データセンターの冷却システム: CRAC ユニットから液冷まで

データセンターの冷却は、IT 機器が生成する熱を除去して、サーバーが動作範囲内に留まるようにします。通常、施設の総エネルギー請求の 30～40% を消費し、IT 負荷そのものに次ぐ第 2 位です。技術スタックは多様で、従来型負荷向けの CRAC および CRAH エアハンドラー、機械冷却を削減するフリークーリングおよび蒸発冷却システム、AI トレーニングが現在要求する 60～130+ kW ラック向けの直接チップ液冷または浸漬液冷が含まれます。施設に必要なシステムは、ラック密度、気候、および利用可能な改修予算に依存します。

重要なポイント

• 従来型の空冷データセンターでは冷却は施設エネルギー使用量の 30～40% を占め、最も効率的なハイパースケール施設では 7～10% に低下します (IEA および業界ベンチマークより)
• 業界平均 PUE は 1.52 (Uptime Institute Global Data Center Survey 2026)。古い施設が 1.2～1.3 で運用されている新しい高効率ビルの長い尾部を稀釈するため、近年ほぼ変動していません
• CRAC ユニットは交換あたり $15,000～50,000、CRAH ユニットはユニット単位あたり $25,000～75,000 + 共有チラー プラント — CRAH はより効率的にスケールしますが、より多くの初期インフラストラクチャが必要です
• 外部環境が許可する場合、フリークーリングは冷却エネルギーを 30～50%、冷却水製造コストを最大 70% 削減します — ただし、シンガポールやバンコクなどの熱帯コロケーション ハブではほぼ機能しません
• エアクーリングはラックあたり約 30～40 kW でトップアウトします。 それ以上では、ダイレクト・ツー・チップまたは浸漬液冷が標準となります。NVIDIA の GB200 NVL72 は 120～132 kW を消費し、デフォルトで液冷を搭載して出荷されます
• 既存コロケーション施設での液冷改修は約 $2M/MW 対新液冷対応グリーンフィールド ビルで $11M+/MW (STL Partners より)
• グローバル冷却市場は 2026 年で約 130～310 億ドルであり、毎年 12～17% 成長しています。 液冷部分だけでも、AI 密度がエアを上回るにつれ、2033 年までに 31.5% の CAGR で成長すると予測されています

市場別の最新価格については、コロケーション価格指数を参照し、2,900 以上のカタログ化された施設全体で冷却インフラストラクチャを参照してください。

データセンター冷却がどのように機能するか、3 つのレイヤーで

すべての冷却システムは、チェーン内の異なるポイントで同じ仕事を行います。チップから熱を取り除き、それを室外に移動させ、建物の外に放出します。

1. チップ・トゥ・エア または チップ・トゥ・リキッド。 熱は、ヒートシンクとファンを通して引き入れられた外気、またはコールド プレート (ダイレクト・ツー・チップ) またはダイエレクトリック浴 (浸漬) を介したクーラント ループのいずれかにプロセッサーを離れます。
2. ルームレベルのハンドリング。 CRAC および CRAH ユニットは室内 (またはホット アイル) から熱い空気を引き出し、それを冷却し、コールド アイルまたはアンダーフロア プレナムに戻します。
3. ヒート リジェクション。 施設はチラー プラント、冷却塔、ドライ クーラー、またはフリークーリング時間中に外気に直接熱を放出します。

ほとんどの施設はこれらのいくつかを層状にしています。エアクール ラックが CRAH システムに給電し、フリークーリング エコノマイザー バイパス付きチラー プラントがサポートし、最高密度ラック用の分離された液ループがあります。

CRAC 対 CRAH: ルームレベルの選択

特性	CRAC (コンピュータールームエアコンディショナー)	CRAH (コンピュータールームエアハンドラー)
冷却源	組込型コンプレッサー、直接冷媒膨張	中央チラー プラントからの冷却水
一般的なユニット コスト	$15,000～50,000 (交換、30～200 kW 容量)	$25,000～75,000、共有チラー インフラを含む
スケール時の効率	低い — 各ユニットは独自のコンプレッサーを実行	高い — 中央チラー プラントはより良くスケール
最適な用途	小規模/中規模施設、改修、スタンドアロン ルーム	既に冷却水ループを実行している大規模施設
冗長性モデル	ユニット レベル N+1	共有プラント冗長、スケールでより多くの場合コスト効率的

