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、従来の部屋レベルの精密空調冷凍システムを使用すると、冷却能力が失われ、データセンターのPUEが高くなります。この論文では、データセンターのキャビネットレベル向けの直接拡張蒸発冷却バックプレーン冷凍システムを提案し、コンピュータールームの冷凍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。この論文では、キャビネットレベルの冷凍システムの蒸発式コールドプレートに関する実験的研究を行います。試験環境温度は30°C、シミュレートされた熱放散は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施され、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分析のために取得されます。結果は、蒸発性コールドプレートの平均温度が18.5°Cで安定しており、温度差が4°C以内に制御されていることを示しており、冷却キャビネットに連続的かつ安定した冷却を提供できることを示しています。
新たに建設されるデータセンターのPUE(Power Usage Effectiveness)規制は、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に影響を与える主要な要因です。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要求は高まっており、データセンターのキャビネットでは、冷却システムや機器に対する要求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適用により、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未満に増加し、データセンターでの熱放散の需要は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。これは、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および熱交換器に接続され、コンデンサーおよび熱交換器の接続および切断機能を実現する。無加湿モードと除湿モード(論文の研究内容)、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、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
作動流体は二相状態で蒸発性コールドプレートに流れ込むため、従来の蛇行流路には、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、各流路の作動流体の不均一な分布は、蒸発性コールドプレートの表面に大きな温度差をもたらします。上記の欠陥に基づいて、蒸発性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
以上の理由から、図3に示すようなハニカム流路直接膨張蒸発冷却板を作製した。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発揮します。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、直接膨張蒸発式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、さまざまな負荷条件下での蒸発冷却プレートのテストをシミュレートすることによって調整されます。1つの蒸発式コールドプレートは、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、各蒸発式コールドプレートにはK型熱電対が8個配置され、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、蒸発性コールドプレートの上面温度を測定し、その温度均一性を調べます。
4 結果と分析
図6は、熱源電力5kW、圧縮機回転数4500r/minを模擬した条件で、蒸発冷却板の表面温度分布を経時的に示した曲線です。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うち、最高温度は19.9°C、最低温度は17.2°Cです。蒸発式コールドプレート内の温度差は4°C以内に制御されています。蒸発性コールドプレートの温度は、入口T1から低下し始めます。蒸発性コールドプレートの圧力損失が大きいため、プレートの温度はT6測定点まで低下し、その後、出口T8まで上昇します。T6測定点から開始して、作動流体の乾燥度の増加により、作動流体と蒸発冷却プレートとの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。
同じシミュレートされた熱源電力の下で、コンプレッサーの速度が上がると、蒸発式コールドプレート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。コンプレッサーの速度が上がると、システム内の蒸発圧力が低下し、蒸発コールドプレート内の対応する熱交換温度が低下するため、各測定ポイントの温度も低下し、最大温度差も下降傾向を示します。したがって、蒸発性コールドプレートの温度均一性を高めるために、コンプレッサーの速度を適切に上げることができます。
