Bể Làm Mát Ngâm Cho Trung Tâm Dữ Liệu: Thiết Kế Bể Một Pha Và Hai Pha
Tạo vào Hôm nay
Bể làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu: Thiết kế bể một pha và hai pha
Bể làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu là bình chứa kín giữ các máy chủ ngập hoàn toàn trong chất lỏng điện môi, truyền nhiệt trực tiếp vào chất lỏng thay vì vào không khí. Trong ngâm một pha, chất lỏng được bơm đi làm mát rồi quay trở lại; trong ngâm hai pha, chất lỏng sôi tại chip và hơi ngưng tụ trở lại thành chất lỏng bên trong bể. Bể là một bình chứa kín, thường được chế tạo theo yêu cầu, mà vật liệu, khả năng làm kín và tính tương thích với chất lỏng chi phối thiết kế — thép không gỉ và các bình chứa chế tạo tùy chỉnh là điển hình, với kết cấu theo ASME được tham chiếu khi thiết kế chịu áp lực và ISO 28765 liên quan khi xem xét vỏ tráng men thủy tinh.
Làm mát ngâm chuyển việc loại bỏ nhiệt từ phía không khí sang phía chất lỏng bằng cách nhúng máy chủ vào một chất lỏng điện môi không dẫn điện. Do đó, "bể" không phải là bể chứa nước mà là vỏ bọc nhiệt và cơ học chính của chính thiết bị CNTT. Chọn sai bình chứa — một mối nối rò rỉ, một gioăng không tương thích, một bể không thể chứa chất lỏng tràn — và bạn đã biến một lợi thế làm mát thành một rủi ro về ngăn chặn. Hai lựa chọn kiến trúc, một pha và hai pha, thay đổi cấu trúc bên trong của bể, chế độ áp suất và yêu cầu về vật liệu. Người chỉ định cần hiểu cả hai trước khi chọn bình chứa.
Hướng dẫn này trình bày về bể làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu, từ khâu chứa đựng đến việc phân chia một pha / hai pha, cho đến vật liệu và kiểm soát rò rỉ.
Bể chứa lưu chất điện môi
Bể ngâm trước hết là một bình kín chứa lưu chất điện môi và các máy chủ bên trong; nhiệm vụ chính của nó là chứa đựng kín không rò rỉ, chứ không phải lưu trữ nước về mặt kết cấu. Mỗi mối nối, kính quan sát và đầu xuyên đều là một đường rò rỉ tiềm ẩn.
1. Ranh giới lưu chất. Thành bể và nắp bể tạo thành lớp chứa chính của lưu chất điện môi, lưu chất này không được thoát ra sàn phòng dữ liệu hoặc vỏ bọc điện.
2. Vỏ bọc máy chủ. Bể cũng chứa thiết bị CNTT; hình học của nó, giao diện giá đỡ và nắp truy cập là một phần của thiết kế bình chứa, không phải là phụ kiện bổ sung.
3. Ngăn chứa thứ cấp. Một lớp nhỏ giọt hoặc lớp chắn bên dưới hoặc xung quanh bồn chứa sẽ giữ lại các rò rỉ nhỏ để sự cố hỏng phớt chỉ là một sự kiện bảo trì, không phải là một lần ngừng hoạt động.
Bởi vì chất lỏng có giá trị và hội trường nhạy cảm, tính toàn vẹn của ngăn chứa và khả năng bảo trì được thiết kế ngay từ bản phác thảo đầu tiên.
Ngâm một pha so với hai pha
Sự phân chia thiết kế định hình là liệu chất lỏng điện môi có thay đổi pha tại chip hay không, và lựa chọn đó định hình lại toàn bộ bể chứa. Bể một pha và hai pha là những cỗ máy khác nhau.
· Ngâm một pha. Chất lỏng vẫn ở thể lỏng; nó hấp thụ nhiệt, được bơm đến bộ trao đổi nhiệt bên ngoài (thường qua CDU), được làm mát và quay trở lại. Bể chứa về cơ bản là một bồn tắm kín không rò rỉ với các ống góp đầu vào/đầu ra và không có sôi bên trong — áp suất bên trong thấp hơn, quản lý hơi đơn giản hơn.
