupe de rayonnages ; équilibrage | Vanne à bille en deux ou trois pièces, filetée ou soudée |
| Isolation automatisée et intervention en cas de fuite | Ferme un segment en cas de signal de fuite ou par commande à distance | Vanne à bille à commande pneumatique (à double effet ou à rappel par ressort) |
La dernière connexion entre le collecteur et le serveur est généralement une déconnexion rapide, qui relève d'une gamme de produits distincte. Tout ce qui se trouve en amont, en revanche, relève du domaine des vannes classiques, et c'est là que le choix des matériaux commence à jouer un rôle important.
Pourquoi l'acier inoxydable est-il le matériau de prédilection pour les circuits de refroidissement ?
La composition chimique du fluide de refroidissement en est la cause. Les circuits à refroidissement direct sur puce utilisent généralement de l’eau traitée ou un mélange de propylène glycol et d’eau, additionné d’inhibiteurs de corrosion. Les recommandations relatives aux matériaux en contact avec le fluide, figurant dans la documentation de l’Open Compute Project sur le refroidissement, sont très strictes quant aux matériaux pouvant entrer en contact avec ce fluide : les métaux qui libèrent des ions ou des particules de rouille contaminent le fluide de refroidissement, obstruent les microcanaux des plaques froides et réduisent la durée de vie du fluide. L’acier inoxydable austénitique figure sur la liste des matériaux autorisés ; l’acier au carbone ordinaire et le fer non revêtu n’en font pas partie. Le laiton est présent dans certains circuits, mais le mélange d’un trop grand nombre de métaux augmente le risque de corrosion galvanique ; c’est pourquoi de nombreux opérateurs optent pour la simplicité en standardisant les pièces en contact avec le fluide en acier inoxydable.
Nos corps de vanne sont en CF8 (acier inoxydable 304 moulé) ou en CF8M (acier inoxydable 316 moulé), fabriqués par moulage de précision. Le choix entre ces deux matériaux dépend avant tout d’un facteur : les chlorures. L’acier 316 contient du molybdène, qui résiste à la corrosion par piqûres provoquée par les ions chlorure dans l’acier 304. Si la boucle utilise de l’eau déionisée ou traitée avec un inhibiteur et qu’elle est installée dans un environnement intérieur normal, l’acier 304 est généralement suffisant. Il convient de spécifier le 316 lorsque le fluide de refroidissement ou le site entraîne une exposition aux chlorures, par exemple dans les installations côtières où les tuyauteries exposées à l’extérieur sont en contact avec un air chargé de sel. Il s’agit de la même logique « 304 contre 316 » que nous appliquons dans conduites d'eau et de gaz d'une usine de semi-conducteurs, où les normes de propreté en matière de particules et d’ions sont encore plus strictes que dans les centres de données.
Adaptation de la conception des vannes à chaque zone
Réponse courte : utilisez des vannes à brides lorsque la tuyauterie est à brides et que la facilité d'entretien dicte la conception ; des vannes compactes filetées ou soudées à l'intérieur des skids et des collecteurs ; et des actionneurs pneumatiques lorsque l'isolation doit se faire automatiquement. Les informations ci-dessous correspondent aux spécifications de nos propres gammes de produits ; vous pouvez donc les considérer comme une référence concrète plutôt que comme des conseils généraux.
Côté eau de l'installation : vannes à bille à brides
Les boucles côté bâtiment sont généralement équipées de brides pour faciliter la maintenance. Nos vannes à bille à bride à commande manuelle sont disponibles en normes JIS 10K et ANSI Classe 150, dans des diamètres allant de 1/2″ à 8″, ainsi qu’en JIS 20K et Classe 300 de 1/2″ à 4″, avec des sièges en PTFE et une plage de températures de service comprise entre -20 °C et +180 °C. La pression admissible correspond à la classe de la bride ; par exemple, 1,0 MPa nominal pour la norme JIS 10K et 275 psi à température ambiante pour la classe 150, conformément aux normes relatives aux brides, ce qui est bien supérieur à la pression de fonctionnement d’une boucle de refroidissement classique dans une installation. En d’autres termes, la classe de bride dont vous avez besoin pour assurer la compatibilité des fixations résoudra généralement à elle seule la question de la pression.
