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CDU 的額定與可比較性(rating & filtration)

dc-26 回答「這台機器怎麼運作」。這張回答下一題:型錄上那個 1 MW 是什麼條件下量出來的,你憑什麼拿它跟另一家的 1 MW 比。 答案比想像的糟:標準留了一格給受測方自己填,而那一格恰好是濾網。

六格

拓撲位置

濾網在 CDU 機殼內,Vertiv CoolChip 原廠規格是每台泵各一個——這個細節等一下會把額定值翻掉。額定本身不在拓撲上:它跟 dc-15MeasurementPoint 一樣是標註不是節點。

容量單位

kPa(TCS 可用外部揚程)與 L/min 是自變數,kW 是因變數。 濾網吃掉 kPa,掉下來的卻是 kW(演算一)。

冗餘表達

Vertiv CDU 600 雙泵、CDU 1350 三泵,皆可配 run/standby 或全部同時運轉。濾芯可洗、熱插拔。但泵模式一換,額定流量與濾網流速判準同時改變(演算二)。

遙測介面

filter_dp_kpa 是全機唯一看得見耗材狀態的點位,原廠明說用來回報潔淨狀態並觸發清洗告警。水質三感測(導電度/濁度/pH)走 Modbus RS485——但是選配。這修正了 dc-26 的「水質多半離線採樣,不是點位」:可以是點位,要加錢。

故障域

堵塞不是「掉」,是容量慢慢縮,且在任何 kW 報表上看不見。唯一徵兆是 ΔP 上升,而 ΔP 要對齊流量才能解讀(同 dc-21)。

維護特性

可洗、熱插拔、每泵一個。ΔP 告警觸發清洗而非日曆觸發——本軌跡少見的狀態驅動維護規則。

關鍵數字與計算

演算一:同一台 CDU 兩個都合法的 rated 揚程

Schneider 原文(本次取得第一手)明寫 ASHRAE rating 的前提是「受測 CDU 依廠商指示設置」,並舉例:若廠商要求測試室測試前拆掉濾網,ratings 會更漂亮。Addendum B 仍在制定中,沒有條文禁止這件事。

設一台 1 MW CDU 標稱可用外部揚程 300 kPa @ 1591 L/min(流量取自 dc-26 的 ASHRAE rating 點)。25 µm 濾芯乾淨 ΔP 取 25 kPa,更換門檻取 2× = 50 kPa(假設值)。密閉迴路無靜揚程(dc-19b 已證),系統阻力 ∝ Q²,故 Q ∝ √(可用揚程);固定 ΔT 下 kW ∝ Q:

測試組態 給 TCS 的揚程 流量 容量
濾網拆掉 300 kPa 1591 L/min 1000 kW
濾網裝上、乾淨 275 1523 957 kW
濾網裝上、堵到門檻 250 1452 913 kW

乾淨狀態就差 43 kW(4.3%),堵到門檻共差 87 kW(8.7%)。 一個 20 櫃 × 45 kW 的 AI 機廳,8.7% 就是接近兩個機櫃。

⚠ 這是把可用揚程當固定值、且假設 ΔT 不變的一階估算。真值要照 dc-19 解泵曲線 × 系統曲線交點,而流量掉了 approach 也會變。

演算二:濾網面積被流速判準定死,而判準隨泵模式換分支

Vertiv 原廠規格給了一條硬判準:濾網面積要大到濾材流速 < 0.5 m/s(1.6 ft/s),且零濾材旁通。

  • 全流量 1591 L/min = 0.02652 m³/s → A_min = Q / v = 0.02652 / 0.5 = 0.0530 m²(530 cm²,等效直徑 26 cm 的圓盤——所以實務上一定是摺疊式)

但濾網是每泵一個。雙泵同時運轉時每個只吃一半流量,判準只要 0.0265 m²。於是:

一顆照「雙泵同時運轉」選的 0.0265 m² 濾網,切到 run/standby 時流速變 1.0 m/s,是判準的 2 倍。 紊流區 ΔP ∝ Q^1.8 → 同一顆濾網的乾淨 ΔP 從 25 kPa 跳到 25 × 2^1.8 = 87 kPa——全新濾芯就超過 50 kPa 的更換門檻。告警規則會說它髒了,而它是新的。

filter_installed: bool 根本不夠。要的是 (filter_installed, filter_area_m2, pump_mode) 三者,缺任一格額定就不可比較。而 pump_mode客戶下單時選的,不是設備常數。

