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Backplane di raffreddamento a espansione diretta evaporativa a livello di cabinet nel mobile di raffreddamento del data center

Con l'applicazione e la diffusione di server ad alta densità a livello di armadio, l'uso di tradizionali sistemi di refrigerazione di precisione a livello di stanza causerà perdita di capacità di raffreddamento, con conseguente alto PUE nei data center. Questo articolo propone un sistema di raffreddamento backplane a espansione diretta evaporativa per il 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 armadietto. La temperatura dell'ambiente di prova è di 30°C, la dissipazione di calore simulata è di 5-7 kW e l'intervallo di regolazione della velocità del compressore è di 3000-5000r/min. Il test viene eseguito in regime stazio, e la parte stabile dei parametri di prestazione del sistema viene presa per l'elaborazione dei dati e l'analisi dei risultati del test. I risultati mostrano che la temperatura media della piastra fredda 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'Uso Energetico (PUE) per i data center appena costruiti 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 energetico totale, un fattore importante che influisce sul suo PUE. Con lo sviluppo della tecnologia informatica e della società, la domanda degli utenti per server ad alta potenza è in aumento, e gli armadi dei data center hanno esigenze sempre più elevate per sistemi di raffreddamento e apparecchiature. L'applicazione di nuove tecnologie come il cloud computing e i big data ha aumentato la densità di potenza di un singolo cabinet da meno di 5kW a non meno di 7kW, o anche non meno di 10kW, e la domanda di dissipazione del calore nei data center è aumentata drasticamente.

Rispetto ai condizionatori d'aria di precisione tradizionali, il sistema di raffreddamento evaporativo a livello di cabina presenta i vantaggi di assenza di grandi ventole, basso rumore e basso consumo energetico. È una delle forme tecniche importanti per ottenere un raffreddamento efficiente negli armadi di raffreddamento dei data center.

La valvola solenoide è collegata al condensatore e allo scambiatore di calore per realizzare la connessione e la funzione di disconnessione tra il condensatore e lo scambiatore di calore. Il passaggio tra la modalità non umidificazione e quella di deumidificazione (il contenuto di ricerca dell'articolo), la modalità di deumidificazione e la modalità di umidificazione può essere realizzato controllando la valvola dell'aria dell'otturatore, la valvola a tre vie e la valvola solenoide.

2 Analisi della simulazione

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

3 Test sperimentale

Sulla base delle ragioni sopra indicate, è stata prodotta una piastra di raffreddamento a flusso a nido d'ape con espansione diretta evaporativa come mostrato nella Figura 3. Ottimizzando i parametri strutturali del canale di flusso a nido d'ape, si può risolvere il problema della deviazione bifase del fluido di lavoro nella piastra di raffreddamento evaporativa; Combinato 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 offre in teoria migliori prestazioni di uniformità termica. La larghezza del canale di flusso della piastra di raffreddamento evaporativa 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 fredda a espansione diretta evaporativa 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 la prova della piastra fredda evaporativa sotto diverse condizioni di carico. Una piastra fredda evaporativa utilizza quattro piastre riscaldanti in gomma siliconica per realizzare il test di simulazione del carico. Come mostrato nella Figura 5, per ogni piastra fredda evaporativa sono disposte 8 termocoppie di tipo K, e le termocoppie sono incorporate nella lastra termograssa a fessure. Lo spazio è riempito con grasso termico. In questo modo, la temperatura superiore superficiale della piastra fredda evaporativa viene misurata per esaminarne l'uniformità della temperatura.

4 Risultati e analisi

La Figura 6 è una curva che mostra la distribuzione superficiale della piastra fredda evaporativa nel tempo, nelle condizioni di simulazione di una potenza di fonte di calore di 5kW e di una velocità del compressore di 4500r/min. La temperatura media della piastra fredda evaporativa è di 18,5°C; la temperatura più alta tra gli 8 punti di misurazione è 19,9°C, e la più bassa è 17,2°C. La differenza di temperatura all'interno della piastra fredda evaporativa è controllata entro 4°C. La temperatura della piastra fredda evaporativa inizia a scendere dall'ingresso T1. A causa della grande caduta di pressione della piastra fredda evaporativa, la temperatura della lastra scende fino al punto di misura T6, per poi salire fino 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.

Con la stessa potenza simulata della fonte di calore, man mano che la velocità del compressore aumenta, la differenza massima di temperatura nella piastra fredda evaporativa mostra una tendenza al ribasso, e anche la temperatura media mostra una tendenza al ribasso. Con l'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 ogni punto di misura, e la differenza massima di temperatura mostra anch'essa una tendenza al ribasso. Pertanto, per garantire una migliore uniformità della temperatura della piastra fredda evaporativa, la velocità del compressore può essere adeguatamente aumentata.