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Technische Wasserdaten für den sekundären Kühlkreislauf

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass das dem Wärmetauscher zugeführte Wasser die in diesem Abschnitt aufgeführten Anforderungen erfüllt. Stellen Sie sicher, dass die Anforderungen erfüllt sind, bevor Sie das Wasserkühlungssystem einrichten.

Wichtig

Wenn das Wasser, das dem Wärmetauscher zugeführt wird, die in diesem Abschnitt beschriebenen Anforderungen nicht erfüllt, können Systemausfälle aufgrund eines der folgenden Probleme auftreten:

  • Lecks aufgrund von Korrosion und Lochfraß an den Metallkomponenten des Wärmetauschers oder Wasserversorgungssystems.
  • Wassersteinablagerungen im Inneren des Wärmetauschers, was zu folgenden Problemen führen kann:
    • Verringerte Wärmetauscherleistung bei der Kühlung von Abluft aus dem Rack
    • Ausfall der mechanischen Hardware (zum Beispiel der Schlauchschnellkupplung)
  • Organische Verunreinigung (zum Beispiel Bakterien, Pilze oder Algen). Diese Art der Verunreinigung kann zu den Problemen führen, die auch aufgrund von Wassersteinablagerungen zu beobachten sind.

Überprüfung und Aufbereitung des sekundären Kühlkreislaufs​

Das Wasser, das zum Befüllen, Nachfüllen und Versorgen des Wärmetauschers verwendet wird, muss partikelfreies deionisiertes Wasser oder partikelfreies destilliertes Wasser sein und ausreichend kontrolliert werden, um die folgenden Probleme zu vermeiden:

  • Metallkorrosion
  • Bakterielle Verunreinigung
  • Wassersteinbildung
Das Wasser darf nicht aus dem primären Kaltwassersystem des Gebäudes stammen, sondern muss im Rahmen eines sekundären geschlossenen Kreislaufsystems bereitgestellt werden.
Wichtig
Es dürfen keine Glykollösungen verwendet werden, da diese die Kühlleistung des Wärmetauschers beeinträchtigen können.

In sekundären Kreisläufen zu verwendende Materialien​

Verwenden Sie eines der folgenden Materialien für die Versorgungsleitungen, Anschlüsse, Leitungen, Pumpen und anderen Hardwareteile, aus denen das Wasserversorgungssystem mit geschlossenem Kreislauf besteht:

  • Kupfer
  • Messing mit einem Zinkanteil von weniger als 30 %
  • Edelstahl 303 oder 316
  • Peroxidvernetzter Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Kautschuk, nicht-metalloxidisches Material

In sekundären Kreisläufen zu vermeidende Materialien​

Verwenden Sie keines der folgenden Materialien in den Teilen des Wasserversorgungssystems:

  • Oxidierende Biozide wie Chlor, Brom und Chlorindioxid
  • Aluminium
  • Messing mit einem Zinkanteil von mehr als 30 %
  • Eisen (außer Edelstahl)

Anforderungen an die Wasserversorgung bei sekundären Kreisläufen​

Dieser Abschnitt enthält spezifische Merkmale des Systems, das das gekühlte konditionierte Wasser dem Wärmetauscher zuführt.

  • Temperatur:

    Weder der Wärmetauscher noch seine Versorgungs- und Rückleitungsschläuche sind isoliert. Vermeiden Sie also alle Bedingungen, die zu einer Kondensation führen können. Die Wassertemperatur im Versorgungsschlauch, Rückleitungsschlauch und Wärmetauscher muss über dem Taupunkt der Arbeitsumgebung des Wärmetauschers gehalten werden.

    Achtung
    Typisches primäres Kaltwasser ist für die Verwendung in dieser Anwendung zu kalt, da Gebäudekühlwasser bis zu 4 °C bis 6 °C (39 °F bis 43 °F) kalt sein kann.
    Wichtig
    Das System, mit dem das Kühlwasser bereitgestellt wird, muss in der Lage sein, den Taupunkt im Raum zu messen und die Wassertemperatur automatisch entsprechend anzupassen. Andernfalls muss die Wassertemperatur über dem maximalen Taupunkt liegen, der in der Installation des betreffenden Rechenzentrums zulässig ist. Beispielsweise muss die folgende Mindestwassertemperatur eingehalten werden:
    • 18 °C ±1 °C (64,4 °F ±1,8 °F). Dies gilt für Umgebungsdaten der ASHRAE-Klasse 1, die einen maximalen Taupunkt von 17 °C (62,6 °F) vorschreibt.
    • 22 °C ±1 °C (71,6 °F ±1,8 °F). Dies gilt für Umgebungsdaten der ASHRAE-Klasse 2, die einen maximalen Taupunkt von 21 °C (69,8 °F) vorschreibt.

