Sensorik für Kühlmittelverteiler spielt in modernen Rechenzentren eine zentrale Rolle.

In Rechenzentren entstehen enorme Wärmelasten. Die Kühlmittelverteiler (Coolant Distribution Units, kurz: CDUs), die diese Wärme regeln, sind für einen sicheren Betrieb auf präzise Echtzeitmessungen angewiesen. Hier erfahren Sie, wie Sensorik für Druck, Temperatur, Durchfluss und Füllstand dafür sorgt, dass Kühlmittelverteiler auch bei hohen Anforderungen zuverlässig funktionieren.

Ein typisches Rechenzentrum verfügt über Tausende Server, die zusammen eine erhebliche Wärmemenge erzeugen. Laut Microsoft, Betreiber von mehr als 300 Rechenzentren weltweit, wird für jede Megawattstunde (MWh) verbrauchter elektrischer Energie 1 MWh Wärmeenergie erzeugt. Und angesichts des Anstiegs von Krypto-Mining, künstlicher Intelligenz und anderen Hochleistungsrechenanwendungen (High-Performance Computing, HPC) werden die Anzahl, Größe, Kapazität und Wärmelast von Rechenzentren weiter zunehmen. Da übermäßige Wärme dazu führt, dass Server sich automatisch abschalten und ihre Lebensdauer verkürzt wird, müssen sie ständig gekühlt werden. Die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) hat sogenannte thermische Richtlinien veröffentlicht, in denen ein Temperaturbereich von 18 … 27 °C (~64 … 81 °F) für Datenverarbeitungsanlagen empfohlen wird.

Überhitzungsschutz mit Kühlmittelverteilern

Es gibt zwei wesentliche Methoden, um sicherzustellen, dass Server nicht überhitzen. Bei der Luftkühlung werden Lüfter und Klimaanlagen eingesetzt, um warme Luft abzuführen und kalte Luft zuzuführen. Diese Methode allein ist jedoch oft unzureichend. Darum setzt man in neuen Rechenzentren und anderen Hochleistungsrechnern auf einen hybriden Ansatz aus Luft- und Flüssigkeitskühlung oder ausschließlich auf letztere.

Kühlmittelverteiler (CDUs) sind Systeme, die eine Kühlflüssigkeit durch ein einzelnes Server-Rack oder eine Reihe von Racks pumpen. Die Flüssigkeit durchläuft typischerweise Schläuche, die direkt über den Verarbeitungschips oder an der Rückseite eines Server-Racks vorbeiführen, nimmt die erzeugte Wärme auf und führt sie ab. In einigen fortschrittlichen Systemen sind die Komponenten vollständig in eine spezielle Flüssigkeit eingetaucht, die thermisch leitfähig, aber nicht elektrisch leitfähig ist. Bei einem Flüssigkeit-zu-Luft-Kühlmittelverteiler wird die thermische Energie des heißen Kühlmittels an die Umgebungsluft außerhalb des Gebäudes abgegeben. Bei einem Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Kühlmittelverteiler erfolgt der Wärmeaustausch über die Heizungs-, Klima- und Lüftungsanlage des Gebäudes. Sobald die Flüssigkeit abgekühlt ist, wird sie gefiltert und wieder zurückgeführt.

Unabhängig von ihrer Größe oder Art sind CDUs mit verschiedenen elektronischen Sensoren ausgestattet. Diese messen Drücke, Temperaturen, Durchflussraten und Flüssigkeitsfüllstände, um diese smarten Anlagen zu überwachen, zu steuern und Betreiber im Fall von Leckagen oder Störungen zu warnen.

Drucksensoren für Kühlmittelverteiler

Drucksensor A-10

Drucksensoren messen in CDUs den Druck in den Vor- und Rücklaufleitungen für das Kühlmittel. Anhand der Differenz der gemessenen Drücke passt das Steuerungssystem bei Bedarf die Pumpengeschwindigkeit an. So gewährleistet man einen optimalen Druck und Durchfluss für eine effektive Kühlung. Auch der Filterzustand der Anlage lässt sich durch Druckmessung an den Ein- und Auslässen überwachen. Außerdem erkennen Drucksensoren Auffälligkeiten, wie beispielsweise Leckagen oder Druckspitzen, und lösen Alarme aus. Betreiber können dann Maßnahmen ergreifen, um Schäden an der Anlage oder Servern zu verhindern und die Systemeffizienz sicherzustellen.

Der A-10 ist ein kompakter, aber leistungsstarker Sensor für die Druckmessung und -regelung in Kühlsystemen. Der bewährte Sensor wird in industriellen Anwendungen weltweit eingesetzt und hält bis zu 100 Millionen Lastzyklen bei nahezu konstanter Genauigkeit stand. Dank der einfachen Konfigurierbarkeit und universellen Einsetzbarkeit des A-10 ist eine Integration in jede Art von CDU möglich.

Für Standard- und Großserienanwendungen bietet der R-1 ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Dieser robuste Drucksensor ist speziell für die Überwachung und Steuerung von Kondensatoren, Kompressoren und Verdichtern in Anwendungen der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik ausgelegt. Mit messstoffberührten Teilen aus Edelstahl und einer hermetisch verschweißten Dünnfilm-Messzelle ist der R-1 hochbeständig gegenüber den üblicherweise in CDUs eingesetzten Kühlmitteln.

Temperatursensoren für Kühlmittelverteiler

Temperatursensoren stellen sicher, dass die Kühlflüssigkeit in CDUs im optimalen Bereich für eine effiziente Wärmeübertragung bleibt. Darüber hinaus sind sie notwendig, um Kondensation zu verhindern, die elektronische Bauteile beschädigen kann. Üblicherweise werden an den Ein- und Auslässen Widerstandsthermometer (RTDs) installiert, mit deren Messdaten die Kühlleistung der Anlage geregelt wird. Ein weiterer wichtiger Parameter, der in diesen Anlagen zu überwachen ist, ist die Umgebungstemperatur.

