ด้วยการประยุกต์ใช้และการแพร่หลายของเซิร์ฟเวอร์ระดับตู้ที่มีความหนาแน่นสูง การใช้ระบบปรับอากาศแม่นยำระดับห้องแบบดั้งเดิมจะทำให้เกิดการสูญเสียความสามารถในการทำความเย็น ส่งผลให้ค่า PUE ในศูนย์ข้อมูลสูง บทความนี้เสนอระบบทำความเย็นแผ่นหลังคอยล์เย็นแบบขยายตรงด้วยการระเหยสำหรับระดับตู้ศูนย์ข้อมูล เพื่อลดการสูญเสียความสามารถในการทำความเย็นของระบบทำความเย็นห้องเครื่องและปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานของศูนย์ข้อมูล บทความนี้ทำการศึกษาทดลองบนแผ่นทำความเย็นแบบระเหยของระบบทำความเย็นระดับตู้ อุณหภูมิสภาพแวดล้อมการทดสอบคือ 30℃ ความร้อนจำลองการกระจายคือ 5-7kW และช่วงการปรับความเร็วคอมเพรสเซอร์คือ 3000-5000 รอบ/นาที การทดสอบดำเนินการภายใต้สภาวะคงที่ และนำส่วนที่เสถียรของพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของระบบมาประมวลผลข้อมูลและวิเคราะห์ผลการทดสอบ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยคงที่ที่ 18.5℃ และความแตกต่างของอุณหภูมิ控制在 4℃ ซึ่งสามารถให้ความเย็นที่ต่อเนื่องและเสถียรแก่ตู้ทำความเย็นได้
ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (PUE) สำหรับศูนย์ข้อมูลที่สร้างใหม่มีความเข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ ในโครงสร้างการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล พลังงานที่ใช้โดยอุปกรณ์ที่ใช้ทำความเย็นเซิร์ฟเวอร์และระบายความร้อนคิดเป็นประมาณ 40% ของพลังงานทั้งหมด ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อค่า PUE ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และสังคม ความต้องการของผู้ใช้สำหรับเซิร์ฟเวอร์พลังงานสูงเพิ่มขึ้น และตู้ศูนย์ข้อมูลมีความต้องการระบบและอุปกรณ์ทำความเย็นสูงขึ้นเรื่อยๆ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีใหม่ เช่น คลาวด์คอมพิวติ้งและข้อมูลขนาดใหญ่ ทำให้ความหนาแน่นพลังงานของตู้เดียวเพิ่มขึ้นจากน้อยกว่า 5kW เป็นไม่น้อยกว่า 7kW หรือแม้แต่ไม่น้อยกว่า 10kW และความต้องการการระบายความร้อนในศูนย์ข้อมูลเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปรับอากาศแม่นยำแบบดั้งเดิม ระบบทำความเย็นแบบระเหยระดับตู้มีข้อดีคือไม่มีพัดลมขนาดใหญ่ เสียงรบกวนต่ำ และใช้พลังงานต่ำ เป็นหนึ่งในรูปแบบทางเทคนิคที่สำคัญเพื่อให้บรรลุการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพในตู้ทำความเย็นของศูนย์ข้อมูล
โซลินอยด์วาล์วเชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อทำหน้าที่เชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อระหว่างคอนเดนเซอร์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การสลับระหว่างโหมดไม่เพิ่มความชื้นและลดความชื้น (เนื้อหาการวิจัยของบทความ) โหมดลดความชื้นและโหมดเพิ่มความชื้นสามารถทำได้โดยการควบคุมวาล์วอากาศบานเกล็ด วาล์วสามทาง และโซลินอยด์วาล์ว
ในระบบ แผ่นทำความเย็นแบบระเหยแบบขยายตรงใช้แผ่นทำความร้อนซิลิโคนเป็นแหล่งความร้อนจำลองเพื่อจำลองโหลด แผ่นทำความร้อนซิลิโคนเชื่อมต่อกับตัวปรับแรงดันไฟฟ้าเฟสเดียว พลังงานของแผ่นทำความร้อนถูกปรับโดยการปรับแรงดันไฟฟ้าของแผ่นทำความร้อนเพื่อจำลองการทดสอบแผ่นทำความเย็นแบบระเหยภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน แผ่นทำความเย็นแบบระเหยหนึ่งแผ่นใช้แผ่นทำความร้อนยางซิลิโคนสี่แผ่นเพื่อดำเนินการทดสอบการจำลองโหลด ดังแสดงในรูปที่ 5 สำหรับแผ่นทำความเย็นแบบระเหยแต่ละแผ่น มีการติดตั้งเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จำนวน 8 จุด และเทอร์โมคัปเปิลถูกฝังในแผ่นจาระบีระบายความร้อนที่มีร่อง ช่องว่างถูกเติมด้วยจาระบีระบายความร้อน ด้วยวิธีนี้ จะวัดอุณหภูมิพื้นผิวด้านบนของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยเพื่อตรวจสอบความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
