Chłodzenie cieczą, powietrzem procesora CPU, GPU i rola szybkozłączy

Dlaczego tradycyjne chłodzenie powietrzem nie zawsze wystarcza?

W systemie chłodzonym powietrzem ciepło musi przejść kolejno z elementu elektronicznego do radiatora, następnie do przepływającego powietrza, dalej do przestrzeni serwerowni, a ostatecznie do instalacji klimatyzacyjnej lub wymiennika. Każdy z tych etapów wprowadza opór cieplny. W bezpośrednim chłodzeniu cieczą droga transportu ciepła jest krótsza. Płyta chłodząca, nazywana również cold plate, jest montowana bezpośrednio na procesorze, układzie GPU, pamięci lub innym elemencie o dużej emisji ciepła. Przepływające przez nią chłodziwo odbiera energię i transportuje ją do jednostki CDU lub nadrzędnego układu odbioru ciepła.

Jeżeli szybkozłącze ogranicza przepływ, zmniejsza się zdolność układu do odprowadzania ciepła albo konieczne staje się zwiększenie ciśnienia pompy. Dlatego szybkozłącze powinno być oceniane nie tylko pod kątem średnicy gwintu, ale przede wszystkim pod względem rzeczywistej średnicy przepływu oraz charakterystyki spadku ciśnienia.

Gdzie w instalacji chłodzenia data center stosuje się szybkozłącza?

W nowoczesnym centrum danych można wyróżnić kilka poziomów dystrybucji cieczy.

Połączenie instalacji obiektowej z jednostką CDU

CDU, czyli Coolant Distribution Unit, rozdziela chłodziwo pomiędzy instalację budynkową a obieg technologiczny serwerów. Jednostka może odpowiadać za regulację temperatury, ciśnienia, natężenia przepływu, filtrację, odpowietrzanie oraz separację dwóch obiegów za pomocą wymiennika ciepła. Na króćcach wlotowych i wylotowych CDU stosuje się zazwyczaj złącza o dużej średnicy przepływu. Muszą one przenosić znaczną ilość chłodziwa przy minimalnym spadku ciśnienia. Ze względu na siły występujące podczas łączenia pod ciśnieniem często wykorzystywane są konstrukcje skręcane, takie jak CEJN OCP LQC lub CEJN ultraFLOW STC. CEJN podkreśla, że w jednostkach CDU preferowane bywają połączenia śrubowe, ponieważ umożliwiają kontrolowane i wygodne łączenie przewodów pod ciśnieniem roboczym.

Połączenie CDU z kolektorem rackowym

Z jednostki CDU chłodziwo trafia do szaf serwerowych lub do grupy szaf. Na tym poziomie wymagany jest kompromis między dużym przepływem, kompaktową konstrukcją i łatwością serwisowania. Stosowane są między innymi:

• szybkozłącza ręczne UQD,

• złącza CEJN ultraFLOW,

• złącza CEJN NON-DRIP,

• złącza UQD i Thermoline EISELE,

• kompletne przewody zakończone odpowiednimi złączami.

Połączenie kolektora z modułem serwerowym

Każdy serwer, kaseta obliczeniowa lub moduł GPU może mieć indywidualny przewód zasilający i powrotny. W takiej instalacji liczba punktów połączeniowych jest bardzo duża, dlatego szczególnego znaczenia nabierają niewielkie gabaryty, mała masa, obsługa jedną ręką, kodowanie kolorystyczne, mała siła łączenia, minimalne wprowadzenie powietrza oraz możliwość wielokrotnej wymiany serwera. Na tym poziomie stosuje się szybkozłącza UQD oraz rozwiązania typu blind-mate.

Połączenia typu blind-mate

W konstrukcjach typu blind-mate operator nie musi ręcznie łączyć każdej pary złączy. Wtyk i gniazdo łączą się automatycznie podczas wsuwania kasety lub serwera do szafy rackowej. Takie rozwiązanie musi umożliwiać kompensację niewspółosiowości. Złącze powinno kompensować niewielkie przesunięcia promieniowe lub odchylenia kątowe, bez ryzyka uszkodzenia uszczelnień i nadmiernego obciążenia elementów konstrukcyjnych. CEJN UQDB toleruje przesunięcie promieniowe do ±1 mm. CEJN BMQC oferuje znacznie większą tolerancję – do ±5 mm w kierunku promieniowym oraz około ±2,7° odchylenia kątowego. Dzięki temu BMQC może być stosowane w modułach wsuwanych do szaf rackowych, w których pozycjonowanie kasety nie zawsze jest idealnie powtarzalne.

