高密度キャビネットレベルのサーバーの応用と普及により、従来のルームレベルの精密冷房冷蔵システムの使用は冷却能力の損失を引き起こし、データセンターのPUEが高くなるでしょう。本論文では、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蔵システムを提案し、コンピュータルーム冷蔵システムの冷却能力損失を減らし、データセンターのエネルギー効率を向上させます。本論文は、キャビネットレベルの冷蔵システムの蒸発冷却板に関する実験的研究を行っています。試験環境温度は30°C、模擬熱放散は5〜7kW、コンプレッサーの回転数調整範囲は3000〜5000r/minです。試験は定常状態で行われ、システム性能パラメータの安定部分をデータ処理とテスト結果解析に用います。結果は、蒸発冷却板の平均温度が18.5°Cで安定し、温差が4°C以内に制御されていることが示されており、これにより冷却キャビネットに連続的かつ安定した冷却が提供されます。
新設データセンターに対する電力使用効率(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において、サーバーの冷却や熱の放散に使われる機器のエネルギー消費は全体の約40%を占めており、これはPUEに大きな影響を与えます。コンピュータ技術と社会の発展に伴い、ユーザーの高出力サーバーへの需要は高まっており、データセンターのキャビネットは冷却システムや機器の要求も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、単一のキャビネットの電力密度は5kW未満から7kW、さらには10kWにまで向上し、データセンターでの熱放散需要も劇的に増加しています。
従来の精密空調機と比べて、キャビネットレベルの蒸発冷却システムは大きなファンがなく、低騒音で、エネルギー消費も少ないという利点があります。これはデータセンター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一つです。
ソレノイドバルブ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・切断機能を実現します。非加湿モードと除湿モード(この記事の研究内容)、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、三方向バルブ、ソレノイドバルブを制御することで実現できます。
このシステムでは、直接膨張蒸発冷却板がシリコーン加熱板を模擬熱源として使用し、負荷をシミュレートします。シリコーン加熱板は単相電圧レギュレーターに接続されています。加熱板の電力は、異なる負荷条件下での蒸発冷却板の試験を模擬するために加熱板の電圧を調整して調整します。1つの蒸発冷却板は、4枚のシリコーンゴム加熱板を用いて荷重シミュレーション試験を実現しています。図5に示すように、各蒸発冷却板ごとに8つのK型熱電対が配置され、熱電対はスロット付き熱グリースシートに埋め込まれています。隙間は熱グリスで埋められます。このようにして、蒸発冷却板の上表面温度を測定し、その温度均一性を調べます。
同じ模擬熱源出力下では、コンプレッサー回転数が上がるにつれて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。コンプレッサー回転数が上がると、システム内の蒸発圧力は低下し、蒸発冷却板内の熱交換温度も低下し、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、コンプレッサーの回転数を適切に上げることができます。
新設データセンターに対する電力使用効率(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において、サーバーの冷却や熱の放散に使われる機器のエネルギー消費は全体の約40%を占めており、これはPUEに大きな影響を与えます。コンピュータ技術と社会の発展に伴い、ユーザーの高出力サーバーへの需要は高まっており、データセンターのキャビネットは冷却システムや機器の要求も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、単一のキャビネットの電力密度は5kW未満から7kW、さらには10kWにまで向上し、データセンターでの熱放散需要も劇的に増加しています。
従来の精密空調機と比べて、キャビネットレベルの蒸発冷却システムは大きなファンがなく、低騒音で、エネルギー消費も少ないという利点があります。これはデータセンター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一つです。
ソレノイドバルブ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・切断機能を実現します。非加湿モードと除湿モード(この記事の研究内容)、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、三方向バルブ、ソレノイドバルブ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
作動流体が蒸発冷却板に二相状態で流れ込むため、従来の蛇紋流路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、蒸発冷却板表面の温度差が大きくなります。上記の欠陥に基づき、蒸発冷却板フローチャネルの設計を最適化することを提案します。
3 実験的試験
上記の理由に基づき、図3に示されるハニカム流路直接膨張蒸発冷却板が製作されました。ハニカム流路の構造パラメータを最適化することで、蒸発冷却板内の二相作動流体の分流問題を解決できます。ハニカム流路固体領域のシミュレーション結果と組み合わせることで、この流路構造を持つ蒸発冷却板は理論的に温度均一性性能が優れています。蒸発冷却板のフローチャネル幅は10mm、内部フローチャネルの高さは3mm、全体の厚さは5mmです。
このシステムでは、直接膨張蒸発冷却板がシリコーン加熱板を模擬熱源として使用し、負荷をシミュレートします。シリコーン加熱板は単相電圧レギュレーターに接続されています。加熱板の電力は、異なる負荷条件下での蒸発冷却板の試験を模擬するために加熱板の電圧を調整して調整します。1つの蒸発冷却板は、4枚のシリコーンゴム加熱板を用いて荷重シミュレーション試験を実現しています。図5に示すように、各蒸発冷却板ごとに8つのK型熱電対が配置され、熱電対はスロット付き熱グリースシートに埋め込まれています。隙間は熱グリスで埋められます。このようにして、蒸発冷却板の上表面温度を測定し、その温度均一性を調べます。
4 結果と分析
図6は、5kWの熱源出力と4500r/minのコンプレッサー回転数をシミュレートした条件下で、蒸発冷却板の表面温度分布を時間経過で示した曲線です。蒸発冷却板の平均温度は18.5°Cです。8つの温度測定点の中で最高気温は19.9°C、最低気温は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。蒸発冷却板の温度は入口T1から低下し始めます。蒸発冷却板の大きな圧力降下により、板の温度はT6測定点まで下がり、その後出口T8まで上昇します。T6測定点から、作動流体の乾燥度が増加するため、作動流体と蒸発冷却板間の熱交換係数が減少し、対流熱交換が減少し、温度が徐々に上昇します。
同じ模擬熱源出力下では、コンプレッサー回転数が上がるにつれて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。コンプレッサー回転数が上がると、システム内の蒸発圧力は低下し、蒸発冷却板内の熱交換温度も低下し、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、コンプレッサーの回転数を適切に上げることができます。