À l'intérieur des CDU et des collecteurs : vannes compactes en deux ou trois pièces
Les fabricants de châssis accordent une grande importance aux dimensions de l'enveloppe, aux matériaux en contact avec le fluide et à la facilité de démontage de la vanne. Compact Robinets à boisseau sphérique filetés en deux parties, d'une pression nominale de 1 000 WOG effectuer les opérations de remplissage, de vidange et d'isolement des instruments ; si le jargon technique vous est peu familier, consultez notre guide sur Valeurs nominales de pression WOG explique ce que signifie concrètement « 1 000 WOG ». Pour les collecteurs et les têtes de cylindres qui seront entretenus sans démontage, un robinet à boisseau sphérique en trois parties, également homologué 1 000 WOG, est le modèle le plus couramment choisi : la section centrale pivote vers l'extérieur pour permettre le remplacement du siège sans avoir à couper le tuyau, et il est proposé avec des extrémités filetées (coniques PT), à souder bout à bout ou à emboîter. Les extrémités soudées éliminent totalement tout risque de fuite, ce que certains concepteurs de CDU préfèrent pour les raccords qui ne seront jamais ouverts ; notre aperçu de raccords d'extrémité de vanne compare les avantages et les inconvénients.
Une mise en garde concernant les filetages : les systèmes de filetage conique varient. Nos vannes filetées utilisent des filetages coniques PT (le système JIS/BSPT couramment utilisé dans les équipements fabriqués en Asie). Les filetages PT et NPT ne sont pas interchangeables ; un raccordement mixte peut assurer l'étanchéité lors des essais, mais présenter des fuites lors des cycles thermiques. Vérifiez quel système est spécifié dans les plans de votre skid avant de passer commande.
Isolation automatisée : vannes à bille à commande pneumatique
Les systèmes de confinement des fuites et la commande à distance des segments nécessitent des vannes capables de se fermer sans intervention humaine. Nos vannes à bille à bride pneumatiques Associez les tailles de corps à bride ci-dessus à des actionneurs à crémaillère et pignon en aluminium, disponibles en versions à double effet (DA) et à retour par ressort (SR), montés sur un socle conforme à la norme ISO 5211 et actionnés par de l'air comprimé de 4 à 7 bars. Le retour par ressort est le choix naturel en cas de fuite, car il ramène la vanne dans une position de sécurité définie en cas de coupure d’air. Des électrovannes, des boîtiers de fin de course et des positionneurs sont disponibles en option. Notez que c’est l’actionneur, et non le corps en acier inoxydable, qui détermine la limite de température de l’ensemble ; vérifiez donc les caractéristiques de l’actionneur par rapport à l’environnement d’installation plutôt que de supposer que la plage de température du corps s’applique.
Les erreurs de spécification que l'on rencontre le plus souvent
Voici les problèmes récurrents liés aux spécifications des vannes du circuit de refroidissement ; chacun d'entre eux peut être évité dès la phase de conception.
| Erreur | Pourquoi ça fait mal ? | Que faire à la place ? |
|---|---|---|
| Vannes en acier au carbone ou en fonte utilisées avec un liquide de refroidissement traité | Les particules et les ions de rouille altèrent le liquide de refroidissement et obstruent les plaques de refroidissement | Pièces en contact avec le fluide en acier inoxydable (corps CF8/CF8M, bille et tige en acier inoxydable) |
| Mélange de filetages PT et NPT | Étanchéité initiale, fuites sous l'effet des cycles thermiques | Normaliser l'utilisation d'un seul système de filetage par châssis et l'indiquer sur le plan |
| Prévoir du 316 partout “ par mesure de sécurité ” | Paye le supplément lié au molybdène sans apporter d'avantage dans les boucles intérieures exemptes de chlorure | Réserver le 316 pour l'exposition au chlorure ; indiquer la raison |
| Évaluation de l'ensemble actionné au niveau du corps de vanne | Les joints et les ressorts des actionneurs ont des limites de température inférieures | Vérifiez séparément les caractéristiques techniques des actionneurs pour les installations à allée chaude. |
Questions fréquemment posées
Quelles sont les vannes utilisées dans les systèmes de refroidissement par liquide des centres de données ?
Les vannes à bille assurent l’essentiel de l’isolation : des vannes à bille à brides sur les raccordements d’eau de l’installation vers chaque CDU, des vannes à bille compactes filetées ou soudées à l’intérieur des CDU et sur les collecteurs de rangée, ainsi que des vannes à bille à commande pneumatique là où les segments doivent se fermer automatiquement. Des vannes d’équilibrage et des clapets anti-retour sont installés à des emplacements spécifiques, tandis que des raccords rapides assurent la connexion finale entre le rack et le serveur. Le corps est généralement en acier inoxydable, car la composition chimique du liquide de refroidissement attaque les métaux sensibles à la corrosion.
Les vannes à bille en acier inoxydable sont-elles compatibles avec les fluides de refroidissement à base d'eau et de glycol ?
