Veri Merkezleri için Hava, Sıvı ve Serbest Soğutma Sistemlerinde Isıl Yönetim ve Enerji Tüketimi: Bir İnceleme

Özet

Yüksek ısı yayan veri merkezlerinin büyümesiyle soğutma sistemlerinde ısıl yönetim ve enerji tüketimini azaltma ana eğilim haline geldi, ancak mevcut çalışmalar tek tek etkenlerin etkisini inceleyip sistematik özetlememişti. İnceleme her soğutma sistemindeki anahtar etkenleri, ilgili araştırmaları ve optimizasyon yöntemlerini derliyor: hava soğutmada ısıl yönetim büyük oranda sıcak ve soğuk havanın homojen dağıtımına bağlı ve delikli karoların gözenekliliğini ayarlamak enerji tüketimini azaltabiliyor; sıvı ve serbest soğutmada iklim koşulları, soğutma sistemi yapısal tasarımı, soğutucu türü ve debisi anahtar etkenler.

Serbest soğutma aileleri doğrudan ve dolaylı hava tarafı ekonomizörler (döner tekerlek ve plaka eşanjörler dahil), deniz suyu veya göl suyu kullanan su tarafı sistemler ve soğutma kulesi serbest soğutması. Sıvı soğutma soğuk plakaları, ısı borularını ve daldırmayı kapsıyor. Seul referans modeli karşılaştırmasında doğrudan hava soğutma yaklaşık %68, dolaylı hava soğutma %50 ve su tarafı soğutma çevrimi %15 enerji tasarrufu sağladı. Tokyo'da doğrudan hava artı buharlaşmalı soğutma artı atık ısı geri kazanımı sistemi %20,8 yıllık enerji tasarrufu verdi; iç sıcaklıktaki her 2 °C düşüş tasarrufu %2,8-8,5 azalttı.

Serin iklimlerde doğrudan hava tarafı ekonomizörler enerji kullanımını %15-22 azalttı (Oro ve ark.); çok kuru veya çok nemli yerler nemlendirme veya nem alma enerjisi nedeniyle daha az uygun, Pekin ve Harbin sis ve toz nedeniyle uygunsuz sayıldı. Dokuz hava tarafı eşanjör türü karşılaştırmasında enerji tasarruflu cihazlar toplam soğutma enerjisini %47,5 ila %62 azalttı, verimli bir dolaylı hava tarafı ekonomizör %63,6 tasarruf etti. Shenzhen'de dolaylı buharlaşmalı soğutma ünitesi kabin başına 5,3 kW'ta 1,249 PUE'ye ulaştı. Göl suyu/soğutma kulesi serbest soğutma tesisi dört yük faktöründe ortalama soğutma ekipmanı EER 16,8-49,3 ve ortalama PUE 1,11-1,15'e ulaştı. Tianjin'de soğutulmuş su debisi ve CRAC giriş sıcaklığı optimizasyonu %21,3 enerji tasarrufu ve %4,43 PUE azalması verdi.

Sınırlar: derleme olduğu için farklı iklimlerde ve koşullarda yapılmış çalışmalar karşılaştırılıyor ve rakamlar doğrudan aynı temelde kıyaslanamaz. Yazarlar serbest soğutma geçiş noktası, iklim (nem, sis/toz) ve soğutucu debisini baskın tasarım değişkenleri olarak öne çıkarıyor.

Öne çıkan noktalar

1. Seul referans modeli karşılaştırmasında doğrudan hava soğutma yaklaşık %68, dolaylı hava soğutma %50 ve su tarafı soğutma çevrimi %15 enerji tasarrufu sağladı.
2. Tokyo'da doğrudan hava artı buharlaşmalı soğutma artı atık ısı geri kazanımı sistemi %20,8 yıllık tasarruf verdi; iç sıcaklıktaki her 2 °C düşüş tasarrufu %2,8-8,5 azalttı.
3. Serin iklimlerde doğrudan hava tarafı ekonomizörler enerji kullanımını %15-22 azalttı; çok kuru veya çok nemli yerler az uygun, Pekin ve Harbin sis ve toz nedeniyle uygunsuz sayıldı.
4. Dokuz hava tarafı eşanjör türü karşılaştırmasında enerji tasarruflu cihazlar toplam soğutma enerjisini %47,5-62 azalttı; verimli dolaylı hava tarafı ekonomizör %63,6 tasarruf etti.
5. Shenzhen'de dolaylı buharlaşmalı soğutma ünitesi kabin başına 5,3 kW'ta 1,249 PUE'ye ulaştı.
6. Göl suyu/soğutma kulesi serbest soğutma tesisi dört yük faktöründe ortalama soğutma ekipmanı EER 16,8-49,3 ve ortalama PUE 1,11-1,15'e ulaştı.
7. Tianjin'de soğutulmuş su debisi ve CRAC giriş sıcaklığı optimizasyonu %21,3 enerji tasarrufu ve %4,43 PUE azalması verdi.

Tasarımda kullanımı

• Soğutma sistemi ön seçiminde iklimi (nem, sis/toz) ve serbest soğutma geçiş noktasını belirleyici girdi yapın; sis ve tozlu bölgelerde doğrudan hava tarafı ekonomizör uygunsuz olabilir.
• Hava soğutmada delikli karo gözenekliliğini ve raf yüksekliğini hava dağılımı değişkeni olarak ayarlayın; gözeneklilik ayarı enerji tüketimini azaltabilir.
• Sistem türüne göre yayımlanmış PUE aralıklarını (ör. göl suyu serbest soğutma 1,11-1,15, dolaylı buharlaşmalı 1,249) ön hedef olarak kullanıp proje iklimiyle doğrulayın.

Kimler okumalı

Hava, serbest ve sıvı soğutma seçenekleri arasında seçim yapan soğutma tasarımcıları ve enerji verimliliği uzmanları.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Veri merkezleri için hava soğutma (2.1 Isıl yönetim performansı: sıcaklık dağılımı homojenliği, soğutma verimliliği; 2.2 Sistemin enerji tasarrufu ve tüketimin azaltılması)
3. 3. Serbest soğutma sistemi (3.1 Hava tarafı ekonomizörler: doğrudan, dolaylı; 3.2 Su tarafı ekonomizörler: doğrudan su soğutmalı sistem, hava soğutmalı sistem, soğutma kulesi sistemi)
4. 4. Sıvı soğutma sistemleri (4.1 Dolaylı sıvı soğutma: tek fazlı, iki fazlı, ısı borulu; 4.2 Doğrudan sıvı soğutma: sıvıya daldırma, sprey soğutma, jet çarpması)
5. 5. Sonuçlar ve ileri öneriler

İlgili standartlar

• ASHRAE TC9.9 Thermal Guidelines

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Sijun Xu; Hua Zhang; Zilong Wang

Yayıncı

Energies (MDPI AG)

Yıl

2023

Cilt

16

Sayı

3

Sayfalar

1279

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/en16031279

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye