Mit der Anwendung und Verbreitung von hochdichten Servern auf Rack-Ebene führt die Verwendung herkömmlicher raumbezogener Präzisionsklimaanlagen-Kühlsysteme zu Kälteverlusten, was zu einem hohen PUE in Rechenzentren führt. Dieses Papier schlägt ein direkt expandierendes Verdunstungskühlungs-Backplane-Kühlsystem für die Rack-Ebene von Rechenzentren vor, um den Kälteverlust des Kühlsystems im Computerraum zu reduzieren und die Energieeffizienz des Rechenzentrums zu verbessern. In diesem Papier wird eine experimentelle Studie an einer Verdunstungskühlplatte eines Kühlsystems auf Rack-Ebene durchgeführt. Die Umgebungstemperatur des Tests beträgt 30℃, die simulierte Wärmeabgabe beträgt 5-7kW und der Drehzahl-Einstellbereich des Kompressors beträgt 3000-5000 U/min. Der Test wird im stationären Zustand durchgeführt, und der stabile Teil der Systemleistungsparameter wird für die Datenverarbeitung und die Analyse der Testergebnisse verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Durchschnittstemperatur der Verdunstungskühlplatte stabil bei 18,5℃ liegt und die Temperaturdifferenz innerhalb von 4℃ kontrolliert wird, was eine kontinuierliche und stabile Kühlung des Kühlschranks gewährleisten kann.
Die PUE-Beschränkungen (Power Usage Effectiveness) für neu gebaute Rechenzentren werden immer strenger. In der Energiestruktur von Rechenzentren macht der Energieverbrauch der Geräte zur Kühlung von Servern und zur Wärmeableitung etwa 40% des Gesamtenergieverbrauchs aus, was ein wesentlicher Faktor ist, der den PUE beeinflusst. Mit der Entwicklung der Computertechnologie und der Gesellschaft steigt die Nachfrage der Benutzer nach Hochleistungsservern, und die Anforderungen an Kühlsysteme und -geräte für Rechenzentrums-Racks werden immer höher. Die Anwendung neuer Technologien wie Cloud Computing und Big Data hat die Leistungsdichte eines einzelnen Racks von weniger als 5kW auf nicht weniger als 7kW oder sogar nicht weniger als 10kW erhöht, und der Bedarf an Wärmeableitung in Rechenzentren ist dramatisch gestiegen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Präzisionsklimageräten hat das Verdunstungskühlsystem auf Rack-Ebene die Vorteile von keinen großen Ventilatoren, geringem Geräusch und niedrigem Energieverbrauch. Es ist eine der wichtigsten technischen Formen, um eine effiziente Kühlung in Rechenzentren zu erreichen.
Das Magnetventil ist mit dem Kondensator und dem Wärmetauscher verbunden, um die Verbindungs- und Trennfunktion des Kondensators und des Wärmetauschers zu realisieren. Das Umschalten zwischen dem Nicht-Befeuchtungs- und Entfeuchtungsmodus (der Forschungsinhalt des Artikels), dem Entfeuchtungsmodus und dem Befeuchtungsmodus kann durch Steuerung des Klappenluftventils, des Dreiwegeventils und des Magnetventils realisiert werden.
Im System verwendet die direkt expandierende Verdunstungskühlplatte eine Silikonheizplatte als simulierte Wärmequelle, um die Last zu simulieren. Die Silikonheizplatte ist mit einem Einphasen-Spannungsregler verbunden. Die Leistung der Heizplatte wird durch Einstellen der Spannung der Heizplatte angepasst, um den Test der Verdunstungskühlplatte unter verschiedenen Lastbedingungen zu simulieren. Eine Verdunstungskühlplatte verwendet vier Silikonkautschuk-Heizplatten, um den Lastsimulationstest zu realisieren. Wie in Abbildung 5 gezeigt, sind für jede Verdunstungskühlplatte 8 K-Typ-Thermoelemente angeordnet, und die Thermoelemente sind in die geschlitzte Wärmeleitpaste eingebettet. Der Spalt ist mit Wärmeleitpaste gefüllt. Auf diese Weise wird die Obertemperatur der Verdunstungskühlplatte gemessen, um ihre Temperaturgleichmäßigkeit zu untersuchen.
Bei gleicher simulierter Wärmequellenleistung zeigt die maximale Temperaturdifferenz in der Verdunstungskühlplatte mit zunehmender Kompressordrehzahl einen Abwärtstrend, und auch die Durchschnittstemperatur zeigt einen Abwärtstrend. Mit zunehmender Kompressordrehzahl sinkt der Verdampfungsdruck im System, und die entsprechende Wärmeübertragungstemperatur in der Verdunstungskühlplatte sinkt, was dazu führt, dass auch die Temperatur an jedem Messpunkt sinkt, und die maximale Temperaturdifferenz zeigt ebenfalls einen Abwärtstrend. Daher kann die Kompressordrehzahl angemessen erhöht werden, um eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit der Verdunstungskühlplatte zu gewährleisten.
