Grundkenntnisse der Flüssigkeitskühlungstechnologie

Der enorme Datendurchsatz und die Rechenleistung stellen Rechenzentren, die mit neuen Technologien wie künstlicher Intelligenz und Big Data arbeiten, vor beispiellose Herausforderungen in Bezug auf Energie und Kühlung. Einerseits ist der Rechen- und Speicherstromverbrauch von IT-Geräten wie Servern extrem hoch, andererseits steigt auch der Stromverbrauch zur Kühlung der IT-Geräte in Rechenzentren rapide an.
Laut Statistiken von CCID Consulting wurden im Jahr 2019 etwa 43 % des Energieverbrauchs chinesischer Rechenzentren für die Kühlung der IT-Geräte verwendet, was im Wesentlichen dem Energieverbrauch von 45 % der IT-Geräte selbst entspricht. Um die Betriebskosten von Rechenzentren zu kontrollieren, den Energieverbrauch zu senken und so umweltfreundliche Rechenzentren zu bauen, ist es zwingend erforderlich, den Stromverbrauch der Wärmeableitung zu senken.

Mit der Zunahme der Leistungsdichte einzelner Schränke kann die herkömmliche Luftkühlung den Wärmeableitungsbedarf nicht mehr decken, und es ist eine Flüssigkeitskühlungstechnologie entstanden

Was ist Wärmeableitung bei Flüssigkeitskühlung?

Unter Flüssigkeitskühlung versteht man die Technologie, bei der Flüssigkeit anstelle von Luft als Kühlmittel zum Wärmeaustausch zum Erhitzen elektronischer Komponenten und zum Abführen von Wärme verwendet wird.

Wie wird die Wärmeableitung bei der Flüssigkeitskühlung klassifiziert?
Generell wird die Flüssigkeitskühlung in der Industrie in direkte und indirekte Kühlung unterteilt. Derzeit wird die direkte Kühlung hauptsächlich durch die Immersionsflüssigkeitskühlungstechnologie erreicht, die in zwei Typen unterteilt werden kann: Phasenwechsel und Nichtphasenwechsel. Die indirekte Kühlung wird hauptsächlich durch die Kaltplattenflüssigkeitskühlungstechnologie erreicht.

Immersionsflüssigkeitskühlung
Tauchen Sie das Heizelement direkt in das Kühlmittel und verlassen Sie sich auf die Zirkulation der Flüssigkeit, um die durch den Betrieb von Geräten wie Servern erzeugte Wärme abzuführen. Die Immersionsflüssigkeitskühlung ist eine typische Flüssigkeitskühlung mit direktem Kontakt. Durch den direkten Kontakt zwischen dem Heizelement und dem Kühlmittel ist die Wärmeableitungseffizienz höher und die Geräuschentwicklung geringer.

Das gesamte Immersionsflüssigkeitskühlsystem kann in zwei Teile unterteilt werden: Innenzirkulation und Außenzirkulation.

Während des Zirkulationsprozesses im Innenraum tauscht das Kühlmittel Wärme mit dem Heizgerät in einer geschlossenen Kammer aus, nimmt Wärme vom Heizgerät auf, erwärmt sich und siedet, wodurch Kühlmittelgas entsteht. Das Kühlmittelgas tauscht Wärme mit Niedertemperaturwasser außerhalb des Raums im flüssigkeitsgekühlten Wärmeaustauschmodul (CDM) aus, durchläuft zwei Prozesse der Kondensation und Abkühlung, um zu Niedertemperaturkühlmittel zu werden, das dann wieder in eine geschlossene Kammer gelangt, um einen Kreislauf zu bilden. Die Wärmeübertragung im inneren Kreislauf einer phasenwechselnden, flüssigkeitsgekühlten Kühlkammer wird hauptsächlich durch den Phasenwechsel des Kühlmittels erreicht.

Im Außenkreislauf absorbiert Niedertemperaturwasser eine große Menge Wärme, die vom gasförmigen Kühlmittel im Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauschermodul transportiert wird, und wird zu Hochtemperaturwasser, das von der Umwälzpumpe in den Außenkühlturm geleitet wird. Im Kühlturm tauscht Hochtemperaturwasser Wärme mit der Atmosphäre aus, gibt Wärme ab und wird zu Niedertemperaturwasser, das dann von der Außenwassereinlasspumpe zum CDM transportiert wird, um dort mit dem gasförmigen Kühlmittel Wärme auszutauschen und den Außenkreislauf abzuschließen. Die Wärmeübertragung im extraventrikulären Kreislauf wird hauptsächlich durch das Steigen und Fallen der Wassertemperatur erreicht.