Chłodzenie zanurzeniowe

W systemach immersion cooling całe urządzenia IT są zanurzane w cieczy dielektrycznej. Ciepło może być odbierane przez wymiennik umieszczony w zbiorniku lub przez zewnętrzny obieg chłodzący. Szybkozłącza stosuje się między innymi przy doprowadzeniu wody chłodzącej do wymiennika, podłączaniu zbiornika do instalacji, serwisowaniu modułów pompowych, napełnianiu i opróżnianiu instalacji jak i podłączaniu urządzeń filtracyjnych. W chłodzeniu zanurzeniowym szczególne znaczenie mają niewielkie gabaryty złącza, wysoki przepływ oraz niski spadek ciśnienia. Do takich zastosowań przeznaczona jest między innymi seria ultraFLOW.

Czym różni się szybkozłącze suchoodcinające od zwykłego szybkozłącza?

W standardowym szybkozłączu zawór znajduje się tylko po stronie gniazda. Po rozłączeniu ciecz znajdująca się w przewodzie lub wtyku może swobodnie wypłynąć. W szybkozłączu dry-break, non-spill lub dry disconnect zawory znajdują się po obu stronach połączenia. Odpowiednia geometria powierzchni czołowych ogranicza również objętość cieczy pozostającej między zaworami. Dzięki temu po rozłączeniu występuje śladowa ilość pozostałości medium albo połączenie jest praktycznie suche. W data center ma to znaczenie znacznie większe niż w typowej instalacji przemysłowej. Nawet niewielka kropla wody lub mieszaniny wodno-glikolowej może dostać się na płytę główną, zasilacz, złącze elektryczne lub magistralę komunikacyjną. Z tego względu CEJN i EISELE stosują między innymi zawory płaskoczołowe, dwustronne odcięcie oraz redundantne układy uszczelnień.

Szybkozłącze jako element hydrauliczny

Jednym z najczęstszych błędów projektowych jest traktowanie szybkozłącza jak elementu, który nie wpływa na hydraulikę instalacji. W rzeczywistości każde zwężenie, zawór, kolano, przewód i szybkozłącze generuje stratę ciśnienia. Im większy spadek ciśnienia, tym wyższa wymagana moc pompy. Nadmierne przewymiarowanie pompy zwiększa koszty inwestycyjne, zużycie energii, hałas, obciążenie uszczelnień i ryzyko erozji przepływowej. CEJN zwraca uwagę, że niski spadek ciśnienia szybkozłączy ultraFLOW i ultraFLOW STC może umożliwić zastosowanie mniejszej pompy oraz zmniejszyć zużycie energii w całym systemie chłodzenia.

CEJN – szybkozłącza do chłodzenia centrów danych

Oferta CEJN obejmuje rozwiązania przeznaczone do różnych poziomów instalacji: od kompaktowych przyłączy serwerowych, przez ręczne i automatyczne złącza OCP, aż po wysokoprzepływowe połączenia CDU.

CEJN ultraFLOW

CEJN ultraFLOW to seria bezwyciekowych szybkozłączy przeznaczonych do cieczy pracujących przy stosunkowo niskim ciśnieniu. Dostępne są nominalne średnice przepływu 5, 8, 12, 15 i 20 mm. W zależności od wykonania maksymalne ciśnienie robocze wynosi od 10 do 20 bar. Producent oferuje wersje z aluminium oraz stali nierdzewnej, w tym AISI 316 i AISI 316L. Konstrukcja ultraFLOW została zoptymalizowana pod względem przepływu. Złącza charakteryzują się niskim spadkiem ciśnienia, niewielką masą, kompaktowymi wymiarami, suchym odcięciem, możliwością kodowania kolorystycznego, wysoką trwałością zaworu odcinającego. Istotna jest również zdolność zachowania funkcji odcięcia po długim okresie bez wykonywania cykli łączenia. W instalacjach data center złącze może pozostawać połączone przez kilka lat, a następnie musi zostać bezpiecznie rozłączone podczas pierwszej poważnej modernizacji. CEJN podkreśla, że konstrukcja zaworu ultraFLOW została przygotowana także z myślą o takich długich okresach bezczynności. UltraFLOW może być stosowane przy kolektorach, wymiennikach, modułach chłodzenia zanurzeniowego, urządzeniach energoelektronicznych oraz innych systemach wymagających dużego przepływu przy niewielkiej przestrzeni montażowej.

