Mein zweites BTC Mining Projekt: Auslegung Immersionskühlung

[Turbartuluk]

Wie hier im Bereich bereits oft diskutiert ist BTC Mining, gerade in Kombination mit erneuerbaren Energien ein super spannendes Thema, aber leider oft wirtschaftlich nicht sinnvoll.
Die wesentlichen Kenngrößen sind für mich dabei die Anschaffungskosten und die Effizienz.
 
In meinem ersten Projekt schaue ich ja parallel wie sich die Effizienz durch Underclocking steigern lässt. Zwischenzeitlich bin ich auf den Artikel Impact of Temperature on Efficiency of Antminer S19 Models wonach vereinfacht alle 1,5°C mehr die Effizienz um 1% abnimmt, wohlgemerkt bei gleichbleibender Taktfrequenz bzw. Spannung.

Das hat bei mir die Frage aufgeworfen ob der Ansatz zu mehr Wirtschaftlichkeit nicht eine stark verbesserte Kühlung sein müsste, weil diese bei gleichbleibender Hashrate die Temperatur senkt und damit die Effizienz erhöht, bzw. bei gleichbleibender Temperatur die Hashrate erhöht und damit die Anschaffungskosten pro TH/s senkt?!
Dazu käme dann ja noch, dass ein erweiterter Bereich von Under-/Overclocking ja auch für BTC Mining als sekundäre Regellast sehr interessant wäre und eine überdimensionierte Kühlung bei normaler Belastung auch als Passivkühler ihren Charm hätte.


Nachdem ich mich nochmal tiefer gehend mit dem Aufbau und den Vor-/Nachteilen befasst habe, sind mir dann aber doch noch einige grundlegende Fragen gekommen, auf die ich hier ja vielleicht eine Antwort finde:

1. Overclocking ist ja bekanntermaßen schädlich für die Lebensdauer. Ich meine dazu irgendwann mal was gelesen zu haben dass es an "Elektronenwanderung" im Chip oder sowas liegt. Ich frage mich nun ob die schädlichen Einflüsse durch die Temperaturerhöhung kommen, die ja i.d.R. mit overclocking einher geht oder ob bereits höhere Spannungen/Stromstärken auf Dauer schädlich sind auch wenn sich die Temperatur nicht erhöht?  

2. Aquarium+Pumpe und Kfz-Kühler bekommt man gebraucht ja sehr günstig. Sorgen bereitet mir aktuell das dielektrische Kühlmittel für die Tauchkühlung. Das was man so an Kühlmitteln für tauchgekühlte Asic-Miner findet kostet so 6-10$ je Liter. Bei solchen Preisen wäre das dann wohl nur noch bei Asics der neuesten Generation wirtschaftlich sinnvoll. Hier wurde das Silikonöl "STO-50 SILICONE TRANSFORMER OIL" (~1.5$/L) als mögliches Kühlmittel angesprochen. Mir persönlich wäre ja eigentlich destilliertes Wasser (<1$/L) am liebsten, allerdings hab ich nicht wirklich was gefunden ob das als elektrischer Isolator "gut genug" ist, bzw. worauf man zu achten hat wenn man das einsetzt. EDIT: Anwort findet man hier. Hat da jemand bereits Erfahrungen und/oder kann eine gute Lösung empfehlen?

3. Sehr spannend in dem Zusammenhang fand ich auch die Zwei-Phasen Immersionskühlung wie z.B. hier beschrieben. Abgesehen davon, dass das verwendetet Kühlmittel Novec 7100 aufgrund des Preises (>100$/L) eh nicht in Frage kommt hab ich mich dann gefragt ob man bei sowas nicht eigentlich die Kühlkörper abmachen müsste, damit das Sieden direkt an den chips erfolgen kann?! Und dann hab ich mich noch gefragt welche Bauteile bei den Hashboards genau gekühlt werden (Chips sind ja nur auch einer Seite, Kühlkörper aber auf beiden Seiten der Hashboards)?!

Fragen über Fragen... Vielleicht gibt es ja hier auch ein paar Antworten oder Hinweise dazu...


EDIT 2: Hab noch ein Handbuch für Immersionskühlung auf Englisch gefunden was vielleicht interessant ist: Design Guidelines for immersion cooled IT-Equipment.

[Turbartuluk]

Heute geht es weiter mit der Auslegung des Wasserkühlers.

Als Referenz für das Reverse Engineering nehme ich den LianLi 12kW Wasserkühler ($410) der bei millionminer mal eben 800€ kostet. Der Name und die Darstellung auf der LianLi Website zeigt, dass der Radiator wohl für 2x Hydro Asics ausgelegt war. Dem Warnhinweis bei millionminer (Achtung! Nur Betrieb mit 1x Miner) ist zu entnehmen, dass er die 12kW Abwärme nicht schafft. Als Annahme schätze ich daher hier mal 10kW Abwärme.

Außerdem lassen sich der Website unter anderem folgende Technische Daten entnehmen:
- Maße: 80*15*50 cm
- Leistungsaufnahme: 420 Watt
- Lautstärke: 20-75 dB
- Drehzahlbereich 0-6000 rpm
- Volumenstrom Wasser: 11 L/min

Anhand der Bilder lässt sich daraus schließen



- dass der Radiator grob 400x600mm groß ist
- dass 15x 120mm Lüfter mit 28W, 6000rpm und ~70dB Verbaut wurden (wieviel Leistung noch für die Pumpe abgeht hab ich nicht gefunden und daher konservativ gerechnet)

Vergleichbare Lüfter wären etwa der 4112NH4 oder der 4112NH3 mit ~320 m³/h Volumenstrom max bzw. ~50-75% davon bei 150-200Pa Druckwiderstand. In Summe also ca. 3000 m³/h.


