توفر وحدة توزيع سائل التبريد (CDU) السائل للخوادم بمعدلات تدفق ودرجات حرارة وضغوط مضبوطة، ثم تنقل الحرارة التي تمتصها من الخوادم إلى دائرة تبريد أخرى. في ترتيب التبريد من سائل إلى سائل، يفصل المبادل الحراري فيها سائل التبريد المتداول عبر معدات تقنية المعلومات عن مياه المنشأة التي تنقل الحرارة إلى محطة التبريد في المبنى.

يتيح هذا الفصل للمشغلين التحكم في الظروف التي تصل إلى المعدات الحساسة. فقد تحتاج دائرة تبريد الخوادم إلى كيمياء مياه وحدود ضغط ودرجات حرارة تشغيل تختلف عن دائرة المبنى. وتربط وحدة توزيع سائل التبريد الدائرتين حرارياً، مع السماح لكل منهما بالعمل كنظام هيدروليكي مستقل. وتتضح أهمية الوحدة أكثر عند تتبع مسار الحرارة عبر الدائرة ومراعاة ما يحدث عند تغير أحمال الخوادم.

موضع وحدة توزيع سائل التبريد في دائرة التبريد

لنأخذ نظام التبريد المباشر للرقائق، حيث يمر السائل عبر صفائح تبريد مثبتة على المعالجات أو غيرها من المكونات المولدة للحرارة. يغادر السائل المبرد وحدة توزيع سائل التبريد، ويمر عبر أنابيب الإمداد ومجمعات الرفوف، ثم يدخل صفائح التبريد. وبعد امتصاص الحرارة، يعود عبر مجمع وأنابيب الرجوع إلى وحدة توزيع سائل التبريد.

داخل وحدة توزيع سائل التبريد من سائل إلى سائل، يمر سائل التبريد الدافئ عبر أحد جانبي المبادل الحراري، بينما تمر مياه المنشأة الأبرد عبر الجانب الآخر. وتنتقل الحرارة عبر أسطح المبادل من دون اختلاط السائلين عمداً. ثم يدور السائل المبرد في جانب الخوادم عائداً إلى المعدات.

ينشأ عن ذلك مساران منفصلان:

• دائرة تبريد معدات تقنية المعلومات تربط وحدة توزيع سائل التبريد بمعدات تقنية المعلومات. ويجب أن يكون سائل التبريد وظروف تشغيله ملائمين لصفائح التبريد والخراطيم والحشيات والموصلات وسائر المكونات الملامسة للسائل.
• دائرة مياه المنشأة تربط وحدة توزيع سائل التبريد بالبنية التحتية التي تستقبل الحرارة ثم تطردها أو تعيد استخدامها في نهاية المطاف.

لذلك، تحتاج وحدة توزيع سائل التبريد إلى مسار تنقل الحرارة إليه. فهي لا توفر بمفردها المسار الكامل من المعالج إلى الهواء الخارجي أو إلى مستفيد من الحرارة. وتنقل بعض التصميمات الحرارة إلى هواء الغرفة بدلاً من مياه المنشأة، لذا فإن اسم «CDU» وحده لا يحدد ترتيب التبريد. وينبغي أن يوضح مخطط النظام موضع دخول الحرارة وخروجها.

كيف تحافظ مكوناتها على استقرار التبريد

تحافظ المضخات على دوران السائل عبر شبكة متغيرة

توفر مضخات وحدة توزيع سائل التبريد فرق الضغط اللازم لدفع السائل عبر الأنابيب والمجمعات والموصلات وصفائح التبريد. ويضيف كل مكون مقاومة إلى المسار. لذا يجب أن توفر المضخة تدفقاً كافياً عبر النظام المتصل، مع الالتزام بحدود الضغط المسموح بها للمعدات.

يمكن للمضخات متغيرة السرعة تعديل خرجها عند تغير الطلب أو الظروف الهيدروليكية. وقد يعتمد التحكم، بحسب التصميم، على الضغط التفاضلي أو قياسات التدفق أو إشارات درجة الحرارة أو مزيج من هذه المدخلات. ولا تؤدي زيادة سرعة المضخة تلقائياً إلى تحسين التبريد؛ فالتدفق المفرط قد يزيد استهلاك طاقة الضخ والإجهاد الناتج عن الضغط من دون تحقيق تحسن مفيد في درجة الحرارة.

