Datacenter koelingsenergie met 80% verlagen met Kick & Drop solenoidkleppen

Greg Wainhouse, Regional Business Development Manager – Industrial Water, Noord-Europa

In de hedendaagse high-density datacenters is direct-to-chip vloeistofkoeling essentieel om de hitte van high-performance processors, AI-workloads en cloud-infrastructuur te beheersen. In de kern van deze systemen zitten snel schakelende solenoidkleppen die nauwkeurige stroomregeling leveren, server-oververhitting voorkomen en ononderbroken uptime garanderen.

Hoewel vitaal, voegt de continue energisering van solenoidkleppen een aanzienlijke energievraag en exploitatiekosten toe. Over duizenden servers die 24/7 draaien, kunnen zelfs kleine winst in klepefficiëntie substantiële besparingen opleveren en de duurzaamheid verbeteren.

Kick & Drop spoeltechnologie lost deze uitdaging op. Door een hoge-energie "kick" te gebruiken om de klep te actuëren en een lage-energie "drop"-fase om hem in positie te houden, kan het systeem het stroomverbruik van de klep met tot 80% verlagen, wat operators helpt efficiëntiedoelen te halen en CO2-voetafdruk te verkleinen.

Het groeiende belang van efficiënte datacenter koeling

Effectief thermisch beheer is de ruggengraat van betrouwbare datacenter-operaties. Zonder nauwkeurige koeling kunnen servers oververhitten, wat prestaties degradeert, levensduur verkort en downtime-risico verhoogt.

Direct-to-chip koeling is de voorkeursmethode voor veel moderne faciliteiten. Bij deze aanpak wordt de hitte die gegenereerd wordt door server-microchips direct overgebracht naar koude platen gemonteerd op elke processor. Een water-glycol mengsel circuleert door deze platen, warmte verwijdert via gedwongen convectie.

Het opgewarmde koelmiddel stroomt vervolgens via een manifold naar een chiller of warmtewisselaar waar het afgekoeld wordt voordat het terugkeert naar de koude platen voor de volgende cyclus.

Het handhaven van voldoende koelmiddelstroom is cruciaal. Solenoidkleppen worden favoriet omdat ze de snelle respons bieden die nodig is om de constant veranderende eisen van CPU's aan te passen, die binnen milliseconden van idle naar volle belasting kunnen schakelen. Hun elektrische besturing stelt automatische reacties op temperatuursensorsignalen in, en hun compacte ontwerp past in de beperkte ruimte van koude-plaat manifolds.

De energie-uitdaging begrijpen

In een typische enterprise-server zitten één of twee CPU's per moederbord en tot acht GPU's, elk met eigen koeling. Geavanceerdere systemen kunnen tientallen processors bevatten, elk met een eigen koude plaat en klep-indeling.

Vermenigvuldigd over honderden servers in een rack en duizenden over een faciliteit, wordt het aantal kleppen substantieel, waardoor hun energieverbruik een sleutelfactor is in operationele uitgaven en duurzaamheidsprestaties.

Traditionele solenoidkleppen gebruiken een enkele spoel die een continueel magnetisch veld genereert, de klep in positie brengt en hem daar houdt. Om de positie te behouden, moet de klep continu de terugveerkracht en vloeistofdruk tegengaan, wat betekent dat hij non-stop geenergiseerd blijft.

Hoe Kick & Drop technologie werkt

Bürkert's Kick & Drop technologie elimineert deze inefficiëntie met een slimmer spoelontwerp dat de energievraag per klep met zo'n 80% kan kappen.

Het systeem gebruikt twee spoelwindingen geencapsuleerd in een enkele epoxy spoel, aangesloten in serie. In plaats van constant vermogen, levert het een hoge-spanning "kick" om de klep snel in positie te brengen – de actuatiefase. Dit gebeurt in ongeveer 500 ms, snel genoeg om tempo te houden met snelle temperatuurveranderingen.

Eenmaal in positie, initieert de tweede winding de "drop"-fase, waarbij de plunger wordt vastgehouden met aanzienlijk lagere spanning en veel minder energie. De overgeëxciteerde inrush-winding genereert een zeer hoog startvermogen, waarbij ongeveer 85% van de energie wordt gebruikt om de plunger snel te verplaatsen, en slechts rond 15% om de klep open te houden.

Deze over-excitatie levert ook tot 200% meer activeringskracht dan conventionele ontwerpen, wat hogere werkdrukken toestaat.

Voor datacenters die continu draaien, zijn de cumulatieve besparingen aanzienlijk. Over grote installaties met honderden of duizenden kleppen, kan het verlagen van energieverbruik met tot 80% de operationele kosten en CO2-uitstoot merkbaar dalen.

