قياس تدهور السوائل في أنظمة التبريد القائمة على الجليكول السائل لمراكز البيانات

جدول المحتويات

• المقدمة
• أنظمة التبريد والتكييف
• التبريد السائل
• التبريد السائل المباشر للرقاقة
• تبريد الغمر
• الرصد والمراقبة
• Rheonics أجهزة الاستشعار
• تركيب المستشعر
• HPT-12G (صالح للاستخدام مع SRV فقط)
• IFC-34N (تتوفر إصدارات مختلفة لـ SRV و SRD)
• المجالي Tri-Clamp تي شيرت الكوع
• مراجع حسابات

مع تزايد كثافة مراكز البيانات وازدياد متطلبات الحوسبة، تواجه البنى التقليدية المبردة بالهواء صعوبة متزايدة في تلبية متطلبات الإدارة الحرارية وكفاءة الطاقة والموثوقية. وقد برز تبريد حلقة إعادة تدوير السائل - باستخدام الماء أو مخاليط الماء والجليكول كوسيط أساسي لنقل الحرارة - كأحد أكثر الحلول كفاءة وقابلية للتوسع. ولذلك، أصبح من الضروري مراقبة أداء التبريد باستمرار، وهو ما يمكن تحقيقه، من بين طرق أخرى، من خلال تقييم خصائص سائل التبريد في خط التبريد. ويمكن تتبع خصائص مثل التدهور الحراري، وتركيز الجليكول، والتلوث، والتلوث البيولوجي، ومستويات بريكس، ونقطة التجمد، وما إلى ذلك، من خلال قياسات مباشرة. Rheonicsأجهزة استشعار الكثافة واللزوجة المدمجة.

تتمثل الوظيفة الأساسية لنظام التبريد في إزالة الحرارة من مكان ما ونقلها إلى مكان آخر، مما يجعل المكان الأصلي أكثر برودة. تتدفق الحرارة بشكل طبيعي من المناطق الأكثر دفئًا إلى المناطق الأكثر برودة من خلال التوصيل (التلامس الصلب)، والحمل الحراري (حركة السوائل)، والإشعاع (الموجات الكهرومغناطيسية).

• أنظمة التبريد: تعتمد هذه الأنظمة على مادة التبريد التي تخضع لتغيرات في الحالة - التبخر لامتصاص الحرارة والتكثيف لطرد الحرارة - كما هو الحال في المبردات ومكيفات الهواء ومضخات الحرارة.
• أنظمة التدفئة المحسوسة: تعتمد هذه الأنظمة على انتقال الحرارة المحسوسة باستخدام سوائل التبريد أو الهواء بدلاً من المبردات. تتكون هذه الأنظمة عادةً من حلقتين:
• أ. حلقة أساسية تستخدم سائلاً لامتصاص الحرارة من المصدر.
• ب. حلقة ثانوية تزيل الحرارة من السائل الأساسي المُسخّن. غالبًا ما تكون الحلقة الثانوية نظام تبريد أو نظام طرد حرارة خارجي، مثل أبراج التبريد أو المبردات الجافة، والتي تُطلق الحرارة إلى البيئة المحيطة.

تتمثل الميزة الأساسية للتبريد القائم على السوائل في أن السائل أكثر كفاءة بكثير من الهواء عندما يتعلق الأمر بانتقال الحرارة. وهذا يجعل التبريد السائل النقي ضروري لمراكز البيانات الحديثة عالية الكثافة، وخاصة تلك التي تدعم الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء (HPC).

توفر حلقات إعادة تدوير السوائل (LRLs) ما يلي:

• سعة حرارية أعلى مقارنة بالهواء
• انخفاض طاقة الضخ لنفس نقل الحرارة
• استقرار حراري أكبر
• التوافق مع حلول التبريد المباشر إلى الشريحة (D2C) وحلول التبريد بالغمر

كل من نظام التبريد المباشر للمستهلك ونظام التبريد بالغمر هما نظامان لإعادة التدوير يستخدمان حلقة أساسية لامتصاص الحرارة وحلقة ثانوية لطردها.

تعتمد تقنية التبريد المباشر للمستهلك (D2C) على إعادة تدوير سائل التبريد مباشرة فوق أكثر المكونات سخونة في مركز البيانات، وعادةً ما تكون وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات، باستخدام أطباق باردة فوقها. السائل المستخدم في الدائرة الأولية والثانوية إما ماء نقي منزوع الأيونات أو خليط منه مع الجليكول.

