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板式換熱器在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

2023-06-26 11:46:10 湖南歐力德?lián)Q熱實業(yè)有限公司 593

 一、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器冷卻

    數(shù)據(jù)中心服務(wù)器是計算機的一種,它比普通計算機運行更快、負載更高。服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中為其他客戶機提供計算或應(yīng)用服務(wù),通常由中央處理器(CPU)、硬盤、內(nèi)存及系統(tǒng)、系統(tǒng)總線等組成,也屬于電子設(shè)備的范疇。服務(wù)器按照其外形及應(yīng)用環(huán)境一般可分為塔式服務(wù)器、機架式服務(wù)器、刀片式服務(wù)器及機柜式服務(wù)器。塔式服務(wù)器外形及結(jié)構(gòu)與平時使用的立式個人計算機(PC)類似,其機箱較大,占用空間大。機架式服務(wù)器外觀按照統(tǒng)一標準設(shè)計,配合機柜統(tǒng)一使用,高度以 U 為單位(1U=44.45mm),通常有1、2、3、4、5、6、7U 幾種標準。作為服務(wù)器關(guān)鍵部件的 CPU,隨著性能的提升,功耗增加非常顯著,例如英特爾上一代的SandyBridge功耗為135W,最新一代的Skylake功耗達到了240W,按照高密度服務(wù)器1U 高度4塊CPU計算,則1U 服務(wù)器的散熱量可以達到960W,常規(guī)42U機柜的散熱量高達40.3 kW。依據(jù)文獻[38]統(tǒng)計,42U 機柜的散熱量甚至達到了50.4kW。刀片式服務(wù)器通過機箱集成電源和氣流分配模塊,一個機箱包含多個刀片式服務(wù)器以縮小空間需求,每個刀片即一塊系統(tǒng)主板,集成度更高,比機架式服務(wù)器更節(jié)省空間。隨著刀片式服務(wù)器性能的持續(xù)發(fā)展,最初一個刀片上只有2塊CPU,現(xiàn)在一個刀片上僅圖形處理器(GPU)就有8塊,高性能計算服務(wù)器單機柜發(fā)熱量將在3年內(nèi)達到60~100kW,在5年內(nèi)達到100kW 以上。部分服務(wù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備較多,有的還具有許多不同的設(shè)備單元,或者幾個服務(wù)器放在一個機柜中,這種服務(wù)器就是機柜式服務(wù)器,適用于快速一體化部署應(yīng)用場景。

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    板式換熱器,板式換熱器機組,鈦材板式換熱器,板式冷凝器,全焊接板式換熱器,釬焊板式換熱器,衛(wèi)生級板式換熱器,寬流道板式換熱器,容積式換熱器,盤管換熱,換熱設(shè)備,板式冷卻器,換熱器廠家,換熱設(shè)備     20世紀90年代,集成電路發(fā)展至互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS),導(dǎo)致電子器件的功率及封裝密度飛速增加,CMOS的運算能力遠超之前的雙極晶體管,高功耗和高封裝密度帶來了前所未有的冷卻需求。事實上,在此之前,行業(yè)實踐已經(jīng)發(fā)現(xiàn)液冷是滿足多芯片模塊飛速增長的冷卻需求的合適技術(shù)。最早的CPU液冷散熱器利用直徑4cm的鋁制散熱片,出現(xiàn)在20世紀80年代末90年代初。經(jīng)過多年的探索及發(fā)展,目前實際應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的液冷主要有2種方式:浸沒式及冷板式。浸沒式液冷將服務(wù)器里面所有硬件直接浸泡在工程液體中,依靠流動的工程液體吸收服務(wù)器的發(fā)熱量。按照工程液體散熱過程中是否發(fā)生相變,可以分為單相浸沒式液冷及兩相浸沒式液冷。單相浸沒式液冷如圖1a所示,冷卻液在散熱中始終維持液態(tài),不發(fā)生相變,低溫的冷卻液與發(fā)熱電子元器件直接接觸換熱,溫度升高后進入板式換熱器,被室外側(cè)冷卻循環(huán)冷卻后重新進入液冷槽冷卻服務(wù)器。整個散熱過程中冷卻液無揮發(fā)流失,控制簡單。兩相浸沒式液冷如圖1b所示,浸泡在液冷槽冷卻液中的服務(wù)器產(chǎn)生的熱量使冷卻液溫度升高,當溫度達到其沸點時,冷卻液開始沸騰,同時產(chǎn)生大量氣泡。氣泡逃逸至液面上方,在液冷槽內(nèi)形成氣相區(qū),氣相區(qū)的冷卻液被冷凝管冷卻凝結(jié)成液體后返回液冷槽液相區(qū)。冷凝管中與冷卻液換熱后被加熱的水由循環(huán)泵驅(qū)動進入室外散熱設(shè)備進行散熱,冷卻后的水再次進入冷凝管進行循環(huán)。兩相浸沒式液冷的冷卻液在散熱過程中發(fā)生了相變,利用了冷卻液的蒸發(fā)潛熱,具有更高的傳熱效率,但是相變過程中存在壓力波動,控制復(fù)雜。