· Ngâm hai pha. Chất lỏng sôi tại linh kiện nóng, hơi bốc lên, và một cuộn hoặc bề mặt ngưng tụ bên trong bể sẽ đưa hơi trở lại thành chất lỏng. Bể phải quản lý không gian hơi, sự ngưng tụ và chế độ áp suất có thể cao hơn áp suất khí quyển, với khả năng làm kín chắc chắn hơn và thường là bình chịu áp suất được định mức.
· Đánh đổi. Một pha đơn giản hơn và dễ làm kín hơn; hai pha có mật độ truyền nhiệt cao hơn nhưng bình phức tạp hơn và cần quan tâm đến áp suất.
Lựa chọn này quyết định cấp vật liệu, triết lý làm kín và liệu bình có cần phân loại bình chịu áp suất hay không.
Khía cạnh | Một pha | Hai pha |
Trạng thái lưu chất | Chỉ chất lỏng | Sôi + ngưng tụ |
Áp suất bên trong | Gần áp suất khí quyển | Có thể vượt quá áp suất khí quyển |
Quản lý hơi | Tối thiểu | Bình ngưng + khoảng không hơi |
Độ phức tạp của bình chứa | Thấp hơn | Cao hơn, có khả năng chịu áp suất |
Ngăn chặn rò rỉ và tương thích chất lỏng
Chất lỏng điện môi phải được chứa kín và không được làm hỏng bồn chứa, vì vậy vật liệu bình chứa, các gioăng kín và mọi lớp phủ đều được lựa chọn để tương thích với chất lỏng và chống rò rỉ lâu dài. Chất lỏng ngâm là chất lỏng kỹ thuật, không phải nước.
· Vỏ thép không gỉ. Thép không gỉ 304/316 là vật liệu bình chứa tùy chỉnh phổ biến, trơ với hầu hết các chất lỏng điện môi ngâm và có khả năng chế tạo chính xác, kín mối hàn.
· Con dấu và gioăng. Elastomer chịu được chất lỏng hoặc fluoropolymer tại nắp và ống xuyên; việc lựa chọn con dấu được xác nhận dựa trên chất lỏng cụ thể để tránh trương nở hoặc rò rỉ.
· Lớp phủ nơi được sử dụng. Nếu có bất kỳ lớp phủ bên trong nào được áp dụng, nó phải tương thích với chất lỏng và không gây nhiễm bẩn cho chất điện môi; men thủy tinh ISO 28765 có thể phù hợp khi xem xét vỏ có lớp lót, nhưng tính tương thích với chất lỏng là yếu tố quyết định.
· Lớp ngăn và phát hiện rò rỉ. Một lớp phòng chứa thứ cấp và cảm biến rò rỉ biến một vết thấm chậm thành cảnh báo sớm.
Tính tương thích với chất lỏng được xác minh, không phải giả định, vì một con dấu hoặc lớp phủ phản ứng có thể làm nhiễm bẩn chất điện môi và các máy chủ mà nó bảo vệ.
Vật Liệu Và Quy Trình Chế Tạo
Bồn ngâm thường là các bình được chế tạo theo yêu cầu riêng, và quy trình chế tạo tuân theo chế độ áp suất và yêu cầu về chất lỏng. Thép không gỉ chiếm ưu thế; kết cấu chịu áp được tham chiếu khi thiết kế yêu cầu.
· Chế tạo tùy chỉnh bằng thép không gỉ. Bình 304/316 được thụ động hóa với các mối hàn kín, không rò rỉ; là lựa chọn mặc định cho cả thiết bị một pha và hai pha khi áp suất ở mức vừa phải.
· Kết cấu đạt chuẩn ASME. Khi không gian hơi hai pha hoặc thiết kế hệ thống đặt bình chịu áp suất đáng kể, kết cấu được tham chiếu theo ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Section VIII) để thân, nắp và van xả được phân loại đúng chuẩn.
· Mức độ liên quan của ISO 28765. Khi xem xét thân bình tráng men thủy tinh (GFS) cho bất kỳ biến thể có lớp lót nào, tiêu chuẩn thiết kế bể tráng men sẽ được áp dụng; nhiệm vụ ngâm thường dùng thép không gỉ hơn, nhưng tiêu chuẩn vẫn có sẵn khi có liên quan.
· Truy cập và bảo trì. Nắp che, điểm nâng và lỗ xả cho phép lắp đặt, tháo gỡ máy chủ và thay chất lỏng mà không làm vỡ lớp ngăn cách.