演算三:75% 載點不是「容量的 75%」,而 COP 在部分負載會騙你

ASHRAE rating 條件(Schneider 原文):TCS 流量在 100% 載點建立後,四個載點(100/75/50/25%)固定不變;TCS 出水恆 30 °C、FWS 進水恆 26 °C。100% 時 TCS 回水 39.6 °C(ΔT 9.6 K),75% 時回水降到 37.2 °C(ΔT 7.2 K)。

7.2 ÷ 9.6 = 0.75 ✓ ——「75% 容量」是同一流量下回水降到 37.2 °C 時量到的熱量,不是把機器開到七成五。

後果在 COP 上。設 100% 時 CDU critical input power = 15 kW(泵 13 + 控制 2,假設值):

載點 rating COP(流量凍結) 現場 COP(泵降速) 差距
100% 1000 / 15 = 66.7 同上
50% 500 / 15 = 33.3 500 / 5.03 = 99.4 3.0×
25% 250 / 15 = 16.7 250 / 2.71 = 92.3 5.5×

現場欄用 dc-19 的指數 2.1(遠端 DP 設定值撐出靜揚程,不是立方):50% 流量 → 13 × 0.5^2.1 = 3.03 + 2 = 5.03 kW。而 Vertiv 的控制模式正是 TCS 供回壓差決定泵速——就是 dc-19 描述的那個機制。

ASHRAE 刻意凍結流量是為了可比較性,現場控制邏輯一定變速。所以部分負載的 rating COP 不是預測值,是比較值。 ⚠ 現場欄是上界:冷板有最低流量要求,真實系統降不到與負載成正比。

演算四:COP 的分母不含 FWS 泵,而那筆錢真的有人付

Schneider 原文明列:COP = 冷卻容量 ÷ CDU 輸入功率,且FWS 側泵能耗不計入。第五個 rating「CDU 引入 FWS 的壓損」就是為了補這個洞,但它跟 COP 是兩欄。

假設兩台 CDU 都標 1000 kW、輸入 15 kW(published COP 皆 66.7),FWS 流量同取 1591 L/min、泵組效率 0.7(假設值):

  • A 機 FWS 壓損 60 kPa → P = 0.02652 × 60000 ÷ 0.7 = 2.27 kW → 實質 COP = 1000 ÷ 17.27 = 57.9
  • B 機 FWS 壓損 30 kPa → 1.14 kW → 實質 COP = 1000 ÷ 16.14 = 62.0

published COP 兩台一模一樣,實質差 7%,而差額記在 dc-19 的帳上。 這是「成本被記到別人的表上」的第一個具體案例。

常見誤解

以為 rating 是第三方量出來的客觀數字,但實際上「依廠商指示設置」是標準自己留的一格。 廠商可要求拆掉濾網再測,數字就漂亮 4.3–8.7%(演算一),而 Addendum B 仍在制定中、沒有條文禁止。Schneider 的處方是要求揭露測試組態,或加錢做 FAT——原文那句「published ratings rarely match application ratings」值得抄進規格書。

以為 COP 高就是省電,但實際上分母不含 FWS 側泵。 一台把壓損丟給設施側的 CDU,published COP 反而好看(演算四)。COP 必須跟「CDU 引入 FWS 的壓損」兩欄一起讀,單看一欄會選到錯的機器。

以為濾網是耗材、跟容量無關,但實際上它吃的就是容量。 前 25 張卡的耗材都只住在 MaintenanceRule 裡;濾網 ΔP 直接從可用揚程扣,而揚程決定流量、流量決定 kW。堵塞不會觸發任何 kW 告警,它只是讓紅線悄悄下移。

對資料模型的意涵

  1. Rating 第一次要帶「測試時的機器組態」,而其中一格由受測方自選。Rating(kw, head_kpa, standard, version, filter_installed, filter_area_m2, pump_mode, fluid, fluid_temp_c, load_pct, fws_eft_c, tcs_lft_c, tcs_dt_k),配 comparable_to(other) False 而不是發警告——不可比較的兩個數字不該讓人有機會忽略。這是「值+出處」家族第七次(前六:dc-12 derating_basisdc-15 accuracydc-09c CodeRuledc-19 Limit.basisdc-21 EfficiencyRatingdc-25b Score),但第一次出處裡有一項是受測方可調的derating_basis 也多了第四種來源:不是外殼列名(dc-12)、不是環境溫度(dc-13)、不是內部導體與斷路器數(dc-14),而是測試室當天有沒有把濾網裝上去

