データセンター冷却キャビネットのキャビネットレベルでの直接拡張蒸発冷却バックプレーン
高密度キャビネットレベルのサーバーの適用と普及に伴い、従来のルームレベルの精密空調冷凍システムを使用すると、冷却能力の損失が発生し、データセンターのPUEが高くなります。この論文では、コンピューター室冷凍システムの冷却能力損失を低減し、データセンターのエネルギー効率を向上させるために、データセンターキャビネットレベル向けの直接膨張蒸発冷却バックプレーン冷凍システムを提案します。本稿では、キャビネットレベルの冷凍システムの蒸発冷却プレートに関する実験的研究を実施します。試験環境温度は30°C、シミュレートされた放熱は5〜7kW、コンプレッサー速度調整範囲は3000〜5000r / minです。テストは定常状態で実行され、システムパフォーマンスパラメータの安定した部分はデータ処理とテスト結果の分析に使用されます。その結果、蒸発冷却板の平均温度は18.5°Cで安定しており、温度差は4°C以内に制御されており、冷却キャビネットに継続的かつ安定した冷却を提供できることが示されました。
新設データセンターの電力使用効率(PUE)制限はますます厳しくなっています。データセンターのエネルギー消費構造では、サーバーの冷却と熱放散に使用される機器のエネルギー消費量が総エネルギー消費量の約 40% を占めており、これが PUE に影響を与える主な要因です。コンピュータ技術と社会の発展に伴い、高出力サーバーに対するユーザーの需要が高まっており、データセンターのキャビネットには冷却システムや機器に対する要件がますます高まっています。クラウドコンピューティングやビッグデータなどの新技術の応用により、1つのキャビネットの電力密度が5kW未満から7kW以上、さらには10kW以上に増加し、データセンターにおける放熱の需要が劇的に増加しています。
従来の精密エアコンと比較して、キャビネットレベルの蒸発冷却システムには、大きなファンがなく、騒音が少なく、エネルギー消費が少ないという利点があります。データセンターの冷却キャビネットで効率的な冷却を実現するための重要な技術形態の1つです。
電磁弁はコンデンサーと熱交換器に接続され、コンデンサーと熱交換器の接続および切断機能を実現します。非加湿モードと除湿モード(記事の研究内容)、除湿モードと加湿モードの切り替えは、シャッターエアバルブ、三方弁、電磁弁を制御することで実現できます。
2 シミュレーション解析
作動流体は二相状態で蒸発冷却板に流れ込むため、従来の蛇行した流路には流れの迂回が困難で熱伝達面積が小さいという欠点があり、各流路内の作動流体の分布が不均一であるため、蒸発冷却板の表面に大きな温度差が生じます。上記の欠陥に基づいて、蒸発式コールドプレート流路の設計を最適化することが提案されています。
3 実験試験
上記の理由に基づいて、図3に示すようなハニカム流路直接膨張蒸発冷却プレートが製造されました。ハニカム流路の構造パラメータを最適化することにより、蒸発冷却プレート内の二相作動流体の迂回の問題を解決できます。ハニカム流路固体ドメインのシミュレーション結果と組み合わせると、この流路構造の蒸発冷却プレートは、理論的にはより優れた温度均一性性能を備えています。蒸発冷却プレートの流路幅は10mm、内部流路の高さは3mm、全体の厚さは5mmです。
このシステムでは、直接膨張蒸発コールドプレートは、シミュレートされた熱源としてシリコン加熱プレートを使用して負荷をシミュレートします。シリコン加熱プレートは単相電圧レギュレーターに接続されています。加熱プレートの電力は、加熱プレートの電圧を調整して調整し、さまざまな負荷条件下での蒸発コールドプレートのテストをシミュレートします。1つの蒸発冷却プレートは、4つのシリコーンゴム加熱プレートを使用して負荷シミュレーションテストを実現します。図5に示すように、蒸発コールドプレートごとに8つのK型熱電対が配置され、熱電対はスロット付きサーマルグリースシートに埋め込まれています。隙間はサーマルグリースで埋められています。このようにして、蒸発コールドプレートの上面温度を測定して、その温度均一性を調べます。
4 結果と分析
図6は、熱源出力5kW、コンプレッサー速度4500r/minをシミュレートした条件下での蒸発式コールドプレートの表面温度分布を経時的に示した曲線である。蒸発式コールドプレートの平均温度は18.5°Cです。8つの温度測定ポイントの中で最高温度は19.9°C、最低温度は17.2°Cです。蒸発冷却板内の温度差は4°C以内に制御されます。蒸発冷却プレートの温度は、入口T1から低下し始めます。蒸発式コールドプレートの圧力損失が大きいため、プレート温度はT6測定点まで低下し、その後出口T8まで上昇します。T6測定点から始めて、作動流体の乾燥度の増加により、作動流体と蒸発コールドプレートの間の熱交換係数が低下し、対流熱交換が減少し、温度が徐々に上昇します。
同じシミュレートされた熱源出力の下で、コンプレッサー速度が増加すると、蒸発冷却板の最大温度差は下降傾向を示し、平均温度も下降傾向を示します。コンプレッサー速度が上がると、システム内の蒸発圧力が低下し、蒸発冷却板内の対応する熱交換温度が低下するため、各測定点の温度も低下し、最大温度差も下降傾向を示します。したがって、蒸発冷却板の温度均一性を高めるために、コンプレッサー速度を適切に上げることができます。