Lập tài liệu tiêu chuẩn chế tạo và xác nhận chất lỏng giúp tránh một bình chứa trông có vẻ đúng nhưng không thể được phân loại hoặc bảo trì.
Vật liệu / tuyến | Phù hợp nhất | Tham chiếu tiêu chuẩn |
Thép không gỉ 304/316 | Bình chứa một/hai pha tùy chỉnh | Chứng nhận vật liệu, QA mối hàn |
Bình chứa đạt chuẩn ASME | Thiết kế hai pha có áp suất | ASME BPVC Mục VIII |
Biến thể lót GFS | Nơi xem xét vỏ có lót | ISO 28765 |
Cân nhắc về Kích thước và Bố trí
Bể ngâm được định cỡ theo tải trọng máy chủ mà nó phải ngâm và thể tích chất lỏng cần thiết cho khả năng chịu nhiệt và độ phủ linh kiện, không theo logic lưu trữ nước. Hai yếu tố đầu vào chi phối.
4. Hình học máy chủ và giá đỡ. Bố trí bên trong bể tuân theo dạng thức IT; thể tích được xác định bởi số lượng bo mạch phải ngâm và khoảng cách giữa chúng để đảm bảo dòng chảy.
5. Lượng chất lỏng. Đủ chất điện môi để bao phủ các linh kiện với biên độ dự phòng, cung cấp dung lượng nhiệt, và (một pha) cấp cho vòng lặp bên ngoài mà không bị xâm thực.
6. Giao diện trao đổi nhiệt. Một pha cần không gian ống góp cho dòng chảy được bơm; hai pha cần không gian hơi và diện tích bình ngưng được định cỡ theo tốc độ bay hơi.
Do đó, bình chứa trước hết là một vỏ bọc tích hợp CNTT và thứ hai là một bồn chứa, và thông số kỹ thuật của nó được viết cùng với nhà cung cấp máy chủ, không phải riêng lẻ.
Trường hợp dự án
Một tài liệu tham chiếu chuyên dụng về làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu vẫn chưa nằm trong danh mục đã bàn giao, vì vậy bài viết này được viết như hướng dẫn kỹ thuật thay vì trích dẫn dự án. Năng lực của công ty trong việc cung cấp các bồn chứa được chế tạo và lót theo yêu cầu được minh chứng trong các lĩnh vực lân cận: các chương trình phòng cháy chữa cháy ở nước ngoài đã bàn giao các bồn GFS lên đến 12.261 m³ (Ấn Độ, 3 bồn, 2024-06) và 1.666 m³ (Singapore, 2 bồn, 2026-01), được chế tạo theo cùng tiêu chuẩn bồn bulông mà triết lý ngăn chứa của bồn làm mát ngâm có liên quan. Những tài liệu tham chiếu đó chứng minh năng lực cung cấp bồn thể tích lớn và đảm bảo chất lượng; chúng là các dự án phòng cháy chữa cháy, không phải các công trình lắp đặt làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu, và được trích dẫn ở đây chỉ như bối cảnh về năng lực.
Năng lực kỹ thuật của Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) đã thiết kế và chế tạo bồn chứa lắp ghép bằng bu lông từ năm 2008. Là nhà sản xuất bồn chứa thép tráng men nung (GFS) đầu tiên tại Trung Quốc, công ty sở hữu gần 200 bằng sáng chế liên quan đến men, sản xuất khoảng 300.000 tấm thép phủ men mỗi năm, đã hoàn thành hơn 30.000 dự án lắp đặt và cung cấp bồn chứa cho hơn 100 quốc gia. Cơ sở sản xuất mới rộng 150.000 m² được bổ sung để nâng cao năng lực sản xuất, và các bồn chứa đơn lẻ được cung cấp với dung tích lên đến 60.000 m³. Hoạt động sản xuất được vận hành theo ISO 9001 và ISO 45001, với chứng nhận sản phẩm bao gồm NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI và EUROCODE, và thiết kế được tham chiếu theo ASME, ISO 28765 và AWWA D103-09 khi ứng dụng yêu cầu.
