Avec l’application et la popularisation des serveurs de niveau armoire à haute densité, l’utilisation de systèmes traditionnels de climatisation de précision au niveau de la pièce entraînera une perte de capacité de refroidissement, entraînant un PUE élevé dans les centres de données. Cet article propose un système de refroidissement par refroidissement par expansion directe par évaporation au niveau de l’armoire du centre de données afin de réduire la perte de capacité de refroidissement du système de réfrigération de la salle informatique et d’améliorer l’efficacité énergétique du centre de données. Cet article mène une étude expérimentale sur une plaque froide évaporative d’un système de réfrigération au niveau d’un placard. La température ambiante de test est de 30°C, la dissipation de chaleur simulée est de 5 à 7 kW, et la plage de réglage de la vitesse du compresseur est de 3000 à 5000 r/min. Le test est effectué en régime permanent, et la partie stable des paramètres de performance du système est prise en compte pour le traitement des données et l’analyse des résultats des tests. Les résultats montrent que la température moyenne de la plaque froide par évaporation est stable à 18,5°C, et que la différence de température est contrôlée à 4°C, ce qui peut assurer un refroidissement continu et stable à l’enceinte de refroidissement.
Les restrictions d’efficacité de la consommation d’énergie (PUE) pour les centres de données nouvellement construits deviennent de plus en plus strictes. Dans la structure de consommation énergétique 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 à haute puissance augmente, et les armoires de centres de données ont des exigences de plus en plus élevées en matière de systèmes de refroidissement et d’équipements. L’application de nouvelles technologies telles que l’informatique en nuage et le big data a augmenté la densité de puissance d’un seul cabinet 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.
Comparé aux climatiseurs de précision traditionnels, le système de refroidissement par évaporation au niveau de l’armoire présente l’avantage de ne pas avoir de gros ventilateurs, de faible bruit et d’une faible consommation d’énergie. C’est l’une des formes techniques importantes pour obtenir un refroidissement efficace dans les cabines de refroidissement des centres de données.
La vanne solénoïde est connectée au condenseur et à l’échangeur de chaleur pour réaliser la fonction de connexion et de déconnexion entre le condenseur et l’échangeur de chaleur. La commutation entre le mode non-humidification et le mode déshumidification (le contenu de recherche de l’article), le mode déshumidification et le mode humidification peut être réalisée en contrôlant la vanne d’air de l’obturateur, la vanne à trois voies et la vanne électronïde.
Dans le système, la plaque froide à expansion directe et évaporation utilise une plaque chauffante en silicone comme source de chaleur simulée pour simuler la charge. La plaque chauffante en silicone est reliée à un régulateur de tension monophasé. La puissance de la plaque chauffante est ajustée en ajustant la tension de la plaque chauffante pour simuler l’essai de la plaque froide évaporative sous différentes conditions de charge. Une plaque froide évaporative utilise quatre plaques chauffantes en caoutchouc siliconique pour réaliser le test de simulation de charge. Comme montré à la Figure 5, pour chaque plaque froide évaporative, 8 thermocouples de type K sont disposés, et les thermocouples sont intégrés dans la feuille de graisse thermique à fentes. L’espace est comblé avec de la graisse thermique. Ainsi, la température supérieure de surface de la plaque froide évaporative est mesurée pour examiner son uniformité de température.
Sous la même puissance de source de chaleur simulée, à mesure que la vitesse du compresseur augmente, la différence maximale de température dans la plaque froide par 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 évaporative diminue, ce qui fait également baisser la température de chaque point de mesure, et la différence maximale de température montre également une tendance à la baisse. Ainsi, afin d’assurer une meilleure uniformité de température de la plaque froide évaporative, la vitesse du compresseur peut être augmentée de manière appropriée.
Les restrictions d’efficacité de la consommation d’énergie (PUE) pour les centres de données nouvellement construits deviennent de plus en plus strictes. Dans la structure de consommation énergétique 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 à haute puissance augmente, et les armoires de centres de données ont des exigences de plus en plus élevées en matière de systèmes de refroidissement et d’équipements. L’application de nouvelles technologies telles que l’informatique en nuage et le big data a augmenté la densité de puissance d’un seul cabinet 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.
