Как работает CDU?

Вкратце

• Блок распределения охлаждающей жидкости (CDU) гидравлически и термически изолирует систему водоснабжения объекта от системы охлаждения оборудования, передавая тепло через пластинчатый теплообменник и точно контролируя температуру, расход и давление охлаждающей жидкости на вторичной стороне.

• Основные компоненты: паяный пластинчатый теплообменник (типичная температура 2–5 К), насосы с регулируемой скоростью и резервированием N+1 или N+N, регулирующий клапан на первичной стороне, датчики, фильтрация с размером пор 25 мкм или меньше, а также резервуар/расширительный бак.

• Существует две архитектуры: L2L (жидкость-жидкость) — охлаждение оборудования водой, подаваемой в хладагент для стеллажей, — наиболее распространенный вариант для систем искусственного интеллекта высокой плотности, — и L2A (жидкость-воздух) — отвод тепла в комнатный воздух, используемый там, где отсутствует доступ к воде.

• Диапазон рыночных мощностей варьируется от примерно 70 кВт в стоечных/боковых блоках до 2 МВт и более в рядных машинах. Утверждается, что один блок CDU мощностью 2 МВт способен обслуживать около десятка стоек GB300 NVL72.

• Уравнение, определяющее процесс, и то, которое нужно правильно вычислить: \(Q(кВт)=1,163 × Расход (м³/ч) ×\Delta T(K)\) для воды. Обратите внимание на единицу измерения расхода — \(м³/ч\), а не л/мин. В л/мин константа становится равной 0,0698.

• Расчетные показатели расхода для стоек с высокой плотностью технологического оборудования обычно составляют около 1,5 л/мин на кВт при вторичной температуре ~10 К (ΔT) — что для стойки мощностью 120 кВт дает примерно 170–195 л/мин, при этом выбор блока распределения тепла добавляет 15–20 % запаса мощности.

• Блок CDU позволяет воде в помещении быть загрязненной и находиться под высоким давлением, в то время как контур охлаждения остается чистым, стабильным и находится под низким давлением, а также поддерживает температуру подаваемой воды выше точки росы, чтобы холодные пластины не покрывались конденсатом.

Какую проблему решает ЦДУ?

Представьте, что произойдет, если подключить систему охлаждения здания напрямую к стойке с охлаждающими пластинами для графических процессоров.

Вода в системе находится под давлением, соответствующим рабочему давлению установки — часто 6–10 бар и более в высотном здании, что значительно выше номинального давления охлаждающей пластины или быстроразъемного соединения. Она содержит твердые частицы, растворенный кислород, химические реагенты для обработки и биологическую нагрузку, характерные для градирни или чиллерной установки, а не для микроканалов с размером пор 200–300 мкм, отфильтрованных через фильтр 25 мкм. Ее температура меняется в зависимости от стратегии управления установкой, условий окружающей среды и нагрузки во всем здании. И если охлаждающая пластина протекает, то из нее вытекает вода под давлением установки, которая поступает в стойку с работающим оборудованием GPU.

Теперь рассмотрим, что на самом деле нужно стойке: чистый, ингибированный PG25 при строго контролируемой температуре — обычно в пределах ±0,5–±1 °C — при умеренном, стабильном давлении, с гарантированным расходом, отслеживающим тепловую нагрузку секунда за секундой, и с немедленным реагированием в случае возникновения каких-либо проблем.

Блок первичной переработки (CDU) — это устройство, которое преобразует первую жидкость во вторую. Он представляет собой теплообменник, насосную установку, систему управления и систему защиты в одном блоке. Все остальные компоненты установки жидкостного охлаждения расположены либо до, либо после него.

Две схемы: FWS и TCS

В соответствии со стандартной отраслевой терминологией, установка делится на два гидравлически изолированных контура:

FWS — Система водоснабжения объекта (основная часть)

Холодильная установка, градирни или сухие охладители, основные насосы, основные распределительные трубопроводы. Более высокое давление, больший объем, качество воды контролируется в соответствии со стандартами объекта. Это инфраструктура охлаждения здания.

TCS — Технологическая система охлаждения (вторичная сторона)

Вторичные насосы CDU, вторичное распределение, внутристойковые коллекторы, быстроразъемные соединения, охлаждающие пластины и обратный контур. Чистый ингибированный хладагент (обычно PG25), строго контролируемая температура, низкое давление, фильтрация с размером пор 25 мкм или меньше. Это контур, контактирующий с ИТ-оборудованием.

