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Backplane di raffreddamento evaporativo a espansione diretta a livello di armadio nell'armadio di raffreddamento del data center

Con l'applicazione e la diffusione di server ad alta densità a livello di armadio, l'uso dei tradizionali sistemi di refrigerazione di precisione per il condizionamento dell'aria a livello di stanza causerà una perdita di capacità di raffreddamento, con conseguente elevato PUE nei data center. Questo documento propone un sistema di refrigerazione backplane di raffreddamento evaporativo a espansione diretta a livello di armadio del data center per ridurre la perdita di capacità di raffreddamento del sistema di refrigerazione della sala computer e migliorare l'efficienza energetica del data center. Questo articolo conduce uno studio sperimentale su una piastra fredda evaporativa di un sistema di refrigerazione a livello di armadio. La temperatura dell'ambiente di prova è di 30°C, la dissipazione del calore simulata è di 5-7 kW e l'intervallo di regolazione della velocità del compressore è di 3000-5000 giri/min. Il test viene eseguito in stato stazionario e la parte stabile dei parametri di prestazione del sistema viene prelevata per l'elaborazione dei dati e l'analisi dei risultati del test. I risultati mostrano che la temperatura media della piastra di raffreddamento evaporativa è stabile a 18,5°C e la differenza di temperatura è controllata entro 4°C, il che può fornire un raffreddamento continuo e stabile all'armadio di raffreddamento.

Le restrizioni sull'efficacia dell'utilizzo dell'energia (PUE) per i data center di nuova costruzione stanno diventando sempre più severe. Nella struttura del consumo energetico dei data center, il consumo energetico delle apparecchiature utilizzate per raffreddare i server e dissipare il calore rappresenta circa il 40% del consumo totale di energia, che è un fattore importante che influisce sul suo PUE. Con lo sviluppo della tecnologia informatica e della società, la domanda degli utenti di server ad alta potenza è in aumento e gli armadi dei data center hanno requisiti sempre più elevati per i sistemi e le apparecchiature di raffreddamento. L'applicazione di nuove tecnologie come il cloud computing e i big data ha aumentato la densità di potenza di un singolo armadio da meno di 5kW a non meno di 7kW, o addirittura non meno di 10kW, e la domanda di dissipazione del calore nei data center è aumentata notevolmente.

Rispetto ai tradizionali condizionatori d'aria di precisione, il sistema di raffreddamento evaporativo a livello di armadio presenta i vantaggi di non avere grandi ventole, bassa rumorosità e basso consumo energetico. È una delle forme tecniche importanti per ottenere un raffreddamento efficiente nell'armadio di raffreddamento dei data center.

L'elettrovalvola è collegata al condensatore e allo scambiatore di calore per realizzare la funzione di connessione e disconnessione del condensatore e dello scambiatore di calore. La commutazione tra la modalità di non umidificazione e deumidificazione (il contenuto della ricerca dell'articolo), la modalità di deumidificazione e la modalità di umidificazione può essere realizzata controllando la valvola dell'aria dell'otturatore, la valvola a tre vie e l'elettrovalvola.

2 Analisi di simulazione

Poiché il fluido di lavoro fluisce nella piastra di raffreddamento evaporativa in uno stato bifase, il tradizionale canale di flusso a serpentina presenta gli svantaggi di una difficile deviazione del flusso e di una piccola area di trasferimento del calore, e la distribuzione irregolare del fluido di lavoro in ciascun canale di flusso porterà a una grande differenza di temperatura sulla superficie della piastra di raffreddamento evaporativa. Sulla base dei difetti di cui sopra, si propone di ottimizzare la progettazione del canale di flusso della piastra fredda evaporativa.

3 Test sperimentale

Sulla base dei motivi di cui sopra, è stata prodotta una piastra di raffreddamento evaporativo ad espansione diretta con canale di flusso a nido d'ape, come mostrato nella Figura 3. Ottimizzando i parametri strutturali del canale di flusso a nido d'ape, è possibile risolvere il problema della deviazione del fluido di lavoro bifase nella piastra di raffreddamento evaporativo; In combinazione con i risultati della simulazione del dominio solido del canale di flusso a nido d'ape, la piastra di raffreddamento evaporativo con questa struttura del canale di flusso ha in teoria migliori prestazioni di uniformità della temperatura. La larghezza del canale di flusso della piastra di raffreddamento evaporativo è di 10 mm, l'altezza del canale di flusso interno è di 3 mm e lo spessore complessivo è di 5 mm.

Nel sistema, la piastra di raffreddamento evaporativa ad espansione diretta utilizza una piastra riscaldante in silicone come fonte di calore simulata per simulare il carico. La piastra riscaldante in silicone è collegata a un regolatore di tensione monofase. La potenza della piastra riscaldante viene regolata regolando la tensione della piastra riscaldante per simulare il test della piastra fredda evaporativa in diverse condizioni di carico. Una piastra di raffreddamento evaporativa utilizza quattro piastre riscaldanti in gomma siliconica per realizzare il test di simulazione del carico. Come mostrato nella Figura 5, per ogni piastra di raffreddamento evaporativa sono disposte 8 termocoppie di tipo K e le termocoppie sono incorporate nel foglio di grasso termico scanalato. Lo spazio è riempito con grasso termico. In questo modo, viene misurata la temperatura superficiale superiore della piastra di raffreddamento evaporativa per esaminarne l'uniformità della temperatura.

4 Risultati e analisi

La Figura 6 è una curva che mostra la distribuzione della temperatura superficiale della piastra di raffreddamento evaporativa nel tempo nelle condizioni di simulazione di una potenza della fonte di calore di 5 kW e di una velocità del compressore di 4500 giri/min. La temperatura media della piastra fredda evaporativa è di 18,5°C; la temperatura più alta tra gli 8 punti di misurazione della temperatura è di 19,9°C e la temperatura più bassa è di 17,2°C. La differenza di temperatura all'interno della piastra fredda evaporativa è controllata entro 4°C. La temperatura della piastra di raffreddamento evaporativa inizia a scendere dall'ingresso T1. A causa della grande caduta di pressione della piastra fredda evaporativa, la temperatura della piastra scende al punto di misurazione T6 e poi sale all'uscita T8. A partire dal punto di misura T6, a causa dell'aumento della secchezza del fluido di lavoro, il coefficiente di scambio termico tra il fluido di lavoro e la piastra fredda evaporativa diminuisce, lo scambio termico convettivo diminuisce e la temperatura aumenta gradualmente.

A parità di potenza della fonte di calore simulata, all'aumentare della velocità del compressore, la differenza di temperatura massima nella piastra fredda evaporativa mostra una tendenza al ribasso e anche la temperatura media mostra una tendenza al ribasso. All'aumentare della velocità del compressore, la pressione di evaporazione nel sistema diminuisce e la corrispondente temperatura di scambio termico nella piastra fredda evaporativa diminuisce, il che fa diminuire anche la temperatura di ciascun punto di misurazione e anche la differenza di temperatura massima mostra una tendenza al ribasso. Pertanto, al fine di garantire una migliore uniformità della temperatura della piastra di raffreddamento evaporativa, la velocità del compressore può essere opportunamente aumentata.