مع تطبيق وانتشار خوادم عالية الكثافة على مستوى الخزانة، فإن استخدام أنظمة تكييف الهواء الدقيقة التقليدية على مستوى الغرفة سيؤدي إلى فقدان سعة التبريد، مما يؤدي إلى ارتفاع PUE في مراكز البيانات. تقترح هذه الورقة نظام تبريد خلفي بالتبخير المباشر التمدد لمستوى خزانة مركز البيانات لتقليل فقدان سعة التبريد لنظام تبريد غرفة الكمبيوتر وتحسين كفاءة الطاقة في مركز البيانات. تجري هذه الورقة دراسة تجريبية على لوحة تبريد تبخيرية لنظام تبريد على مستوى الخزانة. درجة حرارة بيئة الاختبار هي 30 درجة مئوية، وتبديد الحرارة المحاكى هو 5-7 كيلوواط، ونطاق ضبط سرعة الضاغط هو 3000-5000 دورة في الدقيقة. يتم إجراء الاختبار في حالة مستقرة، ويتم أخذ الجزء المستقر من معلمات أداء النظام لمعالجة البيانات وتحليل نتائج الاختبار. تظهر النتائج أن متوسط درجة حرارة لوحة التبريد التبخيرية مستقر عند 18.5 درجة مئوية، ويتم التحكم في فرق درجة الحرارة ضمن 4 درجات مئوية، مما يمكن أن يوفر تبريدًا مستمرًا ومستقرًا لخزانة التبريد.
أصبحت قيود فعالية استخدام الطاقة (PUE) لمراكز البيانات المبنية حديثًا أكثر صرامة بشكل متزايد. في هيكل استهلاك الطاقة لمراكز البيانات، يمثل استهلاك الطاقة للمعدات المستخدمة لتبريد الخوادم وتبديد الحرارة حوالي 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة، وهو عامل رئيسي يؤثر على PUE الخاص بها. مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر والمجتمع، يتزايد طلب المستخدمين على الخوادم عالية الطاقة، وتتزايد متطلبات خزائن مراكز البيانات لأنظمة ومعدات التبريد. أدى تطبيق التقنيات الجديدة مثل الحوسبة السحابية والبيانات الضخمة إلى زيادة كثافة الطاقة لخزانة واحدة من أقل من 5 كيلوواط إلى ما لا يقل عن 7 كيلوواط، أو حتى ما لا يقل عن 10 كيلوواط، وزاد الطلب على تبديد الحرارة في مراكز البيانات بشكل كبير.
بالمقارنة مع مكيفات الهواء الدقيقة التقليدية، يتمتع نظام التبريد التبخيري على مستوى الخزانة بمزايا عدم وجود مراوح كبيرة، وانخفاض الضوضاء، وانخفاض استهلاك الطاقة. وهو أحد الأشكال التقنية المهمة لتحقيق تبريد فعال في خزانة تبريد مراكز البيانات.
الصمام الكهرومغناطيسي متصل بالمكثف والمبادل الحراري لتحقيق وظيفة التوصيل والفصل بين المكثف والمبادل الحراري. يمكن تحقيق التبديل بين وضع عدم الترطيب وإزالة الرطوبة (محتوى بحث المقال)، ووضع إزالة الرطوبة ووضع الترطيب من خلال التحكم في صمام الهواء المخملي، والصمام ثلاثي الاتجاهات، والصمام الكهرومغناطيسي.
في النظام، تستخدم لوحة التبريد التبخيرية ذات التمدد المباشر لوحة تسخين سيليكون كمصدر حرارة محاكى لمحاكاة الحمل. لوحة تسخين السيليكون متصلة بمنظم جهد أحادي الطور. يتم ضبط طاقة لوحة التسخين عن طريق ضبط جهد لوحة التسخين لمحاكاة اختبار لوحة التبريد التبخيرية في ظل ظروف حمل مختلفة. تستخدم لوحة تبريد تبخيرية واحدة أربع لوحات تسخين من مطاط السيليكون لتحقيق اختبار محاكاة الحمل. كما هو موضح في الشكل 5، لكل لوحة تبريد تبخيرية، يتم ترتيب 8 مزدوجات حرارية من النوع K، ويتم تضمين المزدوجات الحرارية في ورقة معجون حراري مخددة. تمتلئ الفجوة بمعجون حراري. بهذه الطريقة، يتم قياس درجة حرارة السطح العلوي للوحة التبريد التبخيرية لفحص توحيد درجة حرارتها.
