Reduzieren Sie den Kühlaufwand für Rechenzentren um 80 % mit Kick &Drop-Magnetventilen

Greg Wainhouse, Regional Business Development Manager – Industriewasser, Nordeuropa

In den heutigen Rechenzentren mit hoher Dichte ist die Direkt-zu-Chip-Flüssigkeitskühlung unerlässlich, um die Wärme von Hochleistungsprozessoren, KI-Workloads und der Cloud-Infrastruktur zu verwalten. Das Herzstück dieser Systeme sind schnell reagierende Magnetventile, die eine präzise Durchflusskontrolle ermöglichen, eine Überhitzung des Servers verhindern und eine unterbrechungsfreie Betriebszeit gewährleisten.

Die kontinuierliche Stromversorgung von Magnetventilen ist zwar lebenswichtig, erhöht jedoch den Energiebedarf und die Betriebskosten erheblich. Bei Tausenden von Servern, die rund um die Uhr laufen, können selbst kleine Verbesserungen der Ventileffizienz zu erheblichen Einsparungen und einer Verbesserung der Nachhaltigkeit führen.

Die Kick &Drop-Spulentechnologie begegnet dieser Herausforderung. Durch die Verwendung eines Hochleistungs-„Kicks“ zum Betätigen des Ventils und einer Niedrigenergie-„Absenk“-Phase zum Halten in Position kann das System den Stromverbrauch des Ventils um bis zu 80 % senken und so den Betreibern dabei helfen, ihre Effizienzziele zu erreichen und den CO2-Fußabdruck zu verringern.

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Greg Wainhouse erklärt:

Die wachsende Bedeutung einer effizienten Kühlung von Rechenzentren

Ein effektives Wärmemanagement ist das Rückgrat eines zuverlässigen Rechenzentrumsbetriebs. Ohne präzise Kühlung können Server überhitzen, was die Leistung beeinträchtigt, die Lebensdauer der Geräte verkürzt und das Risiko von Ausfallzeiten erhöht.

Die Direktkühlung auf den Chip ist für viele moderne Anlagen zur bevorzugten Methode geworden. Bei diesem Ansatz wird die von Server-Mikrochips erzeugte Wärme direkt auf Kühlplatten übertragen, die auf jedem Prozessor montiert sind. Durch diese Platten zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch, das durch erzwungene Konvektion Wärme abführt.

Das erhitzte Kühlmittel fließt dann durch einen Verteiler zu einem Kühler oder Wärmetauscher, wo es abgekühlt wird, bevor es für den nächsten Zyklus zu den Kühlplatten zurückkehrt.

Die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Kühlmittelflusses ist von entscheidender Bedeutung. Magnetventile werden bevorzugt, da sie die erforderliche schnelle Reaktion bieten, um den sich ständig ändernden Anforderungen von CPUs gerecht zu werden, die innerhalb von Millisekunden vom Leerlauf auf Volllast hochfahren können. Ihre elektrische Steuerung ermöglicht eine automatische Reaktion auf Temperatursensorsignale und ihr kompaktes Design passt in den begrenzten Raum von Kühlplattenverteilern.

Die Energieherausforderung verstehen

In einem typischen Unternehmensserver gibt es möglicherweise eine oder zwei CPUs pro Motherboard und bis zu acht GPUs, die jeweils eine eigene Kühlung erfordern. Fortgeschrittenere Systeme können Dutzende von Prozessoren enthalten, jeder mit seiner eigenen Kühlplatte und Ventilanordnung.

Bei der Multiplikation mit Hunderten von Servern in einem Rack und Tausenden in einer Einrichtung wird die Anzahl der Ventile erheblich, sodass ihr Energieverbrauch ein Schlüsselfaktor für die Betriebsausgaben und die Nachhaltigkeitsleistung ist.

Herkömmliche Magnetventile verwenden eine einzelne Spule, die ein kontinuierliches Magnetfeld erzeugt, das Ventil in Position bewegt und dort hält. Um die Position beizubehalten, muss das Ventil kontinuierlich der Rückstellfeder und dem Flüssigkeitsdruck entgegenwirken und es rund um die Uhr unter Spannung halten.

So funktioniert die Kick &Drop-Technologie

Die Kick &Drop-Technologie von Bürkert beseitigt diese Ineffizienz durch ein intelligenteres Spulendesign, das den Energiebedarf pro Ventil um bis zu 80 % senken kann.

Das System verwendet zwei Spulenwicklungen, die in einer einzigen Epoxidspule gekapselt sind und in Reihe mit Strom versorgt werden. Anstelle einer konstanten Leistung liefert es einen Hochspannungs-„Kick“, um das Ventil schnell in die Position zu bringen – die Betätigungsphase. Dies geschieht in etwa 500 ms und ist damit schnell genug, um mit schnellen Temperaturänderungen Schritt zu halten.