Comparé aux climatiseurs de précision traditionnels, le système de refroidissement par évaporation au niveau de l’armoire présente l’avantage de ne pas avoir de gros ventilateurs, de faible bruit et d’une faible consommation d’énergie. C’est l’une des formes techniques importantes pour obtenir un refroidissement efficace dans les cabines de refroidissement des centres de données.
La vanne solénoïde est connectée au condenseur et à l’échangeur de chaleur pour réaliser la fonction de connexion et de déconnexion entre le condenseur et l’échangeur de chaleur. La commutation entre le mode non-humidification et le mode déshumidification (le contenu de recherche de l’article), le mode déshumidification et le mode humidification peut être réalisée en contrôlant la vanne d’air de l’obturateur, la vanne à trois voies et la vanne électronïde.
2 Analyse de simulation
Puisque le fluide de travail s’écoule dans la plaque froide évaporative à l’état biphasé, le canal d’écoulement serpentin traditionnel présente les inconvénients d’une déviation d’écoulement difficile et d’une surface de transfert de chaleur réduite, et la répartition inégale du fluide de travail dans chaque canal d’écoulement entraîne une grande différence de température à la surface de la plaque froide évaporative. Sur la base des défauts ci-dessus, il est proposé d’optimiser la conception du canal d’écoulement de la plaque froide évaporative.
3 Test expérimental
Sur la base des raisons ci-dessus, une plaque de refroidissement évaporative par expansion directe par canal en nid d’abeilles, comme illustré à la Figure 3, a été produite. En optimisant les paramètres structurels du canal d’écoulement en nid d’abeilles, le problème de la dérivation biphasée du fluide de travail dans la plaque de refroidissement évaporative peut être résolu ; Combiné aux résultats de simulation du domaine solide du canal d’écoulement en nid d’abeilles, la plaque de refroidissement évaporative avec cette structure de canal d’écoulement offre une meilleure uniformité de température en théorie. La largeur du canal d’écoulement de la plaque de refroidissement évaporative est de 10 mm, la hauteur du canal d’écoulement interne est de 3 mm, et l’épaisseur totale est de 5 mm.
Dans le système, la plaque froide à expansion directe et évaporation utilise une plaque chauffante en silicone comme source de chaleur simulée pour simuler la charge. La plaque chauffante en silicone est reliée à un régulateur de tension monophasé. La puissance de la plaque chauffante est ajustée en ajustant la tension de la plaque chauffante pour simuler l’essai de la plaque froide évaporative sous différentes conditions de charge. Une plaque froide évaporative utilise quatre plaques chauffantes en caoutchouc siliconique pour réaliser le test de simulation de charge. Comme montré à la Figure 5, pour chaque plaque froide évaporative, 8 thermocouples de type K sont disposés, et les thermocouples sont intégrés dans la feuille de graisse thermique à fentes. L’espace est comblé avec de la graisse thermique. Ainsi, la température supérieure de surface de la plaque froide évaporative est mesurée pour examiner son uniformité de température.
4 Résultats et analyse
La figure 6 est une courbe montrant la distribution de température de surface de la plaque froide évaporative sur le long du temps, dans les conditions de simulation d’une source de chaleur de 5 kW et d’une vitesse de compresseur de 4500 r/min. La température moyenne de la plaque froide évaporative est de 18,5°C ; la température la plus élevée parmi les 8 points de mesure est de 19,9°C, et la plus basse est de 17,2°C. La différence de température à l’intérieur de la plaque froide évaporative est contrôlée à 4°C. La température de la plaque froide évaporative commence à diminuer depuis l’entrée T1. En raison de la forte chute de pression de la plaque froide évaporative, la température de la plaque descend jusqu’au point de mesure T6, puis monte jusqu’à la sortie T8. À partir du point de mesure T6, en raison de l’augmentation de la sécheresse du fluide de travail, le coefficient d’échange thermique entre le fluide de travail et la plaque froide évaporative diminue, l’échange de chaleur convectif diminue, et la température augmente progressivement.
Sous la même puissance de source de chaleur simulée, à mesure que la vitesse du compresseur augmente, la différence maximale de température dans la plaque froide par 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 évaporative diminue, ce qui fait également baisser la température de chaque point de mesure, et la différence maximale de température montre également une tendance à la baisse. Ainsi, afin d’assurer une meilleure uniformité de température de la plaque froide évaporative, la vitesse du compresseur peut être augmentée de manière appropriée.