    Lesen Sie zu diesem Thema das ASHRAE-Dokument Thermische Richtlinien für Datenverarbeitungsumgebungen. Informationen zum Abrufen dieses Dokuments finden Sie unter https://www.techstreet.com/ashrae/products/1909403.

  • Druck

    Der Wasserdruck im sekundären Kreislauf muss unter 690 kPa (100 psi) liegen. Der normale Betriebsdruck beim Wärmetauscher darf höchstens 414 kPa (60 psi) betragen.

  • Durchflussgeschwindigkeit

    Die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers im System muss 23 bis 57 Liter (6 bis 15 Gallonen) pro Minute betragen. Der Druckabfall gegenüber der Durchflussgeschwindigkeit für Wärmetauscher (einschließlich der Schnellkupplungen) ist als ca. 103 kPa (15 psi) bei 57 Litern pro Minute definiert.

  • Grenzwerte für die Wassermenge

    Der Wärmetauscher fasst ungefähr 9 Liter (2,4 Gallonen). Versorgungs- und Rückleitungsschläuche mit einer Länge von 15 Metern (50 ft) und einem Durchmesser von 19 mm (0,75 Zoll) fassen ungefähr 9,4 Liter (2,5 Gallonen). Um die Gefahr einer Überflutung im Fall eines Lecks möglichst gering zu halten, darf das gesamte Produktkühlsystem (Wärmetauscher, Versorgungsschlauch und Rückleitungsschlauch) ohne Vorratsbehälter höchstens 18,4 Liter (4,8 Gallonen) Wasser enthalten. Dies ist lediglich ein Sicherheitshinweis und keine funktionelle Anforderung. Erwägen Sie ggf. die Verwendung von Methoden zur Leckerkennung in dem sekundären Kreislauf, der den Wärmetauscher mit Wasser versorgt.

  • Lufteinwirkung

    Der sekundäre Kühlkreislauf ist ein geschlossener Kreislauf ohne kontinuierlichen Kontakt mit der Raumluft. Lassen Sie nach dem Befüllen des Kreislaufs die gesamte Luft aus dem Kreislauf ab. Oben an der Wärmetauscherleitung befindet sich ein Luftablassventil, mit dem die gesamte Luft aus dem System abgelassen werden kann.

Technische Daten der Wasserzuleitung bei sekundären Kreisläufen​

Dieser Abschnitt enthält die verschiedenen Hardwarekomponenten, aus denen sich der sekundäre Kreislauf des Zuleitungssystems zusammensetzt, der das gekühlte, konditionierte Wasser an den Wärmetauscher liefert. Das Zuleitungssystem besteht aus Rohren, Schläuchen und dem erforderlichen Anschlussmaterial zum Anschluss der Schläuche an den Wärmetauscher. Die Verlegung der Schläuche in Umgebungen mit und ohne Doppelboden wird ebenfalls beschrieben.

Der Wärmetauscher kann 100 % oder mehr der Wärmebelastung eines einzelnen Racks ableiten, wenn er unter optimalen Bedingungen betrieben wird.

Der primäre Kühlkreislauf besteht entweder aus der Kaltwasserversorgung des Gebäudes oder einer modularen Kühleinheit. Der primäre Kühlkreislauf darf nicht als direkte Kühlmittelquelle für den Wärmetauscher eingesetzt werden.

Dieser Abschnitt dient hauptsächlich der beispielhaften Darstellung typischer Verfahren für die Einrichtung von sekundären Kreisläufen und deren erforderlichen Betriebseigenschaften im Hinblick auf eine ausreichende und sichere Wasserversorgung des Wärmetauschers.

