October 27, 2025
クラウドに大量のデータが流れ込み、急速なデジタル経済成長を加速させる中、データセンターは世界中で増殖しています。しかし、これらの施設を支える膨大なコンピューティングパワーは、驚くほどの熱を発生させます。効率的な放熱は、持続可能なデータセンター運営にとって重要な課題として浮上しています。水の使用量について長年議論の的となってきた冷却塔は、適切に実装すれば、実際にはより環境に優しいデータインフラに貢献する可能性のある不可欠なコンポーネントとして再評価されています。
データセンターの冷却ソリューションは、施設の規模、コンピューティング要件、地域のエネルギーコスト、データ負荷密度など、複数の要因によって大きく異なります。主な冷却アプローチには以下が含まれます。
オペレーターは、冷却ソリューションを選択する際に、運用コストと環境への影響の両方を考慮する必要があります。これらの決定を導く2つの重要な指標は、IT機器の使用量に対する総エネルギー消費量を測定する電力使用効率（PUE）（理想は1.0）と、冷却システムの水の消費量を評価する水使用効率（WUE）です。
冷却塔は蒸発によって水を消費しますが、業界の専門家は、これをより広範なエネルギーシステムへの影響と比較検討する必要があると主張しています。Swanson Rinkの機械工学担当VPであるTim Chiddix氏は、冷却技術の選択には、気候条件、エネルギーインフラ、運用要件を考慮した局所的な分析が必要であると強調しています。
包括的な評価では、エネルギーチェーン全体での水の消費量を考慮する必要があります。石炭火力発電所のような従来の発電所は、発電中に大量の水を消費します。空冷システムは現場での水の消費を削減しますが、エネルギー需要が高いため、発電施設での水の消費を間接的に増加させます。多くの場合、機械的蒸発冷却システムは、空冷の代替案と比較して、全体的な効率が優れていることが示されています。
たとえば、年間1MWを消費する空冷システムと、3,000ガロン/分の水を使用する0.5MWの水冷システムを比較した場合、効率の低い空冷オプションの追加発電要件を考慮すると、実際にはより多くの水を節約できる可能性があります。
Chiddix氏とBrook Zion氏が共同執筆したホワイトペーパー「デンバー、フェニックス、ロサンゼルスにおけるデータセンターの水使用量：全体像」では、個々の施設での水の消費量を削減することが、本当に地域の水使用量を減らすかどうかを検証しました。この研究では、水の優れた熱伝達能力により、冷却には空気よりも効率的であることが判明しましたが、その効果は気候によって異なり、乾燥地域が最も恩恵を受けています。
国立再生可能エネルギー研究所の地域のグリッド水強度データを取り入れながら、3つの都市の1,500kWのサンプルデータセンターを分析し、研究者は3つのシステムを比較しました。標準的な水冷チラー、空冷チラー、蒸発冷却です。その結果、空冷システムは大幅に多くのエネルギーを必要とすることが示されました（デンバーでは年間4,663,740kWh、水冷システムでは1,610,748kWh）で、水の消費量のほぼすべてが、削減されるのではなく、発電施設にシフトされました。
Chiddix氏は、現場での水とエネルギーの使用量を削減することを義務付ける、善意の地域規制は、発電への影響を考慮すると、意図せず総資源消費量を増加させる可能性があると警告しています。水冷システムは、特に「フリークーリング」（または水側エコノマイザー）モードを組み込む場合、多くの場合、より効率的であることが証明されており、冷たい外気を利用して機械的冷凍なしで水を冷却し、好条件ではエネルギー需要を75％以上削減できる可能性があります。
可変流量技術により、オペレーターは涼しい季節には冷却塔からの水の流れを減らすことができ、調整可能なファン速度によりさらなる省エネが可能です。モジュール式冷却塔設計は、サーバーの成長に合わせて容量を拡張し、設備投資と運用コストを管理できるというさらなる利点を提供します。プレハブモジュールシステムは、時間的制約のあるデータセンタープロジェクトに不可欠な、より迅速な展開もサポートします。
データセンターが世界的に拡大し続ける中、冷却ソリューションの包括的な評価では、直接的および間接的な資源消費の両方を考慮する必要があります。システムレベルの視点から適切に実装すれば、水ベースの冷却ソリューションは優れた効率を提供し、エネルギーと水資源の両方を節約しながら、持続可能なデジタルインフラの開発をサポートできます。
