كيف تعمل وحدة توزيع التبريد (CDU)؟

داخل وحدة توزيع سائل التبريد - المكون الذي يجعل التبريد السائل بتقنية الذكاء الاصطناعي قابلاً للتحكم

لمحة سريعة

• تقوم وحدة توزيع سائل التبريد (CDU) بعزل نظام المياه الخاص بالمنشأة عن نظام تبريد التكنولوجيا هيدروليكيًا وحراريًا، حيث تنقل الحرارة من خلال مبادل حراري لوحي مع التحكم الدقيق في درجة حرارة سائل التبريد وتدفقه وضغطه في الجانب الثانوي.

• المكونات الأساسية: مبادل حراري ذو صفائح ملحومة (يقترب عادةً من 2-5 كلفن)، ومضخات متغيرة السرعة مع N+1 أو N+N للتكرار، وصمام تحكم معدل على الجانب الأساسي، وأجهزة استشعار، وترشيح عند 25 ميكرومتر أو أدق، وحجم خزان / تمدد.

• هناك بنيتان: L2L (سائل إلى سائل) - مياه التبريد في المنشأة إلى سائل تبريد الرف، وهو الخيار السائد للذكاء الاصطناعي عالي الكثافة - و L2A (سائل إلى هواء) - طرد الحرارة إلى هواء الغرفة، ويستخدم في حالة عدم توفر مياه المنشأة.

• تتراوح سعة السوق من حوالي 70 كيلوواط للوحدات المدمجة في الرفوف/الوحدات الجانبية إلى 2 ميغاواط وما فوق في الأجهزة المثبتة في الصفوف. ويُذكر أن وحدة توزيع الطاقة (CDU) واحدة من فئة 2 ميغاواط قادرة على خدمة ما يقارب 12 رفًا من طراز GB300 NVL72.

• المعادلة الأساسية، والتي يجب حسابها بدقة: \(Q(kW)=1.163 × التدفق (م³/س) ×\ΔT(ك)\) للماء. لاحظ وحدة التدفق وهي م³/س، وليست لتر/دقيقة. عند تحويلها إلى لتر/دقيقة، يصبح الثابت 0.0698.

• عادةً ما تكون معدلات التدفق التصميمية لرفوف الذكاء الاصطناعي عالية الكثافة حوالي 1.5 لتر/دقيقة لكل كيلوواط عند درجة حرارة ثانوية تبلغ حوالي 10 كلفن (ΔT) - وهو ما يعطي لرف 120 كيلوواط ما يقرب من 170-195 لتر/دقيقة، مع إضافة اختيار وحدة توزيع الطاقة (CDU) بنسبة 15-20% من المساحة المتاحة.

• وحدة التحكم في التبريد (CDU) هي التي تسمح بأن تكون مياه المنشأة متسخة وذات ضغط عالٍ بينما تظل حلقة الرف نظيفة ومستقرة وذات ضغط منخفض، وهي التي تحافظ على درجة حرارة الإمداد فوق نقطة الندى حتى لا تتعرق الألواح الباردة.

ما المشكلة التي تحلها وحدة توزيع الاتصالات (CDU)؟

تخيل ما سيحدث إذا قمت بتوصيل نظام تبريد المياه في المبنى مباشرة برفوف ألواح التبريد الخاصة بوحدات معالجة الرسومات.

تكون مياه المنشأة تحت الضغط الذي يعمل به المصنع - غالبًا ما يتراوح بين 6 و10 بار أو أكثر في المباني الشاهقة، وهو أعلى بكثير من الضغط المُصمم للوحة التبريد أو وصلة الفصل السريع. تحمل هذه المياه جزيئات دقيقة، وأكسجينًا مذابًا، ومواد كيميائية للمعالجة، وحملًا بيولوجيًا مناسبًا لبرج التبريد أو محطة التبريد، وليس لقنوات دقيقة بقطر 200-300 ميكرومتر مُرشحة عند 25 ميكرومتر. وتختلف درجة حرارتها باختلاف استراتيجية التحكم في المصنع، والظروف المحيطة، والحمل في جميع أنحاء المبنى. وفي حال تسربت لوحة التبريد، فإن مياه المنشأة هي التي تخرج بضغط المصنع، إلى رفّ يحتوي على وحدات معالجة رسومية قيد التشغيل.

والآن فكر فيما يحتاجه الرف فعليًا: مادة PG25 نظيفة ومثبطة عند درجة حرارة مضبوطة بإحكام - يتم الحفاظ عليها عادةً في حدود ±0.5 إلى ±1 درجة مئوية - عند ضغط معتدل ومستقر، مع معدل تدفق مضمون يتتبع الحمل الحراري ثانية بثانية، ومع استجابة فورية في حالة حدوث أي خطأ.

