Avec l'application et la vulgarisation des serveurs haute densité au niveau des armoires, l'utilisation des systèmes de climatisation de précision traditionnels au niveau de la salle entraîne des pertes de capacité de refroidissement, ce qui se traduit par un PUE élevé dans les centres de données. Cet article propose un système de refroidissement par dosseret à évaporation directe en détente directe pour le niveau d'armoire de centre de données afin de réduire les pertes de capacité de refroidissement du système de refroidissement de la salle informatique et d'améliorer l'efficacité énergétique du centre de données. Cet article mène une étude expérimentale sur une plaque froide à évaporation d'un système de refroidissement au niveau de l'armoire. La température ambiante du test est de 30 °C, la dissipation thermique simulée est de 5 à 7 kW et la plage de réglage de la vitesse du compresseur est de 3000 à 5000 tr/min. Le test est effectué en régime permanent, et la partie stable des paramètres de performance du système est prise pour le traitement des données et l'analyse des résultats de test. Les résultats montrent que la température moyenne de la plaque froide à évaporation est stable à 18,5 °C et que la différence de température est contrôlée dans les 4 °C, ce qui peut fournir un refroidissement continu et stable à l'armoire de refroidissement.
Les restrictions sur l'efficacité d'utilisation de l'énergie (PUE) pour les centres de données nouvellement construits deviennent de plus en plus strictes. Dans la structure de consommation d'énergie des centres de données, la consommation d'énergie des équipements utilisés pour refroidir les serveurs et dissiper la chaleur représente environ 40 % de la consommation totale d'énergie, ce qui est un facteur majeur affectant son PUE. Avec le développement de la technologie informatique et de la société, la demande des utilisateurs pour des serveurs haute puissance augmente, et les armoires de centre de données ont des exigences de plus en plus élevées pour les systèmes et équipements de refroidissement. L'application de nouvelles technologies telles que le cloud computing et le big data a fait passer la densité de puissance d'une seule armoire de moins de 5 kW à pas moins de 7 kW, voire pas moins de 10 kW, et la demande de dissipation thermique dans les centres de données a considérablement augmenté.
Par rapport aux climatiseurs de précision traditionnels, le système de refroidissement par évaporation au niveau de l'armoire présente les avantages de ne pas avoir de grands ventilateurs, d'un faible bruit et d'une faible consommation d'énergie. C'est l'une des formes techniques importantes pour réaliser un refroidissement efficace dans l'armoire de refroidissement des centres de données.
L'électrovanne est connectée au condenseur et à l'échangeur de chaleur pour réaliser la fonction de connexion et de déconnexion du condenseur et de l'échangeur de chaleur. La commutation entre le mode sans humidification et déshumidification (le contenu de recherche de l'article), le mode déshumidification et le mode humidification peut être réalisée en contrôlant le registre d'air, la vanne trois voies et l'électrovanne.
Dans le système, la plaque froide à évaporation à détente directe utilise une plaque chauffante en silicone comme source de chaleur simulée pour simuler la charge. La plaque chauffante en silicone est connectée à un régulateur de tension monophasé. La puissance de la plaque chauffante est ajustée en réglant la tension de la plaque chauffante pour simuler le test de la plaque froide à évaporation dans différentes conditions de charge. Une plaque froide à évaporation utilise quatre plaques chauffantes en caoutchouc de silicone pour réaliser le test de simulation de charge. Comme le montre la figure 5, pour chaque plaque froide à évaporation, 8 thermocouples de type K sont disposés, et les thermocouples sont encastrés dans la feuille de graisse thermique rainurée. L'espace est rempli de graisse thermique. De cette manière, la température de la surface supérieure de la plaque froide à évaporation est mesurée pour examiner son uniformité de température.
Dans les mêmes conditions de puissance de source de chaleur simulée, à mesure que la vitesse du compresseur augmente, la différence de température maximale dans la plaque froide à évaporation montre une tendance à la baisse, et la température moyenne montre également une tendance à la baisse. À mesure que la vitesse du compresseur augmente, la pression d'évaporation dans le système diminue, et la température d'échange thermique correspondante dans la plaque froide à évaporation diminue, ce qui fait que la température de chaque point de mesure diminue également, et la différence de température maximale montre également une tendance à la baisse. Par conséquent, afin de garantir une meilleure uniformité de température de la plaque froide à évaporation, la vitesse du compresseur peut être augmentée de manière appropriée.
Les restrictions sur l'efficacité d'utilisation de l'énergie (PUE) pour les centres de données nouvellement construits deviennent de plus en plus strictes. Dans la structure de consommation d'énergie des centres de données, la consommation d'énergie des équipements utilisés pour refroidir les serveurs et dissiper la chaleur représente environ 40 % de la consommation totale d'énergie, ce qui est un facteur majeur affectant son PUE. Avec le développement de la technologie informatique et de la société, la demande des utilisateurs pour des serveurs haute puissance augmente, et les armoires de centre de données ont des exigences de plus en plus élevées pour les systèmes et équipements de refroidissement. L'application de nouvelles technologies telles que le cloud computing et le big data a fait passer la densité de puissance d'une seule armoire de moins de 5 kW à pas moins de 7 kW, voire pas moins de 10 kW, et la demande de dissipation thermique dans les centres de données a considérablement augmenté.