CEJN ultraFLOW STC

ultraFLOW STC jest skręcaną, wysokoprzepływową wersją rodziny ultraFLOW. Złącze ma nominalną średnicę przepływu 32 mm, maksymalne ciśnienie robocze 10 bar i aluminiowy korpus. Jest przeznaczone przede wszystkim do wlotów i wylotów jednostek CDU. Duża średnica wewnętrzna oznacza wysoką wydajność, ale również większe siły hydrauliczne działające podczas łączenia. Mechanizm skręcany pozwala pokonać te siły w sposób kontrolowany, bez konieczności gwałtownego dociskania obu połówek. Elementami zwiększającymi bezpieczeństwo są:

• czerwony pierścień ostrzegawczy, który pozostaje widoczny do momentu pełnego połączenia,

• opcjonalny bolec zabezpieczający przed przypadkowym rozłączeniem,

• czerwone i niebieskie oznaczenia przewodu zasilającego oraz powrotnego,

• konstrukcja suchoodcinająca umożliwiająca serwis bez opróżniania całego obiegu.

W instalacjach o dużej mocy ultraFLOW STC może ograniczyć straty na głównych połączeniach, które często przenoszą sumaryczny strumień chłodziwa dla całej szafy lub grupy szaf.

CEJN OCP UQD

UQD, czyli Universal Quick Disconnect, jest otwartym standardem opracowanym w ramach Open Compute Project. Jego celem jest zapewnienie wymienności szybkozłączy różnych producentów przy zachowaniu określonych wymiarów interfejsu i parametrów pracy. Standard UQD został zapoczątkowany przez Intel jako rozwiązanie dla bezwyciekowych połączeń w układach chłodzenia cieczą. CEJN oferuje warianty UQD02, UQD04, UQD06 i UQD08. W zależności od wykonania dostępne są nominalne średnice przepływu odpowiadające poszczególnym wielkościom interfejsu, maksymalne ciśnienie robocze do 10 bar oraz korpusy ze stali nierdzewnej AISI 303.

Do najważniejszych cech należą:

• dwustronne suche odcięcie,

• minimalne wprowadzenie powietrza,

• podwójne uszczelnienia EPDM,

• możliwość łączenia i rozłączania pod ciśnieniem,

• obsługa jedną ręką,

• kompaktowa konstrukcja,

• możliwość wymiany serwera bez wyłączania całego układu,

• kompatybilność między producentami spełniającymi standard OCP.

Standaryzacja ma szczególne znaczenie w dużych centrach danych. Operator nie jest uzależniony wyłącznie od jednego producenta serwerów, kolektorów lub armatury. UQD ułatwia tworzenie platform, w których sprzęt IT, przewody i rozdzielacze mogą pochodzić od różnych dostawców.

CEJN UQDB

UQDB jest odmianą standardu UQD przeznaczoną do automatycznego pasowania na ślepo. Dostępne są nominalne średnice przepływu 3,2, 6,4, 9,5 i 12,7 mm, maksymalne ciśnienie pracy 10 bar oraz korpus ze stali nierdzewnej AISI 303. Konstrukcja kompensuje przesunięcie promieniowe do ±1 mm. Złącze sprawdza się w modułach serwerowych wsuwanych do szafy. Podczas instalowania kasety wtyk i gniazdo samoczynnie ustawiają się względem siebie. Operator nie musi wprowadzać ręki między przewody, płytę serwera i kolektor. Podwójny O-ring zwiększa redundancję uszczelnienia, a certyfikowane uszczelnienia EPDM są przystosowane do wymagań układów chłodzenia urządzeń IT.