Achtung
Die Überdruckschutzvorrichtung muss den folgenden Anforderungen entsprechen:
  • ISO 4126-1 erfüllen (Informationen zum Erhalt dieses Dokuments finden Sie unter https://webstore.ansi.org/Standards/ISO/ISO41262013. Suchen Sie nach der Dokumentnummer iso 4126-1.)
  • Sie muss so installiert werden, dass sie für Inspektion, Wartung und Reparatur zugänglich ist.
  • Sie muss so nah wie möglich an der Einheit angeschlossen werden, die sie schützen soll.
  • Es muss möglich sein, sie nur mit Hilfe eines Werkzeugs einzustellen.
  • Sie muss eine Ablassöffnung haben, die so ausgerichtet ist, dass abgelassenes Wasser oder abgelassene Flüssigkeit keine Gefahr darstellt und nicht auf Personen gerichtet ist.
  • Sie muss eine ausreichende Abflusskapazität aufweisen, um sicherzustellen, dass der maximale Betriebsdruck nicht überschritten wird.
  • Sie muss ohne Sperrventil zwischen der Überdruckschutzvorrichtung und der geschützten Einheit installiert werden.
Die folgenden Abbildungen zeigen typische Kühllösungen mit größtmöglicher Flexibilität. Beachten Sie die folgenden Richtlinien, bevor Sie Ihre Lösung planen.
  • Es wird ein Verfahren zur Überwachung und Einstellung der Gesamtdurchflussgeschwindigkeit an alle Wärmetauscher benötigt. Hierfür kann ein eigenständiger Durchflussmesser verwendet werden, der in den Durchflusskreislauf integriert wird, oder ein Durchflussmesser innerhalb des sekundären Kreislaufs des Kühlwasserverteilers (CDU).
  • Nachdem Sie die Gesamtdurchflussgeschwindigkeit mithilfe eines Durchflussmessers wie oben beschrieben für alle Wärmetauscher festgelegt haben, müssen Sie unbedingt das Leitungssystem so gestalten, dass es die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit für die einzelnen Wärmetauscher ermöglicht. Außerdem muss eine Überprüfung der Durchflussgeschwindigkeit möglich sein. Abbildung 5 auf Seite 16 bis Abbildung 8 auf Seite 19 veranschaulichen die Verwendung von Kreislaufreglern zur Anpassung der Durchflussgeschwindigkeit für jeden Wärmetauscher. Mit anderen Verfahren (zum Beispiel mit integrierten oder externen Durchflussmessern) lässt sich unter Umständen die Durchflussgeschwindigkeit mithilfe einzelner Absperrventile noch präziser regeln.
  • Gestalten Sie den Durchflusskreislauf so, dass der Gesamtdruckabfall innerhalb des Durchflusskreislaufes möglichst gering gehalten wird. Für die optionale Funktion „Schnellverbindung mit niedriger Impedanz“ (dargestellt in Abbildung 5 auf Seite 16 bis Abbildung 8 auf Seite 19) können aufgrund des übermäßigen Druckabfalls in Verbindung mit dem Durchfluss durch vier Schnellverbindungspaare in Reihe nicht die Eaton Schnellverschlusskupplungen verwendet werden, die am Wärmetauscher zum Einsatz kommen. Hierfür müssen Schnellverschlüsse mit einer sehr niedrigen Durchflussimpedanz (nahezu 0) verwendet werden. Sie können jedoch auch einen Schlauchstutzenanschluss anstelle dieser Schnellverschlüsse verwenden.
Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für die gängigsten Lösungen.

  • Primäre und sekundäre Kühlkreisläufe

    Abbildung 1. Primäre und sekundäre Kühlkreisläufe

    Diese Abbildung zeigt eine typische Kühllösung und identifiziert die Komponenten des primären Kühlkreislaufs sowie des sekundären Kühlkreislaufs.

  • Kühlwasserverteiler mit einer vorgefertigten Anlagenlösung

    Abbildung 2. Kühlwasserverteiler mit einer vorgefertigten Anlagenlösung

    Dieses Abbildung zeigt das Beispiel einer vorgefertigten Anlagenlösung. Die tatsächliche Anzahl der Wärmetauscher, die an einen sekundären Kreislauf angeschlossen werden, hängt von der Kapazität des Kühlwasserverteilers ab, der den sekundären Kreislauf betreibt.