Oui. Les aciers inoxydables austénitiques, tels que les nuances 304 et 316, sont globalement compatibles avec l’eau traitée et les mélanges à base de propylène glycol utilisés dans le refroidissement direct des puces, et l’inox figure sur les listes des matériaux en contact avec le fluide dans les recommandations industrielles en matière de refroidissement. Le matériau du siège a également son importance : les sièges en PTFE, montés de série sur nos vannes, sont chimiquement inertes vis-à-vis des fluides de refroidissement à base de glycol sur toute la plage de températures dans laquelle ces boucles fonctionnent. Vérifiez toujours la compatibilité avec le pack d'inhibiteurs fourni par votre fournisseur de fluide de refroidissement.
Dois-je choisir de l'acier inoxydable 304 ou 316 pour un circuit de refroidissement ?
Faites votre choix en fonction de l'exposition aux chlorures. L'acier 316 contient du molybdène, qui résiste à la corrosion par piqûres induite par les chlorures ; ce n'est pas le cas de l'acier 304. Les circuits intérieurs circulant avec un fluide de refroidissement déionisé ou inhibé, sans source de chlorures, peuvent généralement être réalisés en acier 304 (nuance moulée CF8). Optez pour le 316 (CF8M) en présence de chlorures, par exemple sur les sites côtiers où les canalisations extérieures et les tours de refroidissement sont exposées à l'air salin, ou lorsque le programme de traitement de l'eau autorise des pics de chlorure. Ce n'est pas l'acidité en soi qui est déterminante, mais bien la présence de chlorure.
Quelle pression nominale les vannes des unités de traitement d'eau (CDU) et des circuits de refroidissement doivent-elles supporter ?
Les circuits de refroidissement fonctionnent à des pressions modérées par rapport aux applications industrielles générales ; les caractéristiques nominales des vannes standard offrent donc une marge de sécurité suffisante. Les vannes à bille compactes filetées, d'une pression nominale de 1 000 WOG (eau, huile, gaz à température ambiante), dépassent largement les exigences habituelles des circuits, tandis que les vannes à brides respectent la classe de pression de leurs brides, telle que JIS 10K ou ANSI Classe 150. Dans la pratique, on choisit la classe de bride en fonction de la tuyauterie raccordée, et la pression requise en découle automatiquement.
Les vannes à bille d'un circuit de refroidissement peuvent-elles être automatisées ?
Oui. Toute vanne à bille à quart de tour dotée d'une plaque de montage conforme à la norme ISO 5211 peut être équipée d'un actionneur standard. Les actionneurs pneumatiques à crémaillère sont le choix le plus courant : à double effet (DA), où l'air actionne les deux courses, ou à retour par ressort (SR), où un ressort ferme la vanne en cas de coupure d'air ou de signal, ce qui convient à l'isolation en cas de fuite. Des options telles que les électrovannes, les boîtiers de fin de course pour le retour d’information de position et les positionneurs permettent d’intégrer la vanne au système de gestion technique du bâtiment.
Résumé : Définissez la boucle, puis les vannes suivront
Le choix des vannes pour le refroidissement par liquide n’a rien d’exotique. Il suffit de cartographier les trois zones (eau de service, CDU, boucle secondaire), d’installer des vannes en acier inoxydable à brides là où la tuyauterie est à brides, des vannes compactes en deux ou trois pièces à l’intérieur des skids et des collecteurs, et des vannes à ressort de rappel là où l’isolement doit se faire sans intervention humaine. Optez pour l’acier 304 ou 316 en fonction de l’exposition aux chlorures, veillez à l’uniformité des systèmes de filetage et vérifiez les limites de température des actionneurs séparément des caractéristiques nominales du corps de vanne.
Nous fabriquons ces vannes dans notre propre usine de Taichung, à Taïwan, conformément à la norme ISO 9001 relative au système de gestion de la qualité et avec le marquage CE. Depuis 27 ans, nous fournissons des vannes à bille en acier inoxydable destinées aux réseaux de tuyauterie des installations. Si vous construisez ou modernisez une unité de distribution de carburant (CDU), un bloc de distribution (manifold skid) ou des canalisations de refroidissement au sein d’une installation, et que vous souhaitez faire appel à un fabricant directement impliqué dans la définition des spécifications, contactez-nous à l’adresse suivante : sales@ballvalves.tw ou sur WhatsApp au +886-917-368-980 en précisant les dimensions de vos conduites, les raccords d'extrémité et les caractéristiques du liquide de refroidissement ; nous vérifierons alors la compatibilité des matériaux et des sièges, élément par élément.