資料中心液冷系統壓力・差壓・溫度儀表完整選型指南

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AI LIQUID COOLING INSTRUMENTATION AI 資料中心液冷系統｜壓力・差壓・溫度儀表完整選型指南 2025

 
昶特有限公司 Re-Atlantis Enterprise Co., Ltd.｜WIKA・Manostar・Ashcroft・Yokogawa 台灣代理｜精密量測儀器 31 年｜更新日期：2025 年 10 月
快速摘要

從 CDU 主迴路到 GPU 冷板——壓力、差壓、溫度一次到位

GB200 NVL72 機架單機櫃熱設計功耗高達 120kW，最新 GB300 在峰值時可達 150kW。根據 TrendForce 2025 年第三季調查，AI 資料中心液冷滲透率已從 2024 年的 14% 躍升至 33%，預估 2027 年突破 50%。AI 資料中心停機每分鐘損失超過 9,000 美元，精密的壓力與溫度監測是防止災難性停機的第一道防線。

本指南涵蓋：CDU 主迴路壓力選型、GPU 冷板差壓量測（kPa 等級）、TCS 供回水溫差監控，附三個真實匿名案例與昶特推薦型號速查表，可直接作為 BOM 規格書填寫參考。

一、為什麼 AI 液冷系統需要精密壓力與溫度監測？

2025 年，台灣作為全球 AI 伺服器製造重鎮，廣達、緯穎、英業達等 ODM 廠商，以及台達電（Sidecar CDU 領導廠商）、奇鋐（冷板市占逾 40%）、雙鴻等散熱廠商，正以前所未有的速度擴建液冷產線。

液冷系統的量測需求與傳統工業管路有本質差異：

  • 壓力範圍跨越三個數量級：從數 Pa 的超低機房靜壓差，到 kPa 等級的冷板差壓，再到 16 bar 的主管路壓力
  • 冷卻液材質特殊：去離子水（DIW）、乙二醇混液，對儀表接液材質要求嚴格
  • AI 工作負載瞬間突變：功耗從 4kW 到 130kW 僅需毫秒，對壓力感測器響應速度與過壓保護提出嚴格要求

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核心風險：液冷系統一旦發生壓力異常——管路洩漏、泵浦失壓、冷板堵塞——GPU 將在 3 至 5 分鐘內過熱降頻，嚴重時直接損毀。精密監測是防止災難性停機的第一道防線。

二、液冷三層架構：每一層都有不同的量測邏輯

架構層名稱壓力範圍溫度範圍流體特性選型關鍵
第一層FWS 設施冷水系統3～12 bar7～18°C（供水）冷卻水塔水，含抗藻劑耐震、耐腐蝕、就地顯示
第二層CDU 冷卻液分配單元1～6 bar（TCS 側）20～45°C（進出口）去離子水 + 乙二醇混液高精度、SS316L、4-20mA
第三層TCS 技術冷卻系統（GPU 端）1～10 kPa（冷板差壓）
0.5～3 bar（管路）		5～25°C（ASHRAE H1）高純度去離子水低差壓精密感測、快速響應

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ASHRAE H1 規範：ASHRAE TC 9.9 為高密度 AI GPU 機房（H1 等級）制定的 TCS 供水溫度範圍為 5～25°C，超出上限 GPU 啟動熱節流（Thermal Throttling），低於下限管路表面出現凝露可能造成電路短路。

三、壓力儀表選型：CDU 主迴路與 TCS 迴路

3.1 黃金法則：工作壓力落在量程的 25%～75%

工作壓力若只佔量程 10%，讀值精度極差；若逼近滿量程，一旦出現突波就可能損壞儀表。以 CDU TCS 側典型操作壓力 1.5 bar 為例，應選 0～6 bar 量程，使工作點落在約 25% 位置，兼顧精度與過壓保護。

3.2 TCS 迴路的材質陷阱

TCS 迴路使用去離子水加腐蝕抑制劑，或 20～35% 乙二醇水溶液。黃銅、鍍鎳、含鋅銅合金在這類高純度冷卻液中會發生電化學腐蝕，釋放的金屬離子逐漸堵塞 GPU 冷板微通道，造成流量下降，最終引發 GPU 過熱。

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TCS 迴路所有接液材質必須指定 SS316L 不鏽鋼，不可妥協。