Sobald die zweite Wicklung positioniert ist, leitet sie die „Absink“-Phase ein, wodurch der Kolben mit einer deutlich niedrigeren Spannung und weitaus weniger Energie versorgt wird. Die übererregte Einschaltwicklung erzeugt eine sehr hohe Startleistung und verbraucht etwa 85 % der Energie, um den Kolben schnell zu bewegen, und nur etwa 15 %, um das Ventil offen zu halten.

Diese Übererregung liefert außerdem bis zu 200 % mehr Aktivierungsleistung als herkömmliche Konstruktionen und ermöglicht so höhere Betriebsdrücke.

Bei kontinuierlich laufenden Rechenzentren sind die kumulativen Einsparungen erheblich. Bei großen Anlagen mit Hunderten oder Tausenden von Ventilen kann eine Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 80 % die Betriebskosten und CO2-Emissionen spürbar senken.

Bürkert bietet einen Kick &Drop Energie- und CO₂-Rechner an, um sowohl Energieeinsparungen als auch CO2-Reduktionspotenziale abzuschätzen.

Verbesserte Haltbarkeit und Wärmeleistung

Über die Energieeinsparungen hinaus verbessert die Kick &Drop-Technologie die Haltbarkeit – ein entscheidender Faktor bei der unternehmenskritischen Kühlung.

Ein geringerer Energiebedarf reduziert die Wärmeerzeugung und verbessert das Wärmemanagement in der gesamten Ventilbaugruppe. Die Medienerwärmung ist begrenzt und die maximal erreichbare Temperatur ist auf 55 °C begrenzt, wodurch das Verkalkungsrisiko in Systemen, die gereinigtes Wasser verwenden, verringert wird.

Reduzierte Betriebstemperaturen verringern auch die thermische Belastung wichtiger Komponenten, verlängern die Lebensdauer, reduzieren den Wartungsaufwand und minimieren überhitzungsbedingte Ausfälle.

Vergleich von Kick &Drop mit Proportionalsteuerung

Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine alternative Methode, die Magnetventile ein- und ausschaltet, um den Durchschnittsstrom zu steuern. Während PWM den Energieverbrauch im Vergleich zu kontinuierlich erregten Ventilen senken kann, bringt es zusätzliche Hardware, Komplexität, Vibrationen und hörbare Geräusche mit sich – Faktoren, die die langfristige Zuverlässigkeit und den Komfort am Arbeitsplatz beeinträchtigen können.

Im Gegensatz dazu behält Kick &Drop seine Einfachheit und Robustheit bei und bietet eine schnelle Reaktion ohne die Nachteile eines schnellen Umschaltens.

Integrierte Verteilerlösungen für die direkte Chipkühlung

Ventile sind nur ein Teil des Kühlsystems. Die Verteilerintegration wirkt sich erheblich auf die Leistung aus.

Das Ingenieurteam von Bürkert entwirft maßgeschneiderte Verteiler, die sich direkt in Kühlplatten und Kühlinfrastruktur integrieren lassen und eine kompakte Grundfläche und präzise Passform bieten. Integrierte Lösungen rationalisieren die Produktentwicklung, reduzieren die Projektkomplexität und beschleunigen die Bereitstellung, wenn Sie mit einem einzigen Lieferanten für Ventile und Verteiler zusammenarbeiten.

Unterstützung der Zukunft von Hochleistungs-Rechenzentren

Der globale Markt für Rechenzentren wächst rasant, angetrieben durch KI, Cloud Computing, HPC und die wachsende digitale Nachfrage. Da die Prozessordichten steigen und die Arbeitslasten anspruchsvoller werden, wird ein effizientes Wärmemanagement immer wichtiger.

Bei der Erfüllung dieser Anforderungen wird die direkte Chip-Kühlung eine zentrale Rolle spielen und die präzise Wärmeableitung gewährleisten, die für die Infrastruktur der nächsten Generation erforderlich ist. Die Magnetventiltechnologie bleibt unverzichtbar und sorgt für eine schnelle, automatisierte Flusssteuerung, die hochwertige Prozessoren vor schnellen Lastschwankungen schützt.

Betreiber stehen zunehmend unter Druck, den Energieverbrauch zu senken und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Daher ist die Verbesserung der Effizienz aller Komponenten im Kühlkreislauf von größter Bedeutung. Die Kick &Drop-Technologie bietet die Geschwindigkeit, den geringen Stromverbrauch und die Haltbarkeit, die für einen zuverlässigen, umweltfreundlichen Rechenzentrumsbetrieb erforderlich sind.

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