Tekočinsko hlajenje za podatkovne centre je uporaba krožeče tekočine namesto zraka za odvajanje toplote od procesorjev na čipu. Ker se gostota moči strežnikov povečuje, ga ponudniki storitev v oblaku in proizvajalci opreme uvajajo za upravljanje toplotnih obremenitev visoko zmogljivih procesorjev in gosto nameščene računalniške strojne opreme.
V hladilnih krogih na osnovi glikola je treba spremljati stanje hladilne tekočine, da se ohranjajo zanesljivost sistema, zaščita pred korozijo in stabilno toplotno delovanje. pH in prevodnost sta dva ključna parametra, ki se uporabljata za spremljanje stanja hladilne tekočine v teh sistemih.
Podatkovni centri igrajo vse pomembnejšo vlogo v globalnem okolju digitalne infrastrukture. Ponudniki storitev v oblaku (CSP) kot so Google, Microsoft, Amazon, Meta, Alibaba in Tencent vlagajo v hiperskalne objekte za podporo naraščajočim zahtevam po umetni inteligenci in računalništvu.
Sodobni čipi za umetno inteligenco zdaj proizvedejo več kot 1.000 W toplote vsak, kar potiska gostote strežniških omar na 100 kW ali več. Grafični procesorji (GPU) so pakirani gosteje kot kdaj koli prej, kar ustvarja toplotni izziv, ki pogosto presega praktične meje običajnega zračnega hlajenja. Da bi to premagali, se industrija hitro preusmerja na tekočinsko hlajenje. V okviru tega prehoda postaja enofazno neposredno tekočinsko hlajenje (DLC) standard pri postavitvi strežnikov z visoko gostoto.
Razumevanje učinkovitosti rabe energije
Pred primerjavo zračnega in tekočinskega hlajenja je pomembno razumeti izraz učinkovitost rabe energije (PUE). Po definiciji je PUE industrijski standardni kazalnik za merjenje energijske učinkovitosti podatkovnega centra. Izračuna se tako, da se skupna poraba energije objekta deli z energijo, ki jo porabi IT-oprema (strežniki, shramba in omrežna oprema).
PUE = Skupna energija objekta / Energija IT-opreme
Na primer, če podatkovni center skupno porabi 150 kW energije, IT-oprema pa 100 kW, bi bil PUE:
PUE = 150 kW/100 kW = 1,5.
Idealni PUE je 1,0, kar pomeni, da se vsak vat, ki vstopi v stavbo, neposredno uporabi za računanje. Vse nad 1,0 predstavlja »splošne stroške« za infrastrukturo, kot so hlajenje, razsvetljava in distribucija energije. Zato PUE 1,5 pomeni, da se za vsakih 1,0 kW, ki jih porabijo strežniki, dodatnih 0,5 kW porabi za podporne sisteme. Ker podatkovni centri porabijo toliko energije, morajo CSP-ji za njihovo gradnjo pridobiti odobritev. Organi so določili predpise, ki zahtevajo nizek PUE. V tradicionalnem podatkovnem centru z zračnim hlajenjem hlajenje običajno porabi 30 % do 40 % skupne energije objekta. Da bi dosegli nižji PUE, se CSP-ji preusmerjajo na tekočinsko hlajenje.
Zračno hlajenje uporablja ventilatorje za pretok okoliškega zraka prek komponent. Ker ima zrak nizko volumetrično toplotno kapaciteto, je ta pristop manj učinkovit in pogosto povzroča vrednosti PUE v razponu 1,4–1,6. Nasprotno pa tekočinsko hlajenje uporablja tekočine s skoraj 3.500-krat večjo sposobnostjo prenašanja toplote kot zrak. Odvzem toplote neposredno na čipu prek hladnih plošč odpravlja potrebo po energijsko potratnih ventilatorjih in hlajenju prostora. Ta izboljšava učinkovitosti znatno zmanjša režijske stroške hlajenja, omogoča večjo gostoto strežnikov in znižuje PUE na raven 1,2 ali manj, s čimer se zmanjšata tako strošek energije kot ogljični odtis. Čeprav tekočinsko hlajenje izboljšuje PUE, uvaja tudi nova operativna in materialna tveganja, ki zahtevajo zanesljivo spremljanje hladilne tekočine.
Prehod na tekočinsko hlajenje prinaša pomembna fizična in operativna tveganja, predvsem povezana z iztekanjem hladilne tekočine in njenim potencialom, da povzroči resno okvaro strojne opreme.
Mehanske okvare pogosto nastanejo na hitro snemljivih priključkih zaradi neustrezne namestitve ali obrabljenih O-tesnil. Poleg tega lahko stalne vibracije zaradi zmogljivih črpalk povzročijo utrujenostne razpoke v razdelilnikih in tankostenskih hladilnih ploščah.
Poleg fizične obrabe je tveganje tudi razgradnja hladilne tekočine, ki jo je treba obravnavati. Hladilno tekočino na osnovi glikola je treba skrbno spremljati, da se preprečita korozija in poškodbe strežniške strojne opreme.
Spremljanje tekočin v realnem času je treba obravnavati kot sestavni del zasnove hladilne zanke, ne pa kot dodatek.
Smernice Open Compute Project (OCP) kot praktično osnovo navajajo spremljanje pH, prevodnosti, koncentracije 25-odstotnega propilenglikola (PG25), pretoka, temperature in delcev.