كما أن التوزيع مهم. فوجود تدفق إجمالي كافٍ عند وحدة توزيع سائل التبريد لا يثبت أن كل خادم يتلقى كمية كافية من السائل. تختلف مقاومات الفروع المتوازية، وقد تؤدي المسارات غير المتوازنة جيداً إلى نقص التدفق لبعض المعدات. لذلك يجب أن تعمل مجمعات الرفوف وأجهزة التحكم في الفروع ووحدة توزيع سائل التبريد معاً.

يحدد المبادل الحراري العلاقة بين درجات الحرارة

ينقل المبادل الحراري حرارة الخوادم إلى دائرة الاستقبال. ويعتمد أداؤه على درجات حرارة السوائل ومعدلات التدفق وخصائص السوائل وحالة أسطح نقل الحرارة. ولا تكون سعة التبريد المعلنة ذات دلالة إلا عند النظر إليها مع ظروف القياس التي استُخدمت لتحديدها.

في وحدة توزيع سائل التبريد من سائل إلى سائل، التي تعمل من دون تبريد ميكانيكي، يجب أن تظل درجة حرارة الإمداد في جانب الخوادم أعلى من درجة حرارة مياه المنشأة الداخلة بفارق حراري يمكن تحقيقه. وإذا ارتفعت حرارة مياه المنشأة، فلا تستطيع الوحدة الحفاظ إلى ما لا نهاية على درجة حرارة الإمداد نفسها للخوادم بمجرد زيادة سرعة المضخة. فالظروف المتاحة لنقل الحرارة تفرض في نهاية المطاف حداً أقصى.

قد يُضبط التحكم في درجة الحرارة صمامات جانب المنشأة أو سرعات المضخات أو ترتيبات المزج، بحسب التصميم. والهدف هو الحفاظ على درجة حرارة إمداد مقبولة ضمن نطاق التشغيل المقصود، بما في ذلك فترات انخفاض الحمل.

تجعل المستشعرات وأنظمة التحكم تشغيل الدائرة قابلاً للإدارة

تتيح قياسات درجة الحرارة والضغط والتدفق لوحدة التحكم تنظيم التشغيل وتحديد الظروف غير الطبيعية. وقد تشمل الحزمة أو المنظومة الأوسع أيضاً مرشحات وتجهيزات للتمدد وإزالة الهواء وكشف التسرب. ويختلف موقع هذه المكونات ونطاقها الدقيق، لذا ينبغي التحقق منهما في وثائق المعدات.

تؤثر هذه الوظائف المساندة مباشرةً في الموثوقية. فقد يعطل الهواء المحتبس دوران السائل، بينما قد يزيد التلوث الترسبِي المقاومة ويقلل انتقال الحرارة. ويمكن للمرشح حماية الممرات الواقعة بعده، لكنه يحتاج أيضاً إلى المراقبة والصيانة مع تراكم المواد فيه. ويعتمد التحكم الفعال على قياسات تعكس الظروف عند المعدات، لا داخل خزانة وحدة توزيع سائل التبريد فحسب.

ما الحماية التي توفرها وحدة توزيع سائل التبريد فعلياً؟

يساعد فصل الدائرتين على منع وصول كيمياء مياه المنشأة وشوائبها إلى دائرة تقنية المعلومات. كما يسمح للدائرتين بالعمل عند ضغوط مختلفة. ويكون ذلك مفيداً عندما لا تلائم ظروف مياه المبنى دورانها مباشرةً عبر صفائح تبريد الخوادم.

لكن الفصل لا يحل مشكلة جودة سائل التبريد. فما زالت دائرة تقنية المعلومات تحتاج إلى مواد متوافقة وسائل تبريد مناسب وإجراءات مضبوطة للتعبئة والصيانة. ويمكن للتآكل والتلوث والإضافات غير المناسبة أن تضعف انتقال الحرارة أو تتلف المكونات، حتى عندما تكون دائرة المنشأة معزولة تماماً.