Die Immersionsflüssigkeitskühlung kann in eine Zweiphasen- und eine Einphasen-Flüssigkeitskühlung unterteilt werden. Bei den Wärmeableitungsmethoden können Trockenkühler und Kühltürme zum Einsatz kommen.

Zweiphasige Flüssigkeitskühlung
Das Kühlmittel durchläuft während der zirkulierenden Wärmeableitung einen Phasenübergang. Die Wärmeübertragungseffizienz der Zweiphasenflüssigkeitskühlung ist höher, die Steuerung ist jedoch relativ komplex. Während des Phasenwechselprozesses ändert sich der Druck, was hohe Anforderungen an den Behälter stellt, und das Kühlmittel ist während des Gebrauchs anfällig für Verunreinigungen.

Einphasige Flüssigkeitskühlung
Das Kühlmittel bleibt während des Zirkulationswärmeableitungsprozesses immer flüssig und unterliegt keinem Phasenwechsel. Daher ist es erforderlich, dass der Siedepunkt des Kühlmittels hoch ist. Dadurch lassen sich die Verdampfung und der Verlust des Kühlmittels relativ leicht kontrollieren und es ist gut mit IT-Gerätekomponenten kompatibel. Im Vergleich zur Zweiphasenflüssigkeitskühlung ist die Effizienz jedoch geringer. Je nach praktischem Anwendungsszenario können Trockenkühler oder Kühltürme zur Wärmeableitung eingesetzt werden.

Kaltplatten-Flüssigkeitskühlung
Befestigen Sie die flüssigkeitsgekühlte Kühlplatte am Hauptheizgerät des Servers und nutzen Sie die durch die Kühlplatte fließende Flüssigkeit, um die Wärme abzuleiten und so den Zweck der Wärmeableitung zu erreichen. Eine flüssigkeitsgekühlte Kühlplatte löst das Wärmeableitungsproblem von Komponenten mit hoher Wärmeentwicklung in Servern, während andere Kühlkörperkomponenten ebenfalls auf Luftkühlung angewiesen sind. Server, die eine Kühlplattenflüssigkeitskühlung verwenden, werden daher auch als Gas-Flüssigkeits-Zweikanalserver bezeichnet. Die Flüssigkeit in der Kühlplatte kommt nicht mit dem gekühlten Gerät in Kontakt und in der Mitte wird zur Erhöhung der Sicherheit eine Wärmeübertragungsplatte verwendet.

Sprühflüssigkeitskühlung
Auf der Oberseite des Gehäuses wird Flüssigkeit gespeichert und Löcher geöffnet. Abhängig von der Position und Wärmeerzeugung des Heizelements wird die Kühlflüssigkeit auf das Heizelement gesprüht, um den Zweck der Gerätekühlung zu erreichen. Die gesprühte Flüssigkeit kommt in direkten Kontakt mit dem gekühlten Gerät, was zu einer hohen Kühleffizienz führt;

Beim Sprühen kommt es jedoch zu einem Abdriften und Verdunsten der Flüssigkeit, wenn sie auf heiße Objekte trifft. Nebeltröpfchen und Gase werden entlang der Lücken in den Gehäuselöchern an die Außenseite des Gehäuses abgegeben, was die Sauberkeit der Computerraumumgebung beeinträchtigt oder andere Geräte beeinträchtigt.

Was sind die üblichen Kühlmittel?

Wasser
Die Flüssigkeitskühlung ist die direkteste und kostengünstigste Methode. Wasser ist kein Isolator und kann nur zur indirekten Kontaktflüssigkeitskühlung verwendet werden. Sobald ein Leck auftritt, kann der Schaden an IT-Geräten wie Servern äußerst schwerwiegend sein.