Par rapport aux climatiseurs de précision traditionnels, le système de refroidissement par évaporation au niveau de l'armoire présente les avantages de ne pas avoir de grands ventilateurs, d'un faible bruit et d'une faible consommation d'énergie. C'est l'une des formes techniques importantes pour réaliser un refroidissement efficace dans l'armoire de refroidissement des centres de données.
L'électrovanne est connectée au condenseur et à l'échangeur de chaleur pour réaliser la fonction de connexion et de déconnexion du condenseur et de l'échangeur de chaleur. La commutation entre le mode sans humidification et déshumidification (le contenu de recherche de l'article), le mode déshumidification et le mode humidification peut être réalisée en contrôlant le registre d'air, la vanne trois voies et l'électrovanne.
2 Analyse de simulation
Étant donné que le fluide de travail s'écoule dans la plaque froide à évaporation dans un état diphasique, le canal d'écoulement en serpentin traditionnel présente les inconvénients d'une dérivation difficile et d'une petite surface de transfert de chaleur, et la distribution inégale du fluide de travail dans chaque canal d'écoulement entraînera une grande différence de température sur la surface de la plaque froide à évaporation. Sur la base des défauts ci-dessus, il est proposé d'optimiser la conception du canal d'écoulement de la plaque froide à évaporation.
3 Test expérimental
Sur la base des raisons ci-dessus, une plaque de refroidissement par évaporation à détente directe avec canal en nid d'abeille comme le montre la figure 3 a été fabriquée. En optimisant les paramètres structurels du canal en nid d'abeille, le problème de la dérivation du fluide de travail diphasique dans la plaque de refroidissement par évaporation peut être résolu ; combiné aux résultats de simulation du domaine solide du canal en nid d'abeille, la plaque de refroidissement par évaporation avec cette structure de canal présente théoriquement de meilleures performances d'uniformité de température. La largeur du canal d'écoulement de la plaque de refroidissement par évaporation est de 10 mm, la hauteur du canal interne est de 3 mm et l'épaisseur totale est de 5 mm.
Dans le système, la plaque froide à évaporation à détente directe utilise une plaque chauffante en silicone comme source de chaleur simulée pour simuler la charge. La plaque chauffante en silicone est connectée à un régulateur de tension monophasé. La puissance de la plaque chauffante est ajustée en réglant la tension de la plaque chauffante pour simuler le test de la plaque froide à évaporation dans différentes conditions de charge. Une plaque froide à évaporation utilise quatre plaques chauffantes en caoutchouc de silicone pour réaliser le test de simulation de charge. Comme le montre la figure 5, pour chaque plaque froide à évaporation, 8 thermocouples de type K sont disposés, et les thermocouples sont encastrés dans la feuille de graisse thermique rainurée. L'espace est rempli de graisse thermique. De cette manière, la température de la surface supérieure de la plaque froide à évaporation est mesurée pour examiner son uniformité de température.
4 Résultats et analyse
La figure 6 est une courbe montrant la distribution de la température de surface de la plaque froide à évaporation au fil du temps dans les conditions d'une puissance de source de chaleur simulée de 5 kW et d'une vitesse de compresseur de 4500 tr/min. La température moyenne de la plaque froide à évaporation est de 18,5 °C ; la température la plus élevée parmi les 8 points de mesure est de 19,9 °C et la température la plus basse est de 17,2 °C. La différence de température à l'intérieur de la plaque froide à évaporation est contrôlée dans les 4 °C. La température de la plaque froide à évaporation commence à baisser à partir de l'entrée T1. En raison de la grande chute de pression de la plaque froide à évaporation, la température de la plaque descend jusqu'au point de mesure T6, puis remonte jusqu'à la sortie T8. À partir du point de mesure T6, en raison de l'augmentation de la siccité du fluide de travail, le coefficient d'échange thermique entre le fluide de travail et la plaque froide à évaporation diminue, l'échange convectif diminue et la température augmente progressivement.
Dans les mêmes conditions de puissance de source de chaleur simulée, à mesure que la vitesse du compresseur augmente, la différence de température maximale dans la plaque froide à évaporation montre une tendance à la baisse, et la température moyenne montre également une tendance à la baisse. À mesure que la vitesse du compresseur augmente, la pression d'évaporation dans le système diminue, et la température d'échange thermique correspondante dans la plaque froide à évaporation diminue, ce qui fait que la température de chaque point de mesure diminue également, et la différence de température maximale montre également une tendance à la baisse. Par conséquent, afin de garantir une meilleure uniformité de température de la plaque froide à évaporation, la vitesse du compresseur peut être augmentée de manière appropriée.