وحدة التبريد السائل (CDU) هي الجهاز الذي يحول السائل إلى سائل. وهي عبارة عن مبادل حراري، ومجموعة مضخات، ونظام تحكم، ونظام حماية، جميعها مدمجة في وحدة واحدة. أما باقي مكونات محطة التبريد السائل فتقع إما قبلها أو بعدها.

الدائرتان: FWS و TCS

يقسم المصطلحات القياسية في هذا المجال المحطة إلى حلقتين معزولتين هيدروليكيًا:

نظام المياه للمنشأة (الجانب الأساسي)

محطة تبريد، أبراج تبريد أو مبردات جافة، مضخات رئيسية، شبكة أنابيب توزيع رئيسية. ضغط أعلى، حجم أكبر، جودة مياه مُدارة وفقًا لمعايير المنشأة. هذه هي البنية التحتية للتبريد في المبنى.

نظام التبريد التكنولوجي (الجانب الثانوي)

مضخات ثانوية لوحدة توزيع الطاقة، ونظام توزيع ثانوي، ومشعبات داخلية، ووصلات فصل سريع، وألواح تبريد، وخط إرجاع. سائل تبريد نظيف مُثبَّط (عادةً PG25)، درجة حرارة مضبوطة بدقة، ضغط منخفض، ترشيح بدقة 25 ميكرومتر أو أدق. هذه هي الدائرة التي تتصل بمعدات تكنولوجيا المعلومات.

الوصلة الوحيدة بينهما هي المبادل الحراري داخل وحدة توزيع الهواء. لا يمر أي سائل بين الدوائر. هذا العزل هو الهدف الأساسي، وهو يوفر خمس فوائد محددة:

1. تحويل الضغط. يدخل ماء المنشأة بضغط المصنع؛ ويخرج سائل التبريد بضغط آمن للألواح الباردة (عادةً ما يكون 2.4-3.5 بار مصنف للمكونات الثانوية).

2. عزل جودة المياه. لا تصل الجسيمات والمواد الكيميائية والبيولوجية الموجودة في المنشأة إلى الألواح الباردة.

3. التحكم في درجة الحرارة. يتم ضبط درجة حرارة الإمداد الثانوي بواسطة حلقة التحكم الخاصة بوحدة توزيع الهواء، بغض النظر عن تقلبات درجة حرارة مياه المنشأة ضمن نطاق تصميمها.

4. الاحتواء. يؤدي التسرب من الجانب الثانوي إلى إطلاق كمية صغيرة من سائل التبريد المتحكم فيه، وليس مياه المنشأة عند ضغط المصنع.

صيغ حساب الحرارة

\(Q (kW) = 1.163 × التدفق (م³/ساعة) × ΔT (كلفن)\) \(Q (kW) = 0.0698 × التدفق (لتر/دقيقة) × ΔT (كلفن)\)

(على أساس الماء: التدفق = 120 / (1.163 × 10) = 10.32 م³ / ساعة = 172 لتر / دقيقة) - الرفوف بمعدل ~190 لتر/دقيقة لكل منها: ≈7-8 رفوف

يتم تطبيق تصحيح الجليكول (السعة الحرارية الحجمية أقل بنسبة 5-10% تقريبًا من الماء). وهذا يتوافق مع نطاق التصميم الشائع الذي يبلغ حوالي 1.5 لتر/دقيقة لكل كيلوواط.

لماذا تُعد وحدة التقطير الجوي مهمة لبقية المصنع

إن وظيفة العزل في وحدة توزيع الهواء لها تبعات تصميمية غالباً ما يتم التقليل من شأنها: فهي تفصل التزاماتك المتعلقة بجودة المياه.

يجب أن يكون جانب المنشأة مناسبًا لمحطة تبريد ومبادل حراري. أما الجانب التقني، فيجب أن يكون مناسبًا لألواح التبريد ذات القنوات الدقيقة - أي أنظف، وأكثر كفاءة في منع التسرب، وأفضل في إزالة الغازات، وأكثر استقرارًا كيميائيًا لسنوات. ولأن وحدة التبريد والتكييف تفصل بينهما، يمكنك تحديد كل منهما وفقًا لمعاييره الخاصة بدلًا من جعل المحطة بأكملها تستوفي أشد المتطلبات صرامة.

