Com a aplicação e popularização de servidores de alta densidade em nível de gabinete, o uso de sistemas tradicionais de refrigeração de ar-condicionado de precisão em nível de sala causará perda de capacidade de resfriamento, resultando em alto PUE em data centers. Este artigo propõe um sistema de refrigeração backplane de refrigeração por expansão direta por refrigeração evaporativa para nível de gabinete de data center, a fim de 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 um armário. A temperatura ambiente de teste é de 30°C, a dissipação simulada de calor é de 5-7kW, e a faixa de ajuste de velocidade do compressor é de 3000-5000r/min. O teste é realizado em regime estacionário, e a parte estável dos parâmetros de desempenho do sistema é tomada para processamento de dados e análise de resultados de testes. Os resultados mostram que a temperatura média da placa fria evaporativa é estável em 18,5°C, e a diferença de temperatura é controlada dentro de 4°C, o que pode fornecer resfriamento contínuo e estável ao gabinete de resfriamento.
As restrições de Efetividade 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, o que é um fator importante que afeta seu PUE. Com o desenvolvimento da tecnologia e da sociedade dos computadores, a demanda dos usuários por servidores de alta potência está aumentando, e os armários de data center têm exigências cada vez maiores por 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 10kW, e a demanda por dissipação de calor em data centers aumentou dramaticamente.
Comparado aos ar-condicionados de precisão tradicionais, o sistema de resfriamento evaporativo em nível de gabinete tem a vantagem de não ter ventiladores grandes, baixo ruído e baixo consumo de energia. É uma das formas técnicas importantes para alcançar refrigeração eficiente em gabinetes de resfriamento de data centers.
A válvula solenoide é conectada ao condensador e ao trocador de calor para realizar a conexão e a função de desconexão entre o condensador e o trocador de calor. A alternância entre os modos 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 utiliza uma placa de aquecimento de silicone como fonte de calor simulada para simular a carga. A placa de aquecimento de silicone é 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 utiliza 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 do tipo K são organizados, e os termopares são embutidos na folha de gordura térmica com ranhuras. A fresta é preenchida com graxa térmica. Dessa forma, a temperatura superior da superfície 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 apresenta uma tendência de queda. À medida que a velocidade do compressor aumenta, a pressão de evaporação no sistema diminui, e a temperatura correspondente de troca de calor 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 mostra uma tendência descendente. Portanto, para garantir melhor uniformidade de temperatura da placa fria evaporativa, a velocidade do compressor pode ser aumentada adequadamente.
As restrições de Efetividade 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, o que é um fator importante que afeta seu PUE. Com o desenvolvimento da tecnologia e da sociedade dos computadores, a demanda dos usuários por servidores de alta potência está aumentando, e os armários de data center têm exigências cada vez maiores por 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 10kW, e a demanda por dissipação de calor em data centers aumentou dramaticamente.
Comparado aos ar-condicionados de precisão tradicionais, o sistema de resfriamento evaporativo em nível de gabinete tem a vantagem de não ter ventiladores grandes, baixo ruído e baixo consumo de energia. É uma das formas técnicas importantes para alcançar refrigeração eficiente em gabinetes de resfriamento de data centers.
A válvula solenoide é conectada ao condensador e ao trocador de calor para realizar a conexão e a função de desconexão entre o condensador e o trocador de calor. A alternância entre os modos 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 tradicional de fluxo serpentino apresenta as desvantagens de desvio de fluxo difícil e área de transferência de calor reduzida, 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 projeto do canal de fluxo evaporativo da placa fria.
3 Teste experimental
Com base nas razões acima, foi produzida uma placa de resfriamento evaporativa por expansão direta em canal de fluxo em favo de mel, como mostrado na Figura 3. Otimizando os parâmetros estruturais do canal de fluxo em favo de mel, o problema da desviação bifásica do fluido de trabalho na placa de resfriamento evaporativa pode ser resolvido; Combinado com os resultados da simulação do domínio sólido do canal de escoamento em favo de mel, a placa de resfriamento evaporativo com essa estrutura de canal de fluxo apresenta melhor desempenho de uniformidade de temperatura em teoria. A largura do canal de fluxo da placa de resfriamento evaporativo é de 10mm, a altura do canal de fluxo interno é de 3mm e a espessura total é de 5mm.
No sistema, a placa fria evaporativa de expansão direta utiliza uma placa de aquecimento de silicone como fonte de calor simulada para simular a carga. A placa de aquecimento de silicone é 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 utiliza 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 do tipo K são organizados, e os termopares são embutidos na folha de gordura térmica com ranhuras. A fresta é preenchida com graxa térmica. Dessa forma, a temperatura superior da superfície 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 superficial da placa fria evaporativa ao longo do tempo sob as condições de simulação de uma potência de fonte de calor de 5kW e uma velocidade do compressor de 4500r/min. A temperatura média da placa fria evaporativa é de 18,5°C; a temperatura mais alta entre os 8 pontos de medição é 19,9°C, e a menor é 17,2°C. A diferença de temperatura dentro da placa fria evaporativa é controlada dentro de 4°C. 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 apresenta uma tendência de queda. À medida que a velocidade do compressor aumenta, a pressão de evaporação no sistema diminui, e a temperatura correspondente de troca de calor 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 mostra uma tendência descendente. Portanto, para garantir melhor uniformidade de temperatura da placa fria evaporativa, a velocidade do compressor pode ser aumentada adequadamente.