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Visualizzazioni: 150 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2026-11-12 Origine: Sito
Poiché i server AI, il calcolo ad alte prestazioni (HPC) e altre apparecchiature IT ad alta densità generano quantità crescenti di calore, il raffreddamento a liquido è diventato una parte importante della gestione termica dei moderni data center.
Tuttavia, fornire acqua di raffreddamento direttamente ai componenti sensibili del server non è sempre una soluzione adeguata.
Molti sistemi di raffreddamento a liquido direct-to-chip utilizzano due circuiti separati: il Facility Water System (FWS) e il Technology raffreddamento System (TCS). Questi circuiti scambiano calore attraverso uno scambiatore di calore liquido-liquido, comunemente integrato in un'unità di distribuzione del liquido di raffreddamento (CDU).
Questa disposizione consente all'infrastruttura della struttura e alle apparecchiature IT di funzionare con diversi requisiti di qualità del refrigerante, condizioni di temperatura, livelli di pressione e portate.
Comprendere il motivo per cui questi circuiti sono separati aiuta ingegneri, integratori di sistemi e acquirenti di apparecchiature industriali a valutare l'affidabilità del sistema di raffreddamento e a prendere decisioni tecniche migliori.
Il sistema idrico dell'impianto (FWS) è il circuito di raffreddamento lato edificio che fornisce capacità di raffreddamento per le infrastrutture raffreddate a liquido.
A seconda dell'architettura del sistema, l'FWS può essere collegato a refrigeratori, raffreddatori di liquido e torri di raffreddamento tramite apparecchiature associate, pompe di distribuzione e sistemi di recupero del calore.
L'FWS fornisce il refrigerante al lato impianto del condensatore a temperatura ambiente (CDU) e rimuove il calore dal sistema di scarico.
Le sue condizioni operative dipendono dall'unità di raffreddamento, dalle condizioni esterne, dalla scelta dell'attrezzatura e dalla progettazione idraulica.
L'FWS non si trova necessariamente nello stesso circuito del sistema di condensa del refrigeratore.
Il sistema tecnologico raffreddamento è il circuito di raffreddamento a liquido rivolto all'IT.
In una tipica disposizione direct-to-chip, fa circolare il refrigerante tra la CDU e l'apparecchiatura IT attraverso componenti quali:
Piatti freddi per server
Collettori a rack e a fila
Tubazioni di mandata e ritorno
Tubi flessibili e raccordi a sgancio rapido
Valvole, sensori e apparecchiature di filtraggio
Le piastre fredde assorbono il calore da processori, acceleratori e altri componenti. Il refrigerante riscaldato ritorna alla CDU per trasferire il calore al circuito lato impianto.
Il TCS deve soddisfare i requisiti di pulizia del refrigerante e compatibilità dei materiali specificati per l'hardware IT.
Il percorso di smaltimento del calore in una disposizione CDU liquido-liquido convenzionale è:
Componenti IT → Freddo piastra s → Ritorno TCS → CDU scambiatore di calore → Ritorno FWS → Sistema di smaltimento del calore dell'impianto
Il percorso di fornitura del raffreddamento corre nella direzione opposta, dal sistema di raffreddamento della struttura attraverso la CDU fino alle apparecchiature IT.
Lo scambiatore di calore fornisce una connessione termica tra i circuiti mantenendo la separazione del fluido durante il normale funzionamento.
I sistemi di raffreddamento degli impianti possono contenere minerali disciolti, prodotti della corrosione, particelle sospese, depositi o prodotti chimici per il trattamento.
Questi componenti possono essere adeguatamente controllati per le tubazioni degli impianti ma non adatti per componenti sensibili di raffreddamento IT.
Le piastre fredde possono contenere piccoli passaggi interni vulnerabili a ostruzioni o incrostazioni.
I potenziali problemi includono:
Flusso del refrigerante limitato
Aumento della caduta di pressione
Trasferimento di calore ridotto
Surriscaldamento localizzato
Corrosione e degrado dei materiali
Manutenzione più frequente
La separazione del TCS consente di gestire la chimica del refrigerante e la filtrazione in base ai requisiti delle apparecchiature IT anziché presupporre che l'acqua dell'impianto sia adatta.
