Raffreddamento a liquido è definito come il caso in cui il liquido deve essere fornito a un'entità per il funzionamento. È importante tenere presente che questa definizione non limita il fluido di raffreddamento all'acqua. È possibile prendere in considerazione una varietà di liquidi per l'applicazione, inclusi liquidi che potrebbero trovarsi in fase vapore in una parte del circuito di raffreddamento.
- Il raffreddamento ad aria definisce il caso in cui solo l'aria deve essere fornita a un'entità per il funzionamento.
- Il rack raffreddato ad aria definisce il caso in cui solo l'aria deve essere fornita al rack o all'armadio per il funzionamento.
- L'apparecchiatura datacom raffreddata ad aria definisce il caso in cui viene fornita solo aria all'apparecchiatura datacom per il funzionamento.
- L'elettronica raffreddata ad aria definisce i casi in cui l'aria viene fornita direttamente all'elettronica per il raffreddamento senza altra forma di trasferimento di calore
Quando i liquidi vengono impiegati all'interno di circuiti di raffreddamento separati che non comunicano termicamente, il sistema è considerato di raffreddamento ad aria. L'illustrazione più ovvia riguarda i CRAC ad acqua refrigerata che di solito vengono implementati alla periferia di molti data center odierni. All'altro estremo della scala, l'uso di tubi di calore o circuiti pompati all'interno di un computer, in cui il liquido rimane all'interno di un circuito chiuso all'interno del server, si qualifica anche come elettronica raffreddata ad aria, a condizione che il calore venga rimosso dal circuito chiuso interno tramite flusso d'aria attraverso il telaio dell'apparecchiatura elettronica.
Ci sono molte diverse implementazioni del raffreddamento a liquido tra cui scegliere. Di seguito sono riportati diversi scenari:
Un'opzione utilizza un sistema di refrigerazione raffreddato ad aria montato all'interno dell'apparecchiatura datacom per fornire refrigerante refrigerato a piastre fredde raffreddate a liquido montate sui processori. Per questa implementazione, l'aria riscaldata dallo scambiatore di calore liquido-aria (ovvero il condensatore) viene scaricata direttamente nell'ambiente del data center. Dal punto di vista del data center, il rack e l'elettronica sono considerati raffreddati ad aria poiché nessuna linea di liquido attraversa l'involucro del rack.
Un'implementazione diversa può utilizzare uno scambiatore di calore liquido-aria montato sopra, sotto o sul lato o sul retro del rack. In questo caso, lo scambiatore di calore rimuove una parte sostanziale del calore residuo del rack dall'aria che viene infine scaricata nel data center. Questa implementazione non riduce la portata del flusso d'aria volumetrico necessaria per l'elettronica, ma riduce la temperatura dell'aria che viene espulsa nuovamente nel data center. Questo esempio descrive un rack raffreddato a liquido poiché le linee del liquido attraversano l'involucro del rack. Figura sotto.
Ancora un'altra implementazione utilizza piastre fredde raffreddate a liquido che impiegano acqua, dielettrici o altri tipi di refrigeranti raffreddati da uno scambiatore di calore liquido-liquido che respinge il calore disperso nell'acqua dell'impianto. Lo smaltimento del calore disperso nell'acqua dell'impianto può avvenire tramite uno o più circuiti di liquido aggiuntivi che alla fine terminano in una torre di raffreddamento esterna o in un impianto di refrigerazione. Questa implementazione del raffreddamento a liquido riduce la quantità di calore dissipato nell'ambiente della struttura e riduce anche la portata volumetrica dell'aria richiesta dall'elettronica del rack. Dal punto di vista del data center, questa implementazione descrive i rack e l'elettronica raffreddati a liquido poiché le linee del liquido attraversano l'involucro del rack e attraversano anche i server stessi. Questo sistema è mostrato nella figura sottostante.
SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO A LIQUIDO
Sistema di raffreddamento delle apparecchiature Datacom (DECS)
Questo sistema non si estende oltre il rack IT. Si tratta di un loop all'interno del rack che ha lo scopo di eseguire il trasferimento di calore dai componenti che producono calore (CPU, memoria, alimentatori, ecc.) a uno scambiatore di calore raffreddato a liquido anch'esso contenuto all'interno del rack IT. Alcune configurazioni possono eliminare questo anello e far fluire il fluido dall'unità di distribuzione del refrigerante (CDU) direttamente al carico. Questo circuito può funzionare in modalità di trasferimento del calore monofase o bifase facilitata da tubi di calore, termosifone, fluidi pompati e/o cicli di compressione del vapore. I fluidi tipicamente utilizzati nelle apparecchiature di comunicazione dati includono acqua, glicole etilenico o glicole propilenico e una miscela di acqua, refrigeranti o dielettrici. Come minimo, il sistema di raffreddamento dell'apparecchiatura per datacom includerebbe uno scambiatore di calore per la raccolta del calore e uno scambiatore di calore per la dissipazione del calore e potrebbe essere ulteriormente potenziato con componenti attivi come compressore/pompa, valvole di controllo, controlli elettronici, ecc.