CEJN BMQC

BMQC jest rozwiązaniem blind-mate o szczególnie dużej tolerancji błędu montażowego. Złącze ma nominalną średnicę przepływu 5 mm, maksymalne ciśnienie robocze 3,45 bar i korpus ze stali nierdzewnej AISI 303. Kompensuje przesunięcie promieniowe do ±5 mm oraz odchylenie kątowe do około ±2,7°. Tak duża tolerancja jest istotna w rackach, w których:

• prowadnice mają określony luz,

• moduł może odkształcać się pod wpływem masy,

• położenie kolektora zależy od tolerancji wielu elementów,

• kasety są często wyjmowane i ponownie instalowane,

• dostęp operatora jest ograniczony.

Zastosowanie zbyt sztywnego połączenia mogłoby prowadzić do bocznego obciążenia wtyku, nierównomiernego docisku uszczelnienia lub przyspieszonego zużycia mechanicznego.

CEJN OCP LQC

LQC, czyli Large Quick Connector, jest dużym złączem OCP przeznaczonym przede wszystkim do jednostek CDU. CEJN LQC ma nominalną średnicę przepływu 19 mm, maksymalne ciśnienie robocze 12 bar i korpus ze stali nierdzewnej AISI 303. Mechanizm skręcany umożliwia bezpieczne łączenie pod ciśnieniem roboczym do 5 bar. Zastosowano w nim:

• blokowany mechanizm śrubowy,

• podwójne, redundantne uszczelnienie O-ring,

• uszczelnienia EPDM,

• kodowanie kolorystyczne,

• przyłącza BSP lub NPT,

• konstrukcję zgodną z otwartym standardem OCP LQC.

LQC jest rozwiązaniem odpowiednim dla użytkowników, którzy wymagają wymienności między producentami oraz dużego przepływu na głównych przewodach CDU.

CEJN NON-DRIP w ofercie Pneumat System

Seria CEJN NON-DRIP jest uniwersalną rodziną kompaktowych szybkozłączy suchoodcinających do cieczy pracujących przy niskim ciśnieniu lub w próżni. Dostępne są średnice nominalne 4, 6, 9, 14 i 19 mm, maksymalne ciśnienie robocze do 20 bar oraz wykonania z mosiądzu lub stali nierdzewnej AISI 316. NON-DRIP może pracować między innymi z zimną i gorącą wodą, mieszaninami wodno-glikolowymi, cieczami dielektrycznymi, olejami mineralnymi, syntetycznymi nośnikami ciepła. Dostępne są konfiguracje z podwójnym odcięciem, pojedynczym odcięciem albo bez zaworów. Wersja dwustronnie odcinająca jest najbezpieczniejsza przy serwisowaniu urządzeń znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie elektroniki. Wersja jednostronnie odcinająca może być wykorzystywana tam, gdzie jedna strona obiegu jest opróżniana lub zabezpieczona w inny sposób. Pneumat System oferuje mosiężne wykonania NON-DRIP w wielkościach DN4, DN6, DN9, DN14 i DN19 oraz odpowiednie wtyki i akcesoria. Według danych katalogowych udostępnionych na stronie Pneumat System:

Wymienione warianty mosiężne wykorzystują niklowany korpus i uszczelnienie NBR, a deklarowany zakres temperatur wynosi najczęściej od –15°C do 100°C. Konkretne parametry zawsze należy potwierdzić dla wybranego numeru katalogowego i konfiguracji zaworów. W systemach data center NON-DRIP może być dobrą alternatywą dla złączy standardu OCP w instalacjach, w których wymienność między producentami nie jest wymagana. Dotyczy to między innymi:

• układów testowych,

• instalacji chłodzenia pomocniczego,

• modułów pompowych,

• układów filtracyjnych,

• agregatów chłodniczych,

• wymienników ciepła,

• instalacji pilotażowych,

• chłodzenia energoelektroniki i systemów zasilania.

Kolorowe pierścienie i mechaniczne kodowanie pomagają zapobiegać zamianie zasilania z powrotem albo połączeniu obiegów zawierających różne media.

EISELE – kompletna technika przyłączeniowa dla termomanagementu

EISELE rozwija nie tylko same szybkozłącza, lecz również złączki skręcane i wtykowe, przewody, kolektory, czujniki oraz kompletne rozwiązania systemowe. Dzięki temu możliwe jest zaprojektowanie jednolitego toru przepływu od głównego przewodu, przez rozdzielacz, aż do płyty chłodzącej.