FWS e TCS potrebbero richiedere liquidi di raffreddamento diversi.
I circuiti delle strutture esterne possono utilizzare una miscela di acqua e glicole contenente inibitori per l'antigelo. I circuiti IT potrebbero richiedere un refrigerante approvato diverso che sia compatibile con i materiali delle piastre fredde, delle guarnizioni, dei connettori e di altri mezzi di contatto.
Questi liquidi refrigeranti non devono essere considerati intercambiabili.
Gli scambiatori di calore liquido-liquido consentono a diversi refrigeranti compatibili di funzionare su entrambi i lati senza miscelazione intenzionale.
Le reti di tubazioni in strutture di grandi dimensioni sono suscettibili alle variazioni di pressione dovute a fattori quali il funzionamento della pompa, l'altitudine, il controllo delle valvole e i transitori idraulici.
Le apparecchiature IT devono funzionare entro i propri limiti di pressione.
Le unità di distribuzione della temperatura ambiente (CDU) disaccoppiate idraulicamente possono funzionare indipendentemente dal sistema di controllo termico (TCS) di gestione della pompa di distribuzione dell'impianto per il controllo della circolazione e della pressione.
Tuttavia, il disaccoppiamento non elimina i rischi legati alla pressione. Lo scambiatore di calore CDU deve essere in grado di sopportare la pressione di progetto e la pressione differenziale applicabili, mentre il TCS richiede comunque un'espansione, un controllo della pressione e una protezione da sovrapressione adeguati.
La temperatura fornita dal sistema di raffreddamento della struttura può differire dalla temperatura richiesta dalle apparecchiature IT.
Una CDU opportunamente progettata può regolare la temperatura di alimentazione del TCS attraverso lo scambio di calore, le valvole di controllo, le disposizioni di bypass, il pompaggio e il monitoraggio.
La progettazione deve considerare:
Temperature massime e minime consentite in ingresso del refrigerante IT
Cambiamenti nel carico termico dell'IT
Variazioni della temperatura di fornitura dell'acqua dell'impianto
Requisiti di flusso del refrigerante
Approccio alla temperatura dello scambiatore di calore
Rischio di condensa
La CDU non può fornire una temperatura di fornitura TCS garantita a meno che non siano disponibili una capacità di raffreddamento della struttura sufficiente e controlli adeguati.
La condensa può verificarsi quando la temperatura delle superfici raffreddate esposte è inferiore alla temperatura del punto di rugiada dell'aria circostante.
Un'unità di distribuzione della condensa (CDU) aiuta a mantenere la temperatura del liquido di raffreddamento IT al di sopra delle soglie di controllo della condensa applicabili.
Ciò richiede misurazioni appropriate di temperatura e umidità, logica di controllo e limiti operativi.
L'isolamento del circuito aiuta nella gestione della condensazione ma non può sostituire il controllo, l'isolamento o la messa in servizio adeguati.
L'infrastruttura di raffreddamento della struttura e le apparecchiature di raffreddamento IT possono essere gestite da team diversi.
raffreddamento Le unità dati (CDU) stabiliscono una chiara interfaccia tecnica tra questi sistemi.
Il personale della struttura può gestire il funzionamento delle unità di raffreddamento e del trattamento dell'acqua della struttura, mentre gli specialisti del raffreddamento IT sono responsabili della gestione della qualità del refrigerante TCS, delle connessioni dei rack e dei requisiti delle apparecchiature.
Definire chiaramente la responsabilità per entrambi i circuiti è fondamentale, soprattutto durante la messa in servizio, la sostituzione delle apparecchiature, la manutenzione e la risposta agli incidenti.
