شیرهای دقیق در حلقه‌های خنک‌کننده مراکز داده: چرا دقت کنترل در سیستم‌های آبی حیاتی اهمیت دارد

حلقهٔ خنک‌کنندگی مرکز دادهٔ سطح چهارم دقیقاً یک حالت قابل قبول از شکست دارد: هیچ‌کدام. وقتی ۵۰۰۰۰ سرور در یک مرکز اجارهٔ فضای سرور به تأمین مداوم آب سرد در دقیقاً ۱۸ درجهٔ سانتی‌گراد با تلرانس ±۱ درجه وابسته‌اند، تفاوت بین شیری که در ۰٫۱ درصد از حرکت کاملش تنظیم می‌شود و شیری که در محدودهٔ مردهٔ ۳ درجهٔ سانتی‌گراد نوسان می‌کند، همان تفاوت بین یک روز عادی و تماس اضطراری با مدیر مرکز در ساعت ۳ صبح است.

شیرها کمترین بحث‌شده‌ترین و در عین حال پیامدآفرین‌ترین اجزای زیرساخت خنک‌کنندگی مرکز داده هستند. پمپ‌ها و چیلرها توجه و بودجهٔ لازم را دریافت می‌کنند. اما شیرها معمولاً در آخرین ۵ درصد از فرآیند طراحی مشخص می‌شوند و اغلب با کپی‌برداری از مشخصات پروژه‌ای قبلی تعیین می‌گردند. این امر اشتباهی بزرگ است.

جایگاه شیرها در سلسله‌مراتب خنک‌کنندگی

یک حلقهٔ خنک‌کنندگی معمولی مرکز داده شامل شیرها در پنج موقعیت حیاتی است:
1. شیرهای جداسازی چیلر شیرهای پروانه‌ای یا کُره‌ای بازتکانش کامل که باید پس از سال‌ها قرارگیری در حالت باز، به‌طور قابل‌اطمینانی بسته شوند. شکست در این شیرها به معنای امکان‌ناپذیر شدن جداسازی چیلر برای تعمیر و نگهداری در حالی که سالن داده همچنان فعال است.
2. شیرهای تنظیم تعادل حلقهٔ اولیه تنها یک‌بار در زمان راه‌اندازی تنظیم می‌شوند و پس از آن به‌ندرت لمس می‌گردند. دقت اهمیت بیشتری نسبت به طول عمر چرخه‌های عملیاتی دارد.
3. شیرهای کنترل حلقهٔ ثانویه شیرهایی که به‌صورت پیوسته تنظیم می‌شوند تا دمای هوای تأمینی در سطح دستگاه‌های هواگیر اتاق کامپیوتر (CRAH) یا کولر هوای اتاق کامپیوتر (CRAC) حفظ شود. این شیرها در طول عمر خدماتی‌شان میلیون‌ها بار باز و بسته می‌شوند.
4. شیرهای تنظیم جریان خنک‌کنندگی مستقیم به تراشه (خنک‌کنندگی مایع) بالاترین نیاز به دقت. صفحهٔ سردکنندهٔ سرور نیازمند نرخ جریان مشخصی است؛ انحراف ±۵٪ می‌تواند منجر به ایجاد نقاط داغ شود که عملکرد پردازنده را محدود کرده یا خاموشی حرارتی را فعال کند.
5. شیرهای آب تکمیلی و شیرهای تخلیه در سمت آب کندانسور در سیستم‌های برج خنک‌کننده استفاده می‌شوند. نیاز کمتری به دقت دارند، اما باید بتوانند بدون خوردگی یا تشکیل رسوب، با آبی که از نظر شیمیایی تیمار شده است، کار کنند.
هر موقعیت نیازمند مشخصات متفاوتی است. شیر تعادل‌کننده‌ای که برای موقعیت شمارهٔ ۲ طراحی شده، در موقعیت شمارهٔ ۴ کاربردی ندارد.