EISELE Universal Quick Disconnect

Szybkozłącza EISELE UQD wykorzystują podwójny system uszczelnienia i tuleję przesuwną umożliwiającą intuicyjne łączenie podczas konserwacji. Producent deklaruje wysoką wydajność przepływową oraz niezawodność potwierdzoną testami obejmującymi ponad 10 000 cykli połączenia. Podstawowe parametry przedstawione w broszurze EISELE obejmują:

• korpus ze stali nierdzewnej 1.4305, odpowiadającej AISI 303,

• opcjonalne wykonanie 1.4404, odpowiadające AISI 316L,

• uszczelnienia EPDM zgodne z FDA 21, określone jako wolne od PFAS,

• opcjonalne uszczelnienia FKM,

• temperaturę pracy od –55 do 150°C,

• ciśnienie robocze od 0 do 12 bar,

• średnice nominalne 8 i 10 mm.

W ofercie znajdują się przyłącza gwintowane, króćce do węży i warianty współpracujące z systemem Thermoline. W obrębie tej samej średnicy nominalnej gniazda i wtyki mogą być wzajemnie zestawiane. Dostępne jest oznaczenie czerwone i niebieskie, ułatwiające identyfikację zasilania oraz powrotu.

EISELE – szybkozłącza przyciskowe dry-break

Drugą interesującą konstrukcją są suchoodcinające szybkozłącza uruchamiane przyciskiem. Płaskoczołowa technologia zaworowa ogranicza wycieki, a przycisk umożliwia obsługę jedną ręką. Jego położenie można obracać wokół korpusu, co ułatwia dostęp w ciasno zabudowanym racku. Parametry tej serii obejmują:

• korpus ze stali nierdzewnej 1.4404, czyli AISI 316L,

• uszczelnienia komorowe EPDM określone jako wolne od PFAS,

• opcjonalne uszczelnienia FKM,

• temperaturę pracy od –20 do 100°C,

• ciśnienie robocze do 10 bar,

• średnice nominalne 5 i 7 mm,

• trwałość przekraczającą 10 000 cykli połączenia.

Warianty DN5 i DN7 są dostępne z przyłączami gwintowanymi, króćcami do węży oraz zakończeniami Thermoline. Konstrukcja nadaje się do ręcznie obsługiwanych połączeń serwerów, płyt chłodzących, modułów GPU i niewielkich rozdzielaczy.

EISELE seria 4100 – miniaturowe szybkozłącza

W miejscach o bardzo ograniczonej przestrzeni można zastosować miniaturowe złącza serii 4100. Producent przewiduje je do wody chłodzącej, sprężonego powietrza oraz próżni. Zakres ciśnienia wynosi od –0,95 do 10 bar, a temperatura pracy od –10 do 100°C. Przykładowe warianty mają średnicę nominalną około 2,5–2,7 mm i przyłącze M5. Dostępne są:

• gniazdo dry-break,

• wtyk dry-break,

• gniazdo z jednostronnym zaworem,

• wtyk z jednostronnym zaworem.

Ze względu na niewielki przepływ seria ta nie zastąpi głównego przyłącza CDU, ale może być przydatna przy chłodzeniu lokalnych układów elektronicznych, urządzeń pomiarowych, laserów, kamer przemysłowych czy kompaktowych modułów sterujących.

EISELE INOXLINE – miniaturowe przyłącza do płyt chłodzących

INOXLINE obejmuje kompaktowe, nierdzewne złącza zaciskowe i wtykowe. Wersje przedstawione w materiale EISELE pracują przy ciśnieniu od –0,95 do 16 bar oraz w temperaturze od –50 do 200°C. Dostępne są uszczelnienia FKM lub EPDM oraz korpusy ze stali nierdzewnej 1.4404 i 1.4301. Producent wskazuje, że zoptymalizowana geometria przepływu pozwala uzyskać większą wydajność niż w klasycznych przyłączach typu banjo. W pokazanym porównaniu, wykonanym w określonych warunkach odniesienia, przepływ rozwiązania EISELE jest około dwukrotnie większy od porównywanego złącza banjo przy zbliżonym spadku ciśnienia. Nie należy traktować tej wartości jako uniwersalnej dla wszystkich konfiguracji, ale pokazuje ona znaczenie geometrii wewnętrznego kanału. INOXLINE może być stosowane bezpośrednio przy cold plate, gdzie dostępna przestrzeń jest niewielka, a każda dodatkowa strata ciśnienia wpływa na równomierność przepływu między równoległymi gałęziami.

