CDU eli Coolant Distribution Unit on nestejäähdytetyn datakeskuksen keskeisin yksittäinen laite. Se erottaa palvelimille menevän jäähdytyspiirin laitoksen jäähdytysvesipiiristä ja pitää palvelinpiirin lämpötilan, virtauksen ja paineen halutuissa arvoissa riippumatta siitä, mitä laitoksen puolella tapahtuu.
Ilman tätä erottelua palvelinten kapeat virtauskanavat joutuisivat alttiiksi laitospiirin paineelle, epäpuhtauksille ja lämpötilan vaihtelulle. CDU on siis samaan aikaan suojaus, säätölaite ja pumppaamo.
Nestejäähdytyksen kokonaisuuteen ja muihin osa-alueisiin voit tutustua datakeskuksen jäähdytyksen kattavassa oppaassa.
Miten CDU toimii?
CDU sijoittuu kahden piirin väliin. Laitospiiri eli FWS (Facility Water System) tuo jäähdytysvettä kuivajäähdyttimiltä tai jäähdytyskoneilta. Palvelinpiiri eli TCS (Technology Cooling System) vie jäähdytysnesteen räkkeihin ja edelleen prosessoreiden kylmälevyille eli cold plate -rakenteisiin.
Yksikkö siirtää lämmön piiristä toiseen lämmönsiirtimen kautta ja hoitaa samalla neljä tehtävää:
Lämpötilan säätö. Palvelinpiirin menolämpötila pidetään laitevalmistajan määrittämällä alueella säätämällä laitospiirin virtausta lämmönsiirtimen läpi. Lämpötila on pidettävä myös salin kastepisteen yläpuolella, jottei kylmiin putkiin ja liittimiin tiivisty kosteutta.
Virtauksen ylläpito. Pumput kierrättävät nestettä palvelinpiirissä ja pitävät virtauksen tai paine-eron asetusarvossaan. Taajuusmuuttajaohjaus antaa pumpuille kyvyn seurata kuorman vaihtelua, joka tekoälylaskennassa voi olla nopeaa ja suurta.
Paineen hallinta. TCS- ja FWS-paineet määritellään laitevalmistajan sallimissa rajoissa sekä vuotoskenaarion
perusteella. Sisäinen vuoto kulkee suuremman paineen puolelta pienemmän paineen puolelle. Jos FWS on
korkeammassa paineessa, lämmönsiirtimen vuoto voi tuoda FWS-nestettä TCS-piiriin; vuodon havaitseminen,
eristäminen ja nesteiden yhteensopivuus on suunniteltava erikseen.
Nesteen puhtaus ja tilavuus. Suodatus poistaa hiukkaset, jotka muuten tukkisivat cold plate -kanavat. Paisunta- ja täyttöjärjestelmä hoitaa lämpölaajenemisen ja ilmanpoiston.
Näiden lisäksi CDU sisältää mittaukset, hälytykset ja vuodonvalvonnan sekä liitynnän kiinteistöautomaatioon tai DCIM-järjestelmään.
CDU-tyypit
Neste-neste (L2L), lattia-asenteinen: laitospiiriin liitettävä ratkaisu useille räkeille; tarkista huollettavuus, kapasiteetti ja redundanssi.
Neste-neste (L2L), rivi- tai räkkiasenteinen: lähellä kuormaa; soveltuvuus riippuu tilasta ja liityntäkapasiteetista.
Neste-ilma (L2A): siirtää lämmön salin ilmaan; salin ilmajäähdytys on mitoitettava ottamaan tämä kuorma.
Neste-ilma-yksikkö on nopein tapa aloittaa, mutta se ei poista lämpöä salista, vaan siirtää sen ilmajäähdytyksen kannettavaksi. Sen kapasiteetti on rajallinen, ja skaalautuvassa hankkeessa se on välivaihe, ei päätepiste.
Mitoituksen kolme ratkaisevaa lukua
Teho ja lämpötilaero. Siirrettävä teho seuraa virtauksen ja lämpötilaeron tulosta. Esimerkiksi megawatin kuorma kymmenen asteen lämpötilaerolla tarkoittaa vedellä noin 86 kuutiometrin tuntivirtausta. Jos lämpötilaero puolittuu, virtaus kaksinkertaistuu, ja sen mukana putkikoot, pumpputeho ja pumppauksen energiankulutus Lämpötilaero on siksi mitoituksen tärkein yksittäinen valinta.
