Měření degradace kapalin v chladicích systémech na bázi kapalného glykolu pro datová centra

Obsah

• Úvod
• Chladicí a chladicí systémy
• Chlazení na bázi kapaliny
• Kapalinové chlazení přímo do čipu
• Ponorné chlazení
• Sledování a kontrola
• Rheonics senzory
• Instalace senzoru
• HPT-12G (platí pouze pro SRV)
• IFC-34N (dostupné varianty pro SRV a SRD)
• FET Tri-Clamp loketní tričko
• Reference

S rostoucí hustotou datových center a rostoucími výpočetními nároky se tradiční vzduchem chlazené architektury stále více potýkají s požadavky na tepelný management, energetickou účinnost a spolehlivost. Chlazení s recirkulací kapaliny – využívající vodu nebo směsi vody a glykolu jako primární teplonosné médium – se ukázalo jako jedno z nejúčinnějších a nejškálovatelnějších řešení. Proto se stalo klíčovým průběžně sledovat chladicí výkon, čehož lze dosáhnout mimo jiné vyhodnocením charakteristik chladiva v potrubí. Charakteristiky, jako je tepelná degradace, koncentrace glykolu, kontaminace, bioznečištění, úrovně Brix, bod tuhnutí atd., lze vysledovat zpět k přímým měřením pomocí... Rheonics'inline senzory hustoty a viskozity.

Základní funkcí chladicího systému je odvádět teplo z jednoho místa a přenášet ho na jiné, čímž se původní místo ochladí. Teplo přirozeně proudí z teplejších oblastí do chladnějších prostřednictvím vedení (kontakt pevných látek), konvekce (pohyb tekutiny) a záření (elektromagnetické vlny).

• Chladící systémy: Tyto systémy se spoléhají na chladivo, které prochází fázovými změnami – odpařováním pro absorpci tepla a kondenzací pro jeho odvádění – jako v chladičích, klimatizacích a tepelných čerpadlech.
• Systémy rozumného vytápění: Tyto systémy se spoléhají na přenos rozumného tepla používajících chladicí kapaliny nebo vzduch místo chladiv. Ty se obvykle skládají ze dvou okruhů:
• a. Primární smyčka, která využívá kapalinu k absorpci tepla ze zdroje.
• b. Sekundární smyčka, která odvádí teplo z ohřáté primární kapaliny. Sekundární smyčka je často chladicí systém nebo externí systém pro odvod tepla, jako jsou chladicí věže nebo suché chladiče, které uvolňují teplo do okolního prostředí.

Hlavní výhodou chlazení na bázi kapaliny je, že kapalina je mnohem účinnější než vzduch pokud jde o přenos tepla. Díky tomu čistě kapalinové chlazení nezbytné pro moderní datová centra s vysokou hustotou, zejména ta, která podporují umělou inteligenci a vysoce výkonné výpočty (HPC).

Smyčky recirkulace kapalin (LRL) nabízejí:

• Vyšší tepelná kapacita ve srovnání se vzduchem
• Nižší čerpací energie pro stejný přenos tepla
• Větší tepelná stabilita
• Kompatibilita s řešeními přímého chlazení na čip (D2C) i imerzního chlazení

Jak D2C, tak imerzní chlazení jsou recirkulační systémy, které využívají primární smyčku k absorpci tepla a sekundární smyčku k jeho odvádění.

Chlazení D2C spočívá v recirkulaci kapalného chladiva přímo nad nejteplejšími komponenty v datovém centru, obvykle procesory a grafické karty, pomocí studené talíře na nich. Kapalina použitá v primárním a sekundárním okruhu je buď deionizovaná (DI) čistá voda, nebo její směs s glykolem.

Propylenglykol (PG) je v dnešní době preferovaným chladivem, které se mísí s vodou, protože je netoxický, nehořlavý, nepřispívá ke globálnímu oteplování a poskytuje optimální výkon ve srovnání s jinými alternativními kapalinami. PG má nižší tepelnou vodivost a vyšší viskozitu než čistá voda, takže směs glykolu a vody bude vytvářet nižší tepelnou výměnu a bude vyžadovat více energie k čerpání. PG má však nižší bod tuhnutí a vyšší bod varu než voda, takže se používá, když existuje riziko, že deionizovaná voda v potrubí zamrzne nebo se odpaří. PG také zabraňuje tvorbě bakterií ve vodovodním potrubí.

D2C se často volí pro snadnější integraci do stávajících velkých datových center (jako jsou hyperscalery), kde je IT hardware navržen pro provoz se standardní chlazenou vodou nebo specializovanými nevodivými kapalinami a pro vysokou bezpečnostní rezervu je požadována nižší teplota přívodu.

Imerzní chlazení získává na popularitě v centrech s velmi vysokou hustotou osazení. Vyžaduje úplné ponoření datového centra nebo racků s CPU a GPU do dielektrické kapaliny, jako je minerální olej nebo syntetické kapaliny. Teplo se poté přenáší z racků do kapaliny vedením a konvekcí. Způsob recirkulace kapaliny pro udržení požadované teploty pro chlazení určuje typ imerzního chlazení.

