原创《数据机房自然冷却用泵驱动回路热管换热机组性能实验》：本论文为免费优秀的关于热管论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
摘 要：设计了一种数据中心自然冷却用泵驱动回路热管换热机组,并介绍该机组的构成和工作原理,针对研制的样机搭建实验系统并较全面地进行实验研究.结果表明：当室内外温差为10 ℃时,机组能效比COP为5.88；当室内外温差为18 ℃时,机组COP可达10.41；当系统质量流量在一定范围变化时,即工质气化率在2%～50%范围内,机组换热量没有显著变化,且换热量和室内外温差近似呈线性关系；同时系统阻力越大,蒸发器进出口温差越大,显热换热量所占比例也越大.
关键词：数据中心节能；回路热管；自然冷却
中图分类号：TU831.6
文献标志码：A
文章编号：1674-4764（2013）04-0145-06
随着信息化水平的不断提高,各类数据中心数量快速得到增长,由此带来了数据中心的耗电量急剧上升.据统计,2011年中国数据中心总耗电量达700亿kW·h,已经占到全社会用电量的15%[1].在数据中心总能耗中,IT设备占46%,空调能耗占31%,不间断电源占8%,照明占4%,其他占11%[2].因此,降低空调系统的能耗已经成为数据中心节能的首要任务.
数据中心空调系统目前有机械制冷和自然冷却2种方式.在机械制冷方式下,综合利用各种节能手段,可以降低空调系统用电量20%～50%,将空调系统用电量占机房总耗电量的比例降低至30%左右,说明机械制冷对数据中心PUE（Power Usage Effectiveness 电能利用效率）降低的潜力有限[3].而目前,雅虎“鸡窝”式数据中心PUE 1.08,Facebook数据中心PUE1.15,谷歌的比利时数据中心PUE 1.16,惠普英国温耶德数据中心PUE 1.16,微软都柏林数据中心PUE 1.25,这企业的数据中心PUE如此之低的主要原因是由于它们最大限度地使用自然冷却方式为机房降温[4].
在自然冷却系统中有直接新风冷却方式[5-8],间接新风冷却方式比直接新风式种类要多,如和机械制冷结合的复合制冷模式[9-10],冷却塔自然冷却方式[11-13],整体式热管换热器[14-17],分离式热管换热器[18].间接新风冷却的载冷剂如果为单相显热冷却,输送工质泵功率大,而利用相变换热的热管换热器由于没有机械驱动力,蒸发器和冷凝器安装条件受限制,同时系统的大型化也有难度.为了克服上述自然冷却系统存在的不足,笔者设计出一种数据中心自然冷却用泵驱动回路热管换热机组,本文详细介绍该机组的构成和工作原理,针对研制的样机搭建实验系统并较全面地实验研究.
张双,等：数据机房自然冷却用泵驱动回路热管换热机组性能实验研究
1泵驱动回路热管换热机组
设计的泵驱动回路热管换热机组的系统组成如图1所示,主要由工质泵、室内侧并联安放的4台蒸发器、室外侧并联安放的3台冷凝器、储液罐以及连接管道等组成,将系统内部抽真空后充注低沸点工质,如R410A等.其工作过程是工质泵将过冷工质输送到蒸发器,工质在蒸发器内吸收室内热空气的热量,温度升高并伴随部分工质汽化,即工质在蒸发器内既有显热换热、又有相变吸热,从蒸发器出来的两相工质流入冷凝器进行冷凝放热,工质将自身携带的热量散到大气中而变为过冷液体,液体汇集到储液罐后被吸入工质泵中进入下一次循环.这样,当室外气温低于室内空气温时,泵驱动工质在系统内循环,就可以将室内侧IT设备的发热量,携带到室外并散发给周围的冷空气.在这一过程中,工质既有显热换热、又有潜热换热.
从以上分析可以看出,这种自然冷却系统具有以下优点：1）由于机房内部为相变冷却,提升了换热效果,工质泵流量小,系统阻力小,因而泵功率远低于压缩机的功率,具有明显节能效益；2）泵的驱动力远大于重力,能适应较复杂的管路,因此蒸发器和冷凝器布置比较灵活,结构形式可以多样化；3）机房内部无需用水冷却,消除机房内部漏水隐患,同时冬季室外不需要防冻措施； 4）系统构成比较简单,可靠性高,易操作维护,成本较低.冷却系统存在的主要缺点是：1）室外空气温度必须低于室内空气温度阈值；2）系统阻力不宜过大；3）冷凝器相对于蒸发器高度不宜过大；4）等温相变换热熵产大于显热换热熵产[19].
2实验系统及测量
研制样机的实验测量系统如图1所示,室内装有4台规格相同的蒸发器,机组吊装在长14 m、宽6 m、高3.5 m的测量房间内,每台机组额定风量2 700 m3/h.每台机组工质管路的进出口安装有压力变送器和热电偶,风侧进出口各安装3个热电偶,测量进出口风温；室内负荷由共计34 kW的电加热器提供,其中9 kW电加热器2台,2 kW电加热器8台；室外侧处在一个密闭的空间内,并且也有一套空气处理系统,对冷凝器温度进行控制,能保证室外冷凝器的送风参数满足实验要求；室内装有湿度传感器,室内总供液管安装有质量流量计,且工质进出室内的总管安装压力变送器和热电偶；冷凝器、储液罐和工质泵放在室外,冷凝器共3台,每台冷凝器风机都可以独立控制,并用变频器变频调节风量,冷凝器风量通过风速仪测得,冷凝器风侧进出口各安装6个热电偶；室内风机功率和冷凝器风机功率通过功率变送器测得,50 Hz下,室内风机总功率为0.98 kW,冷凝器风机总功率为1.14 kW；工质泵进出口装有压力变送器和热电偶,工质泵通过变频器调节工质流量,泵功率由变频器上的功率表测得.测量出的泵参数见表1.
4实验结果和讨论
4.1机组的换热特性
在室外温度7 ℃、室内温度25 ℃和室外温度15 ℃、室内温度25 ℃两种工况下,泵频率为15 Hz时,通过测量得出的机组换热量和能效比（COP）列于表3中.
热管论文参考资料：
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