ضرورت دقت: ویژگی‌های شیر کنترل

در مورد شیرهای کنترلی تنظیم‌پذیر در حلقه‌های ثانویه مراکز داده، سه پارامتر عملکردی تعیین‌کنندهٔ این هستند که آیا سیستم سرمایشی قادر به حفظ مقادیر تنظیم‌شده است یا خیر:

نِسبت دامنهٔ کنترل (نسبت کاهش دبی)

نسبت دامنهٔ کنترل، نسبت بیشترین دبی قابل کنترل به کمترین دبی قابل کنترل است. شیری با نسبت دامنهٔ کنترل ۵۰:۱ و بیشترین دبی ۱۰۰ گالن در دقیقه (GPM)، می‌تواند دبی را تا ۲ گالن در دقیقه به‌طور دقیق کنترل کند. زیر این مقدار، دبی ناپایدار می‌شود یا شیر عملاً به‌صورت روشن/خاموش عمل می‌کند. حلقه‌های سرمایشی مراکز داده که دارای جریان اولیه متغیر و شرایط بار پایین (مانند شب، یا حالت اقتصادی‌سازی زمستانی) هستند، نیازمند شیرهایی با نسبت دامنهٔ کنترل حداقل ۵۰:۱ و ترجیحاً ۱۰۰:۱ برای کاربردهای مستقیم به تراشه (direct-to-chip) می‌باشند.

هیسترزیس و ناحیهٔ مرده

هیسترزیس تفاوت در موقعیت شیر برای یک سیگنال کنترلی داده‌شده است، بسته به اینکه شیر در حال باز شدن یا بسته شدن باشد. در یک حلقهٔ بازخورد، هیسترزیس باعث نوسان می‌شود — سیستم مدیریت باتری (BMS) دستور «سردکنندگی بیشتر» را صادر می‌کند، شیر از مقدار مطلوب فراتر می‌رود، BMS دستور «سردکنندگی کمتر» را می‌دهد و این چرخه تکرار می‌شود. این پدیده نه‌تنها ناکارآمد است، بلکه می‌تواند منجر به تشکیل رطوبت روی سطوح سرد در داخل سالن داده شود. شیرهایی را جستجو کنید که هیسترزیس منتشرشدهٔ آن‌ها کمتر از ۱٪ از طول کامل حرکت باشد.

مشخصهٔ جریان درصدی مساوی در مقابل مشخصهٔ جریان خطی

تغییر درصدی یکسانِ دریچه، رابطه‌ای لگاریتمی بین موقعیت ساقه و دبی ایجاد می‌کند. در بلندی ۵۰ درصدی ساقه، دبی تقریباً ۱۰ تا ۲۰ درصد حداکثر مقدار است. این ویژگی رفتار غیرخطی انتقال حرارت کویل‌ها را جبران می‌کند و کنترل تقریباً خطی خروجی حرارت را در سراسر محدودهٔ عملیاتی دریچه فراهم می‌سازد. دریچه با تنظیم خطی، هرچند شهودی است، اما در دبی‌های پایین کنترل ناپایدار ایجاد می‌کند و برای تنظیم کویل‌های سرمایشی در مراکز داده باید از آن پرهیز کرد، مگر اینکه سازندهٔ کویل به‌طور خاص آن را توصیه کند.

دریچه‌های کنترلی مستقل از فشار (PICV)

در یک مرکز داده با پمپ‌های اولیهٔ متغیرسرعت، فشار دیفرانسیل در سرتاسر هر دریچهٔ کنترلی به‌صورت پیوسته هنگام افزایش و کاهش سرعت پمپ‌ها تغییر می‌کند. یک دریچهٔ کنترلی معمولی که در معرض فشار متغیر قرار گیرد، حتی در موقعیت ثابت ساقه نیز دبی متغیری تحویل می‌دهد — پدیده‌ای که «کاهش اختیار دریچه» نامیده می‌شود.
شیرهای کنترلی مستقل از فشار با ترکیب یک رگولاتور فشار دیفرانسیلی و شیر کنترلی در یک بدنهٔ واحد، این مشکل را حل می‌کنند. رگولاتور داخلی فشار ثابتی را در سراسر قطعات تنظیم‌شوندهٔ شیر کنترلی حفظ می‌کند، صرف‌نظر از نوسانات فشار سیستم؛ بنابراین دبی تنها تابعی از سیگنال کنترلی است و پیش‌بینی‌پذیر می‌ماند. برای سیستم‌های خنک‌کنندهٔ مستقیم به تراشه و هر کاربردی که پایداری دبی به‌طور مستقیم سخت‌افزار سرور را محافظت می‌کند، شیرهای PICV به‌سرعت به استاندارد پیش‌فرض تبدیل شده‌اند. انتظار داشته باشید که قیمت آن‌ها ۳۰ تا ۵۰ درصد بیشتر از شیرهای کنترلی معمولی باشد و حداقل نیاز فشار دیفرانسیل سازنده را — معمولاً ۲ تا ۵ psi (۱۴ تا ۳۵ kPa) — تأیید کنید تا اطمینان حاصل شود که رگولاتور داخلی قادر به عملیات است.

