Messung des Flüssigkeitsabbaus in flüssigglykolbasierten Kühlsystemen für Rechenzentren

Inhaltsverzeichnis

• Einführung
• Kühl- und Kältemittelsysteme
• Flüssigkeitsbasierte Kühlung
• Direkte Flüssigkeitskühlung zum Chip
• Tauchkühlung
• Überwachung und Kontrolle
• Rheonics Sensoren
• Sensorinstallation
• HPT-12G (nur gültig für SRV)
• IFC-34N (Varianten für SRV und SRD verfügbar)
• FET Tri-Clamp Ellenbogen-T-Shirt
• Referenzen

Mit zunehmender Dichte und steigendem Rechenbedarf von Rechenzentren stoßen herkömmliche luftgekühlte Architekturen immer mehr an ihre Grenzen hinsichtlich Wärmemanagement, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit. Die Flüssigkeitskreislaufkühlung – mit Wasser oder Wasser-Glykol-Gemischen als primärem Wärmetransportmedium – hat sich als eine der effizientesten und skalierbarsten Lösungen etabliert. Daher ist die kontinuierliche Überwachung der Kühlleistung unerlässlich. Dies lässt sich unter anderem durch die Analyse der Kühlmitteleigenschaften direkt im System erreichen. Eigenschaften wie thermische Degradation, Glykolkonzentration, Kontamination, Biofouling, Brix-Wert, Gefrierpunkt usw. können durch direkte Messungen ermittelt werden. Rheonics' Inline-Dichte- und Viskositätssensoren.

Die grundlegende Funktion eines Kühlsystems besteht darin, Wärme von einem Ort abzuführen und an einen anderen zu transportieren, wodurch der ursprüngliche Ort abkühlt. Wärme fließt auf natürliche Weise von wärmeren zu kälteren Bereichen durch Wärmeleitung (fester Kontakt), Konvektion (Flüssigkeitsbewegung) und Wärmestrahlung (elektromagnetische Wellen).

• Kälteanlagen: Diese Systeme basieren auf einem Kältemittel, das Phasenübergänge durchläuft – Verdampfung zur Wärmeaufnahme und Kondensation zur Wärmeabgabe – wie beispielsweise bei Kältemaschinen, Klimaanlagen und Wärmepumpen.
• Systeme für fühlbare Wärme: Diese Systeme basieren auf sensible Wärmeübertragung Sie verwenden Kühlflüssigkeiten oder Luft anstelle von Kältemitteln. Diese bestehen typischerweise aus zwei Kreisläufen:
• a. Ein Primärkreislauf, der ein Fluid nutzt, um Wärme von der Quelle aufzunehmen.
• b. Ein sekundärer Kreislauf, der dem erwärmten Primärfluid Wärme entzieht. Der sekundäre Kreislauf ist häufig ein Kältesystem oder ein externes Wärmeabfuhrsystem, wie beispielsweise Kühltürme oder Trockenkühler, die die Wärme an die Umgebung abgeben.

Der Hauptvorteil der flüssigkeitsbasierten Kühlung besteht darin, dass Flüssigkeit ist wesentlich effizienter als Luft. Wenn es um Wärmeübertragung geht, bedeutet das: reine Flüssigkeitskühlung Unerlässlich für moderne, hochdichte Rechenzentren, insbesondere solche, die KI und High-Performance Computing (HPC) unterstützen.

Flüssigkeitsrückführungskreisläufe (LRLs) bieten:

• Höhere Wärmekapazität im Vergleich zu Luft
• Geringere Pumpenergie für den gleichen Wärmetransport
• Höhere thermische Stabilität
• Kompatibilität mit Direct-to-Chip- (D2C) und Immersionskühllösungen

Sowohl die Direktkühlung als auch die Immersionskühlung sind Rezirkulationssysteme, die einen primären Kreislauf zur Wärmeaufnahme und einen sekundären Kreislauf zur Wärmeabfuhr nutzen.

