Con la aplicación y popularización de los servidores de alta densidad a nivel de gabinete, el uso de sistemas tradicionales de aire acondicionado de precisión a nivel de sala causará pérdida de capacidad de refrigeración, lo que resulta en un alto PUE en los centros de datos. Este artículo propone un sistema de refrigeración de placa trasera evaporativa de expansión directa para el nivel de gabinete de centro de datos para reducir la pérdida de capacidad de refrigeración del sistema de refrigeración de la sala de computadoras y mejorar la eficiencia energética del centro de datos. Este artículo realiza un estudio experimental sobre una placa fría evaporativa de un sistema de refrigeración a nivel de gabinete. La temperatura del entorno de prueba es de 30 ℃, la disipación de calor simulada es de 5-7 kW, y el rango de ajuste de velocidad del compresor es de 3000-5000 r/min. La prueba se lleva a cabo en estado estacionario, y la parte estable de los parámetros de rendimiento del sistema se toma para el procesamiento de datos y el análisis de resultados de prueba. Los resultados muestran que la temperatura promedio de la placa fría evaporativa es estable a 18.5 ℃, y la diferencia de temperatura se controla dentro de 4 ℃, lo que puede proporcionar refrigeración continua y estable al gabinete de refrigeración.
Las restricciones de Eficacia del Uso de Energía (PUE) para los centros de datos recién construidos son cada vez más estrictas. En la estructura de consumo de energía de los centros de datos, el consumo de energía de los equipos utilizados para enfriar servidores y disipar calor representa aproximadamente el 40% del consumo total de energía, lo que es un factor importante que afecta su PUE. Con el desarrollo de la tecnología informática y la sociedad, la demanda de los usuarios de servidores de alta potencia está aumentando, y los gabinetes de centros de datos tienen requisitos cada vez más altos para los sistemas y equipos de refrigeración. La aplicación de nuevas tecnologías como la computación en la nube y los grandes datos ha aumentado la densidad de potencia de un solo gabinete de menos de 5 kW a no menos de 7 kW, o incluso no menos de 10 kW, y la demanda de disipación de calor en los centros de datos ha aumentado drásticamente.
En comparación con los aires acondicionados de precisión tradicionales, el sistema de refrigeración evaporativa a nivel de gabinete tiene las ventajas de no tener grandes ventiladores, bajo ruido y bajo consumo de energía. Es una de las formas técnicas importantes para lograr una refrigeración eficiente en el gabinete de refrigeración de centros de datos.
La válvula solenoide está conectada al condensador y al intercambiador de calor para realizar la función de conexión y desconexión del condensador y el intercambiador de calor. El cambio entre el modo de no humidificación y deshumidificación (el contenido de investigación del artículo), el modo de deshumidificación y el modo de humidificación se puede realizar controlando la válvula de aire de persiana, la válvula de tres vías y la válvula solenoide.
En el sistema, la placa fría evaporativa de expansión directa utiliza una placa de calentamiento de silicona como fuente de calor simulada para simular la carga. La placa de calentamiento de silicona está conectada a un regulador de voltaje monofásico. La potencia de la placa de calentamiento se ajusta ajustando el voltaje de la placa de calentamiento para simular la prueba de la placa fría evaporativa bajo diferentes condiciones de carga. Una placa fría evaporativa utiliza cuatro placas de calentamiento de caucho de silicona para realizar la prueba de simulación de carga. Como se muestra en la Figura 5, para cada placa fría evaporativa, se disponen 8 termopares tipo K, y los termopares están incrustados en la lámina de grasa térmica ranurada. El espacio se rellena con grasa térmica. De esta manera, se mide la temperatura de la superficie superior de la placa fría evaporativa para examinar su uniformidad de temperatura.
Bajo la misma potencia de fuente de calor simulada, a medida que aumenta la velocidad del compresor, la diferencia de temperatura máxima en la placa fría evaporativa muestra una tendencia a la baja, y la temperatura promedio también muestra una tendencia a la baja. A medida que aumenta la velocidad del compresor, la presión de evaporación en el sistema disminuye, y la temperatura de intercambio de calor correspondiente en la placa fría evaporativa disminuye, lo que hace que la temperatura de cada punto de medición también disminuya, y la diferencia de temperatura máxima también muestra una tendencia a la baja. Por lo tanto, para garantizar una mejor uniformidad de temperatura de la placa fría evaporativa, se puede aumentar adecuadamente la velocidad del compresor.
Las restricciones de Eficacia del Uso de Energía (PUE) para los centros de datos recién construidos son cada vez más estrictas. En la estructura de consumo de energía de los centros de datos, el consumo de energía de los equipos utilizados para enfriar servidores y disipar calor representa aproximadamente el 40% del consumo total de energía, lo que es un factor importante que afecta su PUE. Con el desarrollo de la tecnología informática y la sociedad, la demanda de los usuarios de servidores de alta potencia está aumentando, y los gabinetes de centros de datos tienen requisitos cada vez más altos para los sistemas y equipos de refrigeración. La aplicación de nuevas tecnologías como la computación en la nube y los grandes datos ha aumentado la densidad de potencia de un solo gabinete de menos de 5 kW a no menos de 7 kW, o incluso no menos de 10 kW, y la demanda de disipación de calor en los centros de datos ha aumentado drásticamente.
