Pomiar degradacji płynu w układach chłodzenia na bazie ciekłego glikolu dla centrów danych

Spis treści

• Wprowadzenie
• Systemy chłodzenia i czynniki chłodnicze
• Chłodzenie cieczą
• Chłodzenie cieczą bezpośrednio do układu scalonego
• Chłodzenie zanurzeniowe
• Monitorowanie i kontrolowanie
• Rheonics czujniki
• Instalacja czujnika
• HPT-12G (ważne tylko dla SRV)
• IFC-34N (warianty dostępne dla SRV i SRD)
• FET Tri-Clamp trójnik łokciowy
• Referencje

Wraz ze wzrostem gęstości i zapotrzebowania na moc obliczeniową centrów danych, tradycyjne architektury chłodzone powietrzem coraz częściej mają trudności ze spełnieniem wymagań w zakresie zarządzania temperaturą, efektywności energetycznej i niezawodności. Chłodzenie z recyrkulacją cieczy – wykorzystujące wodę lub mieszaniny wody i glikolu jako główny nośnik ciepła – stało się jednym z najbardziej wydajnych i skalowalnych rozwiązań. W związku z tym kluczowe stało się ciągłe monitorowanie wydajności chłodzenia, co można osiągnąć między innymi poprzez ocenę właściwości czynnika chłodzącego w instalacji. Takie parametry, jak degradacja termiczna, stężenie glikolu, zanieczyszczenie, biofouling, poziomy Brixa, temperatura krzepnięcia itp., można prześledzić do bezpośrednich pomiarów za pomocą Rheonicsczujniki gęstości i lepkości w układzie liniowym.

Podstawową funkcją systemu chłodzenia jest odprowadzanie ciepła z jednego miejsca i przenoszenie go do innego, co powoduje ochłodzenie pierwotnego miejsca. Ciepło naturalnie przepływa z cieplejszych obszarów do chłodniejszych poprzez przewodzenie (kontakt z ciałem stałym), konwekcję (ruch cieczy) i promieniowanie (fale elektromagnetyczne).

• Systemy chłodnicze: Systemy te opierają się na czynniku chłodniczym przechodzącym zmiany fazowe — parowanie w celu pochłaniania ciepła i kondensacja w celu oddawania ciepła — jak ma to miejsce w przypadku agregatów chłodniczych, klimatyzatorów i pomp ciepła.
• Systemy ciepła jawnego: Systemy te opierają się na jawne przenoszenie ciepła Wykorzystując płyny chłodzące lub powietrze zamiast czynników chłodniczych. Zazwyczaj składają się one z dwóch obiegów:
• a. Pętla pierwotna, która wykorzystuje płyn do pochłaniania ciepła ze źródła.
• b. Obieg wtórny, który odbiera ciepło z ogrzanego płynu pierwotnego. Obieg wtórny to często układ chłodniczy lub zewnętrzny system odprowadzania ciepła, taki jak chłodnie kominowe lub chłodnice suche, które oddają ciepło do otoczenia.

Podstawową zaletą chłodzenia cieczą jest to, że ciecz jest znacznie bardziej wydajna niż powietrze jeśli chodzi o wymianę ciepła. To sprawia, że czyste chłodzenie cieczą niezbędne dla nowoczesnych centrów danych o dużej gęstości, zwłaszcza tych obsługujących sztuczną inteligencję i obliczenia o wysokiej wydajności (HPC).

Pętle recyrkulacji cieczy (LRL) oferują:

• Wyższa pojemność cieplna w porównaniu do powietrza
• Niższa energia pompowania dla tego samego transportu ciepła
• Większa stabilność termiczna
• Zgodność z rozwiązaniami chłodzenia bezpośredniego na chipie (D2C) i chłodzenia zanurzeniowego

Zarówno chłodzenie D2C, jak i chłodzenie zanurzeniowe są systemami recyrkulacyjnymi, które wykorzystują pętlę pierwotną do pochłaniania ciepła i pętlę wtórną do jego odprowadzania.

