Com a aplicação e popularização de servidores de alta densidade no nível de gabinete, o uso de sistemas tradicionais de ar condicionado de precisão no nível de sala causará perda de capacidade de resfriamento, resultando em alto PUE em data centers. Este artigo propõe um sistema de refrigeração de painel traseiro evaporativo de expansão direta para o nível de gabinete de data center para reduzir a perda de capacidade de resfriamento do sistema de refrigeração da sala de computadores e melhorar a eficiência energética do data center. Este artigo realiza um estudo experimental em uma placa fria evaporativa de um sistema de refrigeração no nível de gabinete. A temperatura ambiente do teste é de 30℃, a dissipação de calor simulada é de 5-7kW, e a faixa de ajuste de velocidade do compressor é de 3000-5000r/min. O teste é realizado em estado estacionário, e a parte estável dos parâmetros de desempenho do sistema é usada para processamento de dados e análise de resultados de teste. Os resultados mostram que a temperatura média da placa fria evaporativa é estável em 18,5℃, e a diferença de temperatura é controlada dentro de 4℃, o que pode fornecer resfriamento contínuo e estável ao gabinete de resfriamento.
As restrições de Eficácia do Uso de Energia (PUE) para data centers recém-construídos estão se tornando cada vez mais rigorosas. Na estrutura de consumo de energia dos data centers, o consumo de energia dos equipamentos usados para resfriar servidores e dissipar calor representa cerca de 40% do consumo total de energia, sendo um fator importante que afeta seu PUE. Com o desenvolvimento da tecnologia de computadores e da sociedade, a demanda dos usuários por servidores de alta potência está aumentando, e os gabinetes de data center têm requisitos cada vez mais altos para sistemas e equipamentos de resfriamento. A aplicação de novas tecnologias como computação em nuvem e big data aumentou a densidade de potência de um único gabinete de menos de 5kW para não menos que 7kW, ou até mesmo não menos que 10kW, e a demanda por dissipação de calor em data centers aumentou drasticamente.
Em comparação com os condicionadores de ar de precisão tradicionais, o sistema de resfriamento evaporativo no nível de gabinete tem as vantagens de não ter grandes ventiladores, baixo ruído e baixo consumo de energia. É uma das formas técnicas importantes para alcançar resfriamento eficiente em gabinetes de resfriamento de data centers.
A válvula solenoide está conectada ao condensador e ao trocador de calor para realizar a função de conexão e desconexão do condensador e do trocador de calor. A alternância entre o modo de não umidificação e desumidificação (o conteúdo de pesquisa do artigo), o modo de desumidificação e o modo de umidificação pode ser realizada controlando a válvula de ar do obturador, a válvula de três vias e a válvula solenoide.
No sistema, a placa fria evaporativa de expansão direta usa uma placa de aquecimento de silicone como fonte de calor simulada para simular a carga. A placa de aquecimento de silicone está conectada a um regulador de tensão monofásico. A potência da placa de aquecimento é ajustada ajustando a tensão da placa de aquecimento para simular o teste da placa fria evaporativa sob diferentes condições de carga. Uma placa fria evaporativa usa quatro placas de aquecimento de borracha de silicone para realizar o teste de simulação de carga. Como mostrado na Figura 5, para cada placa fria evaporativa, 8 termopares tipo K são dispostos, e os termopares são embutidos na folha de graxa térmica com ranhuras. A lacuna é preenchida com graxa térmica. Desta forma, a temperatura da superfície superior da placa fria evaporativa é medida para examinar sua uniformidade de temperatura.
Sob a mesma potência simulada da fonte de calor, à medida que a velocidade do compressor aumenta, a diferença máxima de temperatura na placa fria evaporativa mostra uma tendência de queda, e a temperatura média também mostra uma tendência de queda. Com o aumento da velocidade do compressor, a pressão de evaporação no sistema diminui, e a temperatura de troca de calor correspondente na placa fria evaporativa diminui, o que faz com que a temperatura de cada ponto de medição também diminua, e a diferença máxima de temperatura também mostre uma tendência de queda. Portanto, para garantir uma melhor uniformidade de temperatura da placa fria evaporativa, a velocidade do compressor pode ser aumentada adequadamente.
As restrições de Eficácia do Uso de Energia (PUE) para data centers recém-construídos estão se tornando cada vez mais rigorosas. Na estrutura de consumo de energia dos data centers, o consumo de energia dos equipamentos usados para resfriar servidores e dissipar calor representa cerca de 40% do consumo total de energia, sendo um fator importante que afeta seu PUE. Com o desenvolvimento da tecnologia de computadores e da sociedade, a demanda dos usuários por servidores de alta potência está aumentando, e os gabinetes de data center têm requisitos cada vez mais altos para sistemas e equipamentos de resfriamento. A aplicação de novas tecnologias como computação em nuvem e big data aumentou a densidade de potência de um único gabinete de menos de 5kW para não menos que 7kW, ou até mesmo não menos que 10kW, e a demanda por dissipação de calor em data centers aumentou drasticamente.