Fattore di progettazione |
Sistema idrico dell'impianto (FWS) |
Tecnologia raffreddamento Sistema (TCS) |
|---|---|---|
Funzione primaria |
Fornisce capacità di raffreddamento e trasporta il calore alle infrastrutture della struttura |
Rimuove il calore dai componenti IT raffreddati a liquido |
Attrezzatura principale |
Pompe per impianti, tubazioni, refrigeratori e apparecchiature per lo smaltimento del calore |
Piastre fredde, collettori, tubi flessibili e connessioni rack |
Requisiti del liquido di raffreddamento |
Basato sulle attrezzature della struttura e sulle specifiche del trattamento |
In base ai requisiti dell'hardware IT e dei materiali bagnati |
Condizioni di pressione |
Determinato dalla progettazione idraulica dell'impianto |
Determinato dalle apparecchiature IT e dai limiti operativi del TCS |
Controllo della temperatura |
Gestito attraverso l'impianto di raffreddamento della struttura |
Gestito per soddisfare i requisiti di ingresso IT |
Filtrazione |
Protegge le tubazioni e gli scambiatori di calore dell'impianto |
Protegge i passaggi stretti nei componenti di raffreddamento IT |
Manutenzione |
Comunemente operazioni di struttura |
Solitamente operazioni IT o specialistiche di raffreddamento a liquido |
Queste sono distinzioni tipiche, non regole universali. Le responsabilità e le configurazioni effettive dipendono dal progetto.
Gli scambiatori di calore CDU consentono al liquido di raffreddamento TCS a temperatura più elevata di trasferire calore al fluido FWS a temperatura più bassa attraverso superfici di scambio di calore separate.
Durante il normale funzionamento i due fluidi rimangono in canali indipendenti.
Ciò si adatta a diverse condizioni idrauliche e chimiche del refrigerante.
Tuttavia, nessuno scambiatore di calore può garantire completamente contro le perdite interne. Corrosione, danni meccanici, guasti alle guarnizioni o difetti di fabbricazione possono compromettere il confine di separazione.
Per le applicazioni con limiti rigorosi di contaminazione incrociata, sono necessarie misure adeguate di progettazione, ispezione, monitoraggio e risposta ai guasti.
Gli scambiatori di calore piastra sono comunemente utilizzati per il raffreddamento liquido-liquido grazie alla loro area di scambio di calore compatta.
A seconda dell'applicazione, le unità di raffreddamento a temperatura ambiente (CDU) possono impiegare scambiatori di calore a piastre guarnizionate, scambiatori di calore a piastre saldobrasate o altri modelli di scambiatori di calore idonei.
La scelta corretta dipende dalla compatibilità del fluido, dal carico termico, dalla pressione nominale, dalla facilità di manutenzione, dai requisiti di perdita e dalla caduta di pressione.
Gli scambiatori di calore devono trasferire il carico termico specificato senza superare la caduta di pressione consentita in nessun circuito.
Il coefficiente di scambio termico nominale di un prodotto da solo non è sufficiente per la scelta dell'apparecchiatura.
È inoltre necessario considerare le condizioni del flusso, le proprietà del fluido, la temperatura operativa e la geometria dello scambiatore di calore.
Tutti i componenti a contatto con il mezzo devono essere compatibili con il fluido sui rispettivi lati.
Per gli scambiatori di calore a piastre guarnizionati, potrebbe essere necessario l'accesso per la manutenzione per l'ispezione, la pulizia e la sostituzione della guarnizione.
Le caratteristiche di utilizzo e manutenzione degli scambiatori di calore a piastre saldobrasate differiscono.
Nessuna singola struttura dovrebbe essere descritta come universalmente superiore alle altre senza considerare le circostanze specifiche del progetto.
Prima di selezionare uno scambiatore di calore, confermare:
Composizione fluida su entrambi i lati
Temperature di progetto e di esercizio
Pressioni di esercizio e differenziali
Capacità di scambio termico richiesta
Portate e perdite di carico ammissibili
Temperatura di avvicinamento dello scambiatore di calore
Compatibilità con i materiali bagnati
Requisiti di ispezione, test e manutenzione
Per informazioni più dettagliate sull'approvvigionamento, fare riferimento a Aidear Guida alla selezione CDU scambiatore di calore.
Per un sistema di raffreddamento comune, la temperatura di avvicinamento della parte fredda può essere espressa come:
Temperatura di avvicinamento = Temperatura di fornitura TCS − Temperatura di fornitura FWS
Questa relazione descrive la differenza di temperatura tra i due flussi di acqua di alimentazione sullo scambiatore di calore in condizioni specifiche.
Una differenza di temperatura inferiore in genere significa che è necessaria una maggiore capacità di trasferimento del calore per un determinato carico e influirà sulle dimensioni, sulla struttura e sulla caduta di pressione dello scambiatore di calore.
