Doğrudan{0}}Çipe-Sıvı Soğutmada Küresel Vanalar: Açıklanan Akış Kontrolü Gereksinimleri

Bir veri merkezi mühendisi 100 kW'lık bir GPU rafı için soğutma ekipmanı belirlediğinde, konuşma genellikle soğuk plakalar, CDU'lar ve manifold düzenleriyle başlar. Valfler, bir şeyler ters gidene kadar sonradan akla gelen bir düşüncedir. Yanlış yapılandırılmış tek bir izolasyon noktası, bakım penceresi sırasında rafın tamamının kapatılmasına neden olabilir. Bir sızıntı olayına yeterince hızlı tepki veremeyen bir valf, 300.000 dolar değerindeki hızlandırıcıların sularını boşaltabilir. Ve bir binanın HVAC sistemi için boyutlandırılmış bir akış-kontrol bileşeni, devreye alındıktan birkaç gün sonra çip performansını düşüren basınç dengesizlikleri yaratacaktır.

Soğutma sıvısının doğrudan CPU'lara, GPU'lara ve bellek modüllerine monte edilmiş soğuk plakalar aracılığıyla dolaştırıldığı doğrudan{0}}çip-çipe (D2C) sıvı soğutma -, niş bir uygulamadan ana akım bir gereksinime dönüştü. Tek hızlandırıcı çipler artık 1.200 W'a kadar ısı dağıtıyor ve raf-düzeyi yoğunlukları rutin olarak 60 kW ila 200 kW'a ulaşıyor. Hava soğutma bu rakamlara ayak uyduramaz. Ancak fanların akışkan döngülerle değiştirilmesi, daha önce kuru olan bir ortama yeni bir hassas mekanik bileşen kategorisinin getirilmesi anlamına geliyor. Valf seçimini doğru yapmak isteğe bağlı değildir. Yanlış anlamak pahalıdır.

Bu makale, D2C soğutma sistemlerinin küresel vanalardan gerçekte ne talep ettiğini, işlevsel rollerine göre ayırarak açıklıyor ve bu talepleri mühendisler ve satın alma ekipleri için somut spesifikasyon kriterlerine dönüştürüyor.

 

Veri merkezi sıvı soğutma CDU sistemi

 

D2C Soğutma Döngüleri Nasıl Yapılandırılmıştır?

Valf gereksinimlerini ele almadan önce, D2C sisteminde valflerin nerede bulunduğunu anlamak yardımcı olur.

Soğutma dağıtım ünitesi (CDU), döngünün kalbinde ısı eşanjörü ve pompa görevi görür. Sunucu raflarından sıcak dönüş suyunu çeker, tesisin soğutulmuş-su kaynağıyla ısı alışverişinde bulunur ve şartlandırılmış soğutma sıvısını besleme manifoldları aracılığıyla her bir rafa geri gönderir. Her bir rafın içinde, ikincil bir manifold ağacı, akışı bireysel soğuk plakalara yönlendirir. Her branşman noktasında ve bağlantıda vanalar dört farklı fonksiyondan birini yerine getirir: izolasyon, bypass anahtarlaması, akış modülasyonu veya acil kapatma.

Bu işlevlerin her biri kendi teknik gereksinimlerini taşır ve her küresel vana tasarımı dördünü de karşılamaz.

 

Dört Fonksiyonel Rol ve Her Birinin Talep Ettiği Şeyler

1. Bakım ve Yedeklilik için İzolasyon

D2C sistemlerinde en yaygın küresel vana uygulaması raf-seviyesinde izolasyondur. Bir sunucu tepsisinin değiştirilmesi gerektiğinde veya soğuk plakada sızıntı meydana geldiğinde, teknisyenlerin döngünün geri kalanını kapatmadan o dalın basıncını düşürmesi ve boşaltması gerekir.