Sistema di raffreddamento tecnologico (TCS)
Questo sistema in genere non si estenderebbe oltre i confini dello spazio IT. L'eccezione è una configurazione in cui la CDU si trova all'esterno del data center. Funge da circuito dedicato destinato a eseguire il trasferimento di calore dal sistema di raffreddamento dell'apparecchiatura di comunicazione dati al sistema ad acqua refrigerata. Questo circuito è altamente raccomandato, in quanto è necessario per affrontare specifici problemi di qualità dei fluidi relativi a temperatura, purezza e pressione, come richiesto dagli scambiatori di calore all'interno dei sistemi di raffreddamento delle apparecchiature di datacom. I fluidi tipicamente utilizzati nel circuito di raffreddamento della tecnologia includono acqua, glicole etilenico o glicole propilenico e una miscela di acqua, refrigeranti o dielettrici. Questo circuito può anche funzionare mediante modalità di trasferimento del calore monofase o bifase e può facilitare il trasferimento mediante tubi di calore, termosifoni, fluidi pompati e/o cicli di compressione del vapore. Come minimo, il sistema di raffreddamento della tecnologia dovrebbe includere uno scambiatore di calore per la raccolta del calore (probabilmente componente integrale del sistema di raffreddamento dell'apparecchiatura di trasmissione dati), uno scambiatore di calore per l'espulsione del calore e tubazioni di interconnessione. Questo sistema può essere ulteriormente potenziato con componenti attivi come compressori/pompe, valvole di controllo, controlli elettronici, filtri, accessori idronici, ecc.
Sistema ad acqua refrigerata (CHWS)
Questo sistema è tipicamente a livello di struttura e può includere un sistema dedicato per gli spazi IT. Consiste principalmente nel sistema tra i refrigeratori del data center e la CDU. Il sistema ad acqua refrigerata includerebbe l'impianto di refrigerazione, le pompe, gli accessori idronici e le necessarie tubazioni di distribuzione a livello di struttura. L'impianto di refrigerazione normalmente impiega un ciclo di compressione del vapore per raffreddare la temperatura di alimentazione dell'acqua refrigerata (43°F–48°F/6°C–9°C) sostanzialmente al di sotto della temperatura ambiente interna (tipicamente 75°F/24°C e oltre e oltre 95°F/35°C). Il sistema di refrigerazione può offrire un certo livello di ridondanza per componenti critici come refrigeratori, torri di raffreddamento e pompe.
Le apparecchiature DX possono essere utilizzate anche nel sistema ad acqua refrigerata. L'apparecchiatura DX fornisce la dissipazione diretta del calore nell'atmosfera ed è quindi l'ultimo ciclo per quel metodo di progettazione. Le limitazioni includono la distanza per i sistemi divisi e il costo dell'operazione. Generalmente, nella maggior parte delle aree i sistemi diventano economicamente in pareggio a 400 tonnellate di refrigerazione. I sistemi più grandi favoriscono progetti non DX a meno che altre circostanze non richiedano un'implementazione DX più ampia. Dispositivi di passaggio termico più piccoli possono essere introdotti per casi individuali o speciali all'interno di questo progetto di loop.
sistema dell'acqua del condensatore (CWS)
Questo sistema è costituito dal circuito del liquido tra le torri di raffreddamento e il/i refrigeratore/i del data center. Tipicamente è anche a livello di struttura e può includere o meno un sistema dedicato per gli spazi IT. I circuiti dell'acqua del condensatore rientrano in genere in una delle due categorie fondamentali: sistema basato su bulbo umido o basato su bulbo secco. I circuiti a bulbo umido funzionano su un processo evaporativo, sfruttando le temperature di bulbo umido più basse, fornendo così temperature dell'acqua del condensatore più fredde. I circuiti a bulbo secco funzionano in base alla differenza della temperatura del circuito dell'acqua del condensatore rispetto alla temperatura ambiente a bulbo secco. Per consentire il trasferimento di calore con il sistema a bulbo secco, il circuito dell'acqua del condensatore deve trovarsi a una temperatura sostanzialmente superiore alla temperatura ambiente a bulbo secco per consentire un adeguato trasferimento di calore dall'acqua del condensatore all'aria ambiente esterna. Questi circuiti includono tipicamente: dispositivo di espulsione del calore esterno (torre di raffreddamento o raffreddatore a fluido secco), pompe, serbatoi di espansione, accessori idronici e tubazioni di distribuzione.