CRAC および CRAH ユニットは、世界的に設置されている冷却ベースの約半分をまだカバーしています。ベンダーのコスト分析で引用された市場調査によると、2025 年のテクノロジーシェアによるデータセンター冷却市場の約 52% です。どちらも廃止されていません。標準 5～15 kW ラックを実行しているエンタープライズおよび小売コロケーション ホールの大多数の標準のままです。各テクノロジーが機能を停止する場所については、ラック単位あたり 5 kW～130 kW の電力密度に関するガイドを参照してください。

フリークーリングおよび経済性の向上

フリークーリング (経済性の向上) は、外気または水が直接仕事を行うのに十分に涼しい場合、機械冷却をバイパスします。

• エアサイド エコノマイザー は外気をフィルターして直接取り入れ、時には戻り空気と混合して、コンプレッサーの稼働時間を削減します。
• ウォーターサイド エコノマイザー は、冷却塔を使用して、コンプレッサーの代わりに蒸発によって水を冷却し、稼働時間中の冷却水製造コストを最大 70% 削減します。

エコノマイザー動作は、ENERGY STAR およびベンダーのフィールド データによると、ローカル温度と湿度に応じて精密冷却エネルギー使用量を 30～50% 低下させることができます。問題は気候です。フリークーリングは、北欧、北ヨーロッパ、カナダ、および米国太平洋北西部が外気湿球温度が年間の大部分で低く保たれる場合、重要なレバーです。Coloprice が新規容量の成長シェアを追跡する湿った熱帯市場ではほぼ使用不可能です。シンガポールおよび ジョホール州 市場ガイドを参照してください。これらの市場が構造的に高い PUE と機械冷却により多く支払う理由の 1 つです。

PUE: 業界の冷却スコアカード

Power Usage Effectiveness (PUE) は施設全体の電力を IT 機器の電力で割ります。PUE が 1.0 は理論的な下限です。オーバーヘッドはゼロです。Uptime Institute の 16 回目の Annual Global Data Center Survey (2026) での業界全体の年間平均は 1.52 であり、この数字は数年間ゆっくりとしか変動していません。

PUE ティア	典型的な施設タイプ
1.0～1.15	液冷と積極的なフリークーリングを備えた最先端のハイパースケール
1.2～1.3	新築のコロケーションおよびハイパースケール施設、業界最先端の設計
1.36	Uptime のサイズ加重グローバル平均 (大規模施設を比例的にカウント)
1.5～1.6	典型的なエアクール エンタープライズまたは中規模コロケーション ホール
1.52	Uptime の単純 (加重なし) グローバル業界平均、2026 年
1.8 以上	古い、最適化されていない、または高冗長レガシー施設

1.52 の見出し平均と 1.2～1.3 の新築パフォーマンスの間のギャップは、数千の古い施設がまだ実行されており、平均を稀釈しているために存在します。新しい効率的な容量が古い容量が廃止されるより速く追加されており、それを完全に置き換えるのではなく。これらの同じ冷却選択肢の水側のトレードオフについては、データセンターでの水の使用に関するガイドを参照してください。

エアの限界と液の下限

エアクーリングは実用的な密度制限があります。ラックあたり約 30～40 kW を過ぎると、熱を除去するために必要なエアフロー容量とファン電力が非実用的になり、ホットスポットのリスクが急激に上昇します。

ラック密度	標準冷却方法
10 kW 未満	CRAC/CRAH エアクーリング、標準ホット/コールド アイル
10～30 kW	含まれたアイルまたはイン ロー冷却を備えたエアクーリング
30～40 kW	エアクーリングの実用的な限界; いくつかの演算子はハイブリッド液体補助を開始します
40～120 kW	ダイレクト・ツー・チップ (DTC) 液冷が標準になります
120～250+ kW	浸漬液冷、またはダイレクト・ツー・チップ (DTC) (最大クーラント流量)