يعني هذا أيضًا أن الجانب التقني عبارة عن حيز صغير مغلق قابل للتحكم. وهذا ما يجعل التحكم الدقيق في التركيب الكيميائي ممكنًا عمليًا. وهو أيضًا ما يجعل المكونات المساعدة بالغة الأهمية: ففي حلقة مغلقة صغيرة تحتوي على ألواح تبريد نحاسية، ومشعبات من الفولاذ المقاوم للصدأ، وربما الألومنيوم في أماكن أخرى، يتسبب الأكسجين المذاب (حوالي 8-9 ملغم/لتر في الماء العذب عند 20 درجة مئوية) في حدوث تآكل يُنتج الماغنيتيت، الذي يُلوث ألواح التبريد. يمكن لجهاز إزالة الغازات بالتفريغ أن يُقلل الأكسجين المذاب إلى أقل من 0.1 ملغم/لتر. وهذا يُمثل تحسنًا بمقدار مئتي ضعف يُمكن تحقيقه باستخدام جهاز واحد فقط.

وحدة التقطير هي نقطة التحكم. أما الأوعية المحيطة بها - التمدد، والخزان، والمخزن المؤقت، والفاصل، وجهاز إزالة الغازات - فهي التي تحافظ على السائل الذي تتحكم فيه ضمن المواصفات المطلوبة.

التكرار، وقابلية الخدمة، والتوافر

بالنسبة للبنية التحتية للذكاء الاصطناعي، فإن متطلبات توافر وحدات التبريد (CDU) صارمة للغاية. لا يمكن لعملية تدريب استمرت لمدة أسبوع أن تتحمل انقطاعًا غير مخطط له في التبريد.

استراتيجيات التكرار:

• مضخات N+1 أو N+N داخل وحدة توزيع الطاقة - قابلة للاستبدال أثناء التشغيل حيثما يسمح التصميم بذلك

• وحدات توزيع البيانات N+1 على مستوى الصف أو القاعة - وحدة احتياطية واحدة تخدم مجموعة من الرفوف، مع إمكانية التبديل التلقائي أو اليدوي

• تنويع أحجام وحدات توزيع الشحنات - عدة وحدات متوسطة الحجم بدلاً من وحدة كبيرة واحدة، بحيث يؤدي عطل واحد إلى إزالة جزء أصغر من السعة

• تغذية مزدوجة بالطاقة لوحدات التحكم والمضخات في وحدة توزيع الطاقة

• سعة احتياطية في جانب المنشأة لتغطية فترة التغيير

ميزات سهولة الصيانة التي يجب تحديدها: مضخات قابلة للاستبدال أثناء التشغيل، وفلاتر أمامية مزودة بصمامات عزل، ومجموعات مستشعرات قابلة للإزالة، ونقاط تصريف وأخذ عينات، ونظام تحكم يدعم تحديثات البرامج الثابتة عبر الإنترنت ونسخ التكوين الاحتياطي.

ينبغي فحص ادعاءات التوافر في كتيبات الموردين للتأكد من أساسها. فبعض الشركات المصنعة تستشهد بأرقام توافر عالية جدًا؛ لكن ما يهم مشروعك هو تحليل أنماط الأعطال - ما يحدث عند كل عطل على حدة، ومدة استعادة النظام، وما إذا كان التبريد مستمرًا أثناء الاستعادة.

الأسئلة الشائعة

هل أحتاج إلى وحدة توزيع طاقة (CDU) لكل رف؟ لا. تشمل نماذج النشر وحدات توزيع طاقة داخل الرف (وحدة واحدة لكل رف أو لعدة رفوف)، ووحدات توزيع طاقة داخل الصف تخدم صفًا كاملًا، ووحدات جانبية مجاورة للرف. يمكن لوحدات L2L الأكبر حجمًا بقدرة 1-2 ميجاواط خدمة ما بين سبعة إلى اثني عشر رفًا عالي الكثافة. يعتمد الاختيار على كثافة الرفوف، واستراتيجية التكرار، ومساحة الأرضية، وفلسفة الخدمة.

ما الفرق بين وحدة توزيع التبريد (CDU) والمبرد؟ المبرد يُنتج البرودة عن طريق التبريد الميكانيكي. أما وحدة توزيع التبريد (CDU) فتوزع البرودة الموجودة أصلاً في مياه المنشأة وتتحكم بها. لا تحتوي وحدة توزيع التبريد (CDU) على ضاغط. بعض وحدات توزيع التبريد من النوع L2A تتضمن دائرة تبريد، لكن النوع الشائع من النوع L2L عبارة عن مبادل حراري ومجموعة مضخات مع أجهزة تحكم.