İyi tasarlanmış-izolasyon mimarisi, raf-manifold bağlantısına-bağlantıda hem besleme hem de dönüş hatlarına vanalar yerleştirir. Bu, kendi başına bir işten çıkarma değildir. Büyük hiper ölçekli operatörlerin patentleri, her birinin kendi sızıntı tepsisine sahip olduğu, üst ve alt küresel vanaların bağımsız olarak çalıştığı ikili-valf izolasyon şemalarını açıklamaktadır. Üstteki valf arızalanırsa alttaki kapanır. Tepsinin içindeki bir sızıntı sensörü, insan müdahalesi olmadan ikincil kapatmayı otomatik olarak tetiklemek için bina yönetim sistemi (BMS) ile iletişim kurar.

Bu rol için kritik özellik, tam{0}}delikli tasarımdır; yani valf deliğinin iç çapı, boru çapıyla eşleşir. Azaltılmış-delikli bir valf, her izolasyon noktasında gereksiz bir basınç düşüşüne neden olur ve paralel olarak çalışan 20 veya daha fazla soğuk plakanın bulunduğu bir rafta bu düşüşler hızla birleşir.

Yalıtım görevi için spesifikasyon gereksinimleri: tam-geçici geometri, Sınıf VI sızıntı derecesi (esnek-yuvalı valfler için sektörün en sıkı standardı), nemli mekanik odalarda korozyona dayanıklılık için 316 paslanmaz çelik gövde ve BMS kontrol sinyalleriyle entegre çalıştırma.

2. Baypas ve Döngü Anahtarlama

A 3 yollu flanşlı küresel vanaD2C sistemlerinde teknik açıdan en zorlu işlerden birini gerçekleştiriyor: çalışma koşullarına bağlı olarak soğutma sıvısını birden fazla devre yolu arasında yönlendirmek.

Ortam sıcaklıklarının mekanik soğutmayı gerektirmeyecek kadar düşük olduğu bir serbest-soğutma yapılandırmasında, bu yapılandırma, soğutucuyu tamamen atlayarak ve önemli miktarda enerji tasarrufu sağlayarak besleme akışını bir baypas döngüsü üzerinden yönlendirir. Yedekli soğutma mimarilerinde, bir CDU'nun çevrimdışı duruma geçmesi durumunda ikinci bir bağlantı noktası, akışı birincil ve yedek soğutma döngüleri arasında yönlendirir.

Burada gereken hassasiyet, basit açma/kapama izolasyonundan daha yüksektir. Valf, binlerce çalışma döngüsü boyunca portları arasında tekrarlanabilir bir bölünme oranını korumalıdır. Birkaç derecelik konum sapması bile soğutma sıvısı dağılımını talaş bağlantı sıcaklıklarını etkileyecek kadar değiştirebilir. Bu, konum geri beslemeli elektrikli çalıştırmayı manuel çalıştırmaya göre tercih edilen seçenek haline getirir. Yarım-saniyelik aralıklarla dönen bir pnömatik aktüatör, acil müdahale için yeterince hızlıdır ancak sürekli modülasyon gerektiren uygulamalarda mekanik aşınmayı daha hızlı biriktirir.

Baypas ve döngü-anahtarlama görevi için, karakterize edilmiş bir T-bağlantı noktası veya L-bağlantı noktası delik geometrisine sahip bir valf, 4-20 mA veya 0-10 V DC kontrol girişli elektrikli aktüatör ve CDU yönetim denetleyicisine geri bağlanan konum geri bildirimi belirtin.

 

Leadtek 3 Yollu Flanşlı Küresel Vana

 

3. Raf-Seviyesinde Akış Modülasyonu

Bir veri merkezindeki tüm raflar aynı anda aynı termal yükte çalışmaz. Boştaki sunuculardan oluşan bir raf, tam AI eğitim iş yükü altında aynı raftan çok daha az ısı çeker. Soğutma sıvısı akışı, sunucu kullanımından bağımsız olarak maksimum hızda sabitlenirse pompalar günün her saati en kötü- senaryoyla orantılı olarak enerji tüketir.