La temperatura dell'acqua di alimentazione di un TCS dipende dalla temperatura dell'acqua dell'impianto, dalla portata del refrigerante, dal carico termico, dalle prestazioni dello scambiatore di calore e dalle condizioni operative del controllo.
La separazione del sistema di raffreddamento (TCS) riduce la probabilità che i componenti IT sensibili entrino in contatto con l'acqua della struttura e il particolato.
Tuttavia, i contaminanti possono comunque entrare nel circuito di raffreddamento IT durante la messa in servizio, la manutenzione, l'aggiunta di apparecchiature o l'invecchiamento dei componenti.
La filtrazione lato impianto aiuta a proteggere lo scambiatore di calore dalle incrostazioni.
La filtrazione TCS aiuta a proteggere le piastre fredde e altri passaggi di flusso stretti.
La scelta del filtro dovrebbe riflettere i requisiti dell'apparecchiatura, le proprietà del fluido, la caduta di pressione consentita e la strategia di manutenzione.
Un aumento della pressione differenziale del filtro può indicare un accumulo di particolato.
Il piano di manutenzione dovrebbe definire i criteri di ispezione e sostituzione garantendo al tempo stesso che rimanga disponibile un flusso di refrigerante sufficiente.
Un sistema di circolazione indipendente consente al TCS di funzionare in condizioni idrauliche adatte alle apparecchiature IT.
Le modifiche al pompaggio lato impianto non comportano necessariamente una variazione corrispondente della portata del TCS.
Tuttavia, i disturbi nella temperatura e nella portata della struttura ridurranno comunque la capacità di raffreddamento disponibile.
La separazione idraulica non raggiunge la completa indipendenza operativa.
Circuiti separati possono aiutare gli ingegneri a identificare se un problema ha origine nell'impianto della struttura, nel CDU o nel TCS.
Ciò è utile quando si indaga sulla scarsa qualità del refrigerante, sui cambiamenti di temperatura imprevisti, sulle perdite di pressione, sull'incrostazione o sulle perdite dello scambiatore di calore.
Restano necessarie valvole di isolamento, punti di misurazione, allarmi e procedure documentate.
I data center ad alta disponibilità possono richiedere unità di distribuzione dell'alimentazione a freddo (CDU), pompe, alimentatori, percorsi di distribuzione dell'alimentazione o apparecchiature di raffreddamento ridondanti.
L'utilizzo di loop indipendenti può supportare progetti di sistemi modulari, ma non raggiunge automaticamente la ridondanza N+1 o 2N.
La ridondanza deve essere convalidata attraverso valutazioni di scenari di guasto reali.
Un raffreddatore a secco respinge il calore da un liquido circolante all'aria ambiente.
In un sistema di raffreddamento a liquido di un data center, può far parte del sistema di smaltimento del calore lato struttura.
Un possibile percorso di smaltimento del calore è:
Attrezzatura IT → TCS → CDU → FWS → raffreddatori a secco
La disposizione effettiva delle tubazioni potrebbe differire. Alcune strutture includono scambiatori di calore aggiuntivi, refrigeratori, torri di raffreddamento o circuiti di glicole.
Un dry cooler non è un sostituto diretto di una CDU perché i due dispositivi svolgono funzioni diverse.
Le prestazioni del raffreddatore a secco dipendono dalla temperatura dell'aria ambiente, dal flusso d'aria, dalla temperatura del fluido in entrata, dal flusso del fluido e dalla progettazione dell'apparecchiatura.
Durante i periodi caldi, il dry cooler potrebbe non essere in grado di mantenere la temperatura di mandata dell'impianto richiesta dalla CDU senza un raffreddamento supplementare.
Il progetto deve quindi essere valutato nelle condizioni di progettazione esterne specificate.
Per le apparecchiature di smaltimento del calore pertinenti, vedere Aidear raffreddatori a secco Categoria di prodotto.
Gli scambiatori di calore intermedi possono essere utili quando i circuiti esterni del glicole e quelli interni richiedono fluidi o condizioni operative diversi.
Tuttavia, ogni scambiatore di calore aggiuntivo introduce una differenza di temperatura e una resistenza idraulica.