3.3 壓力儀表選型對照表

量測位置工作壓力建議量程精度輸出推薦型號
FWS 設施供水管4～8 bar0～16 bar1.0% FS就地 / 4-20mAWIKA A-10 / EN837-1 充液式
TCS 供水管路（最關鍵）1～3 bar0～6 bar0.25% FS4-20mA / HARTWIKA S-10（SS316L）
TCS 回水管路0.5～2 bar0～6 bar0.25% FS4-20mA / HARTWIKA S-10（SS316L）
CDU 泵浦出口2～6 bar0～10 bar0.5% FS4-20mA + 接點WIKA A-10 + PS 壓力開關
CDU 出廠耐壓測試工作壓 × 1.5工作壓 × 30.1% FS就地（附校正報告）Ashcroft 1009 精密測試錶

3.4 CDU 出廠耐壓測試標準

根據 OCP（開放計算專案）液冷規範，標準靜水壓測試程序為：

  • 施加額定工作壓力的 1.5 倍測試壓力
  • 持續維持至少 4 小時
  • 期間壓力讀數下降不得超過 2%
  • 測試儀表需精度 0.25% FS 以上（ASME B40.100 Grade 2A）
  • 附可追溯的 ISO 17025 校正報告

四、差壓儀表選型：GPU 冷板差壓是最常被忽視的盲點

4.1 冷板差壓的物理意義

每個 GPU 冷板進出口的差壓，是推算冷卻液流量的核心間接指標：

  • 差壓低於基準值 20% 以上 → 冷板積氣、快速接頭未鎖定或局部堵塞，流量下降，GPU 將在 5～10 分鐘內超溫
  • 差壓突然歸零 → 管路嚴重洩漏或泵浦失壓，屬於緊急關機事件
  • 差壓持續緩慢上升 → 冷板微通道逐漸積垢（水質問題），是長期預測性維護的重要依據

4.2 主流 AI GPU 冷板壓降實際數值

GPU 機型冷板功耗典型差壓（設計流量下）流量設計點
H100 / H200 SXM5700W2～5 kPa~1 L/min
GB200 NVL72（每顆 B200）1000W3～8 kPa~1.5 L/min/kW
GB300 NVL72（每顆 B300）1200W+5～10 kPa~1.5 L/min/kW
AMD MI355X750W2～6 kPa~1 L/min
NVSwitch / NVLink 交換機200W0.5～2 kPa~0.3 L/min

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量程選型提醒：冷板差壓落在 kPa 等級（0.01～0.10 bar）。一般工業差壓計若量程為 0～1 bar，在 5 kPa 工況下僅利用 0.5% 量程，精度完全失準。選型應以 0～30 kPa 或 0～50 kPa 為目標量程，工作點落在 20%～50% 位置。

4.3 差壓儀表選型對照表

應用場景差壓範圍建議量程輸出需求推薦型號
H100 / H200 GPU 冷板2～5 kPa0～30 kPa指示 + 接點報警Manostar WO71FT / WIKA DPT-20
GB200 / GB300 冷板（需接 DCIM）5～10 kPa0～50 kPa4-20mA + ModbusManostar WO71（4-20mA）
CDU 主過濾器（50μm 濾芯）0～5 kPa（正常）0～30 kPa接點報警Manostar WO81FT
CRAC 空調過濾器0～500 Pa0～1000 Pa可選 4-20mAManostar WO81（超低差壓型）
機房冷熱通道正壓差5～25 Pa0～50 Pa4-20mA 連 BMSManostar WO81（超精密型）
CDU 板換器差壓監控20～200 mbar0～500 mbar4-20mA / HARTWIKA DPT-20

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進階應用——差壓推算流量：使用 Manostar WO71（4-20mA）跨接冷板進出口，配合廠商提供的流阻曲線（PQ Curve），可間接推算冷卻液流量，精度達 ±2～3%，成本遠低於電磁流量計。這是台灣多家 CDU 廠商目前採用的降低 BOM 成本策略。

五、溫度儀表選型：ΔT 決定冷卻效率

5.1 溫度監測的雙重角色

  • 安全保護：確保 GPU 在 ASHRAE H1 規定的 5～25°C 供水溫度範圍內運行
  • 效率評估：供回水溫差 ΔT × 流量 = 系統實際吸收熱功率，是判斷 CDU 是否滿負荷的直接依據

