مبادلات حرارة في مراكز البيانات

Original: ENGLISH HEXNOVAS المادة

مبادلات حرارة في مراكز البيانات

مبادلات حرارة في مراكز البيانات

مراكز البيانات الحديثة هي نظم الطاقة. وتعمل مبادلات الحرارة كواجهة تفاعلية حرارية بين الحلقات السائلة لتكنولوجيا المعلومات، ومياه المرافق، ومعدات التبريد المجانية، وشبكات إعادة استخدام حرارة النفايات.

مراكز البيانات الحديثة لم تعد غرف الخواديم البسيطة وهي نظم طاقة معقدة تدمج التبريد، وإدارة الطاقة، واستعادة حرارة النفايات. وكما هو مبين في مخطط النظام، تشكل مبادلات الحرارة الوصل الحراري الأساسي بين معدات تكنولوجيا المعلومات والهياكل الأساسية الخارجية للطاقة.

وبدلا من العمل كعنصر منعزل، تعمل مبادلات الحرارة كجسور حرارية، وتربط بين حلقات التبريد الداخلي للسائل ونظم المياه في المرافق، ووحدات التبريد المجانية، وشبكات إعادة استخدام الحرارة.

1نظام التبريد BPHE داخل وحدة مكافحة المخدرات

وفي قسم التبريد، توجد مبادلات الحرارة داخل وحدة توزيع المبردات. The BPHE separates two independent circuits:

• حلقة مبردة من تكنولوجيا المعلومات (مرتبطة مباشرة بالخواديم)
• حلقة المياه في المرفق (الماء المشبع أو الماء المبرد)

The BPHE تنقل الحرارة من سائل الخادم إلى ماء البناء بدون خليط السوائل

البارامترات النموذجية

• حلقة تكنولوجيا المعلومات: 30 إلى 45 درجة مئوية
• مخرج حلقات تكنولوجيا المعلومات: 20-30 درجة مئوية
• القدرة على التبريد لكل BPHE: 200–1500 kW
• ضغوط التصميم: 10–25 bar
• درجة حرارة النهج: 2–4 K

هنا، مُبادِل الحرارة يُضمنُ عمليّةَ خادمِ مستقرةِ، عزلة كهربائية، وكفاءَة نقلِ الحرارةِ العاليةِ في a مكان مُتَصَدَّدِ.

2التبريد الحر - مبادلات حرارية كواجهة بيئية

وفي قسم التبريد الحر، يربط متبادلو الحرارة حلقات التبريد الداخلي بمبردات الجاف، وبرج التبريد، أو مصادر المياه المحيطة. وبدلا من استخدام المبردات، يستخدم النظام خارج الهواء أو الماء مباشرة.

العملية النموذجية

• درجة حرارة المياه الباردة: 12-18 درجة مئوية
• نافذة التبريد المجاني: 40 إلى 70 في المائة من ساعات التشغيل السنوية
• وفورات الطاقة: 15–30%

وفي هذا السيناريو، يصبح متبادل الحرارة الحدود بين مركز البيانات والبيئة الطبيعية.

3' ' استرداد النفايات - مبادلات حرارية كجهاز لتصدير الطاقة

ويبين الجزء الأدنى من الرسم البياني كيف يمكن مبادلات الحرارة من إعادة استخدام حرارة النفايات. وتُنقل المياه الحارة المسترجعة إلى مباني المكاتب، أو إلى نظم تدفئة المناطق، أو إلى شبكات المياه الساخنة المحلية.

معايير نموذجية لاسترداد الحرارة

• درجة حرارة مياه دافئة: 30–55°C
• وقت إعادة الاستخدام السنوي: 6000–8000 ساعات العمل
• CO₂ التخفيض: حتى 40%

وفي هذا الدور، يحوّل مُبادِل الحرارة مركز البيانات من مستهلك للطاقة النقية إلى مُورد للطاقة.

الخلاصة

من التبريد إلى التبريد الحر والتعافي من الحرارة، لم تعد مبادلات الحرارة أجهزة مساعدة. وهم يتصرفون على النحو التالي:

• الوصلات الحرارية
• مراكز نقل الطاقة
• عناصر تكامل النظام

وفي الجيل القادم من مراكز البيانات، لا تشكل مبادلات الحرارة جزءا من نظام التبريد فحسب - بل هي هياكل أساسية أساسية لإدارة الطاقة الرقمية.

FAQ - Heat Exchangers in Data Centers

Inside a coolant Distribution Unit (CDU), the most commonly used type is a Brazed Plate Heat Exchanger (BPHE).

الأسباب:

• حجم الاتفاق المتعلق بالتكامل على مستوى الرف أو على مستوى الغرف
• معامل نقل حراري مرتفع
• درجة حرارة النهج المنخفض (درجة حرارة منخفضة)2–4 K)
• القدرة العالية على الضغط10–25 bar نموذجي)
• لا مخاطر تسرب الغازات

للقدرات العليا (فوق)1.5 MWمبادلات حرارة باللوحات الغازيةGPHEأو مبادلات حرارة باللوحات والطلقاتPSHEقد يُستخدم.

A Gasketed Plate Heat ExchangerGPHE() يُستخدم عادة عندما:

• قدرة التبريد تتجاوز 1-2 ميغاواط
• من الضروري إتاحة إمكانية الوصول إلى الصيانة
• قد تتطلب نوعية المياه تنظيفا آليا
• القدرة على تقديم الخدمات على المدى الطويل أمر بالغ الأهمية

وتسمح وحدات GPHE بإزالة اللوحات وتنظيفها، مما يجعلها مناسبة لمنشآت نباتية مركزية كبيرة.

