Бак иммерсионного охлаждения для центра обработки данных: проектирование однофазных и двухфазных баков
Создано Сегодня
Бак иммерсионного охлаждения для центра обработки данных: проектирование однофазных и двухфазных баков
Резервуар для иммерсионного охлаждения центра обработки данных — это герметичная ёмкость, в которой серверы полностью погружены в диэлектрическую жидкость, передающую их тепло непосредственно жидкости, а не воздуху. В однофазном иммерсионном охлаждении жидкость откачивается для охлаждения и возвращается обратно; в двухфазном иммерсионном охлаждении жидкость закипает на чипе, а пар конденсируется обратно в жидкость внутри резервуара. Резервуар представляет собой герметичную, часто изготовленную на заказ ёмкость, в которой материал, герметизация и совместимость с жидкостью определяют конструкцию — типичны сосуды из нержавеющей стали и изготовленные на заказ сосуды, со ссылкой на конструкцию по ASME, когда конструкция рассчитана на давление, и ISO 28765, когда рассматривается оболочка со стекловидной эмалью.
Иммерсионное охлаждение переносит отвод тепла с воздушной стороны на жидкостную, погружая сервер в диэлектрическую жидкость, не проводящую электричество. Таким образом, «резервуар» — это не хранилище воды, а первичная тепловая и механическая оболочка самого ИТ-оборудования. Ошибка в выборе сосуда — протекающий шов, несовместимая прокладка, резервуар, не способный удержать разлив жидкости — и вы превратили преимущество охлаждения в риск нарушения герметичности. Два архитектурных варианта — однофазный и двухфазный — изменяют внутреннее устройство резервуара, режим давления и требования к материалам. Проектировщикам необходимо понимать оба варианта, прежде чем выбирать сосуд.
Это руководство описывает бак иммерсионного охлаждения для центра обработки данных — от герметизации до разделения на однофазный и двухфазный режимы, а также до выбора материалов и контроля утечек.
Бак как ёмкость для диэлектрической жидкости
Иммерсионный бак — это прежде всего герметичный сосуд, содержащий диэлектрическую жидкость и серверы внутри него; его основная задача — герметичная изоляция, а не конструктивное хранение воды. Каждое соединение, смотровое стекло и проходной изолятор являются потенциальным путём утечки.
1. Граница жидкости. Стенка и крышка бака образуют первичную ёмкость для диэлектрической жидкости, которая не должна попадать на пол серверного зала или в электрическую оболочку.
2. Корпус серверов. Бак также вмещает ИТ-оборудование; его геометрия, интерфейс стойки и крышки доступа являются частью конструкции сосуда, а не дополнительным элементом.
3. Вторичная защитная оболочка. Поддон или обвалованный слой под резервуаром или вокруг него улавливает небольшие утечки, поэтому отказ уплотнения становится событием для технического обслуживания, а не простоем.
Поскольку жидкость ценна, а помещение чувствительно, целостность защитной оболочки и ремонтопригодность закладываются в проект с первого эскиза.
Однофазное и двухфазное погружение
Определяющим конструктивным различием является то, меняет ли диэлектрическая жидкость фазу на чипе, и этот выбор изменяет всю ванну. Однофазные и двухфазные резервуары — это разные машины.
· Однофазное погружение. Жидкость остаётся жидкой; она поглощает тепло, перекачивается во внешний теплообменник (часто через CDU), охлаждается и возвращается. Резервуар по сути представляет собой герметичную ванну с входными/выходными коллекторами и без внутреннего кипения — более низкое внутреннее давление, более простое управление парами.
· Двухфазное погружение. Жидкость кипит на горячем компоненте, пар поднимается, а конденсационная катушка или поверхность внутри резервуара возвращает его в жидкое состояние. Резервуар должен управлять паровым пространством, конденсацией и режимом давления, которое может быть выше атмосферного, с более надежной герметизацией и часто сосудом, рассчитанным на давление.
· Компромиссы. Однофазная система проще и легче герметизируется; двухфазная имеет более высокую плотность теплопередачи, но более сложный сосуд, учитывающий давление.
Выбор определяет марку материала, философию герметизации и необходимость классификации сосуда как работающего под давлением.
Аспект | Однофазный | Двухфазный |
Состояние жидкости | Только жидкость | Кипение + конденсация |
Внутреннее давление | Близко к атмосферному | Может превышать атмосферное |
Управление парами | Минимальная | Конденсатор + паровое пространство |
Сложность резервуара | Ниже | Выше, с учётом давления |
Удержание утечек и совместимость с жидкостями
Диэлектрическая жидкость должна удерживаться в ёмкости и не должна разрушать резервуар, поэтому материал сосуда, уплотнения и любое покрытие выбираются с учётом совместимости с жидкостью и долговременной стойкости к утечкам. Иммерсионные жидкости — это специально разработанные жидкости, а не вода.
