С применением и популяризацией высокоплотных серверов на уровне шкафов, использование традиционных систем прецизионного кондиционирования воздуха на уровне помещения приведёт к потере охлаждающей ёмкости, что приведёт к высокому уровню PUE в дата-центрах. В данной статье предлагается система охлаждения с прямым расширением испарения и охлаждения на уровне шкафа дата-центра, чтобы снизить потерю охлаждающей способности системы охлаждения в компьютерной комнате и повысить энергоэффективность дата-центра. В этой статье проводится экспериментальное исследование испарительной холодной пластины системы холодильной системы уровня шкафа. Температура тестовой среды составляет 30°C, имитируемое рассеяние тепла — 5-7 кВт, а диапазон регулировки скорости компрессора — 3000-5000 об/мин. Тест проводится в стационарном режиме, а стабильная часть параметров производительности системы принимается для обработки данных и анализа результатов теста. Результаты показывают, что средняя температура испарительной холодной пластины стабильна на уровне 18,5°C, а разница температур регулируется в пределах 4°C, что обеспечивает непрерывное и стабильное охлаждение охлаждающего шкафа.
Ограничения по эффективности энергопотребления (PUE) для новых дата-центров становятся всё более строгими. В структуре энергопотребления дата-центров энергопотребление оборудования, используемого для охлаждения серверов и рассеивания тепла, составляет около 40% от общего энергопотребления, что является важным фактором, влияющим на их PUE. С развитием компьютерных технологий и общества спрос пользователей на мощные серверы растёт, а кабинеты дата-центров имеют всё более высокие требования к системам охлаждения и оборудованию. Применение новых технологий, таких как облачные вычисления и большие данные, увеличило плотность мощности одного кабинета с менее чем 5 кВт до не менее 7 кВт или даже не менее 10 кВт, а спрос на теплоотвод в дата-центрах резко возрос.
По сравнению с традиционными прецизионными кондиционерами, система испарительного охлаждения на уровне корпуса обладает преимуществами отсутствия крупных вентиляторов, низким уровнем шума и низким энергопотреблением. Это одна из важных технических форм для эффективного охлаждения в шкафах охлаждения дата-центров.
Соленоидный клапан соединён с конденсатором и теплообменником для реализации функции соединения и отключения конденсатора и теплообменника. Переключение между режимами без увлажнения и осушения (исследовательское содержание статьи), режимом осушения и режимом увлажнения можно реализовать путем управления воздушным клапаном затвора, трёхклапанным клапаном и соленоидным клапаном.
В системе холодная пластина с прямым расширением использует силиконовую нагревательную пластину в качестве имитирующего источника тепла для имитации нагрузки. Силиконовая нагревательная пластина подключена к однофазному регулятору напряжения. Мощность нагревательной пластины регулируется за счёт регулировки напряжения нагревательной пластины для имитации испытания испарительной холодной пластины при различных условиях нагрузки. Одна испарительная холодная пластина использует четыре силиконовые резиновые нагревательные пластины для проведения симуляции нагрузки. Как показано на рисунке 5, для каждой испарительной холодной пластины расположено 8 термопар типа K, и термопары вставляются в прорезный термосмазочный лист. Зазор заполнен термосмазкой. Таким образом, измеряется верхняя поверхностная температура испарительной холодной пластины для изучения её температурной однородности.
При той же симулируемой мощности источника тепла, по мере увеличения скорости компрессора максимальная разница температур в испарительной холодной плите показывает нисходящую тенденцию, а средняя температура также показывает нисходящую тенденцию. По мере увеличения скорости компрессора давление испарения в системе уменьшается, и соответствующая температура теплообмена в испарительной холодной плите снижается, что приводит к снижению температуры в каждой точке измерения, а максимальная разница температур также показывает нисходящую тенденцию. Таким образом, для обеспечения лучшей равномерности температуры испарительной холодной пластины скорость компрессора может быть соответствующим образом увеличена.
Ограничения по эффективности энергопотребления (PUE) для новых дата-центров становятся всё более строгими. В структуре энергопотребления дата-центров энергопотребление оборудования, используемого для охлаждения серверов и рассеивания тепла, составляет около 40% от общего энергопотребления, что является важным фактором, влияющим на их PUE. С развитием компьютерных технологий и общества спрос пользователей на мощные серверы растёт, а кабинеты дата-центров имеют всё более высокие требования к системам охлаждения и оборудованию. Применение новых технологий, таких как облачные вычисления и большие данные, увеличило плотность мощности одного кабинета с менее чем 5 кВт до не менее 7 кВт или даже не менее 10 кВт, а спрос на теплоотвод в дата-центрах резко возрос.
