数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析

发布时间：2020-04-22 23:52

【摘要】：当前,随着全球信息技术的高速发展,数据中心的数量呈现急速增长的趋势,能耗已经占到了全球的1.12~1.5%。同时,制造技术也在不断进步,摩尔定律表明电元件集成数目每18个月翻一番。尽管摩尔博士所指对象并不是直接针对服务器,但服务器与相关设备性能提升在过去的几十年大多遵循此规律。随之而来的便是发热密度的不断增长,有资料显示,通讯设备发热密度在2014年已经超过120kW/m~2。面对数据中心如此的高能耗与高热密度特征,自然冷却技术可以利用室外的自然冷源,减少冷水机组的运行时间,降低数据中心冷却系统的能耗,得到了数据中心领域专家的广泛关注与研究。本文研究的对象是以冷却塔为核心经济器的自然水冷数据中心,结合新型空调末端微通道热管背板空调,研究其在全国五个典型气候区域的全年运行变化规律。此外,对冷却系统的关键运行参数进行了敏感性研究并提出高效设计方法。首先,利用TRNSYS建模平台对水冷自然冷却数据中心从服务器到冷却系统进行全方位的建模,并且利用制造商数据对其核心部件—冷水主机、冷却塔、精密空调进行了验证,相对误差平均值分别为4%,4.2%及2.7%,满足模拟计算的需要。其次,基于搭建的模拟平台,分别对使用精密空调与微通道热管背板空调末端的典型数据中心进行了全年模拟研究,结果表明:微通道背板空调末端相对精密空调,总能耗下降约3.0%~3.8%,PUE下降约0.04,节省电量值绝对量达1230000~1470000 kW?h/年;同时数据机房的温度波动较小,温度更为均匀,更适用于数据中心。机架最大负荷变化的研究发现:微通道背板换热性能相对精密空调有更强的自我调整能力,最大负荷水平由10kW至7kW/Rack、7kW至4kW/Rack,末端空调能耗相对减少率分别是30.0%、42.9%。最后,对自然水冷数据中心的关键参数进行了研究:模式切换温度的敏感性研究发现,T_(a1)、T_(a2)会对冷却塔使用室外自然冷源的时间起决定性作用,然后基于冷却塔的性能拟合式,提出了一种通用性的设计计算方法,并进行了案例模拟研究,结果证明所提设计方法更为节能与合理;同时,对冷却塔的冷却单元数变化研究发现,提高冷却单元数有利于减少逼近度、增强冷却塔换热性能,从而延长自然冷源的利用时间,但过小的逼近度可能会导致在北方冬季运行时服务器送风温度过低,甚至出现结露现象,在工程设计实践中需要谨慎考虑。
【图文】：

数据中心,数据机,热密度

图 1.1 典型数据中心能耗分布[9]境控制与能源效率环境控制而言，是由一个个数据机房构成的，数据机、加工、运算、存储、传输、检索等功能[1机房、存储机房等功能区域等。其核心部件mation Equipment）[10]，摩尔定律揭示电元而来的便是热密度的急速增长，图 1.2 是 1势[11]，条带宽度是基于满载配置系统的最004 年以后，EIE 设备热密度上升趋势有所度峰值已经超过 80kW/m2，即使是最小的磁根据设备安装布置密度，，一个典型的数据机范围内，办公类建筑一般热负荷在 100W/m近 20 倍。因此，数据机房的负荷呈现高热

信息技术产品,热密度,演变趋势

数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析题包括导电阳极故障（CAF）、吸湿性粉尘故障（HDF）、介质差错等。在极端情况下，冷却设备的冷表面上会直接低会增加静电放电（ESD）量和放电倾向性，它会损坏设响。低相对湿度环境中的介质和磁带产品可能有过多出错环境控制的重要参数，灰尘将对 EIE 设备运行造成不利影坏印刷电路板中的金属薄片和导体。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU831

【参考文献】