Dinamik akış kontrolü bu sorunu giderir. Arlington'daki Texas Üniversitesi'nde yapılan araştırma, bir mikro servo motora bağlı V-kesmeli küresel vana kullanan, gerçek zamanlı kullanıma dayalı olarak sunucu rafı seviyesinde akışı modüle eden bir akış kontrol cihazının varlığını-gösterdi. Dolu bir rafta boşta koşullar altında sistem, pompalama enerjisinde %87'ye kadar azalma elde etti. Tam yük altında vana maksimum akışı sağlamak için tamamen açıldı.

V-kesimli (veya V-çentikli) küresel vana, özellikle modülasyonlu görev için tasarlanmıştır. Etkili bir şekilde tamamen açık veya tamamen kapalı olan standart bir tam-delikli bilyenin aksine, V-çentiği eşit-yüzdeli bir akış özelliği oluşturur: valf dönüşünün belirli bir artışı, akış hızında mutlak bir değişiklik yerine orantılı bir yüzde değişiklik üretir. Bu, vanayı, kontrolörün hedef besleme sıcaklığı ayar noktasını korumak için akışı sürekli olarak ayarladığı PID (orantılı-integral-türev) kontrol döngüleriyle uyumlu hale getirir.

4. Sızıntıya Müdahale ve Acil Durum Kapatma

Elektroniklerdeki soğutma sıvısı, veri merkezlerinde sıvı soğutmanın daha hızlı benimsenmesini engelleyen temel sorundur. Modern D2C sistemleri bu sorunu otonom korumayla ele alıyor: bir bağlantı noktasında nemi tespit ettikten sonra milisaniyeler içinde akışı kesen sızıntı tespit sensörleriyle eşleştirilmiş solenoid-harekete geçirilen küresel vanalar.

Acil kapatma görevi için, çalıştırma hızı ve arıza-güvenli davranışı, akış modülasyonu hassasiyetinden daha önemlidir. Pnömatik aktüatörler tercih edilir çünkü döngüleri yarım saniyeden kısa sürer ve kontrol sinyali kaybı durumunda yaylı-kapalı konuma dönecek şekilde yapılandırılabilirler. Bu başarısız-kapalı davranış, kontrol sisteminin kendi gücünü kaybetmesi durumunda donanımı korur.

 

Rolleri Spesifikasyonlara Dönüştürmek

D2C uygulamalarına yönelik çoğu vana spesifikasyonu, HVAC veya genel endüstriyel şablonlardan kopyalandığı için eksik belirtilmiştir. Aşağıdaki kriterler özellikle D2C görevi için geçerlidir.

Malzeme:Deiyonize su, su-glikol karışımları ve sıvı-soğutmalı veri salonunun. 304 paslanmaz ortamının aşındırıcı ortamıyla uyumluluk için 316 paslanmaz çelik gövde ve kaplama, düşük-gerilmeli bağlantı parçaları için kabul edilebilir ancak birincil izolasyon görevi için önerilmez.

Koltuk malzemesi:Yaygın D2C soğutma sıvısı kimyalarıyla uyumluluk ve D2C raf dalındaki tipik basınç penceresi olan 5 ila 15 PSI çalışma diferansiyelinde uzun vadeli sızdırmazlık performansı için PTFE veya TFM (daha iyi boyutsal stabiliteye sahip değiştirilmiş bir PTFE).

Bağlantıları sonlandır:Modern sunucu rafı tasarımlarında sıhhi borulara geçiş, birçok raf-seviye valfinin artık dişli NPT veya flanşlı bağlantılar yerine üç-kelepçe veya benzeri hijyenik uç bağlantıları gerektirdiği anlamına geliyor. Üç adet ayrılabilir gövde parçasına sahip 3 PC Küresel Vana konfigürasyonu, vanayı hattan çıkarmadan koltuğun değiştirilmesini sağlar; bu, erişimin kısıtlı olduğu yoğun raf ortamlarında önemli bir bakım avantajı sağlar. Leadtek'in üç-parçalı serisi, uzatılmış termal döngü sayesinde boyutsal doğruluğu koruyan hassas CNC-işlenmiş 316 paslanmaz çelik gövdeler kullanılarak, tam olarak bu servis kolaylığı gereksinimine göre tasarlanmıştır.

