Объединительная плата испарительного охлаждения прямого испарения на уровне шкафа в охлаждающем шкафу центра обработки данных
С применением и популяризацией серверов на уровне шкафов с высокой плотностью использование традиционных прецизионных систем охлаждения на уровне помещений приведет к потере холодопроизводительности, что приведет к высокому PUE в центрах обработки данных. В данной статье предлагается система охлаждения на объединительной плате с испарительным охлаждением прямого испарения на уровне шкафа центра обработки данных для снижения потерь холодопроизводительности системы охлаждения машинного зала и повышения энергоэффективности центра обработки данных. В данной работе проведено экспериментальное исследование испарительной холодной пластины холодильной системы на уровне шкафа. Температура тестовой среды составляет 30°C, имитируемое рассеивание тепла составляет 5-7 кВт, а диапазон регулировки частоты вращения компрессора составляет 3000-5000 об/мин. Тест проводится в установившемся режиме, а для обработки данных и анализа результатов тестирования берется стабильная часть параметров работы системы. Результаты показывают, что средняя температура испарительной холодной пластины стабильна на уровне 18,5°C, а разница температур контролируется в пределах 4°C, что может обеспечить непрерывное и стабильное охлаждение холодильного шкафа.
Ограничения по эффективности энергопотребления (PUE) для недавно построенных центров обработки данных становятся все более строгими. В структуре энергопотребления центров обработки данных энергопотребление оборудования, используемого для охлаждения серверов и рассеивания тепла, составляет около 40% от общего энергопотребления, что является основным фактором, влияющим на его PUE. С развитием компьютерных технологий и общества спрос пользователей на серверы высокой мощности увеличивается, а шкафы ЦОД предъявляют все более высокие требования к системам охлаждения и оборудованию. Применение новых технологий, таких как облачные вычисления и большие данные, увеличило плотность мощности одного шкафа с менее чем 5 кВт до не менее 7 кВт или даже не менее 10 кВт, а спрос на рассеивание тепла в центрах обработки данных резко возрос.
По сравнению с традиционными прецизионными кондиционерами, система испарительного охлаждения на уровне шкафа имеет такие преимущества, как отсутствие больших вентиляторов, низкий уровень шума и низкое энергопотребление. Это одна из важных технических форм для достижения эффективного охлаждения в охлаждающем шкафу ЦОД.
Электромагнитный клапан подключен к конденсатору и теплообменнику для реализации функции подключения и отключения конденсатора и теплообменника. Переключение между режимами осушения и осушения (содержание исследования), режимом осушения и режимом увлажнения может быть реализовано путем управления воздушным клапаном заслонки, трехходовым клапаном и электромагнитным клапаном.
2 Анализ моделирования
Так как рабочая жидкость поступает в испарительную холодную пластину в двухфазном состоянии, то традиционный змеевиковый канал имеет недостатки в виде сложного отвода потока и малой площади теплообмена, а неравномерное распределение рабочего тела в каждом проточном канале приведет к большой разнице температур на поверхности испарительной холодной пластины. На основании вышеуказанных дефектов предлагается оптимизировать конструкцию проточного канала испарительной холодной пластины.
3 Экспериментальный тест
Исходя из вышеуказанных причин, была изготовлена пластина испарительного охлаждения прямого испарения с сотовым каналом потока, как показано на рисунке 3. За счет оптимизации структурных параметров сотового проточного канала может быть решена проблема отвода двухфазного рабочего тела в пластине испарительного охлаждения; В сочетании с результатами моделирования твердой области ячеистого канала потока, пластина испарительного охлаждения с этой структурой канала проточного канала теоретически имеет лучшие характеристики однородности температуры. Ширина проточного канала пластины испарительного охлаждения составляет 10 мм, высота внутреннего проточного канала - 3 мм, а общая толщина - 5 мм.
В системе испарительная холодная пластина прямого испарения использует силиконовую нагревательную пластину в качестве имитируемого источника тепла для имитации нагрузки. Силиконовая нагревательная пластина подключается к однофазному регулятору напряжения. Мощность нагревательной пластины регулируется путем регулировки напряжения нагревательной пластины для имитации испытания испарительной холодной пластины при различных условиях нагрузки. В одной испарительной охлаждающей пластине используются четыре нагревательные пластины из силиконового каучука для проведения испытания под нагрузкой. Как показано на рисунке 5, для каждой испарительной холодной пластины расположены 8 термопар типа K, и термопары встроены в щелевой лист термопасты. Зазор заполняется термопастой. Таким образом, измеряется температура верхней поверхности испарительной холодной пластины для изучения ее температурной однородности.
4 Результаты и анализ
На рисунке 6 показана кривая, показывающая распределение температуры поверхности испарительной холодной пластины во времени в условиях моделирования мощности источника тепла 5 кВт и частоты вращения компрессора 4500 об/мин. Средняя температура испарительной холодной пластины 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 с входного отверстия Т1. Из-за большого перепада давления испарительной холодной пластины температура пластины падает до точки измерения Т6, а затем повышается к выходному отверстию Т8. Начиная с точки измерения Т6, из-за увеличения сухости рабочей жидкости коэффициент теплообмена между рабочим телом и испарительной холодной пластиной уменьшается, конвективный теплообмен уменьшается, а температура постепенно повышается.
При той же смоделированной мощности источника тепла по мере увеличения частоты вращения компрессора максимальная разница температур на пластине испарительного холода имеет тенденцию к снижению, а средняя температура также имеет тенденцию к снижению. По мере увеличения частоты вращения компрессора давление испарения в системе уменьшается, а соответствующая температура теплообмена в пластине испарительного холода уменьшается, что приводит к снижению температуры в каждой точке измерения, а максимальная разница температур также имеет тенденцию к снижению. Таким образом, для обеспечения лучшей однородности температуры испарительной холодной пластины можно соответствующим образом увеличить частоту вращения компрессора.