تحت نفس قوة مصدر الحرارة المحاكاة، مع زيادة سرعة الضاغط، يُظهر الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة في لوحة التبريد التبخيرية اتجاهًا هبوطيًا، كما يُظهر متوسط درجة الحرارة اتجاهًا هبوطيًا. مع زيادة سرعة الضاغط، ينخفض ضغط التبخر في النظام، وتنخفض درجة حرارة التبادل الحراري المقابلة في لوحة التبريد التبخيرية، مما يجعل درجة حرارة كل نقطة قياس تنخفض أيضًا، ويظهر الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة أيضًا اتجاهًا هبوطيًا. لذلك، لضمان توحيد أفضل لدرجة حرارة لوحة التبريد التبخيرية، يمكن زيادة سرعة الضاغط بشكل مناسب.
أصبحت قيود فعالية استخدام الطاقة (PUE) لمراكز البيانات المبنية حديثًا أكثر صرامة بشكل متزايد. في هيكل استهلاك الطاقة لمراكز البيانات، يمثل استهلاك الطاقة للمعدات المستخدمة لتبريد الخوادم وتبديد الحرارة حوالي 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة، وهو عامل رئيسي يؤثر على PUE الخاص بها. مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر والمجتمع، يتزايد طلب المستخدمين على الخوادم عالية الطاقة، وتتزايد متطلبات خزائن مراكز البيانات لأنظمة ومعدات التبريد. أدى تطبيق التقنيات الجديدة مثل الحوسبة السحابية والبيانات الضخمة إلى زيادة كثافة الطاقة لخزانة واحدة من أقل من 5 كيلوواط إلى ما لا يقل عن 7 كيلوواط، أو حتى ما لا يقل عن 10 كيلوواط، وزاد الطلب على تبديد الحرارة في مراكز البيانات بشكل كبير.
بالمقارنة مع مكيفات الهواء الدقيقة التقليدية، يتمتع نظام التبريد التبخيري على مستوى الخزانة بمزايا عدم وجود مراوح كبيرة، وانخفاض الضوضاء، وانخفاض استهلاك الطاقة. وهو أحد الأشكال التقنية المهمة لتحقيق تبريد فعال في خزانة تبريد مراكز البيانات.
الصمام الكهرومغناطيسي متصل بالمكثف والمبادل الحراري لتحقيق وظيفة التوصيل والفصل بين المكثف والمبادل الحراري. يمكن تحقيق التبديل بين وضع عدم الترطيب وإزالة الرطوبة (محتوى بحث المقال)، ووضع إزالة الرطوبة ووضع الترطيب من خلال التحكم في صمام الهواء المخملي، والصمام ثلاثي الاتجاهات، والصمام الكهرومغناطيسي.
2 تحليل المحاكاة
نظرًا لأن سائل العمل يتدفق إلى لوحة التبريد التبخيرية في حالة ثنائية الطور، فإن قناة التدفق المتعرجة التقليدية لها عيوب صعوبة تقسيم التدفق وصغر مساحة نقل الحرارة، وسيؤدي التوزيع غير المتساوي لسائل العمل في كل قناة تدفق إلى فرق كبير في درجة الحرارة على سطح لوحة التبريد التبخيرية. بناءً على العيوب المذكورة أعلاه، يُقترح تحسين تصميم قناة تدفق لوحة التبريد التبخيرية.
