Bezpośrednia ekspansja chłodzenia parowego na poziomie szafy w szafie chłodzącej centrum danych
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.
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 parującego 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 oraz 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. Począwszy od punktu pomiaru T6, ze względu na wzrost suchości środka roboczego, współczynnik wymiany ciepła między środkiem roboczym a płytą chłodną parowania 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.