Chłodzenie D2C polega na recyrkulacji ciekłego chłodziwa bezpośrednio nad najgorętszymi komponentami w centrum danych, zazwyczaj procesorami i kartami graficznymi, przy użyciu zimne talerze na nich. Płyn używany w obiegu pierwotnym i wtórnym to albo zdejonizowana (DI) czysta woda, albo jej mieszanina z glikolem.

Glikol propylenowy (PG) jest obecnie preferowanym czynnikiem chłodzącym do mieszania z wodą, ponieważ jest nietoksyczny, niepalny, nie przyczynia się do globalnego ocieplenia i zapewnia optymalną wydajność w porównaniu z innymi alternatywnymi płynami chłodniczymi. PG charakteryzuje się niższą przewodnością cieplną i wyższą lepkością niż czysta woda, dlatego mieszanina glikolu i wody charakteryzuje się niższą wymianą ciepła i wymaga więcej energii do pompowania. Jednakże PG ma niższą temperaturę krzepnięcia i wyższą temperaturę wrzenia niż woda, dlatego jest stosowany w przypadku ryzyka zamarznięcia lub odparowania wody dejonizowanej w rurociągu. PG zapobiega również rozwojowi bakterii w rurociągu wodnym.

Metoda D2C jest często wybierana ze względu na łatwiejszą integrację z istniejącymi, dużymi centrami danych (takimi jak Hyperscalery), w których sprzęt IT jest zaprojektowany do pracy ze standardową schłodzoną wodą lub specjalistycznymi nieprzewodzącymi płynami, a niższa temperatura zasilania jest pożądana w celu zapewnienia większego marginesu bezpieczeństwa.

Chłodzenie zanurzeniowe zyskuje na popularności w centrach danych o bardzo dużej gęstości. Wymaga ono całkowitego zanurzenia centrum danych lub szaf z procesorami i kartami graficznymi w płynie dielektrycznym, takim jak olej mineralny lub płyny syntetyczne. Ciepło jest następnie przekazywane z szaf do płynu poprzez przewodzenie i konwekcję. Sposób recyrkulacji płynu w celu utrzymania pożądanej temperatury chłodzenia definiuje rodzaj chłodzenia zanurzeniowego.

Jednofazowe chłodzenie zanurzeniowe zawsze utrzymuje płyn w stanie ciekłym za pomocą obiegu wtórnego, zazwyczaj za pośrednictwem wymiennika ciepła, z cieczą lub powietrzem. Mieszaniny glikolu i wody są również powszechne w obiegu wtórnym.

Dwufazowe chłodzenie zanurzeniowe polega na przemianie cieczy ze stanu ciekłego w parowy poprzez rozproszenie. Wężownica skraplacza umieszczona na górze zbiornika zanurzeniowego zatrzymuje parę cieczy i obniża jej temperaturę dzięki pętli wtórnej, przekształcając ją ponownie w fazę ciekłą, dzięki czemu ciecz może ponownie opaść do zbiornika.

Chłodzenie zanurzeniowe jest bardzo skuteczne w przypadku pracy w wyższe temperatury wlotowe płynu chłodzącego Ponieważ cały serwer jest zanurzony, zapewnia to równomierne chłodzenie wszystkich komponentów i eliminuje punkty przegrzania. Ta wyższa temperatura pracy jest głównym czynnikiem wpływającym na wysoką efektywność energetyczną.

Sterowanie płynami chłodzącymi opiera się na jednostkach dystrybucji płynu chłodzącego (CDU). Są one kluczowe dla utrzymania wydajności chłodzenia poprzez utrzymanie stałego obiegu, ciśnienia i dystrybucji przepływu. Są one zintegrowane z zewnętrznymi sterownikami w celu zarządzania prędkością pomp, zaworami, alarmami i logiką redundancji.

Czujniki wbudowane są niezbędne do prognozowania i zarządzania stanem urządzenia (PHM), gdyż umożliwiają operatorom bezpośrednie monitorowanie stanu i stężenia chłodziwa.

