Wraz z zastosowaniem i popularyzacją serwerów o wysokiej gęstości na poziomie szaf, stosowanie tradycyjnych systemów klimatyzacji precyzyjnej na poziomie pomieszczenia powoduje straty wydajności chłodniczej, co prowadzi do wysokiego PUE w centrach danych. W artykule zaproponowano system chłodzenia szafy serwerowej centrum danych z bezpośrednim odparowaniem i chłodnicą tylną, aby zmniejszyć straty wydajności chłodniczej systemu chłodzenia pomieszczenia komputerowego i poprawić efektywność energetyczną centrum danych. W artykule przeprowadzono badania eksperymentalne na odparowującej płycie chłodzącej systemu chłodzenia na poziomie szafy. Temperatura środowiska testowego wynosi 30℃, symulowane rozpraszanie ciepła wynosi 5-7kW, a zakres regulacji prędkości sprężarki wynosi 3000-5000r/min. Test przeprowadzono w stanie ustalonym, a stabilną część parametrów wydajności systemu poddano przetwarzaniu danych i analizie wyników testów. Wyniki pokazują, że średnia temperatura odparowującej płyty chłodzącej jest stabilna na poziomie 18,5℃, a różnica temperatur jest kontrolowana w granicach 4℃, co może zapewnić ciągłe i stabilne chłodzenie szafy chłodniczej.
Ograniczenia dotyczące współczynnika efektywności energetycznej (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 odprowadzania ciepła stanowi około 40% całkowitego zużycia energii, co jest głównym czynnikiem wpływającym na jego PUE. Wraz z rozwojem technologii komputerowej i społeczeństwa, zapotrzebowanie użytkowników na serwery o dużej mocy rośnie, a szafy centrów danych mają coraz wyższe wymagania dotyczące systemów i urządzeń chłodzących. Zastosowanie nowych technologii, takich jak cloud computing i big data, zwiększyło gęstość mocy pojedynczej szafy z mniej niż 5kW do nie mniej niż 7kW, a nawet nie mniej niż 10kW, a zapotrzebowanie na odprowadzanie ciepła w centrach danych gwałtownie wzrosło.
W porównaniu z tradycyjnymi precyzyjnymi klimatyzatorami, system chłodzenia z odparowaniem na poziomie szafy ma zalety, takie jak brak dużych wentylatorów, niski poziom hałasu i niskie zużycie energii. Jest to jedna z ważnych form technicznych umożliwiających osiągnięcie wydajnego chłodzenia w szafie chłodniczej centrum danych.
Zawór elektromagnetyczny jest podłączony do skraplacza i wymiennika ciepła, aby realizować funkcję łączenia i rozłączania skraplacza i wymiennika ciepła. Przełączanie między trybem bez nawilżania i osuszania (treść badań artykułu), trybem osuszania i trybem nawilżania można realizować poprzez sterowanie przepustnicą powietrza, zaworem trójdrożnym i zaworem elektromagnetycznym.
W systemie płyta chłodząca 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, aby symulować test płyty chłodzącej z odparowaniem w różnych warunkach obciążenia. Jedna płyta chłodząca z odparowaniem wykorzystuje cztery silikonowe płyty grzewcze do realizacji testu symulacji obciążenia. Jak pokazano na rysunku 5, dla każdej płyty chłodzącej z odparowaniem rozmieszczono 8 termopar typu K, a termopary są osadzone w rowkowanym arkuszu pasty termoprzewodzącej. Szczelina jest wypełniona pastą termoprzewodzącą. W ten sposób mierzy się temperaturę górnej powierzchni płyty chłodzącej z odparowaniem, aby zbadać jej równomierność temperatury.
Przy tej samej symulowanej mocy źródła ciepła, wraz ze wzrostem prędkości sprężarki, maksymalna różnica temperatur w płycie chłodzącej z odparowaniem wykazuje tendencję spadkową, a średnia temperatura również wykazuje tendencję spadkową. Wraz ze wzrostem prędkości sprężarki ciśnienie parowania w systemie maleje, a odpowiadająca mu temperatura wymiany ciepła w płycie chłodzącej z odparowaniem maleje, co powoduje, że temperatura każdego punktu pomiarowego również maleje, a maksymalna różnica temperatur również wykazuje tendencję spadkową. Dlatego, aby zapewnić lepszą równomierność temperatury płyty chłodzącej z odparowaniem, można odpowiednio zwiększyć prędkość sprężarki.
Ograniczenia dotyczące współczynnika efektywności energetycznej (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 odprowadzania ciepła stanowi około 40% całkowitego zużycia energii, co jest głównym czynnikiem wpływającym na jego PUE. Wraz z rozwojem technologii komputerowej i społeczeństwa, zapotrzebowanie użytkowników na serwery o dużej mocy rośnie, a szafy centrów danych mają coraz wyższe wymagania dotyczące systemów i urządzeń chłodzących. Zastosowanie nowych technologii, takich jak cloud computing i big data, zwiększyło gęstość mocy pojedynczej szafy z mniej niż 5kW do nie mniej niż 7kW, a nawet nie mniej niż 10kW, a zapotrzebowanie na odprowadzanie ciepła w centrach danych gwałtownie wzrosło.