  2. Dimension.consumable_state:耗材第一次本身就是容量維度。CapacityReport.filter_dp_kpa + clean baseline。這是第五個「沒有 commissioning 產出就沒有告警規則」的欄位(前四:dc-09b 電池 baseline、dc-19 rate limiter、dc-21 clean ΔP、dc-25b 差壓設定值)。方向與 dc-21 相反:dc-21 拿 ΔP 當熱性能的 proxy_for,這裡 ΔP 本身就是自變數。

  3. 水質限值是 per-loop 的,而二手整理會把兩個迴路攪在一起。 Dell 白皮書(引 ASHRAE TC 9.9 + OCP)的表是兩欄:TCS 的 PG25 是 pH 8.0–10.5、硬度 <50 ppm、氯 <25 ppm、硫酸鹽 <25、銅 <2、鐵 <2;FWS 的水是 pH 7.0–9.0、硬度 <200、氯 <50、硫化物 <10、硫酸鹽 <100。我手上原本那份二手筆記寫的「氯 <50、硬度 <30」——氯是 FWS 的值、硬度兩邊都對不上。WaterQualitySpec(loop, param, limit, source, version),一個 chloride_ppm 欄位裝兩個迴路會錯得非常安靜。

  4. fluid 光是模式欄位不夠,物性必須是 props(fluid, temp_c) dc-26 取黏度比 1.8(25 °C 口徑)算出 ΔP ≈ ×1.24;Dell 白皮書給 PG25 在 20 °C 是 ~2.4 cP(水約 1.0)→ 比值 2.4 → ×1.32。差 6 個百分點,而 dc-26 沒有記下求值溫度。 同一份白皮書順帶驗證了 dc-26 另外兩個假設值:cp ~3.9 kJ/kg·K、ρ 1.03 g/cm³ ✓。另:25 vol% 是達成抑菌效果的最低濃度,往上加濃度會同時降低容量、提高泵能耗——glycol_pct 是設計參數不是標籤。

來源分歧

(一)濾網孔徑判準差一個數量級。 ASHRAE(經 Schneider 轉述):孔徑不大於最小微流道尺寸的一半(50 µm 流道 → 25 µm);Vertiv 原廠只給 25 或 50 µm 兩個選項且是選配;濾材廠商的整理則給設施側 150–500 µm、TCS 主濾 25–50 µm、冷板側旁流精濾 <5–10 µm。前兩者是設備上真的存在的選項,第三者未取得 OCP 原文逐條核對,不要寫進規格書。而演算一證明 ΔP 就是容量,孔徑選錯不只是過濾效果問題。

(二)水質限值兩份表對不起來。 Dell 白皮書的表沒有導電度與菌落欄位,而手上的二手整理有(導電度 <1500 µS/cm、菌落 <100 CFU/mL)。兩份表不可合併——合併出來的那張表沒有任何一個來源背書。

(三)濾網 ΔP 該佔多少預算,沒有標準只有慣例。 濾材商原文給的是數字例(TCS 500 GPM、泵差壓 12 psi、其他損失 7.5 psi、留給濾網+餘裕 4.5 psi、乾淨濾網 1.2 psi → 餘裕 3.3;堵到 2.5 psi → 餘裕 2.0)。「clean ΔP 控制在可用差壓的 20–30%」這句出現在搜尋摘要而非本次抓到的原文頁,不要引用;不過從它自己的例子反算是 27%(clean)與 56%(loaded),數量級一致。

該問 facility 的問題

  1. 跟每家廠商要「測試時濾網裝了沒、面積多少、泵哪一種模式」。 缺這三格,兩份型錄的 kW 不是同一個量(演算一、二)。
  2. CDU 引入 FWS 的壓損多少? 它不在 COP 裡,卻每天記在 FWS 泵的電費上(演算四)。
  3. 濾網 clean ΔP baseline 誰量、在哪個流量下量? 沒這筆 commissioning 數據,告警門檻只能亂猜。