Em comparação com os condicionadores de ar de precisão tradicionais, o sistema de resfriamento evaporativo no nível de gabinete tem as vantagens de não ter grandes ventiladores, baixo ruído e baixo consumo de energia. É uma das formas técnicas importantes para alcançar resfriamento eficiente em gabinetes de resfriamento de data centers.
A válvula solenoide está conectada ao condensador e ao trocador de calor para realizar a função de conexão e desconexão do condensador e do trocador de calor. A alternância entre o modo de não umidificação e desumidificação (o conteúdo de pesquisa do artigo), o modo de desumidificação e o modo de umidificação pode ser realizada controlando a válvula de ar do obturador, a válvula de três vias e a válvula solenoide.
2 Análise de Simulação
Como o fluido de trabalho flui para a placa fria evaporativa em estado bifásico, o canal de fluxo serpentino tradicional tem as desvantagens de difícil desvio de fluxo e pequena área de transferência de calor, e a distribuição desigual do fluido de trabalho em cada canal de fluxo levará a uma grande diferença de temperatura na superfície da placa fria evaporativa. Com base nos defeitos acima, propõe-se otimizar o design do canal de fluxo da placa fria evaporativa.
3 Teste Experimental
Com base nas razões acima, uma placa de resfriamento evaporativo de expansão direta com canal de fluxo em favo de mel, como mostrado na Figura 3, foi produzida. Ao otimizar os parâmetros estruturais do canal de fluxo em favo de mel, o problema do desvio do fluido de trabalho bifásico na placa de resfriamento evaporativo pode ser resolvido; combinado com os resultados da simulação do domínio sólido do canal de fluxo em favo de mel, a placa de resfriamento evaporativo com esta estrutura de canal tem melhor desempenho de uniformidade de temperatura em teoria. A largura do canal de fluxo da placa de resfriamento evaporativo é de 10mm, a altura interna do canal de fluxo é de 3mm e a espessura geral é de 5mm.
No sistema, a placa fria evaporativa de expansão direta usa uma placa de aquecimento de silicone como fonte de calor simulada para simular a carga. A placa de aquecimento de silicone está conectada a um regulador de tensão monofásico. A potência da placa de aquecimento é ajustada ajustando a tensão da placa de aquecimento para simular o teste da placa fria evaporativa sob diferentes condições de carga. Uma placa fria evaporativa usa quatro placas de aquecimento de borracha de silicone para realizar o teste de simulação de carga. Como mostrado na Figura 5, para cada placa fria evaporativa, 8 termopares tipo K são dispostos, e os termopares são embutidos na folha de graxa térmica com ranhuras. A lacuna é preenchida com graxa térmica. Desta forma, a temperatura da superfície superior da placa fria evaporativa é medida para examinar sua uniformidade de temperatura.
4 Resultados e Análise
A Figura 6 é uma curva que mostra a distribuição da temperatura da superfície da placa fria evaporativa ao longo do tempo sob as condições de simular uma potência da fonte de calor de 5kW e uma velocidade do compressor de 4500r/min. A temperatura média da placa fria evaporativa é de 18,5℃; a temperatura mais alta entre os 8 pontos de medição de temperatura é de 19,9℃, e a temperatura mais baixa é de 17,2℃. A diferença de temperatura dentro da placa fria evaporativa é controlada dentro de 4℃. A temperatura da placa fria evaporativa começa a cair a partir da entrada T1. Devido à grande queda de pressão da placa fria evaporativa, a temperatura da placa cai até o ponto de medição T6 e depois sobe até a saída T8. A partir do ponto de medição T6, devido ao aumento da secura do fluido de trabalho, o coeficiente de troca de calor entre o fluido de trabalho e a placa fria evaporativa diminui, a troca de calor convectiva diminui e a temperatura aumenta gradualmente.
Sob a mesma potência simulada da fonte de calor, à medida que a velocidade do compressor aumenta, a diferença máxima de temperatura na placa fria evaporativa mostra uma tendência de queda, e a temperatura média também mostra uma tendência de queda. Com o aumento da velocidade do compressor, a pressão de evaporação no sistema diminui, e a temperatura de troca de calor correspondente na placa fria evaporativa diminui, o que faz com que a temperatura de cada ponto de medição também diminua, e a diferença máxima de temperatura também mostre uma tendência de queda. Portanto, para garantir uma melhor uniformidade de temperatura da placa fria evaporativa, a velocidade do compressor pode ser aumentada adequadamente.