Lämmönsiirtimen asteisuus. Palvelinpiirin menolämpötila ei voi olla laitospiirin menolämpötilaa alempi. Näiden väliin jää lämmönsiirtimen asteisuus, tyypillisesti muutama aste. Jos laitteet vaativat 32 asteen menoveden ja asteisuus on kolme astetta, laitospiirin on tuotava vettä enintään 29 asteessa. Tämä yksi luku ratkaisee, kuinka suuren osan vuodesta laitos pärjää vapaajäähdytyksellä ja kuinka arvokasta talteenotettu lämpö on. Liian tiukka asteisuusvaatimus kaataa talteenoton talouden ennen kuin yhtään lämpöpumppua on hankittu.
Nesteen ominaisuudet. Glykoliseos alentaa ominaislämpökapasiteettia ja kasvattaa viskositeettia, jolloin sama teho vaatii suuremman virtauksen ja suuremman pumppaustehon kuin puhtaalla vedellä. Glykolipitoisuus on siis mitoitusparametri eikä jälkikäteen tehtävä pakkassuojaus.
Näiden lisäksi mitoituksessa määritellään palvelinpiirin painehäviö kokonaisuutena, eli jakotukit, letkut, pikaliittimet ja cold platet yhteensä, sekä redundanssitaso. Yksikön sisäinen pumppuredundanssi ei korvaa järjestelmätason redundanssia, jos yksi CDU palvelee useaa räkkiriviä.
Asennus ja liitynnät
CDU on painava, tarkkaan sijoitettava ja monella tapaa liitettävä laite. Asennuksessa ratkaistavia asioita ovat
lattiakuormat ja ankkurointi, huoltotilan varaaminen yksikön ympärille, putkiliitokset ja niiden laatu,
sähkönsyöttö tavallisesti kahdelta eri syötöltä, sekä liityntä automaatioon ja vuodonvalvontaan.
Kriittisin yksittäinen vaihe on puhtaus. Palvelinpiiri huuhdellaan ja todennetaan puhtaaksi ennen kuin se
yhdistetään kylmälevyihin. Asennuksessa syntyvä hitsaushilse, metallilastu tai tiivistejäte päätyy muuten
suoraan prosessorin jäähdytyskanavaan, jossa se voi aiheuttaa tukoksen tai vaurion, jonka poistaminen voi
vaatia komponentin huoltoa tai vaihtoa. Sama koskee pikaliittimiä, joiden käsittely ja suojaus asennuksen
aikana vaikuttaa suoraan myöhempään vuotoriskiin.
Nestejäähdytyksen materiaali- ja vesikemiakysymyksiä käsitellään tarkemmin artikkelissa nestejäähdytyksen
vesikemia, suodatus ja materiaaliyhteensopivuus, ja piirien rakennetta sekä toimitusrajoja artikkelissa TCS ja
FWS: jäähdytyspiirien rakenne ja toimitusrajat.
Nestejäähdytyksen materiaali- ja vesikemiakysymyksiä käsitellään tarkemmin artikkelissa Nestejäähdytyksen vesikemia, suodatus ja materiaaliyhteensopivuus, ja piirien rakennetta sekä toimitusrajoja artikkelissa TCS ja FWS: datakeskuksen jäähdytyspiirien rakenne ja toimitusrajat.
Käyttöönotto
Käyttöönotto on se vaihe, jossa mitoituksen ja asennuksen virheet tulevat näkyviin.
Nestejäähdytetyn piirin käyttöönotto sisältää tyypillisesti:
-
painekoe ja tiiveyden todentaminen ennen laitteiden kytkemistä
-
huuhtelu, täyttö määritellyllä nesteellä ja ilmanpoisto
-
suodatuksen toiminnan varmistaminen ja nesteen puhtauden todentaminen
-
pumppujen suorituskyvyn ja taajuusmuuttajaohjauksen koestus
-
piirikohtainen virtausmittaus ja tasapainotus
-
lämpötilasäädön vasteen koestus kuormanmuutoksilla
-
vikatilanteiden koestus: pumpun vika, yksikön vika, sähkönsyötön vaihto
-
vuodonvalvonnan ja hälytysten todentaminen
Virtausten todentamiseen ja tasapainotukseen käytetään käytännössä kannettavaa clamp-on-ultraäänimittaria, koska sillä mitataan putken ulkopuolelta ilman piirin avaamista ja sama laite kiertää kaikki mittauspisteet. . Mittaustekniikoiden eroista voit lukea virtausmittareiden kattavasta oppaasta.
Käyttöönotossa kannattaa mitata myös lähtötaso, johon koko elinkaaren mittaukset verrataan: piirikohtaiset virtaukset, paine-erot, lämpötilaerot ja pumppujen värähtelytaso. Ilman lähtötasoa myöhemmät mittaukset kertovat vain sen hetken arvon, eivät muutosta.