انتخاب مواد برای سرویس حلقهٔ خنک‌کننده

حلقه‌های خنک‌کنندهٔ مراکز داده محیطی ظاهراً بی‌خطر اما در واقع بسیار سخت‌گیرانه برای مواد شیرها ایجاد می‌کنند:
• شیمی آب تصفیه‌شده ممانعت‌کننده‌های خوردگی، ضد میکروب‌ها و مواد ثابت‌کنندهٔ pH در حلقه‌های بسته ممکن است به برخی واشرهای الاستومری حمله کرده و فرآیند آب‌زدایی روی برنج‌های غیر DZR را تسریع کنند.
• محلول‌های گلیکول مرکزهای داده در اقلیم‌های سرد اغلب برای محافظت در برابر یخ‌زدگی، ۲۰ تا ۴۰ درصد پروپیلن گلیکول یا اتیلن گلیکول را با حلقه‌های آب سرد مخلوط می‌کنند. گلیکول قابلیت روان‌کاری آب را کاهش داده و سایش واشرهای ساقهٔ شیر و مواد نشیمنگاه را تسریع می‌کند. برای کاربرد با گلیکول، واشرهای EPDM یا FKM (Viton) را مشخص کنید؛ نیتریل (Buna-N) ممکن است متورم شده و تخریب گردد.
• نفوذ اکسیژن حلقه‌های بسته هرگز به‌طور کامل بسته نیستند. آب تکمیلی اکسیژن محلولی را وارد می‌کند که خوردگی در اجزای فولادی را تحریک می‌کند. شیرهای بدنهٔ برنجی با درجه‌بندی آلیاژی DZR این نگرانی را از سوی شیر برطرف می‌کنند.
برای شیرهای جداسازی مرکز داده در محدوده‌ی ۲ تا ۶ اینچ (DN50 تا DN150)، شیرهای کروی برنجی DZR با نشیمنگاه‌های PTFE و آب‌بندی‌های ساقه‌ای FKM را مشخص کنید. برای قطرهای بزرگ‌تر، شیرهای پروانه‌ای با نشیمنگاه EPDM، دیسک‌های فولاد ضدزنگ و ساقه‌های فولاد ضدزنگ ۳۱۶ گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه هستند. از استفاده از بدنه‌های شیر ریخته‌گری چدن در حلقه‌های بسته‌ی آب سرد خودداری کنید، مگر اینکه روکش‌دار یا پوشش‌دهی‌شده باشند؛ زیرا خوردگی ناشی از جریان‌های نامطلوب الکتریکی ناشی از زیرساخت‌های برقی مجاور می‌تواند تخریب آهن را تسریع کند.