يُعدّ البروبيلين جليكول (PG) حاليًا سائل التبريد المُفضّل عند مزجه بالماء، نظرًا لكونه غير سام، وغير قابل للاشتعال، ولا يُساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري، ويُوفّر أداءً مثاليًا مُقارنةً بسوائل التبريد الأخرى. يتميّز البروبيلين جليكول بموصلية حرارية أقل ولزوجة أعلى من الماء النقي، لذا فإنّ مزيج الجليكول والماء يُؤدّي إلى تبادل حراري أقل ويتطلّب طاقة أكبر للضخ. مع ذلك، يتميّز البروبيلين جليكول بانخفاض درجة تجمّده وارتفاع درجة غليانه مُقارنةً بالماء، لذا يُستخدم عند وجود خطر تجمّد أو تبخّر الماء منزوع الأيونات في الأنابيب. كما يُساهم البروبيلين جليكول في منع تكوّن البكتيريا في خط المياه.

غالباً ما يتم اختيار D2C لسهولة دمجها في مراكز البيانات الكبيرة القائمة (مثل مراكز البيانات فائقة التوسع) حيث تم تصميم أجهزة تكنولوجيا المعلومات للعمل مع المياه المبردة القياسية أو السوائل غير الموصلة المتخصصة، ويتم الرغبة في درجة حرارة إمداد منخفضة لتحقيق هامش أمان عالٍ.

يكتسب التبريد بالغمر شعبية متزايدة في مراكز البيانات ذات الكثافة العالية جدًا. ويتطلب هذا النوع من التبريد غمر مركز البيانات أو رفوف وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات بالكامل في سائل عازل، مثل الزيت المعدني أو السوائل الاصطناعية. ثم تنتقل الحرارة من الرفوف إلى السائل عن طريق التوصيل الحراري والحمل الحراري. وتُحدد طريقة إعادة تدوير السائل للحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة للتبريد نوع التبريد بالغمر.

يُحافظ التبريد بالغمر أحادي الطور دائمًا على السائل في حالة سائلة باستخدام حلقة ثانوية، عادةً من خلال مبادل حراري، مع سائل أو هواء. وتُعدّ مخاليط الجليكول والماء شائعة الاستخدام في الحلقة الثانوية.

تعتمد عملية التبريد بالغمر ثنائي الطور على تحول السائل من الحالة السائلة إلى الحالة البخارية عن طريق التبديد. يقوم ملف مكثف أعلى خزان الغمر باحتجاز البخار السائل وخفض درجة حرارته بفضل حلقة ثانوية لتحويله إلى الحالة السائلة مرة أخرى، مما يسمح للسائل بالعودة إلى الخزان.

يُعد التبريد بالغمر فعالاً للغاية في التشغيل عند ارتفاع درجات حرارة مدخل سائل التبريد وذلك لأن الخادم بأكمله مغمور بالماء، مما يوفر تبريدًا متجانسًا لجميع المكونات ويقضي على النقاط الساخنة. وتُعد درجة حرارة التشغيل المرتفعة هذه عاملاً رئيسيًا في كفاءته العالية في استهلاك الطاقة.

تعتمد عملية التحكم في سوائل التبريد على وحدات توزيع سائل التبريد (CDUs). وتُعد هذه الوحدات أساسية للحفاظ على كفاءة التبريد من خلال ضمان دوران وضغط وتوزيع تدفق ثابتين. وهي مُدمجة مع وحدات تحكم خارجية لإدارة سرعات المضخات والصمامات وأجهزة الإنذار ومنطق النسخ الاحتياطي.

تعتبر أجهزة الاستشعار المدمجة ضرورية للتنبؤات وإدارة الصحة (PHM)، مما يسمح للمشغلين بمراقبة صحة وتركيز سائل التبريد بشكل مباشر.

