熱管背板空調(diào)有無風(fēng)機(jī)應(yīng)用研究

劉書浩 吳麗菲 何其振 陳剛 吳志楓 孫地

(1.中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司,廣東廣州 510000;2.廣東申菱環(huán)境系統(tǒng)股份有限公司,廣東佛山 528300)

1 背景

近年來,隨著數(shù)據(jù)中心的急速發(fā)展,機(jī)房集成程度越來越高,高密度熱負(fù)荷機(jī)房已是大勢所趨。面對這種潮流,如何高效、可靠、節(jié)能地帶走熱量成為行業(yè)專家們必須攻克的課題。傳統(tǒng)機(jī)房精密空調(diào)(風(fēng)冷冷風(fēng)型、水冷冷風(fēng)型和冷凍水型)一般應(yīng)用在低密度熱負(fù)荷場所。在高密度熱負(fù)荷中,傳統(tǒng)機(jī)房精密空調(diào)往往會造成噪聲大、能效低和局部熱點等問題,而且光全年制冷所消耗的電量就占總用電量的40～50%。由此可以看出傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)不僅能耗高,同時也不能有效解決高密度負(fù)荷的散熱問題。

熱管背板空調(diào)是專門針對高密度機(jī)房負(fù)荷場合而設(shè)計的,相比于傳統(tǒng)精密空調(diào),背板空調(diào)噪聲小、能耗低,并能很好的解決局部熱點問題。而背板空調(diào)系統(tǒng)又分為不帶風(fēng)機(jī)和帶風(fēng)機(jī)兩種,對于不帶風(fēng)機(jī)的背板,機(jī)柜內(nèi)主要依靠服務(wù)器的小風(fēng)扇和背板換熱帶走熱量;而帶風(fēng)機(jī)的背板依靠的自身風(fēng)機(jī)送風(fēng),帶走熱量。

兩種背板的方案各有優(yōu)劣,本文將通過對南方某數(shù)據(jù)中心節(jié)能試點的樣機(jī)測試和數(shù)據(jù)收集,重點對氣流組織和制冷效果兩個方面進(jìn)行運行分析。

圖1 機(jī)柜內(nèi)部負(fù)載布置示意圖

2 應(yīng)用性能對比分析

針對氣流組織和制冷效果兩個方面,我們對無、有風(fēng)機(jī)兩種不同方案的熱管背板進(jìn)行了應(yīng)用運行測試。測試內(nèi)容包括機(jī)柜在負(fù)載高度方向分布均勻時的進(jìn)出風(fēng)溫度、風(fēng)速和負(fù)載等情況,分析不帶風(fēng)機(jī)背板和帶風(fēng)機(jī)背板之間的氣流組織和制冷效果差異。

2.1 氣流組織試驗

選用試點中第2列機(jī)柜,對配置均勻負(fù)載下進(jìn)行測試：背板無、有風(fēng)機(jī)的情況下,機(jī)柜中的服務(wù)器之間需擋板密封,每個機(jī)柜啟動10個服務(wù)器并全部100%運行或者全部0%運行(有11個服務(wù)器的機(jī)柜,最上面的服務(wù)器停止運行),系統(tǒng)穩(wěn)定運行后,記錄數(shù)據(jù),如圖1所示。

第2列機(jī)柜一共六組數(shù)據(jù),機(jī)柜負(fù)載高度方向上均勻的情況下,測試記錄如表1、表2所示。

機(jī)柜負(fù)載均勻分布,無風(fēng)機(jī)背板的送回風(fēng)溫差在0.5～1.3℃,送風(fēng)風(fēng)速在0.4～0.5m/s,機(jī)柜高度方向上溫差4～6℃;而帶風(fēng)機(jī)背板的送回風(fēng)溫差在0.5～1℃,送風(fēng)風(fēng)速3.0m/s左右,機(jī)柜高度方向上溫差0.1～0.7℃。

表1 無風(fēng)機(jī)背板測試數(shù)據(jù)

表3 無風(fēng)機(jī)背板RCU測試數(shù)據(jù)

表4 有風(fēng)機(jī)背板RCU測試數(shù)據(jù)

表2 有風(fēng)機(jī)背板測試數(shù)據(jù)

兩種方案的背板出風(fēng)溫度在高度方向上都沒有明顯的溫度分層,服務(wù)器均能正常運行。但可以明顯看出有風(fēng)機(jī)的背板方案在高度方向上溫差更小,溫度分布更均勻。