· Корпус из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь 304/316 — распространённый материал для сосудов, изготавливаемых по индивидуальному заказу, инертна к большинству иммерсионных диэлектрических жидкостей и позволяет выполнять точную сварку с обеспечением герметичности.
· Уплотнения и прокладки. Фторполимеры или эластомеры, стойкие к воздействию жидкости, на крышках и гермовводах; выбор уплотнений проверяется на совместимость с конкретной жидкостью во избежание набухания или выщелачивания.
· Покрытия, где они применяются. Если наносится какое-либо внутреннее покрытие, оно должно быть совместимо с жидкостью и не загрязнять диэлектрик; стекловидная эмаль по ISO 28765 может быть актуальна там, где рассматривается оболочка с футеровкой, но решающим фактором является совместимость с жидкостью.
· Обваловка и обнаружение утечек. Вторичный удерживающий слой и датчики утечек превращают медленное просачивание в раннюю тревогу.
Совместимость с жидкостью проверяется, а не предполагается, поскольку реакционноспособное уплотнение или покрытие может загрязнить диэлектрик и защищаемые им серверы.
Материалы и технология изготовления
Иммерсионные ванны обычно представляют собой сосуды, изготовленные по индивидуальному заказу, а технология изготовления определяется режимом давления и требованиями к жидкости. Доминирует нержавеющая сталь; конструкция, рассчитанная на давление, упоминается там, где этого требует проект.
· Индивидуальное изготовление из нержавеющей стали. Пассивированные сосуды из 304/316 с сварными герметичными швами; стандартный выбор как для однофазных, так и для двухфазных установок при умеренном давлении.
· Конструкция по стандартам ASME. Если двухфазное паровое пространство или конструкция системы создают в сосуде значительное давление, конструкция выполняется со ссылкой на Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением (Раздел VIII), чтобы обечайка, крышка и предохранительное устройство были надлежащим образом классифицированы.
· Соответствие ISO 28765. Если для любого варианта с покрытием рассматривается обечайка из стеклоэмали (GFS), применяется стандарт проектирования эмалированных резервуаров; для иммерсионного применения чаще используется нержавеющая сталь, но стандарт доступен при необходимости.
· Доступ и обслуживание. Кожухи, точки подъёма и сливные отверстия позволяют вставлять, извлекать серверы и заменять жидкость, не нарушая герметичность контура.
Документирование стандарта изготовления и проверки гидравлики предотвращает создание сосуда, который выглядит правильно, но не может быть классифицирован или обслужен.
Материал / маршрут | Лучшее соответствие | Стандартная ссылка |
Нержавеющая сталь 304/316 | Изготовленный на заказ однофазный/двухфазный сосуд | Сертификат материала, контроль качества сварки |
Сосуд, соответствующий стандарту ASME | Двухфазная конструкция под давлением | ASME BPVC Раздел VIII |
Вариант с футеровкой GFS | Где рассматривается футерованный корпус | ISO 28765 |
Соображения по выбору размера и компоновке
Размер погружного резервуара определяется нагрузкой сервера, которую он должен погружать, и объемом жидкости, необходимым для теплоемкости и покрытия компонентов, а не логикой хранения воды. Доминируют два входных параметра.
4. Геометрия сервера и стойки. Внутренняя компоновка резервуара следует форм-фактору ИТ-оборудования; объем определяется тем, сколько плат должно быть погружено и каково их расстояние для потока.
5. Запас жидкости. Достаточное количество диэлектрика, чтобы покрыть компоненты с запасом, обеспечить теплоёмкость и (в однофазном режиме) подавать жидкость во внешний контур без кавитации.
6. Интерфейс теплообмена. Однофазному режиму требуется пространство для коллектора под прокачиваемый поток; двухфазному режиму требуется паровое пространство и площадь конденсатора, рассчитанные на скорость испарения.
Таким образом, сосуд — это в первую очередь IT-интегрированный корпус и лишь во вторую очередь резервуар, и его спецификация разрабатывается совместно с поставщиком серверов, а не изолированно.
Пример проекта
Специализированный справочный проект по иммерсионному охлаждению центров обработки данных пока не входит в поставленный портфель, поэтому данная статья написана как инженерное руководство, а не как ссылка на проект. Способность компании поставлять изготовленные на заказ и футерованные резервуары продемонстрирована в смежных секторах: в рамках зарубежных программ противопожарной защиты были поставлены резервуары GFS объёмом до 12 261 м³ (Индия, 3 резервуара, 2024-06) и 1 666 м³ (Сингапур, 2 резервуара, 2026-01), изготовленные по тем же стандартам болтовых резервуаров, с которыми соотносится концепция герметизации резервуара иммерсионного охлаждения. Эти примеры подтверждают поставку крупнообъёмных резервуаров и контроль качества; это проекты противопожарной защиты, а не установки иммерсионного охлаждения центров обработки данных, и они приводятся здесь исключительно как контекст возможностей.