Sızıntı sınıfı:ANSI/FCI 70-2'ye göre Sınıf VI, çeyrek turlu küresel vana tasarımında elde edilebilecek en sıkı sızıntı standardı.

Çevrim ömrü:Yapay zeka veri merkezleri sürekli olarak çalışır ve CDU baypas devrelerindeki kontrol valfleri günde yüzlerce kez döngü yapabilir. Elektrikle çalıştırılan valfler için minimum 500.000 çalıştırmadan oluşan döngü sayısı-makul bir tedarik tabanıdır. Üreticiyle doğrulayın ve taahhütte bulunmadan önce beklenen BMS kontrol sıklığına karşı-çapraz referans verin.

BMS entegrasyonu:D2C sistemleri, tüm tesis genelinde sıcaklığı, akışı ve basıncı izleyen bina yönetim sistemleri tarafından kontrol edilir. Valflerin gerçekten komut verilen konuma hareket ettiğinin kapalı-döngü doğrulamasını sağlamak için valfler, standart analog kontrol sinyallerini ve dönüş konumu geri bildirimini aynı protokol üzerinden kabul etmelidir.

 

Konuma Göre Doğru Valf Konfigürasyonunun Seçilmesi

Daha genişpaslanmaz çelik küresel vanakategorisi çok çeşitli konfigürasyonları kapsar ve her konfigürasyon bir D2C döngüsündeki her konum için uygun değildir.

Boru çaplarının en büyük ve basınçların en yüksek olduğu CDU ana bağlantısında, el- çarkıyla çalıştırılan flanşlı küresel vanalar, seyrek izolasyon için tipiktir. Raf manifoldu düzeyinde, elektrikli aktüatörlü kompakt 2-parçalı veya 3{-parçalı gövdeler daha pratiktir çünkü raf erişimi sınırlıdır. Hızlı sökülebilir servis kolaylığının tasarımı yönlendirdiği sunucu tepsisi seviyesinde, üçlü kelepçe uçlu sıhhi küresel vanalar endüstri standardı haline geliyor.

Pozisyondan bağımsız olarak bir seçim prensibi geçerlidir: Vananın kontrol ettiği toplam sistem basınç farkının ne kadarının branşman basınç düşüşünün en az %50'si olması gerektiğini açıklayan vana yetkisi. Yetersiz otoriteye sahip vanalar, sistemin diğer dirençlerinin akış davranışına hakim olması nedeniyle etkili bir şekilde modülasyon yapamaz.

Quzhou, Zhejiang'daki 37.000 metrekarelik bir üretim tesisinde faaliyet gösteren Leadtek Fluid, CDU'daki flanşlı izolatörlerden soğuk plaka şubesindeki sıhhi vanalara kadar D2C sistem katmanlarında kullanılan vana konfigürasyonlarının tamamını üretmektedir. 30 yılı aşkın hassas döküm ve CNC işleme deneyimi, ISO 9001 ve CE sertifikaları ve şirket içi Ar-Ge yoluyla geliştirilen 100 veya daha fazla sertifikalı küresel vana çeşidiyle Leadtek, 80'den fazla ülkede D2C sistem entegratörleri ve veri merkezi operatörleri tedarik etmektedir.

 

Özet ve Eylem Önerileri

Doğrudan{0}}talaşa- soğutma, soğuk plakaların kötü tasarlanmış olması nedeniyle başarısız olmaz. Basınç dengesizliklerinin, yetersiz izolasyonun ve yavaş acil durum müdahalesinin yönetilebilir olayları maliyetli olaylara dönüştürdüğü dağıtım katmanında başarısız olur.