  • Kühlwasserverteiler mit Standardlieferantenlösungen

    Abbildung 3. Kühlwasserverteiler mit Standardlieferantenlösungen

    Anmerkung
    Vorgeschlagene Merkmale für vom Lieferanten gebaute Kühlwasserverteiler (CDU):
    • Temperatur- und Durchflussmessung (Überwachung)
    • Leckerkennung oder Wasserstandserfassung und Herunterfahren
    • Lokale und Fernüberwachung sowie -steuerung
    • Zugang für Befüllung und Wasseraufbereitung

    Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für einen modularen Standard-Kühlwasserverteiler. Die tatsächliche Anzahl der Wärmetauscher, die an einen sekundären Kreislauf angeschlossen werden, hängt von der Kapazität des Kühlwasserverteilers ab, der den sekundären Kreislauf betreibt.

  • Kühlwasserverteiler mit einem Wasserkühler zur Bereitstellung von konditioniertem Wasser

    Abbildung 4. Kühlwasserverteiler mit Standardlieferantenlösungen

    Anmerkung
    Erforderliche Merkmale an vom Lieferanten gebaute Wasserkühleinheiten:
    • Temperatur- und Durchflussmessung (Überwachung)
    • Leckerkennung oder Wasserstandserfassung und Herunterfahren
    • Lokale und Fernüberwachung sowie -steuerung
    • Zugang für Befüllung und Wasseraufbereitung

    Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für eine Wasserkühlereinheit, die einen oder mehrere Wärmetauscher mit konditioniertem Wasser versorgt. Dabei muss es sich um ein geschlossenes System handeln (das Wasser darf keinen Kontakt mit Luft haben) und alle in diesem Dokument definierten Anforderungen hinsichtlich technischer Daten für Material, Wasserqualität, Wasseraufbereitung und -temperatur sowie Durchfluss müssen erfüllt sein. Eine Wasserkühlereinheit kann alternativ als akzeptable Quelle für auf Gebäudetemperatur gekühltes Wasser verwendet werden, um die Wärme von einem Lenovo Rear Door Heat eXchanger abzuleiten.

Leitungen und Rohre​

Leitungen, an die von einer Pumpeneinheit kommende Zulaufrohre mit großem Durchmesser angeschlossen werden können, haben sich als gängige Methode zum Verteilen des Wassers auf Rohre oder Schläuche mit kleinerem Durchmesser, die zu einzelnen Wärmetauschern geführt werden, bewährt. Die Leitungen müssen aus Materialien hergestellt sein, die mit der Pumpeneinheit und den zugehörigen Rohrleitungen kompatibel sind. Die Leitungen müssen genügend Anschlussstellen haben, damit eine entsprechende Anzahl von Zu- und Rücklaufleitungen angeschlossen werden kann. Zudem müssen die Leitungen bzgl. ihrer Kapazitätsbewertung mit den Pumpen und dem Wärmetauscher des Kreislaufs (zwischen dem sekundären Kühlkreislauf und der Kaltwasserquelle des Gebäudes) übereinstimmen. Verankern oder befestigen Sie alle Leitungen, damit der erforderliche Halt sichergestellt ist und sich die Leitungen beim Anschließen von Schnellkupplungen nicht bewegen.

Beispiele für Zulaufleitungen verschiedener Größen

  • Verwenden Sie eine Zulaufleitung mit mindestens 50,8 mm (2 Zoll), um für den ordnungsgemäßen Zufluss zu drei Versorgungsschläuchen mit 19 mm (0,75 Zoll) bei einem 100-kW-Kühlwasserverteiler (CDU) zu sorgen.
  • Verwenden Sie eine Zulaufleitung mit mindestens 63,5 mm (2,50 Zoll), um für den ordnungsgemäßen Zufluss zu vier Versorgungsschläuchen mit 19 mm (0,75 Zoll) bei einem 120-kW-Kühlwasserverteiler (CDU) zu sorgen.
  • Verwenden Sie eine Zulaufleitung mit mindestens 88,9 mm (3,50 Zoll), um für den ordnungsgemäßen Zufluss zu neun Versorgungsschläuchen mit 19 mm (0,75 Zoll) bei einem 300-kW-Kühlwasserverteiler (CDU) zu sorgen.