W porównaniu z tradycyjnymi precyzyjnymi klimatyzatorami, system chłodzenia z odparowaniem na poziomie szafy ma zalety, takie jak brak dużych wentylatorów, niski poziom hałasu i niskie zużycie energii. Jest to jedna z ważnych form technicznych umożliwiających osiągnięcie wydajnego chłodzenia w szafie chłodniczej centrum danych.
Zawór elektromagnetyczny jest podłączony do skraplacza i wymiennika ciepła, aby realizować funkcję łączenia i rozłączania skraplacza i wymiennika ciepła. Przełączanie między trybem bez nawilżania i osuszania (treść badań artykułu), trybem osuszania i trybem nawilżania można realizować poprzez sterowanie przepustnicą powietrza, zaworem trójdrożnym i zaworem elektromagnetycznym.
2 Analiza symulacyjna
Ponieważ czynnik roboczy wpływa do odparowującej płyty chłodzącej w stanie dwufazowym, tradycyjny kanał przepływowy w kształcie serpentyny ma wady, takie jak trudne rozdzielanie przepływu i mała powierzchnia wymiany ciepła, a nierównomierne rozprowadzenie czynnika roboczego w poszczególnych kanałach przepływowych może prowadzić do dużej różnicy temperatur na powierzchni odparowującej płyty chłodzącej. Na podstawie powyższych wad zaproponowano optymalizację projektu kanału przepływowego odparowującej płyty chłodzącej.
3 Test eksperymentalny
Na podstawie powyższych powodów wykonano płytę chłodzącą z bezpośrednim odparowaniem z kanałem przepływowym o strukturze plastra miodu, jak pokazano na rysunku 3. Poprzez optymalizację parametrów strukturalnych kanału przepływowego o strukturze plastra miodu można rozwiązać problem rozdzielania dwufazowego czynnika roboczego w płycie chłodzącej z odparowaniem; w połączeniu z wynikami symulacji domeny stałej kanału przepływowego o strukturze plastra miodu, płyta chłodząca z taką strukturą kanału przepływowego ma teoretycznie lepszą równomierność temperatury. Szerokość kanału przepływowego płyty chłodzącej z odparowaniem wynosi 10mm, wysokość wewnętrznego kanału przepływowego wynosi 3mm, a całkowita grubość wynosi 5mm.
W systemie płyta chłodząca 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, aby symulować test płyty chłodzącej z odparowaniem w różnych warunkach obciążenia. Jedna płyta chłodząca z odparowaniem wykorzystuje cztery silikonowe płyty grzewcze do realizacji testu symulacji obciążenia. Jak pokazano na rysunku 5, dla każdej płyty chłodzącej z odparowaniem rozmieszczono 8 termopar typu K, a termopary są osadzone w rowkowanym arkuszu pasty termoprzewodzącej. Szczelina jest wypełniona pastą termoprzewodzącą. W ten sposób mierzy się temperaturę górnej powierzchni płyty chłodzącej z odparowaniem, aby zbadać jej równomierność temperatury.
4 Wyniki i analiza
Rysunek 6 to krzywa przedstawiająca rozkład temperatury powierzchni płyty chłodzącej z odparowaniem w czasie w warunkach symulowanej mocy źródła ciepła 5kW i prędkości sprężarki 4500r/min. Średnia temperatura płyty chłodzącej z odparowaniem wynosi 18,5℃; najwyższa temperatura spośród 8 punktów pomiarowych wynosi 19,9℃, a najniższa 17,2℃. Różnica temperatur wewnątrz płyty chłodzącej z odparowaniem jest kontrolowana w granicach 4℃. Temperatura płyty chłodzącej z odparowaniem zaczyna spadać od wlotu T1. Ze względu na duży spadek ciśnienia w płycie chłodzącej z odparowaniem, temperatura płyty spada do punktu pomiarowego T6, a następnie wzrasta do wylotu T8. Począwszy od punktu pomiarowego T6, ze względu na wzrost suchości czynnika roboczego, współczynnik wymiany ciepła między czynnikiem roboczym a płytą chłodzącą z odparowaniem 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 płycie chłodzącej z odparowaniem wykazuje tendencję spadkową, a średnia temperatura również wykazuje tendencję spadkową. Wraz ze wzrostem prędkości sprężarki ciśnienie parowania w systemie maleje, a odpowiadająca mu temperatura wymiany ciepła w płycie chłodzącej z odparowaniem maleje, co powoduje, że temperatura każdego punktu pomiarowego również maleje, a maksymalna różnica temperatur również wykazuje tendencję spadkową. Dlatego, aby zapewnić lepszą równomierność temperatury płyty chłodzącej z odparowaniem, można odpowiednio zwiększyć prędkość sprężarki.