3 الاختبار التجريبي
بناءً على الأسباب المذكورة أعلاه، تم إنتاج لوحة تبريد تبخيرية ذات تمدد مباشر بقناة تدفق قرص العسل كما هو موضح في الشكل 3. من خلال تحسين المعلمات الهيكلية لقناة تدفق قرص العسل، يمكن حل مشكلة تقسيم سائل العمل ثنائي الطور في لوحة التبريد التبخيرية؛ وبالاقتران مع نتائج محاكاة المجال الصلب لقناة تدفق قرص العسل، فإن لوحة التبريد التبخيرية بهيكل قناة التدفق هذا تتمتع بأداء أفضل لتوحيد درجة الحرارة من الناحية النظرية. عرض قناة تدفق لوحة التبريد التبخيرية هو 10 مم، وارتفاع قناة التدفق الداخلية 3 مم، والسمك الكلي 5 مم.
في النظام، تستخدم لوحة التبريد التبخيرية ذات التمدد المباشر لوحة تسخين سيليكون كمصدر حرارة محاكى لمحاكاة الحمل. لوحة تسخين السيليكون متصلة بمنظم جهد أحادي الطور. يتم ضبط طاقة لوحة التسخين عن طريق ضبط جهد لوحة التسخين لمحاكاة اختبار لوحة التبريد التبخيرية في ظل ظروف حمل مختلفة. تستخدم لوحة تبريد تبخيرية واحدة أربع لوحات تسخين من مطاط السيليكون لتحقيق اختبار محاكاة الحمل. كما هو موضح في الشكل 5، لكل لوحة تبريد تبخيرية، يتم ترتيب 8 مزدوجات حرارية من النوع K، ويتم تضمين المزدوجات الحرارية في ورقة معجون حراري مخددة. تمتلئ الفجوة بمعجون حراري. بهذه الطريقة، يتم قياس درجة حرارة السطح العلوي للوحة التبريد التبخيرية لفحص توحيد درجة حرارتها.
4 النتائج والتحليل
الشكل 6 هو منحنى يوضح توزيع درجة حرارة سطح لوحة التبريد التبخيرية بمرور الوقت في ظل ظروف محاكاة قوة مصدر حرارة 5 كيلوواط وسرعة ضاغط 4500 دورة في الدقيقة. متوسط درجة حرارة لوحة التبريد التبخيرية هو 18.5 درجة مئوية؛ أعلى درجة حرارة بين 8 نقاط قياس هي 19.9 درجة مئوية، وأدنى درجة حرارة هي 17.2 درجة مئوية. يتم التحكم في فرق درجة الحرارة داخل لوحة التبريد التبخيرية ضمن 4 درجات مئوية. تبدأ درجة حرارة لوحة التبريد التبخيرية في الانخفاض من المدخل T1. بسبب الانخفاض الكبير في الضغط للوحة التبريد التبخيرية، تنخفض درجة حرارة اللوحة إلى نقطة القياس T6، ثم ترتفع إلى المخرج T8. بدءًا من نقطة القياس T6، بسبب زيادة جفاف سائل العمل، ينخفض معامل التبادل الحراري بين سائل العمل ولوحة التبريد التبخيرية، وينخفض التبادل الحراري بالحمل، وتزداد درجة الحرارة تدريجيًا.
تحت نفس قوة مصدر الحرارة المحاكاة، مع زيادة سرعة الضاغط، يُظهر الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة في لوحة التبريد التبخيرية اتجاهًا هبوطيًا، كما يُظهر متوسط درجة الحرارة اتجاهًا هبوطيًا. مع زيادة سرعة الضاغط، ينخفض ضغط التبخر في النظام، وتنخفض درجة حرارة التبادل الحراري المقابلة في لوحة التبريد التبخيرية، مما يجعل درجة حرارة كل نقطة قياس تنخفض أيضًا، ويظهر الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة أيضًا اتجاهًا هبوطيًا. لذلك، لضمان توحيد أفضل لدرجة حرارة لوحة التبريد التبخيرية، يمكن زيادة سرعة الضاغط بشكل مناسب.