Как пластинчатые теплообменники участвуют в охлаждении ЦОДов

Пластинчатые теплообменники в ЦОД устанавливают на границе контуров. Задача – получение тепла от серверов и других устройств, подверженных интенсивному нагреву, его передача чиллеру для рассеивания.

Пластинчатые теплообменники – устройства, состоящие из множества тонких гофрированных металлических пластин. Горячая жидкая среда идет по одним каналам, холодная – по соседним. Схема обеспечивает эффективный отвод избытков тепловой энергии без смешивания потоков, что упрощает обслуживание.

Пластинчатые теплообменники (ПТО) востребованы в различных системах, в частности – в охлаждении ЦОД. Здесь их устанавливают на границе контуров. Задача – получение тепла от серверов и других устройств, подверженных интенсивному нагреву, его передача чиллеру для рассеивания.

Преимущества ПТО для ЦОДов

Вариантов охлаждения для ЦОД немало. Вентиляторы, кожухотрубные теплообменники – примеры. Однако, именно пластинчатые – используются максимально активно. Причина – сильные стороны, выделяющие их на фоне аналогов:

• Максимальный коэффициент теплопередачи. Обеспечен формой пластин. Гофрирование формирует не одинарные ламинарные потоки, а множественные турбулентные завихрения. Энергетический обмен эффективен даже при небольшой разнице температур сред;

• Компактность. Для отвода мегаватта нагрузки пластинчатому теплообменнику хватает около 20 квадратных метров площади, кожухотрубному – не менее 40, зачастую – до 70;

• Минимальные потери температуры при переходе теплоносителя между контурами. Средний диапазон – от 1 до 3 градусов. Это снижает нагрузку на компрессоры, повышает общую надежность, стабильность контура;

• Простота обслуживания. Для устройств характерна разборная конструкция, исключающая сложности при промывке, замене отдельных деталей из-за естественного износа, повреждений.

Принципы применения и установки

ЦОД – это серверы, системы хранения данных, стабилизаторы, источники бесперебойного питания и другие источники тепловой энергии, работающие постоянно. Защита от перегрева требует комплектации пластинчатыми теплообменниками всех путей, зон и областей отвода тепла.

Между градирней и контуром ЦОД

Открытая градирня взаимодействует с воздухом. Вода быстро загрязняется, становится средой, благоприятной для развития патогенных микроорганизмов, насыщенной активной химией. Прямая подача жидкости в компрессоры и теплообменники чиллера снижает производительность, провоцирует интенсивную коррозию и формирование известковых отложений. Техника начинает требовать частого обслуживания, в противном случае – выходит из строя.

Исключить негативный сценарий помогает установка пластинчатого теплообменника между градирней и контуром с чистым теплоносителем. Результат – повышение общей эффективности охлаждения, упрощение обслуживания, защита от аварий.

Внутри CDU

Жидкостная система охлаждения подразумевает передачу тепловой энергии с серверов на CDU (блок распределения охлаждающей жидкости), модули, отвечающие за распределение охладителя. Внутри CDU – пластинчатый теплообменник с двумя контурами:

1. Первичный. Получает воду от чиллеров и градирен. Температура зависит от источника, составляет от 7 до 25 градусов. Давление – высокое.

2. Вторичный. Оптимальный теплоноситель – водно-гликолевая смесь, где доля второго компонента составляет около 35 процентов. Раствор обладает околонулевой окислительной активностью. Он не является благоприятной средой для развития бактерий, не замерзает при отрицательных температурах.

Разделение контуров исключает повреждение чувствительного серверного оборудования скачками давления. Не представляют опасности также твердые механические частицы и другие загрязнения, содержащиеся в теплоносителе.

В чиллере

Чиллер укомплектован парой теплообменников, испарителем и конденсатором. В первом доходит до точки кипения фреон или другой хладагент, при испарении забирающий тепло среды, находящейся в конденсаторе. КПД такой комбинации превышает 90%.