Jednofázové imerzní chlazení vždy udržuje kapalinu v kapalném stavu pomocí sekundární smyčky, obvykle přes výměník tepla, s kapalinou nebo vzduchem. Směsi glykolu a vody jsou v sekundární smyčce opět běžné.

Dvoufázové imerzní chlazení spočívá v tom, že se kapalina mění z kapaliny na páru disipací. Kondenzační cívka na horní straně imerzní nádrže zachycuje kapalnou páru a snižuje její teplotu pomocí sekundární smyčky, aby ji znovu přeměnila na kapalnou fázi, takže kapalina může znovu padat do nádrže.

Imerzní chlazení je vysoce účinné při provozu vyšší teploty chladicí kapaliny na vstupu protože celý server je ponořený, což zajišťuje rovnoměrné chlazení všech komponent a eliminuje přehřátá místa. Tato vyšší provozní teplota je hlavním faktorem jeho vysoké energetické účinnosti.

Řízení chladicích kapalin je založeno na jednotkách pro rozvod chladicí kapaliny (CDU). Ty jsou klíčové pro udržení účinnosti chlazení tím, že udržují konstantní cirkulaci, tlak a rozvod průtoku. Jsou integrovány s externími řídicími jednotkami pro řízení otáček čerpadel, ventilů, alarmů a redundantní logiky.

Inline senzory jsou nezbytné pro prognostiku a správu stavu (PHM), protože umožňují operátorům přímo sledovat stav a koncentraci chladicí kapaliny.

Klíčové parametry sledované v LRL (zejména glykol-vodní smyčka):

• Teplota přívodu/zpětné vody: Rozhodující pro určení tepelného zatížení a účinnosti systému
• Průtok a tlaková diference čerpadla: Klíčové ukazatele čerpací energie (PUE) a potenciální ucpání (znečištění).
• Koncentrace glykolu: senzory hustoty a viskozity jsou užitečné pro přesné sledování procentuálního obsahu glykolu. To je zásadní, protože:
• Ověřuje koncentraci glykolu a bod mrazu chladicí kapaliny.
• Umožňuje výpočet skutečný hmotnostní průtok a zajišťuje, že čerpadlo neplýtvá energií při překonávání nadměrné viskozity.
• Vodivost a kvalita vody: Měří čistotu a korozní potenciál vody (zejména v deionizovaných vodních smyčkách), protože i stopové nečistoty mohou vést k poškození součástí.

Rheonics Inline senzory hustoty a viskozity jsou založeny na technologii vyváženého torzního rezonátoru (BTR), která měří vlastnosti kapaliny přímým kontaktem a vyhodnocuje její vliv na rezonanční frekvenci a tlumení rezonátoru.

Rheonics Inline senzory, jako je inline viskozimetr SRV a inline hustoměr a viskozimetr SRD, jsou vhodné pro monitorování teplonosných kapalin, jako jsou glykolové chladicí kapaliny a minerální oleje v D2C a imerzním chlazení.

Jedno Rheonics výhodou jsou:

• Kompaktnost: Rheonics Sondy senzorů jsou malé a kompaktní, což je činí ideálními pro flexibilní montáž v malých prostorech, jako jsou stojany, recirkulační potrubí chladicí kapaliny a ponorné nádrže.
• Robustnost: Senzor pracuje bez ohledu na průtok kapaliny, nízkou teplotu nebo vícefázové kapaliny: znečištěná voda, produkty koroze, biofilm, rozptýlené částice v kapalině se mohou v odečtech projevit jako malý šum, nicméně senzor je schopen spolehlivě měřit viskozitu a hustotu kapaliny.
• Bezúdržbový provoz: Žádné pohyblivé části, které by mohly způsobovat drift po dobu životnosti senzoru.

Integrovat Rheonics zasuňte sondu senzoru do polymerové trubky nebo trubek z nerezové oceli pomocí Rheonics Řadové průtokové cely a svařované otvory nebo standardní připojení a příruby.

Tato malá průtoková cela vyžaduje minimální objem kapaliny a má vstupní a výstupní závitové porty G1/2”. Utěsnění je zajištěno pomocí FKM nebo FFKM (pro vysoké teploty). O-Ring. Viz produktová stránka.

Tato průtoková cela má k dispozici varianty pro Rheonics SRV a SRD. Má 3/4” NPT samičí závit, což z něj činí ideální volbu pro malá potrubí, zejména o velikosti 3/4” nebo 1”. Viz IFC-34N-SRV a IFC-34N-SRD.

Toto příslušenství je k dispozici ve velikostech 1.5”, 2” a 3” Tri-Clamp připojení na vstupu, výstupu a portu sondy. Viz produktová stránka.

FTP T-kus cívky

Tato cela, dostupná ve velikostech 2” nebo větších, umisťuje sondu kolmo k proudění kapaliny a zároveň minimalizuje mrtvé zóny. Viz produktová stránka.

Přímá instalace Rheonics Sondy SRV a SRD v hlavním nebo přívodním potrubí chladicí kapaliny jsou možné pomocí svarových sond, jako například:

WOL-34NL (vhodné pro SRV a SRD)

HAW-12G-OTK (platí pro SRV a SRD), k vytvoření těsnění spoje se používá FKM nebo FFKM (pro vysoké teploty).

Pochopení jednotek pro distribuci chladicí kapaliny (CDU) pro kapalinové chlazení