從風(fēng)速來看,無風(fēng)機(jī)的送風(fēng)風(fēng)速很小,整個空氣流場運動緩慢,機(jī)柜內(nèi)的氣流組織較差,換熱效果較差。這造成采用無風(fēng)機(jī)背板的機(jī)柜的送、回風(fēng)溫差只有0.5～1.3℃,溫度相近,服務(wù)器的部分熱量積蓄在機(jī)柜內(nèi),無法被高效帶走。

由此可見,不管是從單個機(jī)柜高度方向的溫度分布,還是從機(jī)柜送、回風(fēng)溫差來看,帶風(fēng)機(jī)背板的氣流組織更好,能避免送、回風(fēng)溫度分層。

2.2 制冷效果試驗

由上一節(jié)可知背板的制冷效果跟機(jī)柜內(nèi)氣流組織的好與壞有著很直接的關(guān)系,下面我們將通過另一個方面去試驗有、無風(fēng)機(jī)背板方案的制冷效果差異。

R C U冷凍水所提供的冷量與背板的制冷效果息息相關(guān),從R C U的進(jìn)出水溫、水流量和冷媒側(cè)進(jìn)出溫度就可以反映出整個熱管背板系統(tǒng)的大致?lián)Q熱情況。

由表3、表4的數(shù)據(jù)可以看出,無風(fēng)機(jī)背板的RC U冷媒進(jìn)口溫度基本一樣,在回風(fēng)工況24℃的條件下,冷媒進(jìn)入RCU的溫度只有15.6℃,與出口的冷媒溫度14.8℃只差0.8℃。而有風(fēng)機(jī)背板的冷媒經(jīng)過與機(jī)柜換熱后,冷媒溫度由9.7℃上升為19.8℃。

分析原因認(rèn)為：無風(fēng)機(jī)背板的換熱效果較差,冷媒通過熱管背板系統(tǒng)與機(jī)柜換熱后,只有少量的負(fù)載被帶走,大部分熱負(fù)荷都滯留于機(jī)柜服務(wù)器中,造成冷媒進(jìn)口溫度與冷媒出口溫度相差無幾。熱管背板空調(diào)系統(tǒng)是依靠冷媒的重力所提供的動力完成整個循環(huán),當(dāng)系統(tǒng)末端蒸發(fā)效果較差時,蒸發(fā)器內(nèi)液態(tài)冷媒?jīng)]法很好的完成氣化,造成冷媒循環(huán)緩慢,影響制冷效果。而帶風(fēng)機(jī)背板,通過改善氣流組織,加強(qiáng)冷媒蒸發(fā)效果,提高了制冷效果。

3 結(jié)語

通過對南方某數(shù)據(jù)中心節(jié)能試點的樣機(jī)測試和數(shù)據(jù)收集,對無、有風(fēng)機(jī)背板的氣流組織和制冷效果進(jìn)行了對比分析。

不管是采用無風(fēng)機(jī)背板還是有風(fēng)機(jī)背板空調(diào),機(jī)柜送回溫度都沒有明顯的分層,服務(wù)器均能正常運行。但無風(fēng)機(jī)背板的氣流組織明顯較差,機(jī)柜前后的送回風(fēng)風(fēng)速較低,導(dǎo)致機(jī)柜送、回風(fēng)側(cè)出現(xiàn)明顯的溫度分層,制冷效果一般。有風(fēng)機(jī)背板能明顯改善機(jī)柜的氣流組織,避免送、回風(fēng)側(cè)溫度分層,同時也能增強(qiáng)熱管背板系統(tǒng)的冷媒蒸發(fā)效果,讓整個系統(tǒng)更好的循環(huán)起來,提高其制冷效果。

[1] 劉書浩,張海濤,郭佳哲,等.數(shù)據(jù)中心熱管背板空調(diào)應(yīng)用實測研究——系統(tǒng)不平衡運行分析[J].制冷與空調(diào),2015,15(3)：22-25.

[2] 陳文婷,陳華,謝春輝.數(shù)據(jù)中心背板空調(diào)換熱特性分析[J].制冷與空調(diào),2015,15(1)：27-30.

[3] 吳俊峰,張秀平,舒國安,等.基于多元統(tǒng)計方法的幾種空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能量測量和驗證方案探討[J].暖通空調(diào),2014,44(1)：125-129.