Специфика подбора пластинчатых теплообменников для ЦОД

Чтобы пластинчатые теплообменники для центра обработки данных выполнили свои задачи, необходимо ответственно отнестись к подбору. Учитывают несколько параметров.

1. Тип

Для небольших CDU подходят компактные паяные модели. Минимальное сечение циркуляционных каналов делает их чувствительными к образованию известковых отложений. Для исключения проблем нужно обеспечить идеальную чистоту теплоносителя. При недоступности качественного теплоносителя нужен габаритный разборный аналог. Он допускает химическую промывку под большим давлением, механическую чистку.

2. Материал пластин

Универсальный вариант – нержавеющая сталь типа AISI 316. Она прочна, выдерживает гидроудары и механические воздействия, не подвержена коррозии даже при длительном воздействии жидкости с высокой окислительной активностью.

3. Материал уплотнителей

Стандарт – EPDM. Он выдерживает контакт с водными, гликолевыми растворами. При использовании теплоносителей на масляной основе необходимы аналоги из NBR. Иначе EPDM не выдерживает нагрузки, за пару месяцев деформируется, покрывается трещинами, не обеспечивает герметичности.

4. Площадь

К расчетному значению нужно прибавить запас в 20-30 процентов. Это обеспечивает эффективность работы, исключает постоянную высокую нагрузку, оставляет возможность для модернизации серверного оборудования. Увеличение теплоотдачи не станет проблемой – система охлаждения справится.

5. Температурный подход

Термин означает температурную разницу между жидкостью, идущей к серверам, и водой на объекте. Например, при температуре на входе в 25 градусов, а на выходе – 28, подход составляет 3 °C. Снижение показателя улучшает охлаждение, однако, усложняет конструкцию теплообменника, требует большего количества пластин.

6. Концентрация гликолевого раствора

Чем больше гликоля, тем вязче жидкость. Это снижает турбулентность, увеличивает сопротивление, повышает нагрузку на насосное оборудование. Верный расчет исключает проблемы с циркуляцией.

7. Соответствие принципам подключения

Потоки пускают навстречу друг другу. Такое направление обеспечивает разницу в температурах по всей длине пластин. Максимум давления, на которое рассчитан теплообменник, должен превышать пиковые значения, характерные для объекта. Это исключает риск прорыва, протечки даже в нештатной ситуации.

Важно, чтобы устройство допускало подключение запорной арматуры, вентилей, манометров, термометров. Модули необходимы для контроля состояния системы, ее оперативной промывки без сложного разбора.

Специфика обслуживания

Чтобы пластинчатые теплообменники полностью справлялись с охлаждением ЦОД, необходимо правильно и своевременно обслуживать их. Основные правила:

• Ежемесячная сверка перепада давления. При увеличении показателя на 20% относительно исходного значения необходима промывка по стандартной схеме;

• Ежегодная химическая промывка раствором лимонной кислоты в концентрации 3-5 процентов. Такая периодичность достаточна при pH от 7 до 8, малой жесткости воды, использовании веществ, подавляющих активность патогенных микроорганизмов. Отсутствие водоподготовки – повод для более частого обслуживания, каждые 4-5 месяцев;

• Комплексная механическая чистка. Актуальна для разборных моделей. Периодичность зависит от расположения. Со стороны чистого контура – раз в 3-5 лет, градирни – ежегодно. Паяные аналоги разбору не подлежат, обслуживание строится исключительно на химической промывке.

Пренебрежение правилами приведет к интенсивному формированию минеральных отложений в циркуляционных каналах пластин. Результаты – ухудшение теплоотвода, снижение эффективности работы, рост перепада давление, повышение нагрузки на насос, риск поломки.

Теплообменник – важнейший элемент системы охлаждения ЦОД. Задача собственника – подбор модели, соответствующей нагрузкам и специфике применения, поддержание ее в надлежащем состоянии, своевременное обслуживание.