EISELE Thermoline

Thermoline jest systemem przyłączeniowym do wielowarstwowych przewodów, w tym przewodów EPDM. Elementy mające kontakt z medium mogą być wykonane ze stali nierdzewnej 1.4404/AISI 316L, natomiast części zewnętrzne wykorzystują między innymi POM i anodowane aluminium. Parametry podane przez producenta obejmują:

• ciśnienie robocze do 16 bar,

• temperaturę od –10 do 90°C,

• uszczelnienia komorowe EPDM,

• opcjonalne uszczelnienia FKM,

• przyłącza proste oraz kolana 45° i 90°,

• nominalne średnice przepływu 6, 8, 11 i 15,2 mm.

Przewód jest osadzany na specjalnym króćcu, a następnie blokowany nakrętką. Nie wymaga stosowania zewnętrznej opaski zaciskowej. Rozwiązanie ułatwia wykonywanie powtarzalnych zestawów przewodów i pozwala uzyskać uporządkowaną instalację w szafie serwerowej.

EISELE INOXLINE z podwójnym uszczelnieniem

Złącza wtykowe INOXLINE wykorzystują dwa uszczelnienia oraz metalową konstrukcję odporną na korozję. Podwójne uszczelnienie pomaga utrzymać szczelność również wtedy, gdy powierzchnia przewodu nosi ślady wielokrotnego montażu lub lokalnego zużycia. W układach data center takie rozwiązanie jest istotne wszędzie tam, gdzie przewody mogą być wielokrotnie demontowane, prowadzone pod niewielkim promieniem albo poddawane drganiom pochodzącym od pomp i wentylatorów.

EISELE Liquidline

Liquidline to pełnoprzelotowy system złączy wtykowych przeznaczony do wymagających układów chłodzenia. Konstrukcja została zaprojektowana tak, aby nie nacinać powierzchni przewodu podczas montażu i demontażu. Pozwala również kompensować większe tolerancje wymiarowe przewodów niż tradycyjne mechanizmy wtykowe. Najważniejszą zaletą jest pełna średnica przepływu. Ograniczenie zwężeń ma szczególne znaczenie w rozbudowanych kolektorach, gdzie kilka lub kilkanaście równoległych gałęzi powinno otrzymywać podobny strumień chłodziwa.

Kolektory, czujniki i rozwiązania specjalne EISELE

EISELE oferuje również kolektory chłodzące, adaptery, czujniki temperatury, czujniki ciśnienia i przewody do specjalnych zastosowań. Czujniki pomiarowe mogą być integrowane bezpośrednio z przyłączami wtykowymi lub gwintowanymi, dzięki czemu pomiar odbywa się blisko rzeczywistego punktu odbioru ciepła. Producent deklaruje również możliwość opracowania indywidualnych rozwiązań obejmujących projektowanie systemu, symulacje mechaniczne, cieplne i przepływowe, wykonanie prototypów, testy, analizę ryzyka oraz kontrolę szczelności elementów produkcyjnych.

Jak dobrać szybkozłącze do chłodzenia data center?

Wymagany przepływ

Dobór należy rozpocząć od obliczenia strumienia chłodziwa dla danej mocy cieplnej i dopuszczalnego przyrostu temperatury. Następnie trzeba zweryfikować charakterystykę przepływu całego zestawu: gniazda, wtyku, końcówki przewodu i ewentualnego kolana. Dwa szybkozłącza z przyłączem G1/2 mogą mieć zupełnie inną średnicę wewnętrzną i charakterystykę przepływu. O wyborze nie powinien więc decydować sam gwint, lecz wykres zależności spadku ciśnienia od przepływu dla kompletnego połączenia.

Dopuszczalny spadek ciśnienia

Złącze należy oceniać przy rzeczywistym przepływie roboczym. Największe złącze nie zawsze jest konieczne, ale rozwiązanie dobrane wyłącznie na podstawie ceny może wymusić zastosowanie większej pompy. W rozdzielaczach z wieloma równoległymi obwodami spadki ciśnienia wpływają również na równomierność podziału przepływu. Gałąź o mniejszym oporze otrzyma większą ilość cieczy, natomiast najbardziej obciążony termicznie moduł może być niedostatecznie chłodzony.