Bürkert biedt een Kick & Drop Energie en CO2 Calculator om zowel energiebesparing als CO2-reductiepotentieel te schatten.

Verbeterde duurzaamheid en thermische prestaties

Naast energiebesparing verbetert Kick & Drop technologie de duurzaamheid – een kritiek factor in mission-critical koeling.

Lagere energievraag vermindert hitteontwikkeling, wat het thermische beheer door de hele klepassembly verbetert. Media-opwarming wordt beperkt, en de maximaal bereikbare temperatuur is gecapt op 55 °C, wat calcificatierisico's in systemen met gezuiverd water mitigeert.

Verminderde werktemperaturen verlagen ook thermische stress op belangrijke componenten, verlengen de levensduur, verminderen onderhoud en minimaliseren oververhitting-gerelateerde fouten.

Vergelijking Kick & Drop met proportionele regeling

Pulsbreedtemodulatie (PWM) is een alternatieve methode die solenoidkleppen aan en uit schakelt om de gemiddelde stroom te regelen. Hoewel PWM het energieverbruik ten opzichte van continu geenergiseerde kleppen kan verlagen, introduceert het extra hardware, complexiteit, trillingen en hoorbare geluiden – factoren die de lange-termijn betrouwbaarheid en werkplekcomfort kunnen compromitteren.

In tegenstelling houdt Kick & Drop eenvoud en robuustheid vol, en levert snelle respons zonder de nadelen van snelle schakeling.

Geïntegreerde manifold oplossingen voor direct-to-chip koeling

Kleppen zijn slechts een deel van het koelingsplaatje. Manifold-integratie heeft grote impact op prestaties.

Bürkert's engineering-team ontwerpt maatwerk manifolds die direct integreren met koude platen en koelinfrastructuur, wat een compacte voetafdruk en nauwkeurige passform biedt. Geïntegreerde oplossingen stroomlijnen productontwikkeling, verminderen projectcomplexiteit en versnellen implementatie bij samenwerking met een enkele leverancier voor kleppen en manifolds.

De toekomst van high-performance datacenters ondersteunen

De wereldwijde datacentermarkt groeit snel, gedreven door AI, cloud computing, HPC en groeiende digitale vraag. Naarmate processor-dichtheden stijgen en workloads eiserder worden, wordt efficiënt thermisch beheer steeds kritischer.

Direct-to-chip koeling zal een centrale rol spelen in het voldoen aan deze behoeften, door de nauwkeurige warmte-afvoer te bieden die nodig is voor next-generation infrastructuur. Solenoidklep-technologie blijft essentieel, door snelle, geautomatiseerde stroomregeling die high-value processors beschermt tegen snelle belastingsschommelingen.

Operators staan onder groeiende druk om energieverbruik te verlagen en duurzaamheidsdoelen te halen. Het verbeteren van de efficiëntie van elk component in de koelingslus is daarom van cruciaal belang. Kick & Drop technologie biedt de snelheid, lage stroomverbruik en duurzaamheid die nodig zijn voor betrouwbare, milieuvriendelijke datacenter-operaties.

Meer informatie hier.

Bürkert Fluid Control Systems

Bürkert is actief in vijfendertig landen wereldwijd en werkt met een groot netwerk van distributeurs en partners, wat nabijheid tot klanten garandeert. Onze wereldwijde aanwezigheid zorgt voor volledige service en ondersteuning in elke markt. Onderzoek drijft ons bedrijf.

We zijn nooit tevreden met de status quo en zoeken continu nieuwe technologieën en oplossingen voor onze klanten. Elk jaar ontwikkelen onze mensen geavanceerde producten variërend van geïntegreerde procesmeet- en regelaarseenheden tot geavanceerde systemen gebruikt in farmaceutisch onderzoek. Om voorop te lopen, investeren we zwaar in R&D.

In onze onderzoekscentra in Duitsland en Frankrijk zijn 150 mensen toegewijd aan het bouwen van een betere toekomst voor ons bedrijf en onze klanten. Onze toewijding aan expertise strekt zich wereldwijd uit, zodat onze vloeistofregel-innovaties de wereldmarkt ten goede komen.

Wat we in een notendop doen

We produceren procesapparatuur en leveren end-to-end oplossingen voor de complete regellus.

Waar we leveren

UK, Ierland, Europa

Industrieën waar we leveren

Food & Beverage, Farmaceutisch, Cosmetica & Toiletartikelen, Water & Afvalwater