動手練習(30–40 分鐘)

dc-26cdu.py,新增 rating.py核心目標:讓兩個不可比較的額定值在型別層就拒絕被比較。

from dataclasses import dataclass

@dataclass(frozen=True)
class Rating:
    kw: float
    head_kpa: float
    standard: str          # "ASHRAE 127"
    version: str           # "2020-AddB-draft"
    filter_installed: bool
    filter_area_m2: float | None
    pump_mode: str         # "simultaneous" | "run_standby"
    fluid: str
    fluid_temp_c: float    # dc-26 漏掉的那一格
    load_pct: float
    fws_eft_c: float
    tcs_lft_c: float
    tcs_dt_k: float

    def comparable_to(self, other: "Rating") -> bool:
        ...                # 任一測試條件不同 -> False,不是 warning

def capacity_from_head(base_kw, base_head_kpa, base_flow_lpm,
                       filter_dp_kpa) -> tuple[float, float]:
    ...                    # 回 (flow_lpm, kw);Q ∝ sqrt(可用揚程)

def filter_area_ok(flow_lpm, area_m2, pump_mode,
                   v_max_ms=0.5) -> tuple[bool, float]:
    ...                    # 回 (是否合格, 實際流速);pump_mode 決定每個濾網分到多少流量

def effective_cop(kw, cdu_input_kw, fws_dp_kpa, fws_flow_lpm,
                  pump_eff=0.70) -> float: ...

驗收表

五列全過才算完成。

# 輸入 期望輸出
1 capacity_from_head(1000, 300, 1591, 0) / (…, 25) / (…, 50) 1000 / 957 / 913 kW(±2)
2 兩個 Rating 只差 filter_installed comparable_toFalse
3 filter_area_ok(1591, 0.0265, "simultaneous") vs (…, "run_standby") (True, 0.5) vs (False, 1.0)——同一顆濾網兩個答案
4 承上,run_standby 的 clean ΔP=25 × (1.0/0.5)^1.8 87 kPa超過 50 kPa 更換門檻
5 effective_cop(1000, 15, 60, 1591) vs (…, 30, …) 57.9 vs 62.0(published 皆 66.7)

加分題:把 Rating 套回 dc-26 那張 ride-through 階梯與 dc-21 的 EfficiencyRating,看看有幾筆填不出 version。填不出來的那幾筆,就是當時只有二手轉述的地方。

自我檢核

Q1. 兩家廠商都標 1 MW、300 kPa。你只能問一個問題來分辨哪家灌水,問什麼?

答案

「測試時濾網裝上去了嗎?面積多少?」。ASHRAE rating 的前提是「依廠商指示設置」,拆掉濾網測出來的 300 kPa 全部給 TCS,裝上去要先扣 25 kPa(乾淨)→ 實際容量 957 kW。堵到更換門檻只剩 913 kW(演算一)。而面積不問清楚,泵模式一換流速就翻倍、ΔP 變 3.5 倍(演算二)。

Q2. 濾網堵了,你的容量儀表板會變什麼顏色?

答案

不會變。 堵塞吃掉的是可用揚程,掉下來的是流量與 kW 紅線,而儀表板顯示的是「目前負載 ÷ 銘牌容量」——分母是那個沒扣濾網的銘牌值。唯一的徵兆是 filter_dp_kpa 上升,而它要對齊流量才能解讀(同 dc-21)。這是 W38 母題「綠燈的四種死法」的第五種:分母本身在變小而沒有人更新它。

Q3. 這張卡會讓你的資料模型長出什麼欄位?

答案

四類。(1) Rating(..., filter_installed, filter_area_m2, pump_mode, fluid_temp_c, ...)comparable_to()False——「值+出處」家族第七次,第一次出處裡有一項是受測方可調的。(2) Dimension.consumable_stateCapacityReport.filter_dp_kpa + clean baseline,第五個「沒有 commissioning 產出就沒有告警規則」的欄位。(3) WaterQualitySpec(loop, param, limit, source, version)——TCS 氯 <25、FWS 氯 <50,一個 chloride_ppm 欄位裝不下兩個迴路。(4) props(fluid, temp_c)dc-26fluid 是模式欄位還不夠,黏度比 1.8(25 °C)與 2.4(20 °C)算出的 ΔP 差 6 個百分點,求值溫度必須跟著存