I vantaggi della separazione dei fluidi dovrebbero essere valutati insieme alle prestazioni termiche, ai requisiti di pompaggio, alla manutenzione e ai costi.
Consideriamo un ipotetico sistema di raffreddamento direct-to-chip che utilizza una CDU liquido-liquido.
Parametro |
Valore illustrativo |
|---|---|
FWS che entra nella CDU |
28 °C |
FWS lascia la CDU |
33 °C |
TCS di ritorno dalle apparecchiature informatiche |
38 °C |
TCS fornito alle apparecchiature IT |
33 °C |
Differenza di temperatura del TCS |
5K |
Temperatura di avvicinamento all'estremità fredda |
5K |
L'approccio 'cold-end' è:
33 °C − 28 °C = 5 K
Sebbene il FWS entri a 28 °C , l'apparecchiatura IT riceve il refrigerante a 33 °C .
Queste temperature illustrano il principio di funzionamento dello scambiatore di calore e non rappresentano limiti di progettazione consigliati.
L'esempio mostra che la temperatura di fornitura FWS e la temperatura di fornitura TCS non sono necessariamente identiche.
Lo scambiatore di calore richiede un'adeguata differenza di temperatura per trasferire il calore.
Entrambi i circuiti devono soddisfare le rispettive esigenze di funzionamento termico ed idraulico.
Per il raffreddamento a liquido monofase, la velocità di trasferimento del calore sensibile può essere calcolata utilizzando:
Q = ṁ × Cp × ΔT
Dove:
Q = velocità di trasferimento del calore ( kW )
ṁ = Portata massica (kg/s)
Cp = Capacità termica specifica (kJ/kg·K)
ΔT = Differenza di temperatura del fluido (K)
Una selezione completa richiede anche le proprietà del fluido, le portate, le perdite di pressione e il campo operativo appropriati.
Esempio illustrativo: tutti i valori numerici in questa sezione sono ipotetici. Non costituiscono specifiche del prodotto Aidear , dati di test o garanzie sulle prestazioni.
Alcuni data center raffreddati a liquido utilizzano architetture che collegano l'acqua di raffreddamento della struttura più direttamente alle apparecchiature IT.
Questi sistemi richiedono un attento coordinamento tra il progettista della struttura, il produttore IT e il fornitore delle apparecchiature di raffreddamento.
Secondo lo schema di progettazione, la connessione diretta può ridurre il numero di scambiatori di calore, ridurre l’ingombro dell’installazione e abbassare i requisiti di alcune apparecchiature.
L'eliminazione degli scambiatori di calore intermedi può anche ridurre la differenza di temperatura associata a tali scambiatori.
Questi vantaggi dipendono dall'applicazione specifica.
Senza un confine di separazione CDU convenzionale, gli ingegneri devono affrontare:
Qualità e filtrazione dell'acqua dell'impianto
Compatibilità con i materiali IT bagnati
Pressioni operative e transitorie
Prevenzione della condensa
Controllo della temperatura e del flusso
Rilevamento e risposta alle perdite
Responsabilità di manutenzione
Le funzioni normalmente fornite dalla CDU devono essere indirizzate altrove nel sistema.
Circuiti separati possono essere particolarmente utili quando la rete della struttura non è in grado di soddisfare in modo coerente i requisiti di qualità dell'acqua, pressione, temperatura o manutenzione delle apparecchiature IT.
La decisione dovrebbe considerare il funzionamento del ciclo di vita, gli obiettivi di affidabilità, le prestazioni termiche e l'architettura di raffreddamento complessiva.
