ด้วยการประยุกต์ใช้และแพร่หลายของเซิร์ฟเวอร์ระดับตู้ความหนาแน่นสูง การใช้ระบบทําความเย็นแบบปรับอากาศความแม่นยําระดับห้องแบบดั้งเดิมจะทําให้เกิดการสูญเสียความสามารถในการทําความเย็น ส่งผลให้เกิด PUE สูงในศูนย์ข้อมูล บทความนี้เสนอระบบทําความเย็นแบบขยายโดยตรงด้วยการระเหยแบบ backplane สําหรับระดับตู้ข้อมูลของศูนย์ข้อมูล เพื่อลดการสูญเสียความสามารถในการทําความเย็นของระบบทําความเย็นในห้องคอมพิวเตอร์และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล บทความนี้ดําเนินการศึกษาทดลองเกี่ยวกับแผ่นเย็นระเหยของระบบทําความเย็นระดับตู้ อุณหภูมิในสภาพแวดล้อมทดสอบอยู่ที่ 30°C การระบายความร้อนจําลองอยู่ที่ 5-7kW และช่วงปรับความเร็วของคอมเพรสเซอร์คือ 3000-5000 รอบต่อนาที การทดสอบดําเนินการภายใต้สภาวะคงที่ และส่วนที่เสถียรของพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของระบบจะถูกนํามาใช้ในการประมวลผลข้อมูลและวิเคราะห์ผลการทดสอบ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นเย็นระเหยคงที่ที่ 18.5°C และความแตกต่างของอุณหภูมิถูกควบคุมภายใน 4°C ซึ่งสามารถให้การทําความเย็นอย่างต่อเนื่องและเสถียรแก่ตู้ทําความเย็น
ข้อจํากัดด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (PUE) สําหรับศูนย์ข้อมูลที่สร้างขึ้นใหม่กําลังเข้มงวดขึ้นเรื่อย ๆ ในโครงสร้างการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล การใช้พลังงานของอุปกรณ์ที่ใช้ระบายความร้อนให้กับเซิร์ฟเวอร์และระบายความร้อนคิดเป็นประมาณ 40% ของการใช้พลังงานทั้งหมด ซึ่งเป็นปัจจัยสําคัญที่มีผลต่อ PUE ของศูนย์ข้อมูล ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และสังคม ความต้องการเซิร์ฟเวอร์กําลังสูงของผู้ใช้เพิ่มขึ้น และตู้เก็บข้อมูลในศูนย์ข้อมูลมีความต้องการระบบและอุปกรณ์ระบายความร้อนสูงขึ้นเรื่อย ๆ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีใหม่ ๆ เช่น คลาวด์คอมพิวติ้งและบิ๊กดาต้า ได้เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของตู้เดียวจากน้อยกว่า 5kW เป็นไม่น้อยกว่า 7kW หรือแม้แต่ 10kW และความต้องการการระบายความร้อนในศูนย์ข้อมูลก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก
เมื่อเทียบกับเครื่องปรับอากาศแบบแม่นยําแบบดั้งเดิม ระบบระบายความร้อนแบบระเหยระดับตู้มีข้อดีคือไม่มีพัดลมขนาดใหญ่ เสียงรบกวนต่ํา และใช้พลังงานต่ํา เป็นหนึ่งในรูปแบบทางเทคนิคที่สําคัญเพื่อให้เกิดการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพในตู้ระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูล
วาล์วโซลินอยด์เชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อให้ฟังก์ชันการเชื่อมต่อและถอดของคอนเดนเซอร์และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นไปอย่างราบรื่น การสลับระหว่างโหมดไม่เพิ่มความชื้นและลดความชื้น (เนื้อหาวิจัยของบทความ), โหมดลดความชื้น และโหมดเพิ่มความชื้น สามารถทําได้โดยการควบคุมวาล์วลมบานเกล็ด, วาล์วสามทาง และวาล์วโซลินอยด์
ในระบบนี้ แผ่นเย็นระเหยแบบขยายตัวโดยตรงใช้แผ่นทําความร้อนซิลิโคนเป็นแหล่งความร้อนจําลองเพื่อจําลองภาระ แผ่นทําความร้อนซิลิโคนเชื่อมต่อกับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเฟสเดียว กําลังของแผ่นทําความร้อนจะถูกปรับโดยการปรับแรงดันไฟฟ้าของแผ่นทําความร้อนเพื่อจําลองการทดสอบแผ่นเย็นระเหยภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน แผ่นเย็นระเหยหนึ่งแผ่นใช้แผ่นทําความร้อนยางซิลิโคนสี่แผ่นเพื่อทดสอบการจําลองโหลด ดังที่แสดงในรูปที่ 5 สําหรับแผ่นเย็นระเหยแต่ละชิ้น จะมีการจัดวางเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จํานวน 8 ตัว และเทอร์โมคัปเปิลจะถูกฝังอยู่ในแผ่นจาระบีความร้อนแบบมีร่อง ช่องว่างจะถูกเติมด้วยจาระบีความร้อน ด้วยวิธีนี้ อุณหภูมิผิวด้านบนของแผ่นเย็นระเหยจะถูกวัดเพื่อตรวจสอบความสม่ําเสมอของอุณหภูมิ