Die PUE-Beschränkungen (Power Usage Effectiveness) für neu gebaute Rechenzentren werden immer strenger. In der Energiestruktur von Rechenzentren macht der Energieverbrauch der Geräte zur Kühlung von Servern und zur Wärmeableitung etwa 40% des Gesamtenergieverbrauchs aus, was ein wesentlicher Faktor ist, der den PUE beeinflusst. Mit der Entwicklung der Computertechnologie und der Gesellschaft steigt die Nachfrage der Benutzer nach Hochleistungsservern, und die Anforderungen an Kühlsysteme und -geräte für Rechenzentrums-Racks werden immer höher. Die Anwendung neuer Technologien wie Cloud Computing und Big Data hat die Leistungsdichte eines einzelnen Racks von weniger als 5kW auf nicht weniger als 7kW oder sogar nicht weniger als 10kW erhöht, und der Bedarf an Wärmeableitung in Rechenzentren ist dramatisch gestiegen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Präzisionsklimageräten hat das Verdunstungskühlsystem auf Rack-Ebene die Vorteile von keinen großen Ventilatoren, geringem Geräusch und niedrigem Energieverbrauch. Es ist eine der wichtigsten technischen Formen, um eine effiziente Kühlung in Rechenzentren zu erreichen.
Das Magnetventil ist mit dem Kondensator und dem Wärmetauscher verbunden, um die Verbindungs- und Trennfunktion des Kondensators und des Wärmetauschers zu realisieren. Das Umschalten zwischen dem Nicht-Befeuchtungs- und Entfeuchtungsmodus (der Forschungsinhalt des Artikels), dem Entfeuchtungsmodus und dem Befeuchtungsmodus kann durch Steuerung des Klappenluftventils, des Dreiwegeventils und des Magnetventils realisiert werden.
2 Simulationsanalyse
Da das Arbeitsmedium im Zweiphasenzustand in die Verdunstungskühlplatte strömt, hat der herkömmliche Serpentinenströmungskanal die Nachteile einer schwierigen Strömungsverteilung und einer kleinen Wärmeübertragungsfläche, und die ungleichmäßige Verteilung des Arbeitsmediums in den einzelnen Kanälen kann zu einer großen Temperaturdifferenz auf der Oberfläche der Verdunstungskühlplatte führen. Aufgrund der oben genannten Mängel wird vorgeschlagen, die Strömungskanäle der Verdunstungskühlplatte optimiert zu gestalten.
3 Experimenteller Test
Aus den oben genannten Gründen wurde eine direkt expandierende Verdunstungskühlplatte mit Wabenströmungskanal hergestellt, wie in Abbildung 3 gezeigt. Durch die Optimierung der Strukturparameter des Wabenströmungskanals kann das Problem der Zweiphasen-Arbeitsmediumverteilung in der Verdunstungskühlplatte gelöst werden; kombiniert mit den Simulationsergebnissen des Festkörperbereichs des Wabenströmungskanals hat die Verdunstungskühlplatte mit dieser Strömungskanalstruktur theoretisch eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit. Die Kanalbreite der Verdunstungskühlplatte beträgt 10mm, die Höhe des inneren Strömungskanals 3mm und die Gesamtdicke 5mm.
Im System verwendet die direkt expandierende Verdunstungskühlplatte eine Silikonheizplatte als simulierte Wärmequelle, um die Last zu simulieren. Die Silikonheizplatte ist mit einem Einphasen-Spannungsregler verbunden. Die Leistung der Heizplatte wird durch Einstellen der Spannung der Heizplatte angepasst, um den Test der Verdunstungskühlplatte unter verschiedenen Lastbedingungen zu simulieren. Eine Verdunstungskühlplatte verwendet vier Silikonkautschuk-Heizplatten, um den Lastsimulationstest zu realisieren. Wie in Abbildung 5 gezeigt, sind für jede Verdunstungskühlplatte 8 K-Typ-Thermoelemente angeordnet, und die Thermoelemente sind in die geschlitzte Wärmeleitpaste eingebettet. Der Spalt ist mit Wärmeleitpaste gefüllt. Auf diese Weise wird die Obertemperatur der Verdunstungskühlplatte gemessen, um ihre Temperaturgleichmäßigkeit zu untersuchen.
4 Ergebnisse und Analyse
Abbildung 6 ist eine Kurve, die die Oberflächentemperaturverteilung der Verdunstungskühlplatte über die Zeit unter den Bedingungen einer simulierten Wärmequellenleistung von 5kW und einer Kompressordrehzahl von 4500 U/min zeigt. Die Durchschnittstemperatur der Verdunstungskühlplatte beträgt 18,5℃; die höchste Temperatur unter den 8 Messpunkten beträgt 19,9℃ und die niedrigste Temperatur 17,2℃. Die Temperaturdifferenz innerhalb der Verdunstungskühlplatte wird innerhalb von 4℃ kontrolliert. Die Temperatur der Verdunstungskühlplatte beginnt vom Einlass T1 zu fallen. Aufgrund des großen Druckabfalls der Verdunstungskühlplatte fällt die Plattentemperatur auf den Messpunkt T6 und steigt dann zum Auslass T8 an. Ab dem Messpunkt T6 nimmt aufgrund der Zunahme des Arbeitsmedium-Dampfgehalts der Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Arbeitsmedium und der Verdunstungskühlplatte ab, die konvektive Wärmeübertragung nimmt ab und die Temperatur steigt allmählich an.
Bei gleicher simulierter Wärmequellenleistung zeigt die maximale Temperaturdifferenz in der Verdunstungskühlplatte mit zunehmender Kompressordrehzahl einen Abwärtstrend, und auch die Durchschnittstemperatur zeigt einen Abwärtstrend. Mit zunehmender Kompressordrehzahl sinkt der Verdampfungsdruck im System, und die entsprechende Wärmeübertragungstemperatur in der Verdunstungskühlplatte sinkt, was dazu führt, dass auch die Temperatur an jedem Messpunkt sinkt, und die maximale Temperaturdifferenz zeigt ebenfalls einen Abwärtstrend. Daher kann die Kompressordrehzahl angemessen erhöht werden, um eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit der Verdunstungskühlplatte zu gewährleisten.