Đối với hệ thống ngăn chứa làm mát bằng ngâm, công ty cung cấp các bình chứa bằng thép không gỉ và có lớp lót tùy chỉnh với chế tạo kín không rò rỉ, các vòng đệm tương thích với chất lỏng và ngăn chứa thứ cấp, đồng thời cung cấp tài liệu về vật liệu và chế tạo để xem xét.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi 1: Bể ngâm có phải là bể nước không?
Trả lời 1: Không. Đây là một bình chứa kín chứa chất lỏng điện môi với các máy chủ được ngâm bên trong; nhiệm vụ của nó là ngăn chứa kín không rò rỉ và truyền nhiệt, không phải lưu trữ nước.
Câu hỏi 2: Sự khác biệt giữa một pha và hai pha là gì?
Trả lời 2: Hệ một pha giữ chất lỏng ở dạng lỏng và bơm nó đến bộ làm mát bên ngoài; hệ hai pha cho phép chất lỏng sôi tại chip và ngưng tụ trở lại bên trong bể, đòi hỏi quản lý hơi và thường là bình chứa có khả năng chịu áp suất.
Câu hỏi 3: Bể được làm từ vật liệu gì?
A3: Thường là thép không gỉ (304/316) được chế tạo riêng để chứa kín không rò rỉ; kết cấu đạt chuẩn ASME được tham chiếu khi thiết kế có áp suất, và biến thể lót GFS có thể sử dụng ISO 28765 khi phù hợp.
Q4: Tại sao tương thích chất lỏng lại quan trọng?
A4: Chất lỏng điện môi không được làm hỏng gioăng kín, đệm kín hay bất kỳ lớp phủ nào; một gioăng kín không tương thích có thể bị trương nở hoặc rò rỉ và làm nhiễm bẩn chất lỏng và các máy chủ, vì vậy tính tương thích được xác minh chứ không phải giả định.
Q5: Rủi ro rò rỉ được quản lý như thế nào?
A5: Thông qua chế tạo thép không gỉ kín mối hàn, con dấu chịu được chất lỏng, lớp ngăn/phòng chứa thứ cấp và phát hiện rò rỉ, để một vết thấm chậm trở thành cảnh báo sớm thay vì tràn ra sàn nhà xưởng.
Q6: Ngâm hai pha có được điều áp không?
A6: Nó có thể hoạt động trên áp suất khí quyển nhờ khoảng không hơi và sự sôi, vì vậy bình chứa và van xả của nó thường được phân loại theo ASME khi chế độ áp suất yêu cầu.
Q7: Bồn ngâm được định cỡ như thế nào?
A7: Dựa trên hình học của máy chủ/giá đỡ cần ngâm, lượng chất lỏng điện môi để đảm bảo độ phủ và dung lượng nhiệt, và giao diện trao đổi nhiệt (ống góp cho một pha, khoảng không hơi và bình ngưng cho hai pha).
Một bể làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu là bình chứa chất lỏng điện môi giúp cho việc làm mát bằng chất lỏng trực tiếp trở nên khả thi, và thiết kế của nó phụ thuộc vào sự phân biệt giữa một pha và hai pha. Hãy chọn chế tạo tùy chỉnh bằng thép không gỉ để đảm bảo bình chứa kín khí, kiểm chứng từng mối hàn và lớp phủ với chất lỏng điện môi, bổ sung lớp ngăn thứ cấp và phát hiện rò rỉ, đồng thời tham chiếu ASME hoặc ISO 28765 khi chế độ áp suất hoặc biến thể có lớp lót yêu cầu. Được chỉ định theo cách đó, bể là một vỏ bọc đáng tin cậy cho IT thay vì một rủi ro tiềm ẩn.
Trao đổi với Kỹ sư
Đối với bể làm mát ngâm cho trung tâm dữ liệu, hãy gửi cho chúng tôi thông số hình học của máy chủ/rack cần ngâm, thông số kỹ thuật của chất lỏng điện môi, việc bạn dự định dùng một pha hay hai pha, và mọi yêu cầu về chế độ áp suất hoặc van xả. Chúng tôi sẽ gửi lại thông số kỹ thuật bình bằng thép không gỉ hoặc bình có lớp lót với các gioăng phù hợp với chất lỏng và hệ thống ngăn chặn thứ cấp, một nghiên cứu tính toán kích thước cho lượng chất lỏng dự trữ và giao diện trao đổi nhiệt, cùng tài liệu chế tạo tham chiếu theo ASME và ISO 28765 khi cần thiết.
WhatsApp