Инженерные возможности Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) занимается проектированием и производством сборных резервуаров для хранения с 2008 года. Являясь первым в Китае производителем резервуаров из стеклоплавильной стали (GFS), компания владеет почти 200 патентами, связанными с эмалью, производит около 300 000 стальных пластин с эмалевым покрытием в год, реализовала более 30 000 установленных проектов и поставляет свои резервуары более чем в 100 стран. Новая производственная база площадью 150 000 м² была добавлена для увеличения производственных мощностей, а единичные резервуары поставляются объёмом до 60 000 м³. Производство осуществляется в соответствии с ISO 9001 и ISO 45001, сертификация продукции включает NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI и EUROCODE, а проектирование выполняется с учётом ASME, ISO 28765 и AWWA D103-09 там, где этого требует применение.
Для иммерсионного охлаждения компания поставляет изготовленные на заказ резервуары из нержавеющей стали и с облицовкой, герметичные по конструкции, с уплотнениями, совместимыми с жидкостями, и вторичной защитой от утечек, а также предоставляет документацию на материалы и изготовление для проверки.
Часто задаваемые вопросы
В1: Является ли иммерсионный бак водяным баком?
О1: Нет. Это герметичный резервуар, содержащий диэлектрическую жидкость, в которую погружены серверы; его задача — герметичное удержание и теплопередача, а не хранение воды.
В2: В чём разница между однофазным и двухфазным охлаждением?
О2: Однофазное охлаждение сохраняет жидкость в жидком состоянии и перекачивает её во внешний охладитель; двухфазное позволяет ей кипеть на чипе и конденсироваться обратно внутри бака, что требует управления парами и часто резервуара, рассчитанного на давление.
В3: Из какого материала изготовлен бак?
A3: Обычно используется нержавеющая сталь (304/316), изготовленная по индивидуальному заказу для герметичного удержания; при проектировании под давлением упоминается конструкция по стандарту ASME, а вариант с покрытием GFS может использовать ISO 28765, где это применимо.
В4: Почему совместимость с жидкостями критична?
О4: Диэлектрическая жидкость не должна разрушать уплотнения, прокладки или любое покрытие; несовместимое уплотнение может набухать или выщелачиваться и загрязнять жидкость и серверы, поэтому совместимость проверяется, а не предполагается.
В5: Как управляют риском утечек?
A5: Благодаря герметичной сварной нержавеющей конструкции, уплотнениям, стойким к воздействию жидкости, вторичной обваловке/удерживанию и обнаружению утечек, медленное просачивание превращается в раннюю тревогу, а не в разлив на полу зала.
Q6: Является ли двухфазное иммерсионное охлаждение герметизированным под давлением?
A6: Он может работать при давлении выше атмосферного благодаря паровому пространству и кипению, поэтому сосуд и его предохранительное устройство часто классифицируются по ASME там, где этого требует режим давления.
Q7: Как определяется размер иммерсионной ванны?
A7: По геометрии серверов/стоек, подлежащих погружению, по запасу диэлектрической жидкости для покрытия и теплоёмкости, а также по интерфейсу теплообмена (коллекторы для однофазного режима, паровое пространство и конденсатор для двухфазного).
Иммерсионный бак для центра обработки данных — это ёмкость для диэлектрической жидкости, которая делает возможным прямое жидкостное охлаждение, и его конструкция определяется выбором между однофазной и двухфазной схемами. Выбирайте изготовление из нержавеющей стали по индивидуальному заказу для герметичного удержания, проверяйте каждое уплотнение и покрытие на совместимость с диэлектрической жидкостью, предусматривайте вторичную защитную оболочку и обнаружение утечек, а также ссылайтесь на ASME или ISO 28765, когда этого требуют режим давления или вариант с футеровкой. При такой спецификации бак становится надёжной оболочкой для ИТ-оборудования, а не скрытым риском.
Связаться с инженером
Для бака иммерсионного охлаждения для центра обработки данных пришлите нам геометрию серверов/стоек, подлежащих погружению, спецификацию диэлектрической жидкости, информацию о том, планируете ли вы однофазный или двухфазный режим, а также любые требования к режиму давления или предохранительным устройствам. Мы предоставим спецификацию сосуда из нержавеющей стали или с покрытием, с уплотнениями, совместимыми с жидкостью, и вторичной защитной оболочкой, расчёт размеров для объёма жидкости и интерфейса теплообмена, а также документацию по изготовлению со ссылкой на ASME и ISO 28765 по мере необходимости.
WhatsApp