數(shù)據(jù)中心分離式熱管系統(tǒng)實驗研究

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息產業(yè)的快速發(fā)展，中國的數(shù)據(jù)處理需求正在迅速增長。數(shù)據(jù)中心散熱量大且相對集中，空調系統(tǒng)需要全年不間斷供冷，這使得數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)能耗巨大。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)存在明顯的缺點，在節(jié)能方面具有較大的潛力。分離式熱管是一種高效傳熱設備，在數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)中的應用逐漸發(fā)展成熟目前，數(shù)據(jù)中心熱管系統(tǒng)多采用R22、R134a、R410A等氟代烴制冷劑，考慮到環(huán)保性，有學者本文將通過具體實驗測試，對比CO1測試測試實驗采用相同的熱管系統(tǒng)，對CO1.1熱管冷凝器實驗模擬圖1所示為實驗裝置。熱管蒸發(fā)器為多通道并聯(lián)的結構，將厚銅板內的孔道作為熱管工質的流道，孔道內徑為4mm。蒸發(fā)器采用電加熱板進行加熱，加熱功率可通過調節(jié)調壓器實現(xiàn)不同的實驗工況。熱管冷凝器由內徑為4mm的銅管并聯(lián)構成，將冷凝器置于水箱中，利用冷水機組提供的冷水對其進行冷卻，冷水機組出口接電加熱器，通過調節(jié)電加熱器來控制水箱的進口水溫。蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱面積基本相同，約為0.42m表1所示為不同實驗工況的參數(shù)范圍。本實驗中選定不同工況下熱管的充液率均為100%(充液率指熱管內充入的液體工質體積與熱管蒸發(fā)段容積之比)，傳熱量大小通過調節(jié)加熱板的功率實現(xiàn)。1.2能量平衡校核表2所示為實驗使用的儀器精度。利用冷凝側冷水的進出口溫差及水流量可以計算得到熱管的傳熱量，根據(jù)儀器的測量誤差分析得到該傳熱量的測試誤差為3.58%根據(jù)能量平衡關系可知，熱管蒸發(fā)側吸熱量應等于熱管冷凝側放熱量，因此，可將冷凝側計算得到的傳熱量與蒸發(fā)側的電加熱功率進行對比，對實驗測試的結果進行能量平衡校核。由于熱管傳熱過程存在不可避免的熱量損失，水溫、流量等的測試也存在一定誤差，因此，實測蒸發(fā)側加熱量與冷凝側放熱量之間存在一定偏差。圖2所示為能量平衡校核。由圖2可知，除個別傳熱量較小的工況，絕大多數(shù)實驗工況相對誤差在10%以內，數(shù)據(jù)可靠性較高。后文分析中，將以蒸發(fā)側的電加熱功率作為熱管的實際傳熱量。2co集合2.1蒸發(fā)器的充放電液產生下一種溫隨著傳熱量由小到大的變化，CO實驗中，可以通過測量熱管蒸發(fā)器的進出口溫差判斷得到熱管的最大傳熱能力，當熱管實際的傳熱量超過其最大傳熱能力時，管內工質將出現(xiàn)過熱或過冷，由于單相換熱的存在，此時蒸發(fā)器進出口將會出現(xiàn)較為明顯的溫差。圖4所示為9mm和12mm兩種管徑下CO結合熱管的運行狀態(tài)變化和其最大傳熱能力，可以進一步得到熱管的正常工作負荷范圍。當上升管和下降管直徑為9mm時，CO2.2熱管內部的工質種類對熱阻的影響在一定的傳熱量下，熱管系統(tǒng)的總傳熱熱阻越小，傳熱性能越好。在本實驗中，熱管的總熱阻包括3個部分:電加熱板與蒸發(fā)器之間的導熱熱阻、冷凝側水的對流換熱熱阻、熱管內部的傳熱熱阻。在相同的實驗條件下，蒸發(fā)側電加熱熱阻和冷凝側水的對流換熱熱阻基本不受管內工質種類的影響，管內工質種類主要影響熱管內部的傳熱熱阻。圖5(a)所示為CO3空調系統(tǒng)冷源供熱溫度實驗結果與數(shù)據(jù)中心中應用較為廣泛的集中送風空調系統(tǒng)相比，分離式熱管系統(tǒng)可以顯著改善室內氣流組織，減少甚至避免冷熱氣流的摻混，從而提高冷源溫度，提高系統(tǒng)能效。由前文分析可知，相同傳熱量下，CO本文以一小型數(shù)據(jù)機房為例，對比分析CO對于集中送風空調系統(tǒng)，由于機房內存在冷熱氣流的摻混，在保證IT設備進風溫度不高于27℃的情況下，實際的精密空調送風溫度一般需保持在15～16℃，此處，假設精密空調送風溫度為16℃，空調系統(tǒng)冷源側供水溫度按9℃計算。相對而言，當采用分離式熱管系統(tǒng)時，由于將熱管蒸發(fā)器直接安裝在各個機柜上就近排熱，避免了冷熱氣流的摻混，因此，所需的冷源供水溫度可以有所提高。表4所示為各系統(tǒng)溫度分布，在相同的IT設備進風溫度下，R22熱管的工作溫度(管內工質的飽和溫度)約為21℃，所需的冷源供水溫度按14℃計算。根據(jù)2.2小節(jié)的實驗結果可知，在同樣的傳熱量下，COCO對于不同的室外氣候條件，提高冷源供水溫度導致的空調能耗降低程度不同，本文以上海地區(qū)為例，進一步對比分析集中送風空調系統(tǒng)、R22熱管系統(tǒng)及CO圖6所示為上海市典型年室外濕球溫度。相比集中送風空調系統(tǒng)，R22熱管系統(tǒng)的冷源供水溫度提高了5℃，其全年自然冷卻模式運行時間可延長1350h;CO圖7所示為上海市3種系統(tǒng)的全年耗電量，其中，CO4數(shù)據(jù)中心使用熱管本文利用