نعم، ولكن أقل تواترا. وهي تستخدم عندما:

• يتطلب الأمر درجة عالية من الموثوقية
• سوء نوعية المياه
• خطر الارتطام عالي
• وجود معدلات تدفق كبيرة جدا

ومع ذلك، عادة ما يكون لديهم بصمة أقدام أكبر، وكفاءة أقل من لوحات، ودرجات حرارة أعلى في النهج.

وبالنسبة لمراكز البيانات الحديثة ذات الكثافة العالية، يُفضَّل عموماً مبادلات حرارة الطبق.

الخيارات المشتركة:

• GPHE - most common for building-side integration
• BPHE - for modular or smaller systems
• لوحات ملطخة - لضغط أعلى أو تركيز غليكول

ويتوقف الاختيار على كيمياء المياه، واستراتيجية الصيانة، ودرجة حرارة النهج، والقدرة.

• GPHE/ PSHE for district heating integration
• مجموعة وقذائف لشبكات الضغط الأعلى
• متبادلان للجدارين المزدوجين عند الحاجة إلى سلامة الفصل

وعند تصدير الحرارة إلى نظم التدفئة في المقاطعات، يمكن أن تتجاوز ضغوط التصميم 16 إلى 25 حانة، مما يتطلب لوحات معززة أو هياكل ملحة.

• كفاءة نقل الحرارة العالية جدا
• درجة حرارة النهج المنخفض (خطة للتبريد السائل)
• آثار الاتفاق
• القدرة على التصعيد
• انخفاض تكلفة المبردات/المشروبات
• زيادة التكامل مع نظم استعادة الطاقة

لوحات: 316 (الأكثر شيوعا)، 304 (التآكل المنخفض)، التيتانيوم (الماء الخاص)

Brazing: Copper (standard), Nickel (aggressive liquids)

الغاسكوتس (للأرض) GPHE): EPDM (المياه) NBR (oil), FKM (درجة حرارة عالية)

ويقلل تصميم مبادلات الحرارة الكفؤة من حمولة المبردات، ويحسن نافذة التبريد الحر، ويمكِّن من ارتفاع درجات حرارة الإمداد، ويدعم إعادة استخدام حرارة النفايات - وهو خفض مباشر في استهلاك الطاقة المبردة وتحسين استخدام الطاقة.

وفي مراكز البيانات الموزَّعة بالسائل، يكون مُبادِل الحرارة واحداً من المحددات الرئيسية للكفاءة الحرارية.

• القدرة على التبريد (كيلوواط أو ميغاواط)
• درجة حرارة النهج
• القيود المفروضة على انخفاض الضغط
• كيميائيات المياه
• الوصول إلى الصيانة
• الاحتياجات من الوظائف
• القدرة على التصعيد في المستقبل

ويكتسي التعبئة السليمة أهمية حاسمة لأن تقليص درجة الحرارة في درجة الحرارة، في حين يزيد الإفراط في تقدير التكاليف الرأسمالية.

وقد يلزم تبادل حرارة مزدوجة الجدران عندما:

• هناك خطر الهيمنة الشاملة
• يجب أن تبقى الذئاب معزولة تماماً
• معايير الامتثال تتطلب كشف التسرب

فهي توفر السلامة المعززة، ولكنها تزيد التكلفة وتركيبها.

مبادلات حرارة لوحات الوسائد في مراكز البيانات

هل تستخدم مبادلات حرارة الوسائد في مراكز البيانات؟ نعم - ولكن ليس عادة داخل وحدات مكافحة التصحر.

وتُستخدم مبادلات حرارة صفائح القاع بشكل أكثر شيوعاً في:

• مبادلات حرارة الباب الخلفي (الثعلب)
• جدران صهاريج التبريد
• وحدات استعادة حرارة النفايات
• لوحات التبريد الهيكلي

حيث تُطبّقُ صفائحِ بيلو

التنسيب المثالي

• لوحات التبريد بالباب الخلفي: مساحة سطحية كبيرة، وتوزيع موحد، وانخفاض ضغط
• صهاريج الإزدحام: ألواح كبيرة ملحمة مدمجة في جدران الصهاريج أو أسطح التبريد الداخلية
• سمات استعادة الحرارة: وحدات نقل المياه الدافئ مع أسطح كبيرة لنقل الحرارة

لمَ لا تكون (بيلو بلاتس) مشتركة في وحدات مكافحة المخدرات

عندما يكون "بيلو بليت" هو "الخيار الصحيح"

• توجد مساحات مسطحة كبيرة
• التكامل الهيكلي مطلوب
• كثافة التدفّق الحراري الحديثة مقبولة
• الإنشاءات الكاملة المأهولة
• الحاجة تدعو إلى تعزيز التسامح

المنظور الهندسي: في مراكز البيانات الحديثة ذات الكثافة العالية، تهيمن شركة BPHE/GPHE على تطبيقات وحدة مكافحة التصحر؛ - دعم لوحات الوسائد هياكل التبريد على مستوى الرف والارتطام؛ وتستخدم تصميمات لوحات أو لوحات أو قذيفة لتصدير التدفئة في المقاطعات.