آزمون‌های طول عمر چرخه‌ای و قابلیت اطمینان

یک شیر کنترلی تنظیم‌پذیر در واحد CRAH که هر ۳۰ ثانیه موقعیت خود را تغییر می‌دهد، بیش از یک میلیون چرخه در سال را تجربه می‌کند. استفاده از شیرهایی که صرفاً برای «خدمات عمومی HVAC» مشخص شده‌اند و رتبه‌بندی منتشرشده‌ای برای طول عمر چرخه‌ای ندارند، به معنای ریسک‌پذیری در زمان‌های فعال‌بودن سیستم است. به دنبال شیرهایی با رتبه‌بندی استحکام منتشرشده باشید — معمولاً بین ۱۰۰٬۰۰۰ تا ۵۰۰٬۰۰۰ چرخه‌ی کامل حرکت برای شیرهای کنترلی صنعتی — و اطمینان حاصل کنید که این رتبه‌بندی برای شرایط دمایی و فشاری خاص حلقه‌ی شما، نه صرفاً برای آب محیطی در دمای ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد، اعمال می‌شود.
طراحی بسته‌بندی شیر نیز برای کاربردهای پرچرخه به همان اندازه حیاتی است. بسته‌بندی با بار زنده با واشرهای فنری بلویل، فشار درزگیری را در طول سایش بسته‌بندی حفظ می‌کند و بازهٔ زمانی بدون نیاز به نگهداری را افزایش می‌دهد. شیری که دارای بسته‌بندی با بار زنده و سطح صیقلی میلهٔ آن با ضریب زبری سطح Ra ≤۰٫۲ میکرومتر باشد، معمولاً در کاربردهای تنظیمی پرچرخه، عمری ۳ تا ۵ برابر بیشتر از شیر معادل با بسته‌بندی مرسوم دارد.

اصل پشتیبانی دوگانه

مراکز داده با پشتیبانی N+1 یا ۲N برای هر مؤلفهٔ اصلی — مانند چیلرها، پمپ‌ها، واحد‌های تهویهٔ هوای م conditioning (CRAC)، و تغذیه‌های برق — طراحی می‌شوند. شیرها نیز باید با همین رویکرد پشتیبانی دوگانه برخورد شوند. در هر شاخهٔ چیلر و CRAH، عزل دوگانه را مشخص کنید: دو شیر به‌صورت سری با یک دریچهٔ تخلیه در میان آن‌ها. این روش امکان عزل قطعی هر مؤلفهٔ تکی را برای نگهداری فراهم می‌کند، در حالی که حلقه همچنان تحت فشار و در حال انجام عملیات است. هزینهٔ اضافی یک شیر عزل دوم ناچیز است در مقایسه با هزینهٔ خاموشی کامل حلقه.

تأمین شیرهای دقیق برای پروژه‌های مراکز داده

مشخصات مکانیکی، الکتریکی و لوله‌کشی مراکز داده به‌طور فزاینده‌ای نیازمند:
• ردیابی کامل از ذوب تا شیر تمام‌شده
• گواهی‌های آزمون مواد بر اساس استاندارد EN 10204 نوع ۳.۱ یا ۳.۲
• آزمون فشار کارخانه‌ای در فشاری معادل ۱.۵ برابر فشار کاری اسمی همراه با گزارش‌های آزمون مستند‌شده
• گواهی تماس با آب آشامیدنی مطابق WRAS، NSF/بدون سرب یا معادل آن (حتی برای حلقه‌های خنک‌کننده غیرآشامیدنی، زیرا در مرحله راه‌اندازی و شست‌وشو ممکن است از آب آشامیدنی استفاده شود)
• انطباق برنج کم‌سرب برای اتصالات لحیم‌شده یا رزوه‌دار
شرکت زه‌جیانگ شیندونگ برای وسایل بهداشتی، محدوده، شیرهای کروی برنجی دقیق، شیرهای چک و مجموعه‌های سفارشی شیر را تولید می‌کند و دارای گواهی‌های کامل ورَس، ای‌سی‌اس، سی‌ای و ان‌اس‌اف/بدون سرب است. امکانات ما شامل فضایی به مساحت ۳۰۰۰۰ مترمربع می‌شود که دارای ماشین‌آلات سی‌ان‌سی داخلی، ایستگاه‌های آزمون فشار و تیم تحقیق و توسعه اختصاصی است و این امکانات پشتیبانی از توسعه شیرهای سفارشی برای کاربردهای حیاتی خنک‌کننده را فراهم می‌کند. با بیش از ۲۵ سال تجربه تولید و بیش از ۶۵ اختراع ثبت‌شده، ما مستندات لازم و ثبات کیفی را که پروژه‌های مراکز داده نیاز دارند، ارائه می‌دهیم.

برای دریافت گواهی‌های آزمون مواد، داده‌های آزمون دوام یا بحث درباره مشخصات سفارشی شیر برای پروژه مرکز داده شما، با تیم مهندسی ما در [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).