Wraz z zastosowaniem i popularyzacją serwerów na poziomie szafy o wysokiej gęstości, stosowanie tradycyjnych precyzyjnych systemów chłodzenia na poziomie pokoju powoduje utratę pojemności chłodzenia, co skutkuje wysokim poziomem PUE w centrach danych. Niniejszy artykuł proponuje system chłodzenia chłodzenia z bezpośrednią ekspansją i chłodzeniem parowanim na tylnej płaszczyźnie na poziomie szafy centrum danych, aby zmniejszyć utratę pojemności chłodzenia systemu chłodzenia w pokoju komputerowym oraz poprawić efektywność energetyczną centrum danych. Niniejszy artykuł przeprowadza eksperymentalne badanie na odparowującej płytze chłodniczej systemu chłodniczego na poziomie szafy. Temperatura środowiska testowego wynosi 30°C, symulowane rozpraszanie ciepła to 5-7kW, a zakres regulacji prędkości sprężarki to 3000-5000 o/min. Test przeprowadzany jest w stanie stacjonarnym, a stabilna część parametrów wydajności systemu jest wykorzystywana do przetwarzania danych i analizy wyników testów. Wyniki pokazują, że średnia temperatura płyty chłodzącej z odparowaniem jest stabilna na poziomie 18,5°C, a różnica temperatur jest kontrolowana w zakresie 4°C, co pozwala zapewnić ciągłe i stabilne chłodzenie szafy chłodzącej.
Ograniczenia dotyczące efektywności wykorzystania energii (PUE) dla nowo budowanych centrów danych stają się coraz bardziej rygorystyczne. W strukturze zużycia energii w centrach danych zużycie energii przez urządzenia służące do chłodzenia serwerów i rozpraszania ciepła stanowi około 40% całkowitego zużycia energii, co jest głównym czynnikiem wpływającym na PUE. Wraz z rozwojem technologii komputerowej i społeczeństwa rośnie zapotrzebowanie użytkowników na serwery o wysokiej mocy, a szafy centrów danych mają coraz wyższe wymagania dotyczące systemów chłodzenia i sprzętu. Zastosowanie nowych technologii, takich jak chmura obliczeniowa i big data, zwiększyło gęstość mocy pojedynczej szafy z mniej niż 5kW do co najmniej 7kW, a nawet nie mniej niż 10kW, a zapotrzebowanie na rozpraszanie ciepła w centrach danych znacznie wzrosło.
W porównaniu z tradycyjnymi precyzyjnymi klimatyzacjami, system chłodzenia parowego na poziomie szafy ma zalety braku dużych wentylatorów, niskiego hałasu i niskiego zużycia energii. Jest to jedna z ważnych technik umożliwiających efektywne chłodzenie w szafach chłodzących centrów danych.
Zawór elektromagnesowy jest połączony z kondensatorem i wymiennikiem ciepła, aby realizować funkcję połączenia i odłączenia skraplacza oraz wymiennika ciepła. Przełączanie między trybem nienawilżania i odwilżaniem (treść badawcza artykułu), trybem osuszania i trybem nawilżania można zrealizować poprzez sterowanie zaworem powietrza zasłony, zaworem trójdrożnym oraz zaworem elektrozaworowym.
W systemie płytka chłodna z bezpośrednim rozszerzaniem parowym wykorzystuje silikonową płytę grzewczą jako symulowane źródło ciepła do symulacji obciążenia. Silikonowa płyta grzewcza jest połączona z jednofazowym regulatorem napięcia. Moc płyty grzewczej jest regulowana przez regulację napięcia płyty grzewczej, aby symulować test płyty chłodnej parowania pod różnymi warunkami obciążenia. Jedna płyta chłodna z wyparowaniem wykorzystuje cztery płyty grzewcze z gumy silikonowej do przeprowadzenia testu symulacji obciążenia. Jak pokazano na Rysunku 5, dla każdej płyty chłodnej z odparowaniem ułożonych jest 8 termoparów typu K, a termopary są osadzone w szczelinowej warstwie smaru termicznego. Szczelina wypełnia się smarem termicznym. W ten sposób mierzy się temperaturę górnej powierzchni płyty chłodnej parowania, aby zbadać jej jednolitość temperaturową.
Przy tej samej symulowanej mocy źródła ciepła, wraz ze wzrostem prędkości sprężarki, maksymalna różnica temperatur na płytze chłodnej z parowaniem pokazuje tendencję spadkową, a średnia temperatura również wykazuje tendencję spadkową. Wraz ze wzrostem prędkości sprężarki ciśnienie parowania w systemie maleje, a odpowiadająca im temperatura wymiany ciepła na chłodnej płycie odparowującej maleje, co powoduje spadek temperatury w każdym punkcie pomiarowym, a maksymalna różnica temperatur również wykazuje tendencję spadkową. Dlatego, aby zapewnić lepszą równomierność temperatur płyty chłodnej parowania, prędkość sprężarki można odpowiednio zwiększać.
Ograniczenia dotyczące efektywności wykorzystania energii (PUE) dla nowo budowanych centrów danych stają się coraz bardziej rygorystyczne. W strukturze zużycia energii w centrach danych zużycie energii przez urządzenia służące do chłodzenia serwerów i rozpraszania ciepła stanowi około 40% całkowitego zużycia energii, co jest głównym czynnikiem wpływającym na PUE. Wraz z rozwojem technologii komputerowej i społeczeństwa rośnie zapotrzebowanie użytkowników na serwery o wysokiej mocy, a szafy centrów danych mają coraz wyższe wymagania dotyczące systemów chłodzenia i sprzętu. Zastosowanie nowych technologii, takich jak chmura obliczeniowa i big data, zwiększyło gęstość mocy pojedynczej szafy z mniej niż 5kW do co najmniej 7kW, a nawet nie mniej niż 10kW, a zapotrzebowanie na rozpraszanie ciepła w centrach danych znacznie wzrosło.