En comparación con los aires acondicionados de precisión tradicionales, el sistema de refrigeración evaporativa a nivel de gabinete tiene las ventajas de no tener grandes ventiladores, bajo ruido y bajo consumo de energía. Es una de las formas técnicas importantes para lograr una refrigeración eficiente en el gabinete de refrigeración de centros de datos.
La válvula solenoide está conectada al condensador y al intercambiador de calor para realizar la función de conexión y desconexión del condensador y el intercambiador de calor. El cambio entre el modo de no humidificación y deshumidificación (el contenido de investigación del artículo), el modo de deshumidificación y el modo de humidificación se puede realizar controlando la válvula de aire de persiana, la válvula de tres vías y la válvula solenoide.
2 Análisis de simulación
Dado que el fluido de trabajo fluye hacia la placa fría evaporativa en un estado de dos fases, el canal de flujo serpentino tradicional tiene las desventajas de difícil desvío de flujo y pequeña área de transferencia de calor, y la distribución desigual del fluido de trabajo en cada canal de flujo conducirá a una gran diferencia de temperatura en la superficie de la placa fría evaporativa. Basado en los defectos anteriores, se propone optimizar el diseño del canal de flujo de la placa fría evaporativa.
3 Prueba experimental
Basado en las razones anteriores, se produjo una placa de enfriamiento evaporativo de expansión directa con canal de flujo de panal como se muestra en la Figura 3. Al optimizar los parámetros estructurales del canal de flujo de panal, se puede resolver el problema del desvío del fluido de trabajo de dos fases en la placa de enfriamiento evaporativo; combinado con los resultados de simulación del dominio sólido del canal de flujo de panal, la placa de enfriamiento evaporativo con esta estructura de canal de flujo tiene un mejor rendimiento de uniformidad de temperatura en teoría. El ancho del canal de flujo de la placa de enfriamiento evaporativo es de 10 mm, la altura del canal de flujo interno es de 3 mm y el grosor total es de 5 mm.
En el sistema, la placa fría evaporativa de expansión directa utiliza una placa de calentamiento de silicona como fuente de calor simulada para simular la carga. La placa de calentamiento de silicona está conectada a un regulador de voltaje monofásico. La potencia de la placa de calentamiento se ajusta ajustando el voltaje de la placa de calentamiento para simular la prueba de la placa fría evaporativa bajo diferentes condiciones de carga. Una placa fría evaporativa utiliza cuatro placas de calentamiento de caucho de silicona para realizar la prueba de simulación de carga. Como se muestra en la Figura 5, para cada placa fría evaporativa, se disponen 8 termopares tipo K, y los termopares están incrustados en la lámina de grasa térmica ranurada. El espacio se rellena con grasa térmica. De esta manera, se mide la temperatura de la superficie superior de la placa fría evaporativa para examinar su uniformidad de temperatura.
4 Resultados y análisis
La Figura 6 es una curva que muestra la distribución de la temperatura de la superficie de la placa fría evaporativa a lo largo del tiempo bajo las condiciones de simular una potencia de fuente de calor de 5 kW y una velocidad del compresor de 4500 r/min. La temperatura promedio de la placa fría evaporativa es de 18.5 ℃; la temperatura más alta entre los 8 puntos de medición de temperatura es de 19.9 ℃, y la temperatura más baja es de 17.2 ℃. La diferencia de temperatura dentro de la placa fría evaporativa se controla dentro de 4 ℃. La temperatura de la placa fría evaporativa comienza a descender desde la entrada T1. Debido a la gran caída de presión de la placa fría evaporativa, la temperatura de la placa desciende hasta el punto de medición T6, y luego sube hasta la salida T8. A partir del punto de medición T6, debido al aumento en la sequedad del fluido de trabajo, el coeficiente de intercambio de calor entre el fluido de trabajo y la placa fría evaporativa disminuye, el intercambio de calor convectivo disminuye y la temperatura aumenta gradualmente.
Bajo la misma potencia de fuente de calor simulada, a medida que aumenta la velocidad del compresor, la diferencia de temperatura máxima en la placa fría evaporativa muestra una tendencia a la baja, y la temperatura promedio también muestra una tendencia a la baja. A medida que aumenta la velocidad del compresor, la presión de evaporación en el sistema disminuye, y la temperatura de intercambio de calor correspondiente en la placa fría evaporativa disminuye, lo que hace que la temperatura de cada punto de medición también disminuya, y la diferencia de temperatura máxima también muestra una tendencia a la baja. Por lo tanto, para garantizar una mejor uniformidad de temperatura de la placa fría evaporativa, se puede aumentar adecuadamente la velocidad del compresor.