NVIDIA の GB200 NVL72 は展開時に約 120～132 kW を消費し、ダイレクト・ツー・チップ冷却を組み込んで出荷されます。Uptime Institute によると、2026 年の時点で、演算子の 22% がダイレクト液冷を採用していた。ほとんどが AI および HPC ラック用で、施設全体ではなく。ダイレクト・ツー・チップと浸漬液冷の詳細な比較 (ラックあたりのコスト、改修の複雑さ、どのワークロードに適しているか) については、AI データセンターの液冷に関する専用ガイドを参照してください。

冷却の実際のコスト

冷却投資	典型的なコスト	注釈
CRAC ユニット交換	$15,000～50,000	ユニット単位、30～200 kW 容量
CRAH ユニット	$25,000～75,000	共有チラー プラント コストを含む
ダイレクト・ツー・チップ改修	$28,000～42,000 / ラック	コールド プレート、マニフォルド、CDU
浸漬液冷 (単一液型)	$4,500～6,800 / IT 負荷の kW	インストール済みコスト
コロケーション施設の液冷改修	MW あたり約 200 万ドル	既存ビル、電源ヘッドルーム許可
新液冷対応グリーンフィールド ビル	MW あたり 1100 万ドル以上	専用構築

冷却アップグレードの束縛制約は通常、冷却機器そのものではなく電源ヘッドルームです。スペア電力容量がない施設は、冷却プラントがどんなに優れていても、高密度ラックをサポートできません。これは、グリッド接続キューに関するガイドでカバーされているのと同じグリッド ボトルネックです。

冷却市場の規模と成長

グローバル データセンター冷却の 2026 年の市場規模の推定値は調査会社およびスコープによって異なります。現在の年は約 130 億ドルから 310 億ドルまでですが、成長率は一貫して高く、2030 年代初期までに 12～17% の CAGR の周りに集中しています。液冷セグメント特に、2026 年の約 40.7 億ドルから 2033 年までに 276.5 億ドルへ、31.5% の CAGR で、はるかに速く成長すると予測されています。AI ラック密度がエアクーリングの実用的な限界をどのくらい上回ったかを反映しています。

地域別の考慮

冷却テクノロジーの選択は、気候と水の可用性から切り離すことはできません。

• 温帯/寒冷市場 (北欧、北ヨーロッパ、米国太平洋北西部、カナダの一部) は広範なフリークーリング時間を得て、PUE を範囲の低い端に向かって押し、機械冷却 opex を削減します。
• 熱帯/湿った市場 (シンガポール、バンコク、ジョホール州、東南アジアのほとんど) はほとんどフリークーリングを得られず、通年で機械冷却または蒸発塔に依存しています。これは、地域の 高いコロケーション価格 の背後にある要因の 1 つです。
• 水不足市場 は、水の使用精査を避けるために、蒸発冷却塔より空冷チラーまたはクローズドループ液システムをますます好みます。水の使用量ベンチマークに関するガイドを参照してください。

これをどうするか

施設を評価しているコロケーション購入者の場合、過去 12 ヶ月の PUE (設計 PUE ではなく)、CRAC と CRAH/冷却水プラント間の分割、およびサイトで冷却が気候的に実行可能かどうかを尋ねてください。これら 3 つの数字は、エネルギー コストのパススルーと将来の密度の増加に対するヘッドルームの両方を予測します。ラックあたり 40 kW 以上が必要な AI/HPC バイヤーの場合、契約中の改修は破壊的で高価であるため、署名する前に液冷の準備状況 (CDU 容量、配管、クーラント ループ分離) を確認してください。Coloprice のデータセンター ディレクトリでライブ施設の仕様を比較し、冷却を認識した見積もりを取得するか、見積もりフォームを通じて価格をリクエストしてください。