Mit der Einführung und Verbreitung von hochdichten Servern auf Kabinettebene führt der Einsatz traditioneller räumlicher Präzisionskühlsysteme zur Kühlkapazität, was zu einem hohen PUE in Rechenzentren führt. Dieses Papier schlägt ein direktes Verdunstungskühlsystem für das Backplane-Kühlsystem für Rechenzentrumsschränke vor, um den Kühlkapazitätsverlust des Computerraum-Kühlsystems zu reduzieren und die Energieeffizienz des Rechenzentrums zu verbessern. Diese Arbeit führt eine experimentelle Studie an einer verdunstungskalten Platte eines Kühlsystems auf Kabinettniveau durch. Die Testumgebungstemperatur beträgt 30°C, die simulierte Wärmeableitung beträgt 5–7 kW und der Drehzahlbereich des Kompressors liegt bei 3000–5000 U/min. Der Test wird im stationären Zustand durchgeführt, und der stabile Teil der Systemleistungsparameter wird für die Datenverarbeitung und Testergebnisanalyse verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass die durchschnittliche Temperatur der verdunstungskalten Platte bei 18,5°C stabil ist und der Temperaturunterschied innerhalb von 4°C kontrolliert wird, was eine kontinuierliche und stabile Kühlung für den Kühlschrank ermöglicht.
Die Beschränkungen zur Leistungseffizienz (PUE) für neu errichtete Rechenzentren werden immer strenger. In der Energieverbrauchsstruktur von Rechenzentren macht der Energieverbrauch von Geräten, die zur Kühlung von Servern und zur Wärmeabgabe verwendet werden, etwa 40 % des gesamten Energieverbrauchs aus, was ein wesentlicher Faktor für das PUE ist. Mit der Entwicklung der Computertechnologie und der Gesellschaft steigt die Nachfrage der Nutzer nach leistungsstarken Servern, und Rechenzentrumsschränke stellen immer höhere Anforderungen an Kühlsysteme und Geräte. Der Einsatz neuer Technologien wie Cloud Computing und Big Data hat die Leistungsdichte eines einzelnen Schranks von weniger als 5 kW auf mindestens 7 kW oder sogar nicht weniger als 10 kW erhöht, und die Nachfrage nach Wärmeableitung in Rechenzentren ist dramatisch gestiegen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Präzisionsklimaanlagen bietet das Verdunstungskühlsystem auf Schrankebene den Vorteil, dass es keine großen Lüfter, wenig Geräusche und einen geringen Energieverbrauch gibt. Sie ist eine der wichtigen technischen Formen, um eine effiziente Kühlung in Rechenzentren zu erzielen.
Das Magnetventil ist mit dem Kondensator und dem Wärmetauscher verbunden, um die Verbindungs- und Abschaltfunktion von Kondensator und Wärmetauscher zu realisieren. Der Wechsel zwischen dem Nicht-Befeuchtungs- und Entfeuchtungsmodus (der Forschungsinhalt des Artikels), dem Entfeuchtungsmodus und dem Befeuchtungsmodus kann durch die Steuerung des Verschlussluftventils, des Dreifachventils und des Magnetventils realisiert werden.
Im System verwendet die Direktausdehnungs-Verdunstungs-Kaltplatte eine Silikon-Heizplatte als simulierte Wärmequelle, um die Last zu simulieren. Die Silikonheizplatte ist mit einem einphasigen Spannungsregler verbunden. Die Leistung der Heizplatte wird durch Anpassung der Spannung der Heizplatte eingestellt, um den Test der verdunstungskalten Platte unter unterschiedlichen Lastbedingungen zu simulieren. Eine Verdunstungs-Kaltplatte verwendet vier Silikonkautschuk-Heizplatten, um den Lastsimulationstest durchzuführen. Wie in Abbildung 5 gezeigt, sind für jede verdunstungskalte Platte 8 K-Typ-Thermoelemente angeordnet, und die Thermoelemente sind in das geschlitzte thermische Fettblatt eingebettet. Der Spalt ist mit Thermofett gefüllt. Auf diese Weise wird die obere Oberflächentemperatur der verdunstungskalten Platte gemessen, um deren Temperaturgleichmäßigkeit zu untersuchen.
Bei derselben simulierten Wärmequellenleistung zeigt mit steigender Kompressorgeschwindigkeit der maximale Temperaturunterschied in der verdunstungsbedingten Kaltplatte einen Abwärtstrend, und die Durchschnittstemperatur zeigt ebenfalls einen Abwärtstrend. Mit steigender Drehzahl des Verdichters nimmt der Verdampfungsdruck im System ab, und die entsprechende Wärmetauschtemperatur in der verdunstungskalten Platte nimmt ab, wodurch auch die Temperatur jedes Messpunktes sinkt, und der maximale Temperaturunterschied zeigt ebenfalls einen Abwärtstrend. Daher kann zur Gewährleistung einer besseren Temperaturgleichmäßigkeit der verdunstungskalten Platte die Verdichtergeschwindigkeit angemessen erhöht werden.
Die Beschränkungen zur Leistungseffizienz (PUE) für neu errichtete Rechenzentren werden immer strenger. In der Energieverbrauchsstruktur von Rechenzentren macht der Energieverbrauch von Geräten, die zur Kühlung von Servern und zur Wärmeabgabe verwendet werden, etwa 40 % des gesamten Energieverbrauchs aus, was ein wesentlicher Faktor für das PUE ist. Mit der Entwicklung der Computertechnologie und der Gesellschaft steigt die Nachfrage der Nutzer nach leistungsstarken Servern, und Rechenzentrumsschränke stellen immer höhere Anforderungen an Kühlsysteme und Geräte. Der Einsatz neuer Technologien wie Cloud Computing und Big Data hat die Leistungsdichte eines einzelnen Schranks von weniger als 5 kW auf mindestens 7 kW oder sogar nicht weniger als 10 kW erhöht, und die Nachfrage nach Wärmeableitung in Rechenzentren ist dramatisch gestiegen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Präzisionsklimaanlagen bietet das Verdunstungskühlsystem auf Schrankebene den Vorteil, dass es keine großen Lüfter, wenig Geräusche und einen geringen Energieverbrauch gibt. Sie ist eine der wichtigen technischen Formen, um eine effiziente Kühlung in Rechenzentren zu erzielen.