D2C küresel vanalar için bir satın alma siparişi vermeden önce aşağıdakileri onaylayın:

Basınç düşüşlerinin artmasından kaçınmak için tüm izolasyon noktalarında tam-geçişli geometri

Her bypass veya döngü-anahtarlama konumunda konum geri beslemeli üç-yollu yapılandırma

316 paslanmaz çelik gövde ve raf ikincil döngüsü boyunca TFM koltuk malzemesi

Beklenen BMS kontrol frekansına göre doğrulanan çevrim ömrü derecelendirmesi

Sürekli çalışan herhangi bir valf için Sınıf VI sızıntı oranı

Rafta kullanılan boru standardına uygun uç bağlantı tipi

Bu özellikleri kurulumdan hemen önce almak, sunucular çalıştırıldıktan sonra akış dengesizliği sorunlarını teşhis etmekten çok daha ucuzdur.

 

SSS

D2C soğutma sistemindeki 2 yollu ve 3 yollu flanşlı küresel vana arasındaki fark nedir?2-yollu vananın bir girişi ve bir çıkışı vardır ve açma/kapama veya modülasyon kontrolünü tek bir hat üzerinden gerçekleştirir. Üç-yollu bir tasarımda üç bağlantı noktası bulunur; bu, akışı iki yol (T-bağlantı noktası) arasında yönlendirmeye veya iki kaynaktan (L-bağlantı noktası) akışları karıştırmaya olanak tanır. D2C sistemlerinde bu konfigürasyon baypas devrelerine, artıklık anahtarlamasına ve serbest soğutmalı ekonomizer kontrolüne hizmet eder.

Sıvı soğutma devrelerinde neden 304 yerine 316 paslanmaz çelik tercih ediliyor?316 paslanmaz, klorür- kaynaklı çukurlaşma ve çatlak korozyonuna karşı direnci önemli ölçüde artıran molibden içerir. Veri merkezi soğutma suyu, kimyasal olarak arıtıldığında bile valf iç kısımlarını, 304'ün düşük-temaslı bağlantılarda yeterince idare ettiği ancak sürekli akış altındaki yüksek-döngülü yuvalarda ve gövdelerde daha az güvenilir olan koşullara maruz bırakır.

D2C sistemindeki küresel vanalar ne sıklıkla kontrol edilmelidir?Yalnızca bakım sırasında değiştirilen manuel izolasyon valfleri genellikle yıllık inceleme gerektirir. BMS komutu altında çalışan elektrikle çalıştırılan kontrol valfleri, üreticinin çevrim-ömrüne uygun olmalı ve yuva muayenesi nominal ömrün %50'si olarak planlanmalıdır. Üç-parçalı gövde tasarımları bu denetimi basitleştirir çünkü gövde, hattı hizmet dışı bırakmadan koltuğa erişim için ayrılır.

"Vana yetkisi" ne anlama gelir ve D2C akış modülasyonu için neden önemlidir?Valf otoritesi, tam açık durumdaki valfteki basınç düşüşünün branşman devresindeki toplam basınç düşüşüne oranıdır. Düşük otoriteye sahip bir valf, devrenin diğer dirençlerinin baskın olması nedeniyle akışı etkili bir şekilde düzenleyemez. 5 ila 15 PSI diferansiyelde çalışan D2C branşmanlarında, anlamlı modülasyon aralığını korumak için kontrol vanasının tam-açık akışta bu basınç bütçesinin en az yarısını karşılaması gerekir.

Standart HVAC küresel vanaları doğrudan{0}}talaşlı soğutma uygulamalarında kullanılabilir mi?Güvenilir değil. Standart HVAC vanaları, D2C raf dallarının gerektirdiğinden çok daha yüksek akış hızları ve daha kaba kontrol sağlayacak şekilde boyutlandırılmıştır. Aktüatörleri genellikle CDU yönetim sistemi zamanlaması için çok yavaştır ve koltuk malzemeleri deiyonize soğutma suyunda kullanılan korozyon önleyici paketlerle uyumlu olmayabilir. D2C-uyumlu valfler, düşük-basınç farkı, yüksek döngü değerleri, sıhhi ve korozyona-dirençli malzemeler ve BMS sinyal uyumluluğu için seçilir. Bir D2C şubesinde büyük boyutlu bir HVAC valfinin kullanılması, CDU kontrol döngülerinde avlanma istikrarsızlığının yaygın bir kaynağıdır.