Die D2C-Kühlung besteht aus der Rezirkulation von flüssigem Kühlmittel direkt über die heißesten Komponenten eines Rechenzentrums, typischerweise die CPUs und GPUs. Kalte Platten Darüber hinaus wird im Primär- und Sekundärkreislauf entweder deionisiertes Reinstwasser oder ein Gemisch daraus mit Glykol verwendet.

Propylenglykol (PG) ist heutzutage das bevorzugte Kühlmittel für Wassermischungen, da es ungiftig und nicht brennbar ist, nicht zur globalen Erwärmung beiträgt und im Vergleich zu anderen Sekundärflüssigkeiten optimale Leistung bietet. PG hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine höhere Viskosität als reines Wasser. Daher führt die Glykol-Wasser-Mischung zu einem geringeren Wärmeaustausch und erfordert mehr Energie zum Pumpen. Allerdings hat PG einen niedrigeren Gefrierpunkt und einen höheren Siedepunkt als Wasser. Daher wird es eingesetzt, wenn die Gefahr besteht, dass deionisiertes Wasser in der Leitung gefriert oder verdampft. PG verhindert außerdem die Bildung von Bakterien in der Wasserleitung.

D2C wird häufig aufgrund seiner einfacheren Integration in bestehende, groß angelegte Rechenzentren (wie Hyperscaler) gewählt, in denen die IT-Hardware für den Betrieb mit Standard-Kaltwasser oder speziellen nichtleitenden Flüssigkeiten ausgelegt ist und eine niedrigere Versorgungstemperatur für eine hohe Sicherheitsmarge erwünscht ist.

Immersionskühlung gewinnt in Rechenzentren mit sehr hoher Leistungsdichte zunehmend an Bedeutung. Dabei werden die Rechenzentren oder Racks mit CPUs und GPUs vollständig in eine dielektrische Flüssigkeit wie Mineralöl oder synthetische Flüssigkeiten eingetaucht. Die Wärme wird dann durch Wärmeleitung und Konvektion von den Racks an die Flüssigkeit abgegeben. Die Art der Immersionskühlung bestimmt, wie die Flüssigkeit umgewälzt wird, um die gewünschte Kühltemperatur zu halten.

Bei der einphasigen Immersionskühlung wird das Fluid mithilfe eines Sekundärkreislaufs, üblicherweise über einen Wärmetauscher, mit Flüssigkeit oder Luft im flüssigen Zustand gehalten. Glykol-Wasser-Gemische sind im Sekundärkreislauf ebenfalls üblich.

Bei der Zweiphasen-Tauchkühlung geht das Fluid durch Verdunstung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Eine Kondensatorschlange oberhalb des Tauchbehälters fängt den Flüssigkeitsdampf auf und senkt dessen Temperatur mithilfe eines zweiten Kreislaufs, um ihn wieder zu verflüssigen, sodass die Flüssigkeit zurück in den Behälter fließen kann.

Die Tauchkühlung ist im Betrieb bei ... hochwirksam. höhere Kühlmitteleintrittstemperaturen Da der gesamte Server untergetaucht ist, wird eine gleichmäßige Kühlung aller Komponenten gewährleistet und Hotspots werden vermieden. Diese höhere Betriebstemperatur ist ein wesentlicher Faktor für seine hohe Energieeffizienz.

Die Steuerung der Kühlflüssigkeiten erfolgt über die Kühlmittelverteiler (CDUs). Diese sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Kühlleistung, da sie eine konstante Zirkulation, Druckverteilung und Durchflussmenge gewährleisten. Sie sind mit externen Steuerungen integriert, um Pumpendrehzahlen, Ventile, Alarme und Redundanzlogik zu regeln.

Inline-Sensoren sind für die Prognose und das Gesundheitsmanagement (PHM) unerlässlich und ermöglichen es den Bedienern, den Zustand und die Konzentration des Kühlmittels direkt zu überwachen.