Miniatur-Widerstandsthermometer TR33 (links) und kompaktes Widerstandsthermometer TR36 (rechts)

Das Miniatur-Widerstandsthermometer TR33 und das Widerstandsthermometer TR36 in Kompaktausführung eignen sich ideal für Kühleinheiten. Diese Einschraub-Widerstandsthermometer bestehen aus einem Schutzrohr mit festem Prozessanschluss und werden direkt in den Prozess eingeschraubt. Die Ausführungen mit Pt100/Pt1000 verfügen über einen direkten Sensorausgang, während die Ausführungen mit integriertem Transmitter ein 4 … 20 mA-Ausgangssignal bieten. Beide erfüllen die Genauigkeitsklasse A nach IEC 60751.

Der TF35 (mit Steckeranschluss) und der TF37 (mit Anschlussleitung) sind vibrationsbeständige Einschraub-Temperaturfühler mit integriertem Schutzrohr für einen schnellen und einfachen Einbau direkt in die Kühlmittelleitungen – sowohl im Primärkreislauf (Anlage) als auch im Sekundärkreislauf (Server). Die kompakten Sensoren zeichnen sich durch einen Messbereich von -50 °C (-58 °F) bis etwa +260 °C (+500 °F) aus und sind mit verschiedenen Messelementen verfügbar, beispielsweise Pt100/Pt1000, NTC oder KTY81-210.

Für die Kontakt-Temperaturüberwachung der Vor- und Rücklaufleitungen eines Kühlmittelverteilers ist der TF-2000 eine zuverlässige und kosteneffektive Lösung. Gemäß Schutzart IP68 gegen Betauung ist das Pt100/Pt1000- oder NTC-Messelement vollständig mit einem thermoplastischen Elastomer (TPE) umspritzt. Die Montage des Kabel-Temperaturfühlers an Rohrleitungen ist einfach. Die Fühlerspitze lässt sich in eine eingelötete Kupferhülse einführen und mit einer Rohrschelle oder einem Kabelbinder befestigen. Alternativ kann der TF-2000 in der Ausführung mit Messingvierkanthülse mit einer Schnellmontageklammer an der gewünschten Stelle installiert werden.

Durchflusssensoren für Kühlmittelverteiler

Elektronischer Durchflussschalter FSD-4

Durchflusssensoren überwachen den Kühlmitteldurchlauf, um sicherzustellen, dass die Durchflussrate optimal für einen effizienten Wärmeübergang ist. Erkennen sie eine Abweichung vom zulässigen Bereich, stoßen diese Geräte eine Anpassung an oder lösen einen Alarm aus.

Der FSD-4 ist speziell für die Überwachung und Steuerung von Kühlsystemen konzipiert, einschließlich des Trockenlaufschutzes bei Pumpen. Dank zweier digitaler Schalter lässt sich dieser elektronische Durchflussschalter auch für Temperaturschaltungen programmieren. Ein Drei-Tasten-Display sorgt für eine einfache Vor-Ort-Parametrierung. Darüber hinaus erlaubt eine Ausführung mit IO-Link nicht nur eine Fernparametrierung, sondern auch die Erfassung von zusätzlichen Daten für das Condition Monitoring, wie etwa Betriebsstunden oder Maximal- und Minimalwerte.

Füllstandssensoren für Kühlmittelverteiler

Füllstandssensoren überwachen und regeln die Kühlmittelstände in einem Speichertank und stellen sicher, dass sie innerhalb der definierten Grenzen bleiben. Wenn der Füllstand den Sollbereich unterschreitet oder übersteigt, setzt der Sensor einen Alarm ab oder löst über Schaltvorgänge eine automatische Anpassung aus.

Optoelektronischer Füllstandsschalter OLS-C04

Der RLT-1000 basiert auf der Reed-Kettentechnik und liefert ein verstärktes Strom- oder Spannungssignal oder ein Widerstandssignal über ein 3-Leiter-Potentiometer. Damit gewährleistet der Sensor eine genaue und kontinuierliche Überwachung des Kühlmittelstands im Tank. Der RLS-1000 verfügt über bis zu vier Schaltpunkte, die einen Alarm auslösen, wenn festgelegte Schwellenwerte für den Füllstand im Tank erreicht werden. Der robuste und zuverlässige Sensor ist aus Edelstahl gefertigt und verfügt über eine anpassbare Gleitrohrlänge (150 mm bis 1.500 mm), eine Auswahl an verschiedenen Schwimmern sowie anpassbare elektrische Anschlüsse und Prozessanschlüsse. Dadurch lässt er sich einfach in unterschiedliche Systemdesigns integrieren.

Der OLS-C04 ist ein speziell für die Kühlindustrie entwickelter optoelektronischer Füllstandsschalter mit einem in sein Stahlgehäuse eingeschmolzenen Glasprisma. Seitlich am Tank montiert, bietet dieses kompakte Gerät eine einfache Lösung zur Erkennung des Grenzstands. Es verfügt außerdem über eine LED zur Anzeige des Schaltzustands.

Fazit: Smarte Messtechnik für Kühlmittelverteiler

Robuste, präzise und leicht konfigurierbare Sensorik für Kühlmittelverteiler spielt in modernen Rechenzentren eine zentrale Rolle. Auf den Produktseiten finden Sie weitere Informationen zu den erwähnten Messgeräten für Druck, Temperatur, Durchfluss und Füllstand:

Hinweis
Weiterführende Informationen zu den WIKA-Messlösungen für Rechenzentren erhalten Sie auch auf unserer Webseite. Bei Fragen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.

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