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二、數(shù)據(jù)中心空調(diào)

2.1數(shù)據(jù)中心制冷模式

    根據(jù)室外溫度的不同設(shè)計了3種模式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的制冷。當溫度設(shè)計采用了水側(cè)自然冷卻系統(tǒng),隨著室外濕球溫度的降低,出塔水溫度降到所需的值時,通過換熱交換器間接換熱后供給空調(diào)末端制冷。制冷系統(tǒng)全年運行分為3種模式:冷機制冷模式、部分自然冷卻模式、自然冷卻模式。

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(1)當室外濕球溫度t>15.5℃時,冷卻塔出水溫度>19.5℃,冷機工作,板式換熱器不工作,系統(tǒng)運行模式為冷機制冷模式。

(2)當室外濕球溫度8℃<t≤15.5℃時,冷卻塔出水溫度13.5℃<t≤19.5℃,冷機工作,板式換熱器工作,系統(tǒng)運行模式為部分自然制冷模式。

(3)當室外濕球溫度t<8℃時,冷卻塔出水溫度t<13.5℃,冷機不工作,板式換熱器工作,系統(tǒng)運行模式為自然制冷模式。

2.2冷卻水處理

    因為冷卻水直接與室外空氣接觸,在制冷系統(tǒng)運行制冷的同時也會將室外微生物、塵土帶入到管道、冷機等設(shè)備中。經(jīng)過長時間的運行,管道、冷機中會附著大量的微生物、水垢,從而會影響制冷設(shè)備的換熱效果。所以該數(shù)據(jù)中心在冷卻水管道接入微晶旁流、自動加藥裝置等水處理設(shè)備用于物理和化學(xué)處理水質(zhì)。

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2.3冷凍水泵、冷卻水泵

    冷凍水和冷卻水的循環(huán)都是通過水泵進行的。水泵的節(jié)能除采用變頻裝置外,應(yīng)采用較大直徑的管道、盡量減少管道長度和彎頭、采用大半徑彎頭、減少換熱器的壓降等。冷凍機房、水泵、冷卻塔、板式換熱器和精密空調(diào)盡量設(shè)計安裝在相近的高度以減少水泵揚程。

根據(jù)負載的不利壓差控制,當負載減少時,二度調(diào)節(jié)閥閥門開度變小,檢測的壓差設(shè)定點壓差值同將水泵設(shè)置為不同的運行頻率是水泵節(jié)能的另一個方法也是主要的方法。電機所需功率理論上按轉(zhuǎn)速的三次方下降。例如,某一水泵電機工作轉(zhuǎn)速是其額定轉(zhuǎn)速的80%,水泵的工作頻率是其額定功率的51.2%。水泵的頻率由空調(diào)系統(tǒng)末端的變大,泵的頻率在下降,水泵轉(zhuǎn)速降低,使系統(tǒng)流量減少,達到調(diào)節(jié)流量的目的。這種節(jié)能措施不但減少了空調(diào)系統(tǒng)的用水量,同時也節(jié)約了電的使用量。


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