كما تتطلب الحماية من الضغط أكثر من مجرد تحديد نقطة ضبط للتشغيل العادي. فقد تؤدي عمليات بدء التشغيل والإيقاف وحركة الصمامات وعزل المكونات إلى ظروف تختلف عن التشغيل المستقر. ويجب أن تلائم تصنيفات الضغط واستيعاب التمدد وأجهزة الحماية الدائرة بأكملها.

وتفرض إعدادات درجة الحرارة حداً عملياً آخر هو التكاثف. فإذا انخفضت حرارة الأنابيب أو المكونات المكشوفة عن نقطة ندى الهواء المحيط، فقد تتكون الرطوبة. لذلك يجب أن يراعي التحكم في درجة حرارة الإمداد رطوبة الغرفة ونطاق التشغيل المسموح به للمعدات. فخفض درجة حرارة سائل التبريد ليس دائماً الهدف الأنسب.

تعتمد الموثوقية على الاستجابة للأعطال، لا على التحكم في الظروف العادية فحسب. ويحدد الإنذار وجود مشكلة، لكنه لا يضمن استمرار التبريد بالضرورة. وعندما تكون استمرارية التشغيل مطلوبة، يجب أن تدعم المضخات الاحتياطية وترتيبات الطاقة وصمامات العزل ومنطق التحويل الاحتياطي أعمال الصيانة أو تعطل أحد المكونات. ولا تكفي المضخات الاحتياطية وحدها للحماية من كل أعطال وحدات التحكم أو الطاقة أو أنظمة طرح الحرارة المشتركة.

ما الذي يعنيه ذلك عند تقييم نظام التبريد

يمكن لوحدة توزيع سائل التبريد دعم التشغيل الفعال من خلال مواءمة جهد الضخ مع الطلب وإتاحة استراتيجية مناسبة لدرجة حرارة سائل التبريد. وقد تتيح درجات الحرارة الأعلى المسموح بها للسائل فرصاً أوسع للتبريد من دون تبريد ميكانيكي أو لإعادة استخدام الحرارة. وتعتمد هذه الفرص على حدود الخوادم وتصميم المنشأة والمناخ، وعلى درجة الحرارة التي يحتاج إليها مستهلك الحرارة في حالة إعادة الاستخدام. تنقل وحدة توزيع سائل التبريد الحرارة، لكنها لا ترفعها تلقائياً إلى درجة حرارة مناسبة للتسليم.

لإجراء تقييم أولي، تكشف أربعة أسئلة تفاصيل أكثر من رقم السعة وحده:

• في ظل أي ظروف تتوفر السعة؟ تحقّق من درجة حرارة مياه المنشأة عند المدخل ودرجة حرارة الإمداد في دائرة تقنية المعلومات ومعدلات التدفق وتركيب سائل التبريد مجتمعةً.
• هل تستطيع المعدات المتصلة تلقي التدفق المطلوب؟ قيّم ضغط المضخة المتاح مقارنةً بمقاومة شبكة التوزيع بأكملها.
• ماذا يحدث خارج ظروف التشغيل العادية؟ افحص بدء التشغيل وانخفاض الحمل وفقدان تبريد المنشأة وتعطل المضخة وعزل المعدات لأغراض الصيانة.
• من المسؤول عن كل نقطة اتصال؟ حدّد المسؤولية عن جودة سائل التبريد وتعبئته ومراقبته والإنذارات والتنسيق مع أنظمة التحكم في المبنى.

تتمثل الخطوة التالية المفيدة في تتبع الدائرة المقترحة على مخطط، مع تحديد مسار الحرارة وحدود السوائل ونقاط التحكم وحدود التشغيل. ويوضح ذلك ما إذا كانت وحدة توزيع سائل التبريد قادرة على توفير الظروف التي تحتاج إليها الخوادم، وما إذا كانت المنشأة قادرة على مواصلة استقبال حرارتها ضمن نطاق التشغيل المقصود.