RACK E ARMADI RAFFREDDATI A LIQUIDO
Un rack o un armadio è considerato raffreddato a liquido se il liquido deve essere fatto circolare da e verso il rack o l'armadio per il funzionamento. Le seguenti figure illustrano il raffreddamento a livello di rack/armadio. Il primo è un rack base raffreddato ad aria. Le cifre rimanenti mostrano altre opzioni che utilizzano il raffreddamento a liquido o una combinazione di raffreddamento ad aria e raffreddamento a liquido. Le figure in questa sezione mostrano tutte le linee di mandata e ritorno del refrigerante sotto il pavimento sopraelevato. Altre implementazioni della struttura possono consentire a tali linee di essere instradate sopra il pavimento o dal soffitto. Le connessioni di alimentazione e ritorno del refrigerante per il rack/armadio possono essere dalla base, lateralmente o dall'alto.
La Figura 2 mostra una combinazione di rack o armadio raffreddati ad aria ea liquido che potrebbe ricevere il fluido di lavoro refrigerato direttamente da un punto all'interno del circuito CHWS o CWS. Un'implementazione potrebbe avere l'elettronica raffreddata ad aria, con il liquido di raffreddamento che rimuove una grande percentuale del calore disperso tramite uno scambiatore di calore sul portellone posteriore. Un'altra implementazione potrebbe avere il refrigerante consegnato ai raffreddatori spot del processore (una qualche forma di piastra fredda), con il resto dell'elettronica raffreddato ad aria.
La Figura 3 mostra un rack o un armadio puramente raffreddato a liquido. Un esempio di tale implementazione potrebbe avere tutta l'elettronica nella conduzione del rack o dell'armadio raffreddata tramite piastre fredde. Questo metodo di raffreddamento potrebbe distribuire acqua, refrigerante o altro refrigerante dielettrico come fluido di lavoro. Un'altra implementazione potrebbe avere tutta l'elettronica raffreddata tramite flusso di liquido (ad esempio, ebollizione a flusso forzato), impatto del getto, raffreddamento a spruzzo o un altro metodo che distribuisce un refrigerante dielettrico per raffreddare direttamente l'elettronica. Ancora un'altra implementazione includerebbe un rack completamente chiuso che utilizza l'aria come fluido di lavoro e uno scambiatore di calore aria-liquido.
La figura 4 mostra una combinazione di rack o cabinet raffreddati ad aria e raffreddati a liquido con una CDU esterna. La CDU, come suggerisce il nome, condiziona il refrigerante del sistema di raffreddamento della tecnologia (TCS) o del sistema di raffreddamento delle apparecchiature di comunicazione dati (DECS) in vari modi e lo fa circolare attraverso il circuito TCS o DECS al rack, all'armadio o all'apparecchiatura di comunicazione dati. Questa implementazione è simile a quella della Figura 2, con l'eccezione che ora esiste una CDU tra l'alimentazione a livello di impianto (CHWS o CWS) di fluido refrigerato e il rack o l'armadio. Questa implementazione consente alla CDU di condizionare il refrigerante inviato al rack o all'armadio a una temperatura superiore al punto di rugiada dell'impianto.
La Figura 5 mostra un'implementazione di rack o cabinet puramente raffreddati a liquido. Questa implementazione è simile a quella della Figura 3, così come della Figura 4, in cui è inclusa una CDU esterna.
Le figure 6 e 7 sono le implementazioni finali che verranno discusse in questa sezione. Queste implementazioni hanno molto in comune con le implementazioni delle Figure 4 e 5, rispettivamente. Una differenza evidente è il fatto che i rack o gli armadi mostrati nelle Figure 6 e 7 ora possiedono CDU dedicate, cioè CDU interne. Le CDU sono mostrate nella parte inferiore del rack, ma altre configurazioni potrebbero includerle sul lato o sulla parte superiore del rack. Questa implementazione offre maggiore flessibilità all'operatore del datacom center in quanto i rack o gli armadi possono ora condizionare i loro refrigeranti a condizioni molto diverse in funzione del carico di lavoro o dell'elettronica all'interno. Un altro vantaggio è che ora è possibile distribuire refrigeranti diversi (ad es. acqua, refrigerante, dielettrico) nei diversi rack in funzione del carico di lavoro o del tipo di elettronica.
Linee guida sul raffreddamento a liquido per i centri di apparecchiature per datacom - ASHRAE e cooperazione con TC 9.9, strutture mission-critical, spazi tecnologici e apparecchiature elettroniche.