Единственная связь между ними — теплообменник внутри блока обработки тепловой энергии. Между контурами не циркулирует никакая жидкость. Именно эта изоляция и является ключевым моментом, обеспечивающим пять конкретных преимуществ:

1. Преобразование давления. Вода, подаваемая на установку под давлением, поступает внутрь; охлаждающая жидкость, находящаяся под безопасным давлением (обычно 2,4–3,5 бар, рассчитанным для вторичных компонентов), выходит наружу.

2. Изоляция для улучшения качества воды. Твердые частицы, химические вещества и биологические компоненты, находящиеся на территории предприятия, никогда не достигают охлаждающих пластин.

3. Регулирование температуры. Температура вторичной воды устанавливается контуром управления установки первичной переработки нефти (УПН) независимо от колебаний температуры воды на предприятии в пределах расчетного диапазона.

4. Герметизация. При утечке со стороны вторичного контура происходит выброс небольшого объема контролируемого охлаждающего вещества, а не технологической воды под давлением установки.

Формулы для расчета тепловых процессов

\(Q (кВт) = 1,163 × Расход (м³/ч) × ΔT (К)\) \(Q (кВт) = 0,0698 × Расход (л/мин) × ΔT (К)\)

(Водный расход: Расход = 120 / (1,163 × 10) = 10,32 м³ / ч = 172 л/мин) - Стеллажи со скоростью ~190 л/мин каждый: ≈7-8 стеллажей

С учетом поправки на содержание гликоля (объемная теплоемкость примерно на 5-10 % ниже, чем у воды). Это соответствует обычно указываемому диапазону расчетной теплоемкости, составляющему примерно 1,5 л/мин на кВт.

Почему установка первичной переработки нефтепродуктов важна для остальной части завода.

Функция изоляции блока CDU имеет важное конструктивное последствие, которое часто недооценивается: она позволяет отделить ваши обязательства по обеспечению качества воды от остальных.

Технологическая часть установки должна соответствовать требованиям для холодильной установки и теплообменника. Технологическая часть должна соответствовать требованиям для микроканальных охлаждающих пластин — быть более чистой, лучше ингибированной, лучше дегазированной и химически стабильной в течение многих лет. Поскольку установка первичной переработки разделяет их, можно задать стандарты для каждой из них, вместо того чтобы требовать соответствия самым строгим требованиям для всей установки.

Это также означает, что технологическая сторона представляет собой небольшой, замкнутый, контролируемый объем. Именно это позволяет на практике добиться жесткого контроля химического состава. Именно поэтому вспомогательные компоненты имеют такое большое значение: в небольшом замкнутом контуре, содержащем медные охлаждающие пластины, коллекторы из нержавеющей стали и, возможно, алюминий в других местах, растворенный кислород (примерно 8–9 мг/л в пресной воде при 20 °C) вызывает коррозию, которая приводит к образованию магнетита, загрязняющего охлаждающие пластины. Вакуумный дегазатор может снизить содержание растворенного кислорода ниже 0,1 мг/л. Это улучшение на два порядка, достигаемое за счет одной установки для обработки побочного потока.

Установка первичной переработки (УПП) является контрольной точкой. Окружающие её сосуды — расширительный бак, резервуар, буфер, сепаратор, дегазатор — обеспечивают поддержание параметров контролируемой ею жидкости в соответствии с требуемыми параметрами.

Резервирование, ремонтопригодность и доступность

Для инфраструктуры ИИ требования к доступности блоков охлаждения очень высоки. Процесс обучения, который длился неделю, не может выдержать незапланированного отключения системы охлаждения.

Стратегии резервирования:

• Насосы N+1 или N+N внутри блока первичной переработки — с возможностью «горячей» замены, если это позволяет конструкция.

• N+1 блоков CDU на уровне ряда или зала — один резервный блок, обслуживающий группу стоек, с автоматическим или ручным переключением.

• Разнообразный выбор размеров установок первичной переработки — несколько установок среднего размера вместо одной крупной, поэтому единичный отказ снижает общую мощность.

• Двойная подача питания на элементы управления и насосы установки первичной переработки.

• Буферная емкость на стороне объекта для преодоления интервала переключения.

Технические характеристики, обеспечивающие удобство обслуживания: насосы с возможностью «горячей» замены, фильтры с фронтальным доступом и запорными клапанами, съемные блоки датчиков, точки слива и отбора проб, а также система управления, поддерживающая онлайн-обновление прошивки и резервное копирование конфигурации.