Kluczowe parametry monitorowane w LRL (w szczególności pętla glikol-woda):

• Temperatura zasilania/powrotu: Krytyczne dla określenia obciążenia cieplnego i wydajności systemu
• Przepływ i różnica ciśnień pompy: Kluczowe wskaźniki energii pompowania (PUE) i potencjalnych blokad (zanieczyszczeń).
• Stężenie glikolu: czujniki gęstości i lepkości Są przydatne do precyzyjnego monitorowania stężenia glikolu. Jest to kluczowe, ponieważ:
• Sprawdza stężenie glikolu i punkt zamarzania chłodziwa.
• Umożliwia obliczenie rzeczywisty przepływ masy i zapewnia, że ​​pompa nie marnuje energii na pokonywanie nadmiernej lepkości.
• Przewodność i jakość wody: Mierzy czystość i potencjał korozyjny wody (szczególnie w obiegach wody dejonizowanej), gdyż nawet śladowe ilości zanieczyszczeń mogą prowadzić do uszkodzenia podzespołów.

Rheonics czujniki gęstości i lepkości inline oparte są na technologii Balanced Torsional Resonator (BTR), która mierzy właściwości cieczy poprzez bezpośredni kontakt i ocenę wpływu cieczy na częstotliwość rezonansową i tłumienie rezonatora.

Rheonics Czujniki liniowe, takie jak wiskozymetr liniowy SRV i miernik gęstości i lepkości SRD, są przeznaczone do monitorowania płynów przenoszących ciepło, takich jak chłodziwa glikol-woda i oleje mineralne w systemach D2C i chłodzeniu zanurzeniowym.

Rheonics zaletami są:

• Ścisłość: Rheonics Sondy czujnikowe są małe i kompaktowe, dzięki czemu idealnie nadają się do elastycznego montażu w małych przestrzeniach, takich jak regały, linie recyrkulacji chłodziwa i zbiorniki zanurzeniowe.
• Solidność: Czujnik działa niezależnie od przepływu cieczy, niskiej temperatury lub cieczy wielofazowych: brudna woda, produkty korozji, biofilm, rozproszone w cieczy cząsteczki mogą powodować niewielkie zakłócenia w odczytach, jednak czujnik jest w stanie niezawodnie mierzyć lepkość i gęstość cieczy.
• Brak konserwacji: Brak ruchomych części, które mogłyby powodować dryft w trakcie eksploatacji czujnika.

Zintegruj Rheonics sondę czujnika do rur polimerowych lub rur ze stali nierdzewnej za pomocą Rheonics komory przepływowe i spawarki lub standardowe złącza i kołnierze.

Ta mała komora przepływowa charakteryzuje się minimalnym zapotrzebowaniem na objętość płynu i posiada gwinty zewnętrzne G1/2” na wlocie i wylocie. Uszczelnienie uzyskuje się za pomocą FKM lub FFKM (do wysokich temperatur). O-Ring. Zobacz stronę produktu.

Ta komora przepływowa ma warianty dostępne dla Rheonics SRV i SRD. Posiada żeńskie porty NPT 3/4”, co czyni go idealnym wyborem do małych linii, zwłaszcza o rozmiarach 3/4” lub 1”. Patrz IFC-34N-SRV i IFC-34N-SRD.

Dostępne w rozmiarach 1.5”, 2” i 3”, to akcesorium wykorzystuje Tri-Clamp połączenia na wlocie, wylocie i porcie sondy. Zobacz stronę produktu.

Część szpuli FTP Tee

Komórka ta, dostępna w rozmiarach 2” lub większych, umieszcza sondę prostopadle do przepływu płynu, jednocześnie minimalizując martwe strefy. Zobacz stronę produktu.

Bezpośrednia instalacja Rheonics Sondy SRV i SRD w głównych przewodach chłodziwa lub przewodach doprowadzających są możliwe przy użyciu sond spawalniczych takich jak:

WOL-34NL (nadaje się do SRV i SRD)

HAW-12G-OTK (dotyczy SRV i SRD), FKM lub FFKM (do wysokich temperatur) jest stosowany do wykonania uszczelnienia połączenia.

Zrozumienie działania jednostek dystrybucji chłodziwa (CDU) do chłodzenia cieczą