ما هي درجة حرارة التبريد المناسبة؟ يُفضل تحديد درجة حرارة منخفضة قدر الإمكان ضمن حدود الميزانية المتاحة - تتراوح درجة الحرارة المثالية بين 2 و3 كلفن، بينما تتراوح درجة الحرارة النموذجية بين 3 و5 كلفن. كل درجة كلفن إضافية تُضاف بشكل دائم إلى متطلبات درجة حرارة الماء في منشأتك، مما يقلل من ساعات التبريد الطبيعي.

ما هو معدل التدفق الأمثل لكل رف؟ حوالي 1.5 لتر/دقيقة لكل كيلوواط عند فرق درجة حرارة ثانوية 10 كيلوجول، ما يعطي ما يقارب 170-195 لتر/دقيقة لرف بقدرة 120-130 كيلوواط. أضف 15-20% كنسبة احتياطية لاختيار وحدة توزيع الطاقة. تأكد من مطابقة ذلك مع متطلبات الشركة المصنعة للرف.

هل يمكن أن يكون ضغط ماء المنشأة مختلفًا عن ضغط الدائرة الثانوية؟ نعم، هذا هو الهدف. يقوم المبادل الحراري بعزلهما هيدروليكيًا. عادةً ما يكون ضغط ماء المنشأة عدة بارات، بينما تتراوح قدرة مكونات الجانب الثانوي عادةً بين 2.4 و3.5 بار. يحافظ نظام التحكم في ضغط الجانب الثانوي لوحدة التوزيع الحراري على ضغط دائرة الرف ضمن النطاق المُصمم له.

كيف أمنع تكثف الرطوبة على الألواح الباردة؟ حافظ على درجة حرارة الإمداد الثانوي أعلى من نقطة التكثف. هذه وظيفة تحكم، وليست وظيفة سلبية؛ إذ يجب أن يحتوي جهاز التحكم في وحدة التبريد والتكييف على مدخل لنقطة التكثف أو حد أدنى لدرجة حرارة الإمداد يراعيها. هذا أحد أسباب صعوبة التحكم في درجات حرارة الإمداد البارد (الفئة W17) في المناخات الرطبة، ولماذا يتجه القطاع نحو فئات أكثر دفئًا.

ما نوع سائل التبريد المستخدم في الجانب الثانوي؟ عادةً ما يكون PG25 - وهو عبارة عن 25% بروبيلين جليكول مع ماء معالج ومجموعة مثبطات OAT خالية من السيليكات - وفقًا لمواصفات مُورّد معدات تكنولوجيا المعلومات. انظر: ما هي سوائل التبريد المستخدمة في التبريد السائل لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي؟

هل تحتاج وحدات توزيع الهواء المضغوط (CDUs) إلى خزانات تمدد وفصل للهواء؟ معظمها يتضمن خزانًا وخزان تمدد في الجانب الثانوي. يعتمد احتياجك إلى خزانات خارجية على إجمالي حجم الدائرة الثانوية مقارنةً بالحجم الخارجي الأقصى المدعوم لوحدة توزيع الهواء المضغوط. عادةً ما يتم تحديد فصل الهواء عن الأوساخ بشكل منفصل، في جانب العودة.

ما هو بروتوكول الاتصال الذي يجب أن أطلبه؟ يدعم النظام بروتوكولي Modbus TCP وSNMP على نطاق واسع، بينما يُتوقع استخدام Redfish بشكل متزايد للتكامل مع أنظمة إدارة مراكز البيانات الحديثة (DCIM) ولإدارة الشبكة خارج النطاق. حدد البروتوكولات التي يدعمها نظام إدارة مراكز البيانات لديك تحديدًا، واطلب من المورّد إثبات التكامل.

حدد وحدة التحكم في الشحن (CDU) مقابل المصنع بأكمله

تُدرج ورقة بيانات وحدة التقطير الجوي (CDU) السعة، والتقارب، والتدفق، والمساحة. لكنها لا تُحدد ما إذا كان حجم الدائرة الثانوية يتجاوز نطاق التشغيل المدعوم للوحدة، أو ما إذا كانت ضغوط الشحن المسبق والتعبئة مناسبة للضغط الساكن، أو ما إذا كانت جودة مياه منشأتك متوافقة، أو ما إذا كان حجم الخزان يوفر وقت بقاء كافٍ لإطلاق الهواء.

أرسل لنا طراز وحدة توزيع الحرارة (CDU) وعدد الرفوف والحمل الحراري وحجم الحلقة الثانوية ومواصفات سائل التبريد والارتفاع الساكن وظروف المياه في المنشأة، وسنقوم بتحديد وتوريد وعاء التمدد المطابق وخزان سائل التبريد وخزان التخزين المؤقت وفاصل الهواء/الأوساخ ومعدات إزالة الهواء - مع الحسابات الداعمة وشهادات المواد.