Заявления о доступности, содержащиеся в документации поставщиков, следует тщательно проверять на предмет их обоснованности. Некоторые производители приводят очень высокие показатели доступности; для вашего проекта важен анализ режимов отказов — что происходит при каждом отдельном сбое, сколько времени занимает восстановление и поддерживается ли охлаждение во время восстановления.

Часто задаваемые вопросы

Нужен ли мне блок распределения питания (CDU) для каждой стойки? Нет. Варианты развертывания включают в себя CDU внутри стойки (один на стойку или на несколько стоек), CDU в ряду, обслуживающие ряд, и дополнительные блоки, расположенные рядом со стойкой. Более крупные блоки L2L мощностью 1-2 МВт могут обслуживать от семи до двенадцати стоек высокой плотности. Выбор зависит от плотности размещения оборудования в стойках, стратегии резервирования, занимаемой площади и концепции обслуживания.

В чём разница между установкой первичной переработки (УПП) и чиллером? Чиллер производит холод за счёт механического охлаждения. УПП распределяет и регулирует холод, уже имеющийся в воде предприятия. У УПП нет компрессора. Некоторые УПП типа L2A включают в себя холодильный контур, но основные УПП типа L2L представляют собой теплообменник и насосную установку с элементами управления.

Какую температуру на входе следует указать? Минимальная температура, которую позволяет бюджет — 2–3 К является оптимальной для высокопроизводительных систем, 3–5 К — типичной. Каждый кельвин температуры на входе постоянно добавляется к требуемой температуре воды на вашем предприятии и сокращает время работы системы охлаждения.

Какую скорость потока на одну стойку следует запланировать? Примерно 1,5 л/мин на кВт при вторичной разнице температур 10 К, что даст приблизительно 170–195 л/мин для стойки мощностью 120–130 кВт. Добавьте 15–20 % запаса на выбор блока распределения теплоносителя. Проверьте соответствие опубликованным требованиям конкретного производителя стойки.

Может ли давление воды в системе отличаться от давления во вторичном контуре? Да, именно в этом и заключается суть. Теплообменник гидравлически изолирует их. Давление воды в системе обычно составляет несколько бар; компоненты вторичного контура, как правило, рассчитаны на диапазон 2,4–3,5 бар. Система регулирования давления во вторичном контуре установки непрерывной подачи газа поддерживает давление в контуре в пределах его номинальных значений.

Как предотвратить образование конденсата на холодных пластинах? Поддерживайте температуру вторичной подачи выше точки росы в свободном пространстве. Это функция управления, а не пассивная — контроллер блока распределения тепла должен иметь входной сигнал точки росы или нижний предел температуры подачи, который его учитывает. Это одна из причин, почему температуру холодной подачи (класс W17) сложнее контролировать во влажном климате, и почему отрасль переходит к более теплым классам.

Какой хладагент используется во вторичной системе охлаждения? Обычно это PG25 — 25% пропиленгликоля с обработанной водой и пакетом ингибиторов OAT, не содержащих силикатов, — согласно спецификации поставщика ИТ-оборудования. См. раздел «Какие хладагенты используются в системах жидкостного охлаждения центров обработки данных для ИИ?»

Нужны ли установкам первичной переработки нефти (УПП) расширительные баки и воздухоотделители? Большинство установок имеют резервуар и расширительный бак на вторичной стороне. Необходимость в дополнительных баках зависит от общего объема вторичного контура по сравнению с заявленным максимальным допустимым объемом дополнительных баков установки. Воздухо- и грязеотделение обычно предусматривается отдельно, на обратной стороне.

Какой протокол связи мне необходим? Modbus TCP и SNMP широко поддерживаются; Redfish всё чаще используется для интеграции с современными системами DCIM и для внеполосного управления. Укажите, какие протоколы поддерживает ваша система DCIM, и потребуйте от поставщика продемонстрировать интеграцию.

Укажите CDU для всего завода.

В техническом паспорте установки первичной переработки нефти (CDU) указаны производительность, подход, расход и габариты. В нем не указано, превышает ли объем вторичного контура допустимые габариты установки, соответствуют ли давление предварительной заправки и заполнения вашему статическому напору, совместимо ли качество воды на вашем предприятии или обеспечивает ли объем резервуара достаточное время для выпуска воздуха.

Пришлите нам модель вашей установки первичной переработки (CDU), количество стоек и тепловую нагрузку, объем вторичного контура, спецификацию охлаждающей жидкости, статическую высоту и условия водоснабжения объекта, и мы подберем и поставим соответствующий расширительный бак, резервуар для охлаждающей жидкости, буферный бак, воздухо- и грязеотделитель и деаэрационное оборудование — с подтверждающими расчетами и сертификатами на материалы.