Requisito |
Informazioni da confermare |
|---|---|
raffreddamento capacità |
Carichi termici normali, di picco e futuri |
Temperature di mandata e ritorno |
Condizioni operative normali e di progetto |
Portata |
Gamma disponibile e strategia di controllo |
Composizione del liquido di raffreddamento |
Trattamento dell'acqua e requisiti del glicole |
Condizioni di pressione |
Pressioni operative, di progetto e transitorie |
raffreddamento infrastruttura |
chiller industriali ad acqua , raffreddatore a secco, torre o altra disposizione |
Affidabilità |
Requisiti di ridondanza e risposta ai guasti |
Requisito |
Informazioni da confermare |
|---|---|
Carico termico dell'IT |
Calore trasferito nel circuito del liquido |
Temperatura di ingresso del liquido di raffreddamento |
Campo operativo approvato per le apparecchiature IT |
Requisiti di flusso |
Condizioni di flusso dei rack e dei componenti |
Limiti di pressione |
Attrezzature informatiche e restrizioni TCS |
Chimica del liquido di raffreddamento |
Composizione e materiali approvati |
Filtrazione |
Requisiti di controllo delle particelle |
Gestione della condensa |
Monitoraggio e controlli del punto di rugiada |
Connessioni |
Collettori, tubi flessibili e disconnessioni rapide |
Prima di richiedere un preventivo confermare:
Capacità di trasferimento del calore richiesta e intervallo operativo
Temperature di mandata e ritorno su entrambi i lati
Composizione dei fluidi e portate
Caduta di pressione massima consentita
Pressione e temperatura di progetto
Materiali dello scambiatore di calore
Temperatura di avvicinamento richiesta
Aspettative di filtrazione e manutenzione
Controlli, allarmi e requisiti di monitoraggio
Specifiche di ispezione e test
I requisiti dovrebbero essere documentati e verificati con i fornitori di apparecchiature appropriati.
Alcuni sistemi ingegnerizzati possono farlo, ma l'acqua dell'impianto deve soddisfare i requisiti delle apparecchiature IT in termini di pulizia, prodotti chimici, materiali, pressione e temperatura.
Una CDU consente di gestire separatamente queste esigenze.
In molte disposizioni CDU, il FWS è chiamato lato primario e il TCS lato secondario.
Tuttavia, primario e secondario possono avere significati diversi in altre parti di un impianto di raffreddamento. FWS e TCS sono termini più precisi per questa interfaccia.
Non necessariamente. Molte CDU liquido-liquido utilizzano scambiatori di calore a piastre, ma l'architettura delle apparecchiature e la costruzione dello scambiatore di calore variano.
No, non come sostituto funzionale diretto.
Un raffreddatore a secco respinge il calore nell'aria ambiente. Una CDU liquido-liquido convenzionale trasferisce il calore tra la struttura e i circuiti IT gestendo al tempo stesso le condizioni operative del TCS.
NO.
Un circuito di raffreddamento separato non garantisce contro perdite esterne o guasti allo scambiatore di calore interno.
Restano necessari materiali adeguati, controlli della pressione, monitoraggio delle perdite, manutenzione e procedure di risposta ai guasti.
Separare il sistema idrico della struttura dal sistema tecnologico raffreddamento è una strategia comune nei data center raffreddati a liquido.
Consente all'infrastruttura di raffreddamento della struttura e alle apparecchiature IT di funzionare con diversi requisiti di chimica del refrigerante, filtrazione, temperatura e pressione.
Lo scambiatore di calore CDU fornisce il collegamento termico mantenendo la separazione del fluido in condizioni normali.
Questa disposizione può supportare una migliore gestione della qualità del refrigerante, un controllo idraulico e responsabilità di manutenzione chiaramente definite.
Tuttavia, il funzionamento affidabile dipende dalla progettazione completa del sistema e non semplicemente dalla presenza di uno scambiatore di calore.
Per ingegneri e acquirenti, definire chiaramente i confini tra FWS, CDU e TCS è essenziale prima di selezionare le apparecchiature di raffreddamento.
Aidear offre categorie di prodotti di scambiatori di calore e raffreddatori a secco rilevanti per applicazioni di raffreddamento industriali e di impianti.
Se il tuo progetto richiede uno scambiatore di calore liquido-liquido o un'apparecchiatura per lo smaltimento del calore lato struttura, fornisci i fluidi operativi, il servizio termico, le temperature di ingresso e uscita, le portate, i requisiti di pressione e le specifiche tecniche applicabili.
Questi dettagli possono supportare una discussione iniziale sulle configurazioni adeguate delle apparecchiature e su eventuali informazioni tecniche aggiuntive richieste.
Richiedi un preventivo personalizzato per discutere del tuo progetto di raffreddamento del data center con Aidear .