Zato so senzorji za pH in Senzor za prevodnost običajno nameščeni v enoti za distribucijo hlajenja (CDU) kot glavno sredstvo za spremljanje stanja hladilne tekočine. Za večjo zanesljivost so na kritičnih nadzornih točkah priporočljivi redundantni senzorji.
Septembra 2025 je podjetje NVIDIA objavilo zahteve za CDU, ki so vključevale priporočila za spremljanje kakovosti hladilne tekočine. V zahtevah so pH, prevodnost in motnost navedeni kot trije ključni parametri za spremljanje kakovosti hladilne tekočine.
Hladilne tekočine na osnovi glikola so običajno formulirane s protikorozijskimi inhibitorji na osnovi soli kot ključnimi sestavinami. Brez njih bi hladilne tekočine s procesom, imenovanim elektrokemijska korozija, močno poškodovale hladilni sistem. Inhibitorji v hladilnih tekočinah ščitijo hladilne sisteme z dvema glavnima mehanizmoma:
Na kovinskih površinah ustvari film, ki deluje kot fizična zaščita in preprečuje, da bi kisik in voda povzročala oksidacijo.
Alkalni pufri nevtralizirajo organske kisline, ki med razgradnjo glikola sčasoma naravno nastajajo, s čimer ohranjajo hladilno tekočino stabilno in nekorozivno.
Senzor pH InPro™ 4260i je zasnovan za uporabo v aplikacijah s hladilnimi mediji. Pri senzorjih, ki uporabljajo običajne keramične diafragme, se lahko majhne pore hitro zamašijo z drobnimi delci, ki se sproščajo iz komponent. To povzroča nezanesljive meritve, saj onesnaženje diafragme povzroči neželene difuzijske potenciale, ki popačijo odčitke.
InPro 4260i odlikuje Xerolyt™, trdni polimerni elektrolit, ki odpravlja potrebo po diafragmi. Namesto tega je referenčni sistem z merilnim medijem povezan prek odprtega spoja. Izjemno drobni delci, ki se nalagajo v spojih, se lahko nato izperejo bodisi s tokom tekočine v procesu bodisi s periodičnim izpiranjem.
Senzorji za prevodnost UniCond™ z vgrajenim merilnim vezjem in temperaturnim senzorjem so zelo primerni za hladilne sisteme na osnovi glikola, ki zahtevajo natančno merjenje prevodnosti in temperature. Poleg tega METTLER TOLEDO združuje uveljavljene, standardizirane mehanske izvedbe z algoritmi za temperaturno kompenzacijo pri meritvi prevodnosti ter ponuja do 10 prednastavljenih algoritmov, vključno z enim za etilen glikol.
Za aplikacije s hladilnimi mediji na osnovi glikola so primerni tako 2-elektrodni kot 4-elektrodni senzorji za prevodnost UniCond, odvisno od konkretnih oblikovnih preferenc in zahtev hladilnega kroga.
Glede procesnih priključkov so na voljo senzorji za prevodnost brez navoja, ki naslovijo težave, povezane s prečnim navojevanjem, uhajanjem, kapljanjem in tveganjem kontaminacije sistema zaradi tesnilnih mas za navoje ali PTFE-traku.
V takih primerih je senzor za prevodnost s priključkom Tri-Clamp alternativa, ki zagotavlja rešitev, odporno proti puščanju, in enostavno za namestitev ter hkrati odpravlja te težave in ohranja merilno zmogljivost.
Oba omenjena senzorja, za pH in prevodnost, sta digitalna in opremljena s tehnologijo METTLER TOLEDO Intelligent Sensor Management (ISM™). Funkcija Plug and Measure sistema ISM omogoča hiter zagon brez napak ter večjo zanesljivost meritev.
Poleg tega ISM ponuja prediktivno diagnostiko senzorjev za učinkovito redno vzdrževanje, ki ga je mogoče načrtovati vnaprej, s čimer se odpravijo nepričakovani izpadi merilnih točk.
Ker podatkovni centri za podporo večjim toplotnim obremenitvam in večji gostoti strežnih omar uporabljajo tekočinsko hlajenje, zanesljivo spremljanje hladilne tekočine postaja osrednji del zasnove sistema. Ker so ti objekti zgrajeni za delovanje z omejenim posegom na lokaciji, so robustnost senzorjev, stabilnost meritev in učinkovitost vzdrževanja ključne zahteve.
Za hladilne tekočine na osnovi glikola to pomeni spremljanje pH glede na bazično območje delovanja formulacije, običajno pH 8,0 do 10,5, ter spremljanje trendov prevodnosti glede na določeno izhodišče in ne glede na fiksno mejo. Senzor pH InPro 4260i in senzor za prevodnost UniCond pokrivata oba parametra, kar upravljavcem pomaga spremljati stanje hladilne tekočine, podpirati nadzor korozije in ohranjati dosledno toplotno delovanje.
Bryant Wai je strokovnjak iz industrije z več kot desetletnimi izkušnjami na področju analitskega inštrumenta in procesnih aplikacij. Poleg tega ima ključno vlogo v segmentu hlajenja podatkovnih centrov pri METTLER TOLEDO. Bryant ima obsežne izkušnje v celotni vrednostni verigi – tesno sodeluje z izdelovalci sistemov, integratorji in končnimi uporabniki. Njegovo poglobljeno tehnično znanje zagotavlja, da stranke prejmejo visokozmogljive merilne rešitve.