Um die Wasserzufuhr in einzelnen Verzweigungen mehrerer Kreisläufe zu stoppen, müssen Sie für jede Versorgungs- und Rücklaufleitung Absperrventile installieren. Dies ermöglicht die Wartung oder den Austausch eines einzelnen Wärmetauschers ohne Beeinträchtigung des Betriebs der übrigen Wärmetauscher im Kreislauf.

Verwenden Sie in sekundären Kreisläufen Vorrichtungen für die Temperatur- und Durchflussmessung (Überwachung), damit die Erfüllung der technischen Wasserdaten und eine optimale Wärmeabfuhr sichergestellt sind.

Verankern oder sichern Sie alle Leitungen und Rohre, damit der erforderliche Halt sichergestellt ist und sich die Leitungen beim Anschließen von Schnellkupplungen nicht bewegen.

Die folgende Abbildung zeigt ein weiteres Layout für mehrere Wasserkreisläufe.
Abbildung 5. Typische zentrale Leitung (an einer zentralen Position für mehrere Wasserkreisläufe)

Die folgende Abbildung zeigt ein erweitertes Leitungslayout.
Abbildung 6. Typisches erweitertes Leitungssystem (entlang der Gänge zwischen Racks)

Flexible Schläuche und Anschlüsse an Leitungen und Wärmetauschern​

Die Konfiguration von Rohren und Schläuchen kann variieren. Sie können die beste Konfiguration für Ihre Installation ermitteln, indem Sie die Anforderungen an Ihrem Standort analysieren. Diese Standortanalyse kann auch von einem Standortvorbereitungsvertreter durchgeführt werden.

Flexible Schläuche werden für den Zulauf und die Rückleitung von Wasser zwischen Ihren Rohrleitungen (Leitungen und Kühlwasserverteiler) und dem Wärmetauscher benötigt (dabei muss genügend Spielraum für ein ungehindertes Öffnen und Schließen der hinteren Racktür vorhanden sein).

Es sind Schläuche verfügbar, die Wasser mit akzeptablen Druckabfalleigenschaften bereitstellen und dazu beitragen, den Abbau von Korrosionsinhibitoren zu verhindern. Diese Schläuche müssen aus peroxidvernetztem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und nicht metallischem Oxidmaterial gefertigt sein. Außerdem müssen sie an einem Ende mit einem selbstkuppelnden Eaton-Schnellverschlusskupplungs-Kugelventil ausgestattet sein, das am Wärmetauscher angebracht wird. Am anderen Ende müssen sie entweder über eine Schnellkupplung mit geringer Impedanz verfügen oder keine Kupplung aufweisen, damit sie an eine Tülle angeschlossen werden können. Die in diesem Abschnitt beschriebenen Eaton-Kugelhähne sind mit den Wärmetauscherkupplungen kompatibel. Es sind Schlauchlängen von 3 bis 15 Metern (10 bis 50 ft) in Schrittweiten von 3 Metern (10 ft) verfügbar. Schläuche mit einer Länge von mehr als 15 Metern (50 ft) können zu einem unzulässigen Druckabfall im Sekundärkries und zu einem verringerten Wasserdurchfluss führen und somit die Wärmeabfuhrkapazitäten des Wärmetauschers beeinträchtigen.

Verwenden Sie für die Befestigung der Schläuche an den Wärmetauschern Schnellkupplungen. Die an den Wärmetauscher anzuschließenden Schlauchkupplungen müssen folgende Merkmale aufweisen:

  • Die Kupplungen müssen aus passiviertem Edelstahl der Serie 300 L oder aus Messing mit einem Zinkanteil von weniger als 30 % gefertigt sein. Die zu verwendende Kupplungsgröße ist 19 mm (0,75 Zoll).
  • Bei den Schläuche muss es sich um die Eaton-Teilenummer FD83-2046-16-16 oder ein gleichwertiges Teil handeln.
  • Wenn am anderen Ende (Leitung) des Schlauchs eine Schnellkupplung mit geringer Impedanz verwendet wird, setzen Sie formschlüssige Verriegelungsmechanismen ein, um das Austreten von Wasser beim Abkuppeln der Schläuche zu verhindern. Die Anschlüsse müssen so konzipiert sein, dass beim Trennen möglichst wenig Wasser austritt und der Lufteinschluss im System gering gehalten wird.