Da ich hier, hier und hier ja schonmal für PKW-Kühler geworben hatte (Gründe siehe links), hab ich diesen Ansatz natürlich auch für mich verfolgt.

Auf der Suche nach gebrauchten Teilen hab ich einen Wasserkühler mit 438x440mm Kühlfläche inkl. Ausgleichsbehälter für 25€ bekommen. Kühlfläche ist also ~20% weniger als beim LianLi, sollte aber gut ausreichen.

Was den Ventilator angeht bin ich aktuell noch unschlüssig, tendiere aber aufgrund der angenehmen Lautstärke aber zum Soler Palau s&p TD 2000/315 (~300€). Bei 150-200Pa landet der bei 1400-1500 m³/h, was für 5-6kW Kühlleistung ausreichen sollte, genug für 1x S19j Pro, auch übertaktet. Bei einem übertakteten S19/S21 Hydro wäre es wahrscheinlich grenzwertig.

Alternativ könnte man auch die diversen Windmaschinen (z.B. Fotoatelier, Hallenbelüftung, Stalllüfter, etc.) nehmen, die bei Kleinanzeigen deutlich günstiger für 50-100€ zu haben sind, die billigen schon ab 25€. Oftmals kommen die schon mit 230V Anschluss und integrierter Drehzahlsteuerung, sind aber eben auch deutlich mehr lauter. Die PKW Teile sind zwar verhältnismäßig auch sehr günstig bei guter Verfügbarkeit, allerdings hab ich mich dagegen entschieden, um mir den Umbau bei der Elektrik zu sparen.

[tux1975]

Nabend, der Kühler für 800€ ist aber ganz schön teuer  , ich habe für meinen (mit L7 Anschlusskit) letztes Jahr 500€ mit Zoll bezahlt und habe dazu noch die Luxus Variante mit der aktiven Temperaturreglung ...
Klar geht auch die "Billig Variante Autokühler" aber da diese meist aus Alu, für mehr Durchfluss und größeren Luftdurchsatz ausgelegt sind sollte man dort von Haus aus ne Nummer größer wählen.
Noch ne Empfehlung , Schnellverschlüsse sind ne TOP Sache aber neben den positiven Eigenschaften muss man auch sagen das sie den Strömungswiderstand deutlich vergrößern und man dieses bei der Pumpenwahl mit beachten sollte.

[Turbartuluk]

Millionminer scheint mir grundsätzlich sehr teuer zu sein, deshalb hab ich die 410$ (sind ja dann mit Zoll ~500€) extra mit aufgeführt.

Was PKW-Kühler angeht sind die einfach auf Funktionalität und Kosten optimiert und werden in deutlich höherer Stückzahl produziert. Für einen Lian Li (der übrigens auch aus Alu ist) spräche für mich eigentlich nur die Optik. Was die Kühlergröße angeht verstehe ich deine Aussage nicht. Wenn die Auto-Kühler eh für größeren Durchfluss und Luftdurchsatz (=mehr Abwärmekapazität) ausgelegt sind, warum sollte man dann noch ne Nummer größer wählen? Im Gegenteil müsste bei einem reinen Auto-Setting (mit deutlich stärkerem Lüfter) dann doch locker ne Nummer kleiner reichen?!

Flaschenhals für die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers ist übrigens der Lüfter, weil der konvektive Wärmeübergang vom Kühler zur Luft den größten Wärmewiderstand ausmacht. Alleine schon deshalb (und wegen der Lautstärke) würde ich einem großen Lüfter immer den Vorzug vor vielen kleinen geben. Eine große Kühlfläche spart im Grunde nur Stromkosten beim Lüfter, weil der langsamer drehen kann, aber falls man zu wenig Abwärme abführt kann man das i.d.R. einfach über die Lüfter Drehzahl korrigieren.

Was hast du genau für ein setting? Einen direkten Vergleich fände ich da schon spannend....


Was die Wasserpumpe angeht hab ich zwischenzeitlich noch das hier gefunden: 80W, max. 2300L/h, max. 16m Head (~1,6 Bar Druckdifferenz) als Austausch für die Originalpumpe ("to replace the failed water pump of Lian Li 12KW water cooling kit").

Die Auslegung der Pumpe würde ich übrigens anhand des Miners und nicht des Radiators machen. Die Logik wäre hier die Pumpe / den Durchfluss so auszulegen, dass die Wärme im Miner abgeführt werden kann. Die Wärmetauscherauslegung muss sich dann danach richten.

Wie hier schonmal berechnet brauche ich für ~3kW Abwärme einen Volumenstrom von ~600m³/h (Luft). Für Immersionskühlung wären die Geometrien ja quasi identisch sodass man direkt die Wärmeübergangskoeffizienten von Luft und Kühlmittel vergleichen kann.
Hier vergleiche ich Gase -> erzwungende Strömung -> Mittelwert 50 mit Wasser -> bei erzwungener Konvektion -> Mittelwert 1.000 und komme auf Faktor 200x Unterschied. Statt 600m³/h Luft käme ich dann auf 3m³/h = 3.000L/h Kühlmittel. Auch wenn die Immersionskühlung wie schon erörtert nicht in Wasser laufen wird, kann ich die Daten trotzdem hernehmen weil die dielektrischen Kühlmittel meist einen besseren Wärmeübergangskoeffizienten haben. Zugegebenermaßen habe ich die Werte auch ein Stück weit deshalb ausgewählt, weil man dann auf eine sehr schöne Daumenregel kommt:
Pro 1kW Abwärme benötigt man 1.000L/h Kühlmitteldurchfluss. Für mein setting habe ich bereits mit der EHEIM compactON 5000 geliebäugelt (=5000L/h), die würde auch gut in die Auslegung passen.