По сравнению с традиционными прецизионными кондиционерами, система испарительного охлаждения на уровне корпуса обладает преимуществами отсутствия крупных вентиляторов, низким уровнем шума и низким энергопотреблением. Это одна из важных технических форм для эффективного охлаждения в шкафах охлаждения дата-центров.
Соленоидный клапан соединён с конденсатором и теплообменником для реализации функции соединения и отключения конденсатора и теплообменника. Переключение между режимами без увлажнения и осушения (исследовательское содержание статьи), режимом осушения и режимом увлажнения можно реализовать путем управления воздушным клапаном затвора, трёхклапанным клапаном и соленоидным клапаном.
2 Анализ моделирования
Поскольку рабочая жидкость поступает в испарительную холодную пластину в двухфазном состоянии, традиционный серпантинный канал потока имеет недостатки — трудный отклонение потока и малую площадь теплопередачи, а неравномерное распределение рабочей жидкости в каждом канале потока приводит к значительному разнице температур на поверхности испарительной холодной пластины. Исходя из вышеуказанных дефектов, предлагается оптимизировать конструкцию канала потока испарительной холодной пластины.
3 Экспериментальные испытания
Исходя из вышеуказанных причин, была изготовлена плита прямого испарительного охлаждения с каналом сотового потока, как показано на рисунке 3. Оптимизируя структурные параметры сотового канала потока, можно решить проблему двухфазного отклонения рабочей жидкости в испарительной охлаждающей плите; В сочетании с результатами моделирования твёрдой области канала потока сот, испарительная охлаждающая пластина с такой структурой канала расхода теоретически обладает лучшими температурными однородностями. Ширина канала потока испарительной охлаждающей пластины составляет 10 мм, внутренняя высота канала — 3 мм, а общая толщина — 5 мм.
В системе холодная пластина с прямым расширением использует силиконовую нагревательную пластину в качестве имитирующего источника тепла для имитации нагрузки. Силиконовая нагревательная пластина подключена к однофазному регулятору напряжения. Мощность нагревательной пластины регулируется за счёт регулировки напряжения нагревательной пластины для имитации испытания испарительной холодной пластины при различных условиях нагрузки. Одна испарительная холодная пластина использует четыре силиконовые резиновые нагревательные пластины для проведения симуляции нагрузки. Как показано на рисунке 5, для каждой испарительной холодной пластины расположено 8 термопар типа K, и термопары вставляются в прорезный термосмазочный лист. Зазор заполнен термосмазкой. Таким образом, измеряется верхняя поверхностная температура испарительной холодной пластины для изучения её температурной однородности.
4 Результаты и анализ
Рисунок 6 показывает кривую, показывающую распределение температуры поверхности испарительной холодной пластины во времени при условии имитации тепловой мощности 5 кВт и скорости компрессора 4500 об/мин. Средняя температура испарительной холодной плиты составляет 18,5°C; самая высокая температура среди 8 точек измерения температуры составляет 19,9°C, а самая низкая — 17,2°C. Разница температур внутри испарительной холодной пластины контролируется в пределах 4°C. Температура испарительной холодной пластины начинает падать от входа T1. Из-за большого падения давления испарительной холодной пластины температура пластины падает до точки измерения T6, а затем поднимается до выходного T8. Начиная с точки измерения T6, из-за увеличения сухости рабочего жидкости коэффициент теплообмена между рабочей жидкостью и испарительной холодной пластиной уменьшается, конвективный теплообмен уменьшается, и температура постепенно повышается.
При той же симулируемой мощности источника тепла, по мере увеличения скорости компрессора максимальная разница температур в испарительной холодной плите показывает нисходящую тенденцию, а средняя температура также показывает нисходящую тенденцию. По мере увеличения скорости компрессора давление испарения в системе уменьшается, и соответствующая температура теплообмена в испарительной холодной плите снижается, что приводит к снижению температуры в каждой точке измерения, а максимальная разница температур также показывает нисходящую тенденцию. Таким образом, для обеспечения лучшей равномерности температуры испарительной холодной пластины скорость компрессора может быть соответствующим образом увеличена.