ภายใต้พลังงานแหล่งความร้อนจำลองเดียวกัน เมื่อความเร็วคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดในแผ่นทำความเย็นแบบระเหยมีแนวโน้มลดลง และอุณหภูมิเฉลี่ยก็มีแนวโน้มลดลงเช่นกัน เมื่อความเร็วคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความดันการระเหยในระบบลดลง และอุณหภูมิการแลกเปลี่ยนความร้อนที่สอดคล้องกันในแผ่นทำความเย็นแบบระเหยลดลง ซึ่งทำให้อุณหภูมิของแต่ละจุดวัดลดลงด้วย และความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดก็มีแนวโน้มลดลงเช่นกัน ดังนั้น เพื่อให้แน่ใจว่าความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยดีขึ้น จึงสามารถเพิ่มความเร็วคอมเพรสเซอร์ได้อย่างเหมาะสม
ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (PUE) สำหรับศูนย์ข้อมูลที่สร้างใหม่มีความเข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ ในโครงสร้างการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล พลังงานที่ใช้โดยอุปกรณ์ที่ใช้ทำความเย็นเซิร์ฟเวอร์และระบายความร้อนคิดเป็นประมาณ 40% ของพลังงานทั้งหมด ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อค่า PUE ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และสังคม ความต้องการของผู้ใช้สำหรับเซิร์ฟเวอร์พลังงานสูงเพิ่มขึ้น และตู้ศูนย์ข้อมูลมีความต้องการระบบและอุปกรณ์ทำความเย็นสูงขึ้นเรื่อยๆ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีใหม่ เช่น คลาวด์คอมพิวติ้งและข้อมูลขนาดใหญ่ ทำให้ความหนาแน่นพลังงานของตู้เดียวเพิ่มขึ้นจากน้อยกว่า 5kW เป็นไม่น้อยกว่า 7kW หรือแม้แต่ไม่น้อยกว่า 10kW และความต้องการการระบายความร้อนในศูนย์ข้อมูลเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปรับอากาศแม่นยำแบบดั้งเดิม ระบบทำความเย็นแบบระเหยระดับตู้มีข้อดีคือไม่มีพัดลมขนาดใหญ่ เสียงรบกวนต่ำ และใช้พลังงานต่ำ เป็นหนึ่งในรูปแบบทางเทคนิคที่สำคัญเพื่อให้บรรลุการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพในตู้ทำความเย็นของศูนย์ข้อมูล
โซลินอยด์วาล์วเชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อทำหน้าที่เชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อระหว่างคอนเดนเซอร์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การสลับระหว่างโหมดไม่เพิ่มความชื้นและลดความชื้น (เนื้อหาการวิจัยของบทความ) โหมดลดความชื้นและโหมดเพิ่มความชื้นสามารถทำได้โดยการควบคุมวาล์วอากาศบานเกล็ด วาล์วสามทาง และโซลินอยด์วาล์ว
2 การวิเคราะห์การจำลอง
เนื่องจากสารทำงานไหลเข้าสู่แผ่นทำความเย็นแบบระเหยในสถานะสองเฟส ช่องทางการไหลแบบคดเคี้ยวแบบดั้งเดิมมีข้อเสียคือการแบ่งการไหลยากและพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนเล็ก และการกระจายสารทำงานที่ไม่สม่ำเสมอในแต่ละช่องทางการไหลจะทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิขนาดใหญ่บนพื้นผิวของแผ่นทำความเย็นแบบระเหย จากข้อบกพร่องข้างต้น จึงเสนอให้ปรับปรุงการออกแบบช่องทางการไหลของแผ่นทำความเย็นแบบระเหย
3 การทดสอบเชิงทดลอง
จากเหตุผลข้างต้น จึงผลิตแผ่นทำความเย็นแบบระเหยแบบขยายตรงช่องทางการไหลรังผึ้งดังแสดงในรูปที่ 3 โดยการปรับพารามิเตอร์โครงสร้างของช่องทางการไหลรังผึ้ง ปัญหาการแบ่งสารทำงานสองเฟสในแผ่นทำความเย็นแบบระเหยสามารถแก้ไขได้ รวมกับผลการจำลองโดเมนของแข็งของช่องทางการไหลรังผึ้ง แผ่นทำความเย็นแบบระเหยที่มีโครงสร้างช่องทางการไหลนี้มีความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่ดีกว่าในทางทฤษฎี ความกว้างของช่องทางการไหลของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยคือ 10 มม. ความสูงของช่องทางการไหลภายในคือ 3 มม. และความหนาโดยรวมคือ 5 มม.
