Płyta montażowa z chłodzeniem wyparnym z bezpośrednim odparowaniem na poziomie szafy w szafie chłodzącej centrum danych
Wraz z zastosowaniem i popularyzacją serwerów o dużej gęstości na poziomie szafy, zastosowanie tradycyjnych systemów chłodniczych klimatyzacji precyzyjnej na poziomie pomieszczenia spowoduje utratę wydajności chłodzenia, co spowoduje wysoki PUE w centrach danych. W niniejszym artykule zaproponowano system chłodzenia wyparnego z bezpośrednim odparowaniem na poziomie szafy centrum danych w celu zmniejszenia utraty wydajności chłodniczej systemu chłodzenia pomieszczenia komputerowego i poprawy efektywności energetycznej centrum danych. W artykule przeprowadzono badania eksperymentalne na wyparnej zimnej płycie systemu chłodniczego na poziomie szafy. Temperatura środowiska testowego wynosi 30 °C, symulowane rozpraszanie ciepła wynosi 5-7 kW, a zakres regulacji prędkości sprężarki wynosi 3000-5000 obr / min. Test przeprowadzany jest w stanie ustalonym, a stabilna część parametrów wydajności systemu jest brana pod uwagę do przetwarzania danych i analizy wyników testu. Wyniki pokazują, że średnia temperatura zimnej płyty wyparnej jest stabilna na poziomie 18,5°C, a różnica temperatur jest kontrolowana w granicach 4°C, co może zapewnić ciągłe i stabilne chłodzenie szafy chłodzącej.
Ograniczenia dotyczące efektywności zużycia energii (PUE) dla nowo budowanych centrów danych stają się coraz bardziej rygorystyczne. W strukturze zużycia energii przez centra danych zużycie energii przez urządzenia służące do chłodzenia serwerów i odprowadzania ciepła stanowi około 40% całkowitego zużycia energii, co jest głównym czynnikiem wpływającym na jego PUE. Wraz z rozwojem technologii komputerowej i społeczeństwa rośnie zapotrzebowanie użytkowników na serwery o dużej mocy, a szafy w centrach danych mają coraz wyższe wymagania dotyczące systemów i urządzeń chłodzących. Zastosowanie nowych technologii, takich jak chmura obliczeniowa i big data, zwiększyło gęstość mocy pojedynczej szafy z mniej niż 5 kW do nie mniej niż 7 kW, a nawet nie mniej niż 10 kW, a zapotrzebowanie na odprowadzanie ciepła w centrach danych dramatycznie wzrosło.
W porównaniu z tradycyjnymi klimatyzatorami precyzyjnymi, system chłodzenia wyparnego na poziomie szafy ma zalety braku dużych wentylatorów, niskiego poziomu hałasu i niskiego zużycia energii. Jest to jedna z ważnych form technicznych pozwalających uzyskać wydajne chłodzenie w szafach chłodzących w centrach danych.
Zawór elektromagnetyczny jest podłączony do skraplacza i wymiennika ciepła w celu realizacji funkcji łączenia i rozłączania skraplacza i wymiennika ciepła. Przełączanie między trybem bez nawilżania i osuszania (treść badawcza artykułu), trybem osuszania i trybem nawilżania może być realizowane poprzez sterowanie zaworem powietrza żaluzji, zaworem trójdrogowym i zaworem elektromagnetycznym.
2 Analiza symulacyjna
Ponieważ płyn roboczy wpływa do zimnej płyty wyparnej w stanie dwufazowym, tradycyjny kanał przepływu serpentynowego ma wady trudnego przekierowania przepływu i małego obszaru wymiany ciepła, a nierównomierne rozprowadzenie płynu roboczego w każdym kanale przepływowym doprowadzi do dużej różnicy temperatur na powierzchni zimnej płyty wyparnej. W oparciu o powyższe wady proponuje się optymalizację konstrukcji kanału przepływu wyparnej zimnej płyty.
3 Test eksperymentalny
W oparciu o powyższe powody wyprodukowano wyparną płytę chłodzącą z bezpośrednim odparowaniem z kanałem przepływu o strukturze plastra miodu, jak pokazano na rysunku 3. Optymalizując parametry konstrukcyjne kanału przepływu o strukturze plastra miodu, można rozwiązać problem dwufazowego przekierowania płynu roboczego w wyparnej płycie chłodzącej; W połączeniu z wynikami symulacji bryły kanału przepływu o strukturze plastra miodu, wyparna płyta chłodząca z tą strukturą kanału przepływu ma teoretycznie lepszą jednorodność temperatury. Szerokość kanału przepływowego wyparnej płyty chłodzącej wynosi 10 mm, wewnętrzna wysokość kanału przepływowego wynosi 3 mm, a całkowita grubość wynosi 5 mm.
W systemie zimna płyta wyparna z bezpośrednim odparowaniem wykorzystuje silikonową płytę grzewczą jako symulowane źródło ciepła do symulacji obciążenia. Silikonowa płyta grzewcza jest podłączona do jednofazowego regulatora napięcia. Moc płyty grzewczej jest regulowana poprzez regulację napięcia płyty grzewczej w celu symulacji testu zimnej płyty wyparnej w różnych warunkach obciążenia. Jedna zimna płyta wyparna wykorzystuje cztery płyty grzewcze z gumy silikonowej do przeprowadzenia testu symulacji obciążenia. Jak pokazano na rysunku 5, dla każdej zimnej płyty wyparnej rozmieszczonych jest 8 termopar typu K, które są osadzone w szczelinowym arkuszu pasty termoprzewodzącej. Szczelina jest wypełniona pastą termoprzewodzącą. W ten sposób mierzy się temperaturę górnej powierzchni zimnej płyty wyparnej w celu zbadania jej równomierności temperatury.
4 Wyniki i analiza
Rysunek 6 to krzywa przedstawiająca rozkład temperatury powierzchni wyparnej płyty zimnej w czasie w warunkach symulacji źródła ciepła o mocy 5 kW i prędkości sprężarki 4500 obr/min. Średnia temperatura zimnej płyty wyparnej wynosi 18,5°C; najwyższa temperatura spośród 8 punktów pomiaru temperatury wynosi 19,9°C, a najniższa 17,2°C. Różnica temperatur wewnątrz zimnej płyty wyparnej jest kontrolowana w zakresie 4°C. Temperatura zimnej płyty wyparnej zaczyna spadać z wlotu T1. Ze względu na duży spadek ciśnienia wyparnej zimnej płyty, temperatura płyty spada do punktu pomiarowego T6, a następnie wzrasta do wylotu T8. Począwszy od punktu pomiarowego T6, w związku ze wzrostem suchości płynu roboczego, współczynnik wymiany ciepła między płynem roboczym a zimną płytą wyparną maleje, konwekcyjna wymiana ciepła maleje, a temperatura stopniowo wzrasta.
Przy tej samej symulowanej mocy źródła ciepła, wraz ze wzrostem prędkości sprężarki, maksymalna różnica temperatur w zimnej płycie wyparnej wykazuje tendencję spadkową, a średnia temperatura również wykazuje tendencję spadkową. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej sprężarki spada ciśnienie parowania w układzie, a odpowiadająca mu temperatura wymiany ciepła w zimnej płycie wyparnej maleje, co powoduje, że temperatura każdego punktu pomiarowego również spada, a maksymalna różnica temperatur również wykazuje tendencję spadkową. Dlatego, aby zapewnić lepszą równomierność temperatury zimnej płyty wyparnej, można odpowiednio zwiększyć prędkość sprężarki.