ภายใต้พลังงานความร้อนจําลองเดียวกัน เมื่อความเร็วของคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดในแผ่นเย็นระเหยจะแสดงแนวโน้มลดลง และอุณหภูมิเฉลี่ยก็แสดงแนวโน้มลดลงเช่นกัน เมื่อความเร็วของคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความดันระเหยในระบบจะลดลง และอุณหภูมิการแลกเปลี่ยนความร้อนในแผ่นเย็นระเหยจะลดลง ซึ่งทําให้อุณหภูมิของแต่ละจุดวัดลดลงด้วย และความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดก็แสดงแนวโน้มลดลงด้วย ดังนั้น เพื่อให้แผ่นเย็นระเหยมีความสม่ําเสมอของอุณหภูมิที่ดีขึ้น ความเร็วของคอมเพรสเซอร์จึงสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างเหมาะสม
ข้อจํากัดด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (PUE) สําหรับศูนย์ข้อมูลที่สร้างขึ้นใหม่กําลังเข้มงวดขึ้นเรื่อย ๆ ในโครงสร้างการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล การใช้พลังงานของอุปกรณ์ที่ใช้ระบายความร้อนให้กับเซิร์ฟเวอร์และระบายความร้อนคิดเป็นประมาณ 40% ของการใช้พลังงานทั้งหมด ซึ่งเป็นปัจจัยสําคัญที่มีผลต่อ PUE ของศูนย์ข้อมูล ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และสังคม ความต้องการเซิร์ฟเวอร์กําลังสูงของผู้ใช้เพิ่มขึ้น และตู้เก็บข้อมูลในศูนย์ข้อมูลมีความต้องการระบบและอุปกรณ์ระบายความร้อนสูงขึ้นเรื่อย ๆ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีใหม่ ๆ เช่น คลาวด์คอมพิวติ้งและบิ๊กดาต้า ได้เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของตู้เดียวจากน้อยกว่า 5kW เป็นไม่น้อยกว่า 7kW หรือแม้แต่ 10kW และความต้องการการระบายความร้อนในศูนย์ข้อมูลก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก
เมื่อเทียบกับเครื่องปรับอากาศแบบแม่นยําแบบดั้งเดิม ระบบระบายความร้อนแบบระเหยระดับตู้มีข้อดีคือไม่มีพัดลมขนาดใหญ่ เสียงรบกวนต่ํา และใช้พลังงานต่ํา เป็นหนึ่งในรูปแบบทางเทคนิคที่สําคัญเพื่อให้เกิดการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพในตู้ระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูล
วาล์วโซลินอยด์เชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อให้ฟังก์ชันการเชื่อมต่อและถอดของคอนเดนเซอร์และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นไปอย่างราบรื่น การสลับระหว่างโหมดไม่เพิ่มความชื้นและลดความชื้น (เนื้อหาวิจัยของบทความ), โหมดลดความชื้น และโหมดเพิ่มความชื้น สามารถทําได้โดยการควบคุมวาล์วลมบานเกล็ด, วาล์วสามทาง และวาล์วโซลินอยด์
2 การวิเคราะห์การจําลอง
เนื่องจากของเหลวทํางานไหลเข้าสู่แผ่นเย็นระเหยในสถานะสองเฟส ช่องทางไหลแบบเซอร์เพนไทน์แบบดั้งเดิมจึงมีข้อเสียคือการเปลี่ยนทิศทางการไหลได้ยากและพื้นที่ถ่ายเทความร้อนมีขนาดเล็ก และการกระจายของเหลวทํางานที่ไม่สม่ําเสมอในแต่ละช่องทางจะทําให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างมากบนพื้นผิวของแผ่นเย็นระเหย จากข้อบกพร่องข้างต้น จึงมีข้อเสนอให้ปรับปรุงการออกแบบช่องทางไหลของแผ่นเย็นระเหย
3 การทดสอบเชิงทดลอง
จากเหตุผลข้างต้น จึงได้มีการผลิตแผ่นระบายความร้อนแบบไหลรังผึ้งแบบขยายตัวโดยตรงแบบระเหยตามที่แสดงในรูปที่ 3 โดยการปรับแต่งพารามิเตอร์โครงสร้างของช่องทางไหลรังผึ้ง ปัญหาการเบี่ยงเบนของของไหลทํางานสองเฟสในแผ่นระบายความร้อนแบบระเหยสามารถแก้ไขได้ เมื่อรวมกับผลการจําลองของโดเมนแข็งของช่องทางไหลรังผึ้ง แผ่นระบายความร้อนแบบระเหยที่มีโครงสร้างช่องทางไหลนี้จะมีประสิทธิภาพความสม่ําเสมอของอุณหภูมิดีกว่าในทางทฤษฎี ความกว้างของช่องไหลของแผ่นระบายความร้อนแบบระเหยคือ 10 มม. ความสูงของช่องไหลภายในคือ 3 มม. และความหนารวม 5 มม.