ในระบบ แผ่นทำความเย็นแบบระเหยแบบขยายตรงใช้แผ่นทำความร้อนซิลิโคนเป็นแหล่งความร้อนจำลองเพื่อจำลองโหลด แผ่นทำความร้อนซิลิโคนเชื่อมต่อกับตัวปรับแรงดันไฟฟ้าเฟสเดียว พลังงานของแผ่นทำความร้อนถูกปรับโดยการปรับแรงดันไฟฟ้าของแผ่นทำความร้อนเพื่อจำลองการทดสอบแผ่นทำความเย็นแบบระเหยภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน แผ่นทำความเย็นแบบระเหยหนึ่งแผ่นใช้แผ่นทำความร้อนยางซิลิโคนสี่แผ่นเพื่อดำเนินการทดสอบการจำลองโหลด ดังแสดงในรูปที่ 5 สำหรับแผ่นทำความเย็นแบบระเหยแต่ละแผ่น มีการติดตั้งเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จำนวน 8 จุด และเทอร์โมคัปเปิลถูกฝังในแผ่นจาระบีระบายความร้อนที่มีร่อง ช่องว่างถูกเติมด้วยจาระบีระบายความร้อน ด้วยวิธีนี้ จะวัดอุณหภูมิพื้นผิวด้านบนของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยเพื่อตรวจสอบความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
4 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์
รูปที่ 6 เป็นเส้นโค้งที่แสดงการกระจายอุณหภูมิพื้นผิวของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยตามเวลาภายใต้เงื่อนไขของพลังงานแหล่งความร้อนจำลอง 5kW และความเร็วคอมเพรสเซอร์ 4500 รอบ/นาที อุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยคือ 18.5℃ อุณหภูมิสูงสุดในจุดวัดอุณหภูมิ 8 จุดคือ 19.9℃ และอุณหภูมิต่ำสุดคือ 17.2℃ ความแตกต่างของอุณหภูมิภายในแผ่นทำความเย็นแบบระเหย控制在 4℃ อุณหภูมิของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยเริ่มลดลงจากทางเข้า T1 เนื่องจากการลดลงของแรงดันขนาดใหญ่ของแผ่นทำความเย็นแบบระเหย อุณหภูมิของแผ่นลดลงถึงจุดวัด T6 จากนั้นเพิ่มขึ้นถึงทางออก T8 เริ่มจากจุดวัด T6 เนื่องจากความแห้งของสารทำงานเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างสารทำงานและแผ่นทำความเย็นแบบระเหยลดลง การแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพาความร้อนลดลง และอุณหภูมิค่อยๆ เพิ่มขึ้น
ภายใต้พลังงานแหล่งความร้อนจำลองเดียวกัน เมื่อความเร็วคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดในแผ่นทำความเย็นแบบระเหยมีแนวโน้มลดลง และอุณหภูมิเฉลี่ยก็มีแนวโน้มลดลงเช่นกัน เมื่อความเร็วคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น ความดันการระเหยในระบบลดลง และอุณหภูมิการแลกเปลี่ยนความร้อนที่สอดคล้องกันในแผ่นทำความเย็นแบบระเหยลดลง ซึ่งทำให้อุณหภูมิของแต่ละจุดวัดลดลงด้วย และความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดก็มีแนวโน้มลดลงเช่นกัน ดังนั้น เพื่อให้แน่ใจว่าความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของแผ่นทำความเย็นแบบระเหยดีขึ้น จึงสามารถเพิ่มความเร็วคอมเพรสเซอร์ได้อย่างเหมาะสม