Wichtige Parameter, die im LRL überwacht werden (insbesondere die Glykol-Wasser-Kreislauf):

• Vorlauf-/Rücklauftemperatur: Entscheidend für die Bestimmung der Wärmelast und der Systemeffizienz
• Durchflussmenge und Differenzdruck der Pumpe: Wichtige Indikatoren für den Pumpenergieverbrauch (PUE) und mögliche Verstopfungen (Ablagerungen).
• Glykolkonzentration: Dichte- und Viskositätssensoren Sie eignen sich zur genauen Überwachung des Glykolanteils. Dies ist von entscheidender Bedeutung, denn:
• Es überprüft die Glykolkonzentration und Gefrierpunkt des Kühlmittels.
• Es ermöglicht die Berechnung der tatsächlicher Massenstrom und stellt sicher, dass die Pumpe keine Energie durch Überwindung übermäßiger Viskosität verschwendet.
• Leitfähigkeit und Wasserqualität: Misst die Reinheit und das Korrosionspotenzial des Wassers (insbesondere in DI-Wasserkreisläufen), da selbst Spurenverunreinigungen zu Bauteilschäden führen können.

Rheonics Inline-Dichte- und Viskositätssensoren basieren auf einer Balanced Torsional Resonator (BTR)-Technologie, die die Eigenschaften von Fluiden durch direkten Kontakt und Auswertung der Fluideffekte auf die Resonanzfrequenz und Dämpfung des Resonators misst.

Rheonics Inline-Sensoren wie das SRV-Inline-Viskosimeter und das SRD-Inline-Dichte- und Viskositätsmessgerät eignen sich zur Überwachung von Wärmeträgerflüssigkeiten wie Glykol-Wasser-Kühlmitteln und Mineralölen in der D2C- und Immersionskühlung.

Das Rheonics Vorteile sind:

• Kompaktheit: Rheonics Die Sensorsonden sind klein und kompakt, wodurch sie sich ideal für die flexible Montage auf engstem Raum eignen, beispielsweise in Gestellen, Kühlmittel-Umwälzleitungen und Tauchtanks.
• Robustheit: Der Sensor funktioniert unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, niedrigen Temperaturen oder Mehrphasenflüssigkeiten: Schmutzwasser, Korrosionsprodukte, Biofilm, verstreute Partikel in der Flüssigkeit können sich als geringes Rauschen in den Messwerten äußern, der Sensor ist jedoch in der Lage, die Viskosität und Dichte der Flüssigkeit zuverlässig zu messen.
• Wartungsfrei: Keine beweglichen Teile, die während der Betriebsdauer des Sensors zu Abweichungen führen können.

Integrieren Sie die Rheonics Sensorsonde in die Polymerrohre oder Edelstahlrohre einführen Rheonics Inline-Durchflusszellen und Schweißverbindungen oder Standardanschlüsse und Flansche.

Diese kleine Durchflusszelle benötigt nur ein minimales Flüssigkeitsvolumen und verfügt über G1/2"-Außengewindeanschlüsse am Ein- und Auslass. Die Abdichtung erfolgt mit FKM oder FFKM (für hohe Temperaturen). O-Ring. Siehe Produktseite.

Diese Durchflusszelle ist in verschiedenen Varianten erhältlich. Rheonics SRV und SRD. Es verfügt über 3/4"-NPT-Innengewinde und ist somit ideal für kleine Leitungen, insbesondere der Größen 3/4" oder 1". Siehe IFC-34N-SRV und IFC-34N-SRD.

Dieses Zubehörteil ist in den Größen 1.5", 2" und 3" erhältlich. Tri-Clamp Anschlüsse am Einlass, Auslass und Sondenanschluss. Siehe Produktseite.

FTP T-Spulenstück

Diese in Größen ab 2 Zoll erhältliche Zelle positioniert die Sonde senkrecht zur Strömungsrichtung und minimiert gleichzeitig Totzonen. Siehe Produktseite.

Direkte Installation von Rheonics Die Installation von SRV- und SRD-Sonden in der Kühlmittelhauptleitung oder den Zuleitungen ist mit Weldolets wie beispielsweise folgenden möglich:

WOL-34NL (geeignet für SRV und SRD)

HAW-12G-OTK (gilt für SRV und SRD), FKM oder FFKM (für hohe Temperaturen) wird verwendet, um eine Verbindungsabdichtung herzustellen.

Kühlmittelverteilungseinheiten (CDUs) für Flüssigkeitskühlung verstehen