Con la aplicación y popularización de servidores de alta densidad a nivel de armario, el uso de sistemas tradicionales de refrigeración de precisión a nivel de habitación provocará pérdida de capacidad de refrigeración, resultando en un alto PUE en los centros de datos. Este artículo propone un sistema de refrigeración backplane de refrigeración por expansión directa por evaporación para el nivel de armario del centro de datos, con el fin de reducir la pérdida de capacidad de refrigeración del sistema de refrigeración de la sala de ordenadores 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°C, la disipación simulada de calor es de 5-7 kW y el rango de ajuste de velocidad del compresor es de 3000-5000r/min. La prueba se realiza 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 pruebas. Los resultados muestran que la temperatura media de la placa fría evaporativa es estable en 18,5°C, y la diferencia de temperatura se controla dentro de 4°C, lo que puede proporcionar un enfriamiento continuo y estable al armario de refrigeración.
Las restricciones de Efectividad del Uso de Energía (PUE) para los centros de datos recién construidos se están volviendo cada vez más estrictas. En la estructura de consumo energético de los centros de datos, el consumo energético de los equipos utilizados para refrigerar 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 por servidores de alta potencia está aumentando, y los armarios de centros de datos tienen requisitos cada vez mayores en sistemas y equipos de refrigeración. La aplicación de nuevas tecnologías como la computación en la nube y el big data ha incrementado la densidad de potencia de un único armario de menos de 5kW a no menos de 7kW, o incluso no menos de 10kW, 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 cabina tiene la ventaja de no tener grandes ventiladores, bajo ruido y bajo consumo energético. Es una de las formas técnicas importantes para lograr una refrigeración eficiente en los armarios de refrigeración de centros de datos.
La válvula solenoide está conectada al condensador y al intercambiador de calor para realizar la conexión y función de desconexión entre el 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 puede realizarse controlando la válvula de aire del obturador, la válvula de tres vías y la válvula solenoide.
En el sistema, la placa fría evaporativa por expansión directa utiliza una placa calefactora de silicona como fuente de calor simulada para simular la carga. La placa calefactora de silicona está conectada a un regulador de tensión monofásico. La potencia de la placa calefactora se ajusta ajustando el voltaje de la placa calefactora para simular la prueba de la placa fría evaporativa bajo diferentes condiciones de carga. Una placa fría evaporativa utiliza cuatro placas calefactoras 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 dispuestan 8 termopares tipo K, y los termopares se incrustan en la lámina de grasa térmica ranurada. El hueco se rellena con grasa térmica. De este modo, se mide la temperatura superficial superior de la placa fría evaporativa para examinar su uniformidad de temperatura.
Bajo la misma potencia simulada de fuente de calor, a medida que aumenta la velocidad del compresor, la diferencia máxima de temperatura en la placa fría evaporativa muestra una tendencia descendente, y la temperatura media también muestra una tendencia descendente. A medida que aumenta la velocidad del compresor, la presión de evaporación en el sistema disminuye, y la temperatura de intercambio térmico correspondiente en la placa fría evaporativa disminuye, lo que hace que la temperatura de cada punto de medición también disminuya, y la diferencia máxima de temperatura también muestre una tendencia descendente. Por lo tanto, para asegurar una mejor uniformidad de temperatura de la placa fría evaporativa, la velocidad del compresor puede aumentarse adecuadamente.
Las restricciones de Efectividad del Uso de Energía (PUE) para los centros de datos recién construidos se están volviendo cada vez más estrictas. En la estructura de consumo energético de los centros de datos, el consumo energético de los equipos utilizados para refrigerar 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 por servidores de alta potencia está aumentando, y los armarios de centros de datos tienen requisitos cada vez mayores en sistemas y equipos de refrigeración. La aplicación de nuevas tecnologías como la computación en la nube y el big data ha incrementado la densidad de potencia de un único armario de menos de 5kW a no menos de 7kW, o incluso no menos de 10kW, 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 cabina tiene la ventaja de no tener grandes ventiladores, bajo ruido y bajo consumo energético. Es una de las formas técnicas importantes para lograr una refrigeración eficiente en los armarios de refrigeración de centros de datos.
La válvula solenoide está conectada al condensador y al intercambiador de calor para realizar la conexión y función de desconexión entre el 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 puede realizarse controlando la válvula de aire del obturador, 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 estado bifásico, el canal tradicional serpentino presenta las desventajas de una desviación de flujo difícil y una pequeña área de transferencia de calor, y la distribución desigual del fluido de trabajo en cada canal de flujo provocará una gran diferencia de temperatura en la superficie de la placa fría evaporativa. Basándose en los defectos anteriores, se propone optimizar el diseño del canal de flujo de placa fría evaporativa.
3 Prueba experimental
Basándose en las razones anteriores, se produjo una placa de enfriamiento evaporativa por expansión directa en canal de flujo en panal, como se muestra en la Figura 3. Optimizando los parámetros estructurales del canal de flujo panal, se puede resolver el problema de la desviación bifásica del fluido de trabajo en la placa de refrigeración evaporativa; Combinado con los resultados de simulación del dominio sólido del canal de flujo panal, la placa de refrigeración evaporativa 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 refrigeración evaporativa es de 10 mm, la altura interna del canal de flujo es de 3 mm y el grosor total es de 5 mm.
En el sistema, la placa fría evaporativa por expansión directa utiliza una placa calefactora de silicona como fuente de calor simulada para simular la carga. La placa calefactora de silicona está conectada a un regulador de tensión monofásico. La potencia de la placa calefactora se ajusta ajustando el voltaje de la placa calefactora para simular la prueba de la placa fría evaporativa bajo diferentes condiciones de carga. Una placa fría evaporativa utiliza cuatro placas calefactoras 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 dispuestan 8 termopares tipo K, y los termopares se incrustan en la lámina de grasa térmica ranurada. El hueco se rellena con grasa térmica. De este modo, se mide la temperatura superficial 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 superficial de la temperatura superficial de la placa fría evaporativa a lo largo del tiempo bajo las condiciones de simular una potencia de fuente de calor de 5kW y una velocidad del compresor de 4500r/min. La temperatura media de la placa fría evaporativa es de 18,5°C; la temperatura más alta entre los 8 puntos de medición es de 19,9°C y la más baja es de 17,2°C. La diferencia de temperatura dentro de la placa fría evaporativa se controla dentro de 4°C. La temperatura de la placa fría evaporativa comienza a bajar 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. Partiendo del punto de medición T6, debido al aumento de la sequedad del fluido de trabajo, el coeficiente de intercambio térmico 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 simulada de fuente de calor, a medida que aumenta la velocidad del compresor, la diferencia máxima de temperatura en la placa fría evaporativa muestra una tendencia descendente, y la temperatura media también muestra una tendencia descendente. A medida que aumenta la velocidad del compresor, la presión de evaporación en el sistema disminuye, y la temperatura de intercambio térmico correspondiente en la placa fría evaporativa disminuye, lo que hace que la temperatura de cada punto de medición también disminuya, y la diferencia máxima de temperatura también muestre una tendencia descendente. Por lo tanto, para asegurar una mejor uniformidad de temperatura de la placa fría evaporativa, la velocidad del compresor puede aumentarse adecuadamente.