المعايير الرئيسية التي يتم رصدها في مختبر أبحاث الخط الأحمر (وخاصة حلقة الجليكول والماء):

• درجة حرارة الإمداد/العودة: يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية لتحديد الحمل الحراري وكفاءة النظام.
• معدل التدفق وفرق ضغط المضخة: المؤشرات الرئيسية لطاقة الضخ (PUE) والانسدادات المحتملة (التلوث).
• تركيز الجليكول: مجسات الكثافة واللزوجة تُعدّ هذه الطريقة مفيدة لمراقبة نسبة الجليكول بدقة. وهذا أمر بالغ الأهمية للأسباب التالية:
• يتحقق من تركيز الجليكول و نقطة التجمد من سائل التبريد.
• يسمح ذلك بحساب معدل تدفق الكتلة الفعلي ويضمن ذلك عدم إهدار المضخة للطاقة في التغلب على اللزوجة المفرطة.
• الموصلية وجودة المياه: يقيس نقاء الماء وإمكانية تآكله (خاصة في حلقات الماء منزوع الأيونات)، حيث أن حتى الملوثات الضئيلة يمكن أن تؤدي إلى تلف المكونات.

Rheonics تعتمد أجهزة استشعار الكثافة واللزوجة المدمجة على تقنية الرنان الالتوائي المتوازن (BTR) التي تقيس خصائص السائل عن طريق الاتصال المباشر وتقييم تأثيرات السائل على تردد الرنين والتخميد.

Rheonics تُعد أجهزة الاستشعار المدمجة، مثل مقياس اللزوجة المدمج SRV ومقياس الكثافة واللزوجة المدمج SRD، مناسبة لمراقبة سوائل نقل الحرارة مثل مبردات الجليكول والماء والزيوت المعدنية في التبريد المباشر إلى المكثف والتبريد بالغمر.

استخدم Rheonics من مزاياها ما يلي:

• الاكتناز: Rheonics تتميز مجسات الاستشعار بصغر حجمها وصغر حجمها، مما يجعلها مثالية للتركيب المرن في المساحات الصغيرة مثل الرفوف وخطوط إعادة تدوير سائل التبريد وخزانات الغمر.
• المتانة: يعمل المستشعر بغض النظر عن تدفق السوائل أو درجة الحرارة المنخفضة أو السوائل متعددة الأطوار: يمكن أن تظهر المياه العكرة ومنتجات التآكل والأغشية الحيوية والجسيمات المتناثرة داخل السائل كضوضاء صغيرة في القراءات، ومع ذلك، فإن المستشعر قادر على قياس لزوجة السائل وكثافته بشكل موثوق.
• لا يحتاج إلى صيانة: لا يوجد جزء متحرك يمكن أن يتسبب في انحراف خلال فترة تشغيل المستشعر.

دمج Rheonics قم بإدخال مسبار الاستشعار في الأنابيب البوليمرية أو أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام Rheonics خلايا التدفق المدمجة واللحامات أو الوصلات والشفاه القياسية.

تتميز هذه الخلية التدفقية الصغيرة بمتطلبات حجم سائل ضئيلة، وتحتوي على منافذ ملولبة ذكرية قياس G1/2 بوصة عند المدخل والمخرج. ويتم إحكام الإغلاق باستخدام مادة FKM أو FFKM (للاستخدام في درجات الحرارة العالية). O-Ring. انظر صفحة المنتج.

تتوفر لهذا النوع من خلايا التدفق متغيرات مختلفة لـ Rheonics صمام SRV وصمام SRD. يحتوي على منافذ أنثوية NPT مقاس 3/4 بوصة، مما يجعله الخيار الأمثل للخطوط الصغيرة، وخاصةً ذات المقاسات 3/4 بوصة أو 1 بوصة. انظر IFC-34N-SRV وIFC-34N-SRD.

هذا الملحق متوفر بمقاسات 1.5 بوصة و2 بوصة و3 بوصات، ويستخدم Tri-Clamp التوصيلات عند المدخل والمخرج ومنفذ المسبار. انظر صفحة المنتج.

قطعة بكرة FTP على شكل حرف T

تتوفر هذه الخلية بأحجام 2 بوصة أو أكبر، وتضع المسبار بشكل عمودي على تدفق السائل مع الحفاظ على المناطق الميتة عند الحد الأدنى. انظر صفحة المنتج.

التثبيت المباشر لـ Rheonics يمكن تركيب مجسات SRV وSRD في خطوط التبريد الرئيسية أو خطوط الإمداد باستخدام وصلات اللحام مثل:

WOL-34NL (مناسب لمركبات الاستطلاع السطحي ومركبات الاستطلاع السطحي)

HAW-12G-OTK (صالح لـ SRV و SRD)، يتم استخدام FKM أو FFKM (لدرجات الحرارة العالية) لإنشاء ختم اتصال.

فهم وحدات توزيع سائل التبريد (CDUs) للتبريد السائل