Wprowadzanie powietrza do obiegu

Powietrze może powodować obniżenie wydajności wymiany ciepła, lokalne przerwy w przepływie, niestabilną pracę czujników, hałas, pienienie chłodziwa, pogorszenie warunków pracy pompy oraz konieczność odpowietrzania instalacji. Płaskoczołowe zawory i mała objętość martwa ograniczają ilość powietrza wprowadzanego podczas łączenia.

Rodzaj obsługi

Do ręcznego serwisowania dobrze nadają się złącza zatrzaskowe lub przyciskowe. Przy dużych średnicach i wysokim ciśnieniu wygodniejsze mogą być złącza skręcane. W modułach wsuwanych automatycznie należy stosować konstrukcje blind-mate. Zwykłe szybkozłącze ręczne nie powinno być wykorzystywane jako zamiennik złącza samonaprowadzającego.

Materiał części zwilżanych

Należy uwzględnić materiał płyt chłodzących, wymiennika ciepła, przewodów, rozdzielaczy, korpusów złączy, sprężyn i zaworów i pozostałych elementów mających kontakt z medium. Połączenie różnych metali może sprzyjać korozji galwanicznej, jeżeli układ, skład chłodziwa i warunki elektrochemiczne nie zostały prawidłowo przeanalizowane. Pneumat System zwraca uwagę na konieczność kompatybilnego doboru materiałów złączy, rur, płyt chłodzących i samego płynu. Nie oznacza to, że każda instalacja musi być wykonana z jednego materiału. Oznacza natomiast konieczność świadomego doboru metali, inhibitorów korozji, jakości wody i okresów wymiany medium.

Uszczelnienia

EPDM jest często stosowany w instalacjach wodnych i wodno-glikolowych. FKM może być odpowiedni dla innych cieczy i szerszego zakresu temperatur, natomiast NBR jest stosowany między innymi w mosiężnych szybkozłączach NON-DRIP. Materiał uszczelnienia należy dobrać do rodzaju chłodziwa, stężenia glikolu, inhibitorów korozji, środków biobójczych, temperatury, ciśnienia, częstotliwości cykli oraz wymaganego okresu eksploatacji. Nie wystarczy sprawdzić kompatybilności z „wodą”. Woda demineralizowana, mieszanina glikolowa i gotowy płyn serwerowy mogą mieć zupełnie inny wpływ na elastomery.

Trwałość mechaniczna

Liczba cykli jest ważna, ale nie może być jedynym kryterium. Należy również zweryfikować zachowanie złącza po długim okresie pozostawania w jednym stanie. W praktyce występują dwa skrajne scenariusze:

• częsta wymiana modułów i tysiące cykli,

• wieloletnia praca bez rozłączania, po której złącze nadal musi zamknąć się bez przecieku.

Kodowanie połączeń

Czerwone i niebieskie oznaczenia zwykle identyfikują przewód ciepły i zimny albo zasilanie oraz powrót. W rozbudowanych instalacjach warto zastosować również mechaniczne kodowanie, które fizycznie uniemożliwi połączenie niewłaściwego obwodu. Samo oznaczenie kolorystyczne ogranicza błąd, lecz go nie wyklucza. Kodowanie mechaniczne jest szczególnie wartościowe przy różnych cieczach lub ciśnieniach roboczych.

Powiązanie chłodzenia data center z pneumatyką przemysłową

Szybkozłącza stosowane w chłodzeniu serwerów przesyłają przede wszystkim ciecz, a nie sprężone powietrze. Istnieje jednak silne powiązanie technologiczne między tymi obszarami. W pneumatyce od wielu lat analizuje się:

• średnicę nominalną,

• współczynniki przepływu,

• straty ciśnienia,

• siłę łączenia,

• liczbę cykli,

• niezawodność zaworów,

• jakość uszczelnień,

• odporność na drgania,

• bezpieczeństwo rozłączania pod ciśnieniem.