W porównaniu z tradycyjnymi precyzyjnymi klimatyzacjami, system chłodzenia parowego na poziomie szafy ma zalety braku dużych wentylatorów, niskiego hałasu i niskiego zużycia energii. Jest to jedna z ważnych technik umożliwiających efektywne chłodzenie w szafach chłodzących centrów danych.
Zawór elektromagnesowy jest połączony z kondensatorem i wymiennikiem ciepła, aby realizować funkcję połączenia i odłączenia skraplacza oraz wymiennika ciepła. Przełączanie między trybem nienawilżania i odwilżaniem (treść badawcza artykułu), trybem osuszania i trybem nawilżania można zrealizować poprzez sterowanie zaworem powietrza zasłony, zaworem trójdrożnym oraz zaworem elektrozaworowym.
2 Analiza symulacji
Ponieważ płyn roboczy przepływa do odparowującej płyty zimnej w stanie dwufazowym, tradycyjny kanał serpentynowy ma wady w postaci trudnego przekierowania przepływu i małej powierzchni wymiany ciepła, a nierównomierne rozłożenie płynu roboczego w każdym kanale przepływu prowadzi do dużej różnicy temperatur na powierzchni płyty chłodnej odparowującej. Na podstawie powyższych wad proponuje się optymalizację projektu kanału przepływu chłodnej płyty odparowującej.
3 Test eksperymentalny
Na podstawie powyższych powodów wykonano płytkę chłodzenia z bezpośrednim rozprężeniem odparowującym w kształcie kanału plastra miodu, jak pokazano na Rysunku 3. Optymalizując parametry strukturalne kanału przepływu plastra miodu, można rozwiązać problem dwufazowego odprowadzania płynu roboczego w płytce chłodzącej parowania; W połączeniu z wynikami symulacji obszaru stałego kanału plastra miodu, płyta chłodzenia parowania o tej strukturze kanału przepływowego ma teoretycznie lepszą stabilność temperaturową. Szerokość kanału przepływowego płytki chłodzącej wynosi 10 mm, wysokość wewnętrznego kanału przepływowego to 3 mm, a całkowita grubość 5 mm.
W systemie płytka chłodna z bezpośrednim rozszerzaniem parowym wykorzystuje silikonową płytę grzewczą jako symulowane źródło ciepła do symulacji obciążenia. Silikonowa płyta grzewcza jest połączona z jednofazowym regulatorem napięcia. Moc płyty grzewczej jest regulowana przez regulację napięcia płyty grzewczej, aby symulować test płyty chłodnej parowania pod różnymi warunkami obciążenia. Jedna płyta chłodna z wyparowaniem wykorzystuje cztery płyty grzewcze z gumy silikonowej do przeprowadzenia testu symulacji obciążenia. Jak pokazano na Rysunku 5, dla każdej płyty chłodnej z odparowaniem ułożonych jest 8 termoparów typu K, a termopary są osadzone w szczelinowej warstwie smaru termicznego. Szczelina wypełnia się smarem termicznym. W ten sposób mierzy się temperaturę górnej powierzchni płyty chłodnej parowania, aby zbadać jej jednolitość temperaturową.
4 Wyniki i analiza
Rysunek 6 to krzywa pokazująca rozkład temperatury powierzchniowej płyty chłodnej w czasie przy symulacji mocy źródła ciepła 5kW i prędkości sprężarki 4500r/min. Średnia temperatura płyty chłodnej z odparowaniem wynosi 18,5°C; najwyższa temperatura spośród 8 punktów pomiaru wynosi 19,9°C, a najniższa 17,2°C. Różnica temperatur wewnątrz płyty chłodnej z odparowaniem jest kontrolowana w zakresie 4°C. Temperatura płyty chłodnej z parowaniem zaczyna spadać od wlotu T1. Z powodu dużego spadku ciśnienia na płytze chłodnej z parowaniem, temperatura płyty spada do punktu pomiarowego T6, a następnie wzrasta do wylotowego T8. Zaczynając od punktu pomiarowego T6, ze względu na wzrost suchości środka roboczego, współczynnik wymiany ciepła między środkiem roboczym a płytą chłodną z parowaniem maleje, wymiana ciepła konwekcyjna maleje, a temperatura stopniowo rośnie.
Przy tej samej symulowanej mocy źródła ciepła, wraz ze wzrostem prędkości sprężarki, maksymalna różnica temperatur na płytze chłodnej z parowaniem pokazuje tendencję spadkową, a średnia temperatura również wykazuje tendencję spadkową. Wraz ze wzrostem prędkości sprężarki ciśnienie parowania w systemie maleje, a odpowiadająca im temperatura wymiany ciepła na chłodnej płycie odparowującej maleje, co powoduje spadek temperatury w każdym punkcie pomiarowym, a maksymalna różnica temperatur również wykazuje tendencję spadkową. Dlatego, aby zapewnić lepszą równomierność temperatur płyty chłodnej parowania, prędkość sprężarki można odpowiednio zwiększać.