5.2 Pt100 vs NTC：液冷場景的選擇

Pt100 RTD（Class A）是液冷場景的標準選擇，精度 ±0.15+0.002|t|°C，線性佳，長距離傳輸穩定。NTC 熱敏電阻雖成本低，但非線性且長期漂移明顯，不建議用於需要記錄存檔的 TCS 量測點。

5.3 溫度儀表選型對照表

量測位置量程精度需求安裝方式推薦型號
TCS 供水溫度（最關鍵）0～40°C±0.3°C（Class A）螺紋直插，SS316LWIKA TF35 Pt100
TCS 回水溫度0～60°C±0.3°C螺紋直插WIKA TF37 Pt100
CDU 板換出口（效率評估）0～50°C±0.5°C螺紋或凸緣WIKA TF35
管路外夾（不斷管快裝）0～80°C±1.0°C外夾式，含導熱膏WIKA TF-2000 接觸式
浸沒液溫度（兩相系統）20～80°C±0.2°C（監控 Novec 沸點）浸入式，直接接觸WIKA TF-2000 高精度型
廠務大型設備（Chiller 等）依設備規格±0.5°C（含變送器）凸緣，4-20mA 輸出Yokogawa YTA 系列

六、三個真實案例

Case A

北台灣某 CDU 製造商——出廠驗收壓力測試流程不符規範

背景

桃園某 CDU 製造商，月出貨量數十台，客戶為國內多家 AI 伺服器 ODM。客戶要求每台 CDU 出廠前須完成靜水壓測試並附 ISO 17025 可追溯校正報告，但原用一般工業壓力錶（精度 1.6% FS）無法提供符合文件，每批貨都需重新驗收，交期延誤達 3～5 個工作天。

解決方案

  • Ashcroft 1009 系列精密測試錶（精度 0.25% FS，ASME B40.100 Grade 2A），隨附 ISO 17025 可追溯校正報告
  • 施測規程：工作壓 × 1.5 倍，持壓 4 小時，壓降 < 2%
  • 另配 WIKA A-10 壓力變送器取代 CDU 面板機械指針錶，連接控制器數位顯示
  • 昶特提供年度校正服務，維護量測追溯體系
結果：CDU 出廠驗收一次通過率從 72% 提升至 97%，交期延誤問題消除，成功通過主要 ODM 客戶年度供應商資質審查。
Case B

新竹科學園區 AI 資料中心——500 台過濾器差壓監控整合進 BMS

背景

新竹某共置型資料中心進行 GPU 機房改建，導入直達晶片液冷系統，需為 500 台 CRAC 空調機組及 CDU 側流過濾器建立集中式差壓告警系統，全部整合進現有 BMS（Modbus 匯流排），要求 4-20mA 輸出。

解決方案

  • Manostar WO71 系列（4-20mA 輸出，量程 0～1000 Pa，精度 ±1% FS，IP65），500 點全覆蓋
  • 搭配 Manostar 原廠 Modbus 轉換模組，無需額外訊號轉換設備
  • 昶特協助設定告警閾值：差壓達量程 80% 時自動發出維護工單
結果：濾網更換模式從「定期更換」改為「依狀態更換」，每年估計節省維護成本逾 30%，消除了因濾網堵塞導致的 CDU 流量不足風險。
Case C

中台灣 GB300 液冷系統整合商——20 機架叢集完整儀表方案，14 天交期

背景

中台灣某 AI 基礎設施整合商，為雲端服務業者建置 GB300 NVL72 AI 訓練叢集，規模 20 個機架，每機架配備一台 Sidecar CDU（散熱能力 310kW），需符合 OCP 液冷指引並整合進客戶 DCIM 平台（Modbus TCP）。

解決方案

  • TCS 供回水壓力：WIKA S-10（0～6 bar，0.25% FS，SS316L，4-20mA），每 CDU 4 支，合計 80 支
  • GB300 冷板差壓（5～10 kPa）：Manostar WO71（4-20mA，設定 < 3 kPa 告警），每機架 72 支，合計 1,440 支
  • TCS 供回水溫度：WIKA TF35 Pt100 Class A，接 CDU 本機 PLC 做 PID 控制，每 CDU 4 支
  • CDU 側流過濾器：Manostar WO71（4-20mA），接 DCIM 平台
  • 出廠驗收：Ashcroft 1009 精密測試錶，附 ISO 17025 可追溯校正報告
結果：從議標到完整出貨 14 個工作天，並提供到府安裝確認與 Modbus 整合技術支援。