Te same zasady obowiązują w chłodzeniu cieczą, ale tolerancja na wyciek jest znacznie mniejsza. Kropla kondensatu lub oleju w typowej maszynie może oznaczać zabrudzenie. Kropla wody na działającym serwerze może oznaczać awarię sprzętu i przestój usług. Kompetencje producentów armatury pneumatycznej i przemysłowej są więc bezpośrednio wykorzystywane w projektowaniu połączeń chłodzących. Dobrym przykładem jest EISELE seria 4100, która może pracować z wodą chłodzącą, sprężonym powietrzem i próżnią. Pneumat System łączy ofertę z zakresu pneumatyki, przewodów, armatury, techniki chłodzenia i szybkozłączy. Firma posiada w ofercie zarówno CEJN, jak i EISELE, a także złącza wtykowe serii 2600 przeznaczone do niskociśnieniowych układów chłodzenia. Seria ta obejmuje przyłącza proste, kątowe, banjo, trójniki, adaptery oraz złącza grodziowe.

Najczęstsze błędy w projektowaniu połączeń chłodzących

• Dobór według gwintu zamiast przepływu - dwa złącza z takim samym gwintem mogą mieć zupełnie inną konstrukcję zaworu i kilkukrotnie różnić się stratą ciśnienia.

• Brak miejsca na obsługę - samo złącze może mieścić się w racku, ale operator może nie mieć przestrzeni na cofnięcie tulei, naciśnięcie przycisku lub obrót nakrętki.

• Naprężenie boczne przewodów - zbyt krótki lub źle poprowadzony przewód przenosi obciążenie na korpus złącza. Prowadzi to do nierównomiernego zużycia prowadnic i uszczelnień.

• Brak kompensacji niewspółosiowości - w połączeniu automatycznym niewielkie przesunięcie powtarzane przez setki cykli może uszkodzić wtyk. W takich miejscach należy stosować rozwiązania UQDB lub BMQC, a nie zwykłe szybkozłącze sztywno zamocowane w płycie.

  

• Niewłaściwy elastomer - uszczelnienie odporne na czystą wodę nie musi być odporne na wszystkie inhibitory, biocydy i dodatki do glikolu.

• Łączenie zanieczyszczonych powierzchni - kurz lub opiłki znajdujące się na powierzchni czołowej mogą uszkodzić uszczelnienie. Zaślepki przeciwpyłowe, odpowiednia czystość montażu i płukanie instalacji są równie ważne jak sama jakość złącza.

• Brak analizy sumarycznego spadku ciśnienia - dopuszczalna strata na jednym złączu może wydawać się niewielka, ale należy pomnożyć ją przez liczbę elementów w najbardziej niekorzystnej drodze przepływu.

• Brak scenariusza awaryjnego - projekt powinien określać, co nastąpi po rozłączeniu przewodu, zatrzymaniu pompy, zaniku zasilania, zablokowaniu zaworu lub pojawieniu się nieszczelności. Szybkozłącze jest częścią systemu bezpieczeństwa, a nie jedynym zabezpieczeniem.

Jak przyporządkować rozwiązania CEJN i EISELE do aplikacji?

Tabela nie zastępuje obliczeń. Ostateczny wybór powinien wynikać z przepływu, dopuszczalnego spadku ciśnienia, rodzaju medium, materiałów, temperatury, ciśnienia oraz sposobu serwisowania.

Rola Pneumat System w projektach chłodzenia cieczą

W projekcie chłodzenia centrum danych pojedyncze szybkozłącze nie powinno być dobierane w oderwaniu od pozostałych komponentów. Należy przeanalizować cały tor przepływu:

• jednostkę CDU,

• pompę,

• filtry ciśnieniowe,

• kolektory,

• przewody,

• stałe złączki,

• szybkozłącza,

• płyty chłodzące,

• czujniki ciśnienia i temperatury,

• jakość chłodziwa.

Pneumat System może dostarczyć rozwiązania CEJN i EISELE, w tym szybkozłącza NON-DRIP, złącza UQD, elementy do układów chłodzenia, przyłącza wtykowe, armaturę nierdzewną, przewody i akcesoria. Firma oferuje także dobór wariantów materiałowych i uszczelnień oraz możliwość współpracy z producentami przy rozwiązaniach niestandardowych. W przypadku EISELE oferta obejmuje technikę chłodzenia, pneumatykę, złącza wielofunkcyjne oraz indywidualnie projektowane systemy przyłączeniowe.

Autor:
Ekspert Pneumat.
Pneumat.

Autor:
Ekspert Pneumat.
Pneumat.