Das Magnetventil ist mit dem Kondensator und dem Wärmetauscher verbunden, um die Verbindungs- und Abschaltfunktion von Kondensator und Wärmetauscher zu realisieren. Der Wechsel zwischen dem Nicht-Befeuchtungs- und Entfeuchtungsmodus (der Forschungsinhalt des Artikels), dem Entfeuchtungsmodus und dem Befeuchtungsmodus kann durch die Steuerung des Verschlussluftventils, des Dreifachventils und des Magnetventils realisiert werden.
2 Simulationsanalyse
Da das Arbeitsmedium in einem zweiphasigen Zustand in die verdunstungskalte Platte fließt, hat der traditionelle serpentinische Strömungskanal die Nachteile der schwierigen Flussumleitung und einer kleinen Wärmeübertragungsfläche, und die ungleichmäßige Verteilung des Arbeitsmediums in jedem Strömungskanal führt zu einem großen Temperaturunterschied auf der Oberfläche der verdunstungskalten Platte. Basierend auf den oben genannten Mängeln wird vorgeschlagen, das Design des verdunstungsfähigen Kaltplattenstromkanals zu optimieren.
3 Experimenteller Test
Basierend auf den oben genannten Gründen wurde eine Wabenströmungskanal-direkte Expansions-Verdunstungskühlplatte, wie in Abbildung 3 dargestellt, hergestellt. Durch Optimierung der strukturellen Parameter des Wabenflusskanals kann das Problem der zweiphasigen Arbeitsflüssigkeitsumleitung in der Verdampfungskühlplatte gelöst werden; In Kombination mit den Simulationsergebnissen des Wabenflusskanals als fester Bereich weist die Verdunstungskühlplatte mit dieser Strömungskanalstruktur theoretisch eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit auf. Die Durchflusskanalbreite der Verdunstungskühlplatte beträgt 10 mm, die Innenströmungskanalhöhe 3 mm und die Gesamtdicke 5 mm.
Im System verwendet die Direktausdehnungs-Verdunstungs-Kaltplatte eine Silikon-Heizplatte als simulierte Wärmequelle, um die Last zu simulieren. Die Silikonheizplatte ist mit einem einphasigen Spannungsregler verbunden. Die Leistung der Heizplatte wird durch Anpassung der Spannung der Heizplatte eingestellt, um den Test der verdunstungskalten Platte unter unterschiedlichen Lastbedingungen zu simulieren. Eine Verdunstungs-Kaltplatte verwendet vier Silikonkautschuk-Heizplatten, um den Lastsimulationstest durchzuführen. Wie in Abbildung 5 gezeigt, sind für jede verdunstungskalte Platte 8 K-Typ-Thermoelemente angeordnet, und die Thermoelemente sind in das geschlitzte thermische Fettblatt eingebettet. Der Spalt ist mit Thermofett gefüllt. Auf diese Weise wird die obere Oberflächentemperatur der verdunstungskalten Platte gemessen, um deren Temperaturgleichmäßigkeit zu untersuchen.
4 Ergebnisse und Analyse
Abbildung 6 zeigt eine Kurve, die die Oberflächentemperaturverteilung der verdunstungskalten Platte über die Zeit unter Bedingungen der Simulation einer Wärmequellenleistung von 5 kW und einer Kompressorgeschwindigkeit von 4500 r/min zeigt. Die Durchschnittstemperatur der verdunstungskalten Platte beträgt 18,5°C; die höchste Temperatur unter den 8 Messpunkten beträgt 19,9 °C, die niedrigste 17,2 °C. Der Temperaturunterschied innerhalb der verdunstungskalten Platte wird innerhalb von 4°C kontrolliert. Die Temperatur der verdunstungskalten Platte beginnt ab dem Einlass T1 zu sinken. Aufgrund des großen Druckabfalls der verdunstungskalten Platte sinkt die Temperatur der Platte bis zum Messpunkt T6 und steigt dann bis zum Auslass T8 an. Ab dem T6-Messpunkt nimmt aufgrund der zunehmenden Trockenheit des Arbeitsmediums der Wärmeaustauschkoeffizient zwischen dem Arbeitsmedium und der verdunstungskalten Platte ab, der konvektive Wärmeaustausch nimmt ab und die Temperatur steigt allmählich an.
Bei derselben simulierten Wärmequellenleistung zeigt mit steigender Kompressorgeschwindigkeit der maximale Temperaturunterschied in der verdunstungsbedingten Kaltplatte einen Abwärtstrend, und die Durchschnittstemperatur zeigt ebenfalls einen Abwärtstrend. Mit steigender Drehzahl des Verdichters nimmt der Verdampfungsdruck im System ab, und die entsprechende Wärmetauschtemperatur in der verdunstungskalten Platte nimmt ab, wodurch auch die Temperatur jedes Messpunktes sinkt, und der maximale Temperaturunterschied zeigt ebenfalls einen Abwärtstrend. Daher kann zur Gewährleistung einer besseren Temperaturgleichmäßigkeit der verdunstungskalten Platte die Verdichtergeschwindigkeit angemessen erhöht werden.