Mineralöl
Mineralöl ist auch ein kostengünstiges Kühlmittel. Einphasiges Mineralöl ist ungiftig, geruchlos und nicht leicht flüchtig. Hohe Viskosität, es bilden sich leicht Rückstände auf der Oberfläche des Geräts. Obwohl der Zündpunkt hoch ist, besteht unter bestimmten Bedingungen immer noch die Möglichkeit einer Verbrennung.

Elektronische Fluorierungslösung
Das wichtigste Merkmal ist die Isolierung und die Nichtbrennbarkeit. Die Flüssigkeitskühlungstechnologie ist die sicherste Option in Rechenzentren. Derzeit wird sie am häufigsten eingesetzt. Aber der Preis ist hoch.

Wärmeleitfähigkeitsflüssigkeit
Wärmeleitflüssigkeit ist eine ungiftige, isolierende, hochsiedende und nicht korrosive Spezialflüssigkeit, die elektronische Komponenten durch Einweichen in der Flüssigkeit von der Luft isoliert. Dadurch werden nicht nur Oxidationsreaktionen vermieden, sondern auch Sauberkeit und Staubfreiheit erreicht, was die Lebensdauer elektronischer Komponenten erheblich verlängert.

Im Vergleich zur herkömmlichen Luftkühlung bietet die Flüssigkeitskühlung folgende Vorteile:

Höhere Wärmeableitungseffizienz:Mit Flüssigkeitskühlungstechnologie lässt sich die Temperatur von Geräten effektiver senken und so deren Leistung und Lebensdauer verbessern. Flüssigkeiten haben eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Luft, sodass Flüssigkeitskühlung die vom Gerät erzeugte Wärme schnell abführen kann.

Geringere Geräuschentwicklung:Im Vergleich zum Lüftergeräusch erzeugt die Flüssigkeitskühlung weniger Lärm und sorgt so für eine ruhigere Arbeitsumgebung.

Flexibleres Design:Die Flüssigkeitskühlungstechnologie lässt sich flexibler gestalten. Sie ermöglicht die Installation von Kühlern und Flüssigkeitsleitungen an unterschiedlichen Stellen und kann so besser an die Konstruktionsanforderungen der Geräte angepasst werden.

Umweltfreundlicher:Durch Flüssigkeitskühlung lässt sich Energie sparen und die Umweltbelastung verringern. Im Vergleich zur von Lüftern erzeugten Wärme können Flüssigkeiten leichter recycelt werden.

Der Nachteil der Flüssigkeitskühlungstechnologie sind ihre hohen Kosten, die höheren Wartungskosten und komplexere Designs. Da sich die Leistung elektronischer Geräte jedoch ständig verbessert, treten Probleme mit der Wärmeableitung immer stärker in den Vordergrund, und die Flüssigkeitskühlungstechnologie wird in Zukunft zu einer der gängigsten Methoden zur Kühlung elektronischer Geräte werden.

Anwendung der Flüssigkeitskühlungstechnologie:

Die Flüssigkeitskühlungstechnologie kann bei verschiedenen elektronischen Geräten eingesetzt werden, die eine Wärmeableitung erfordern, wie zum Beispiel:

Hochleistungsrechnen: Hochleistungscomputer müssen große Datenmengen und komplexe Rechenaufgaben verarbeiten und dabei eine erhebliche Menge Wärme erzeugen. Flüssigkeitskühlungstechnologie kann die Temperatur von Computern effektiver senken und ihre Leistung und Stabilität verbessern.

Rechenzentrum: Rechenzentren müssen große Datenmengen und Netzwerkverkehr verarbeiten und erzeugen dabei erhebliche Wärmemengen. Flüssigkeitskühlungstechnologie kann die Temperatur von Servern effektiver senken und so ihre Leistung und Stabilität verbessern.

Künstliche Intelligenz: Künstliche Intelligenz erfordert die Verarbeitung großer Datenmengen und komplexer Rechenaufgaben und erzeugt eine erhebliche Menge an Wärme. Flüssigkeitskühlungstechnologie kann die Temperatur von Geräten mit künstlicher Intelligenz effektiver senken und ihre Leistung und Stabilität verbessern.

Spielecomputer: Spielecomputer müssen eine große Anzahl von Grafik- und Rechenaufgaben bewältigen und erzeugen dabei viel Wärme. Flüssigkeitskühlungstechnologie kann die Temperatur von Spielecomputern effektiver senken und ihre Leistung und Stabilität verbessern.

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