ในระบบนี้ แผ่นเย็นระเหยแบบขยายตัวโดยตรงใช้แผ่นทําความร้อนซิลิโคนเป็นแหล่งความร้อนจําลองเพื่อจําลองภาระ แผ่นทําความร้อนซิลิโคนเชื่อมต่อกับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเฟสเดียว กําลังของแผ่นทําความร้อนจะถูกปรับโดยการปรับแรงดันไฟฟ้าของแผ่นทําความร้อนเพื่อจําลองการทดสอบแผ่นเย็นระเหยภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน แผ่นเย็นระเหยหนึ่งแผ่นใช้แผ่นทําความร้อนยางซิลิโคนสี่แผ่นเพื่อทดสอบการจําลองโหลด ดังที่แสดงในรูปที่ 5 สําหรับแผ่นเย็นระเหยแต่ละชิ้น จะมีการจัดวางเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จํานวน 8 ตัว และเทอร์โมคัปเปิลจะถูกฝังอยู่ในแผ่นจาระบีความร้อนแบบมีร่อง ช่องว่างจะถูกเติมด้วยจาระบีความร้อน ด้วยวิธีนี้ อุณหภูมิผิวด้านบนของแผ่นเย็นระเหยจะถูกวัดเพื่อตรวจสอบความสม่ําเสมอของอุณหภูมิ
4 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์
รูปที่ 6 เป็นกราฟแสดงการกระจายอุณหภูมิพื้นผิวของแผ่นเย็นระเหยตามเวลา ภายใต้เงื่อนไขการจําลองพลังงานความร้อน 5kW และความเร็วคอมเพรสเซอร์ 4500 รอบต่อนาที อุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นเย็นระเหยอยู่ที่ 18.5°C; อุณหภูมิสูงสุดในบรรดาจุดวัดอุณหภูมิทั้ง 8 จุดคือ 19.9°C และอุณหภูมิต่ําสุดคือ 17.2°C ความแตกต่างของอุณหภูมิภายในแผ่นเย็นระเหยจะถูกควบคุมภายใน 4°C อุณหภูมิของแผ่นเย็นระเหยจะเริ่มลดลงจากทางเข้า T1 เนื่องจากแรงดันตกคร่อมของแผ่นเย็นระเหยมาก อุณหภูมิของแผ่นจะลดลงถึงจุดวัด T6 แล้วจึงเพิ่มขึ้นจนถึงจุดออก T8 เริ่มจากจุดวัด T6 เนื่องจากความแห้งของของไหลทํางานเพิ่มขึ้น สัมประสิทธิ์การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างของเหลวทํางานกับแผ่นเย็นระเหยลดลง การแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพาความร้อนลดลง และอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป
ภายใต้พลังงานความร้อนจําลองเดียวกัน เมื่อความเร็วของคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดในแผ่นเย็นระเหยจะแสดงแนวโน้มลดลง และอุณหภูมิเฉลี่ยก็แสดงแนวโน้มลดลงเช่นกัน เมื่อความเร็วของคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความดันระเหยในระบบจะลดลง และอุณหภูมิการแลกเปลี่ยนความร้อนในแผ่นเย็นระเหยจะลดลง ซึ่งทําให้อุณหภูมิของแต่ละจุดวัดลดลงด้วย และความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดก็แสดงแนวโน้มลดลงด้วย ดังนั้น เพื่อให้แผ่นเย็นระเหยมีความสม่ําเสมอของอุณหภูมิที่ดีขึ้น ความเร็วของคอมเพรสเซอร์จึงสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างเหมาะสม