Yleisimmät vikatilat
Suodattimien ja virtauskanavien tukkeutuminen. Näkyy suodattimen paine-eron kasvuna ja yksittäisten piirien virtauksen laskuna. Syy on lähes aina asennus- tai huuhteluvaiheen puutteessa tai korroosion tuottamissa hiukkasissa.
Ilma piirissä. Aiheuttaa epätasaista virtausta, ääntä, huonoa lämmönsiirtoa ja pahimmillaan pumpun kavitointia. Taustalla on tyypillisesti puutteellinen ilmanpoisto täytön yhteydessä tai vuotava alipainekohta piirissä.
Kondensoituminen. Jos menolämpötila laskee salin kastepisteen alle, kosteus tiivistyy putkiin ja liittimiin. Ongelma on säätötekninen, ei mekaaninen, ja korjataan asetusarvoilla ja kastepisteen seurannalla.
Säädön heiluminen. Ylimitoitettu säätöventtiili tai väärin viritetty säätöpiiri saa lämpötilan aaltoilemaan kuorman muuttuessa. Ratkaisu on oikea venttiilimitoitus ja säätöpiirin viritys. Aihetta käsitellään tarkemmin artikkelissa säätöventtiilit teollisuudessa.
Pumppujen kuluminen. Laakeri- ja tiivistevauriot kehittyvät asteittain ja ovat havaittavissa värähtelymittauksella viikkoja ennen vikaantumista.
Nesteen laadun heikkeneminen. Inhibiittien kuluminen, mikrobikasvu ja johtokyvyn muutos etenevät hitaasti ja huomataan vain, jos nestettä analysoidaan säännöllisesti.
Laitospiirin lämpötilan ryömiminen. Jos FWS-puolen lämpötila nousee suunnitellusta, CDU ei enää saavuta asetusarvoaan vaikka itse yksikkö on kunnossa. Vika on tällöin lämmön poistossa eli laitospiirin puolella, ei CDU:ssa.
Huolto ja kunnonvalvonta
CDU:n huolto rakentuu neljästä asiasta:
-
suodatuksen seuranta ja vaihdot
-
nesteen säännöllinen analysointi
-
pumppujen ja venttiilien kunnon seuranta
-
mittalaitteiden kalibrointi
Vuodonvalvonnan toimivuus on syytä koestaa määrävälein, koska se on järjestelmä, jonka toimimattomuus huomataan muuten vasta vuodon sattuessa.
Pyörivien koneiden osalta käytännöt ovat samat kuin muussakin kriittisessä prosessissa. Jatkuva tai langaton värähtelyvalvonta pumpuille ja koneensuojaus kriittisimmille koneille antavat aikaa reagoida ennen kuin kapasiteettia menetetään. Ratkaisuihin voit tutustua turva-automaation ja kunnonvalvonnan sivulla.
Mitä tietoja ostaja tarvitsee?
Tarjouskeskusteluun tarvitaan CDU-valmistaja ja malli, yksiköiden määrä, P&ID, FWS/TCS-liitynnät, tehon ja lämpötilan suunnitteluarvot, asennusaikataulu sekä koestus- ja takuuvastuut. Finkova voi rajata näiden pohjalta asennus- ja käyttöönottotehtävän.
CDU-asennukset ja käyttöönotot Finkovalta
Finkova tarjoaa datakeskusten jäähdytysjärjestelmien asennus- ja käyttöönottotyötä sekä prosessiteknisiä laitteita, mittausta ja elinkaaripalveluja Suomessa. Hankkeen toimituslaajuus, laitevalmistajan vaatimukset ja hyväksyntävastuut sovitaan erikseen.
Pyydä Finkovalta omaan hankkeeseesi rajattu toteutus- ja käyttöönottokeskustelu. Lähetä yhteydenoton mukana yllä mainitut lähtötiedot, jotta ratkaisu voidaan arvioida käytännön tasolla.
Samalta toimittajalta hoituvat myös piirien ympärille tarvittavat säätö- ja varoventtiilit, pumput, virtaus- ja energiamittaus sekä kunnonvalvonta.
Jos hankkeessanne on tulossa CDU-asennuksia tai siirtymä nestejäähdytykseen, keskustellaan toimitusrajoista ja aikataulusta ajoissa. Tutustu myös datakeskuspalveluihimme ja muihin osa-alueisiin datakeskuksen jäähdytyksen oppaassa.
Ota yhteyttä, autamme mielellämme.