七、選型速查表（可直接作為 BOM 規格書參考）

量測需求典型工況建議量程推薦型號精度
CDU 設施冷水壓力（FWS）4～8 bar0～16 barWIKA A-10 / EN837-1 充液式0.5% FS
TCS 二次側供水壓力1～3 bar0～6 barWIKA S-10（SS316L）0.25% FS
TCS 二次側回水壓力0.5～2 bar0～6 barWIKA S-10（SS316L）0.25% FS
CDU 出廠耐壓測試工作壓 × 1.5工作壓 × 3Ashcroft 10090.25% FS
GPU 冷板差壓（H100/H200）2～5 kPa0～30 kPaManostar WO71 / WIKA DPT-20±1% FS
GPU 冷板差壓（GB200/GB300）5～10 kPa0～50 kPaManostar WO71（4-20mA）±1% FS
CDU 主過濾器差壓（50μm）0～5 kPa 正常0～30 kPaManostar WO81FT（接點）±1.5% FS
CRAC 空調過濾器差壓0～500 Pa0～1000 PaManostar WO81（超低差壓型）±1.5% FS
機房冷熱通道正壓差5～25 Pa0～50 PaManostar WO81（超精密型）±1.5% FS
TCS 供水溫度（最關鍵）5～25°C0～40°CWIKA TF35（Pt100 Class A）±0.3°C
TCS 回水溫度15～45°C0～60°CWIKA TF37（Pt100 Class A）±0.3°C
管路溫度（不斷管快裝）0～80°C0～80°CWIKA TF-2000 接觸式±1.0°C
廠務 Chiller 溫度變送器依設備依設備Yokogawa YTA 溫度變送器±0.5°C

八、常見問題 FAQ

一般監測點建議每 12 個月校正一次；用於出廠驗收的精密測試錶建議每 6 個月校正。若發生過壓事件（超過額定壓力 120%）、系統更換儀表，或出現讀值異常，需立即校正。昶特提供 WIKA、Ashcroft、Manostar 的原廠授權校正服務，出具符合 ISO 17025 的可追溯校正報告。

可以。Manostar WO81 / WO71 系列提供液體型（適用去離子水、乙二醇混液）與氣體型（適用機房空氣靜壓差）兩種版本，外觀相同但內部氣液分離設計不同，不可混用。液冷場景應指定液體型，接液材質 SS316L。

壓力錶只能就地顯示，無法傳輸訊號至控制系統。壓力變送器將壓力轉換為 4-20mA 等標準電氣訊號，可接 PLC / SCADA / DCIM 進行遠端監控與自動控制。AI 液冷系統建議兩者並用：主要控制節點安裝變送器（WIKA S-10 / A-10），現場目視確認點搭配機械式壓力錶（WIKA EN837-1 充液式）。

是的。昶特提供從儀表選型諮詢、BOM 清單建立、規格書撰寫、現貨出貨，到現場安裝確認與系統整合技術支援的完整服務。標準現貨商品交期 3～5 個工作天；大量採購或特規客製品依規格確認後 4～6 週。可協助提供符合主要 CSP 供應商審查的儀表文件包（規格書 + 校正報告 + 材質證明）。

精準量測，守護 AI 運算的冷卻命脈

液冷系統是 AI 資料中心穩定運行的核心基礎設施，壓力、差壓與溫度的精密監測則是這條冷卻命脈的神經中樞。從 CDU 主迴路的壓力控制、GPU 冷板 kPa 等級差壓的流量推算，到 TCS 供回水 ΔT 的效率判讀，每一個環節都需要精確可靠的儀表。

昶特有限公司整合 WIKA、Manostar、Ashcroft、Yokogawa 四大國際品牌，提供 AI 液冷場景從設計選型到校正維護的一站式解決方案，協助台灣 AI 產業鏈安全、高效地邁向液冷時代。

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本文所涉及之 GPU 型號、市場數據及技術規範均引自公開來源，技術規格以各原廠最新資料為準。
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