數據中心分散式熱管冷卻系統最佳化分析方法

《數據中心分散式熱管冷卻系統最佳化分析方法》是依託清華大學，由李震擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：數據中心分散式熱管冷卻系統最佳化分析方法
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：李震
• 項目類別：面上項目

項目摘要

我國數據中心的年耗電量已超過1000億度，而且逐年遞增。數據中心空調系統的能耗占總能耗接近一半，如何降低空調能耗是建設高效數據中心的關鍵。對於數據中心的空調系統，通常採用火用分析和熵產分析方法，但得到的結果並不能給出系統的最佳化工況。 本項目擬對比採用熵產分析、火用分析方法與火積耗散理論建立機房冷卻過程的評價與最佳化方法，通過運行參數和氣流組織的最佳化實現運行能耗的減小。並且通過計算熱量採集、傳遞和冷熱空氣混合過程的傳熱火積損失，量化空氣不等溫混合以及換熱流體的流量匹配程度對機房傳熱性能的影響，得出數據中心節能的系統方案以及最佳化運行方法。本項目擬搭建數據中心排熱測試系統，驗證上述最佳化理論，並且得到分散式熱管系統的溫差損失、傳熱量、輸送距離以及幾何尺寸的內在聯繫。在以上研究的基礎上，綜合考慮投資成本和運行成本，提出用於數據中心分散式冷卻系統的全周期投入產出最佳化模型，為該系統的套用提供指導。

結題摘要

數據中心是一個集中存放計算伺服器的場所，其散熱密度高達500～3000W/m2，是常規建築的100倍，近年來隨著IT設備性能的逐漸提高，在今後的發展中，數據中心散熱密度進一步提高。數據中心極高的熱流密度和不均勻的熱源分布特性也對空調系統提出了挑戰，傳統的數據中心空調系統難以滿足高密度數據中心的散熱需求，新的冷卻方式亟待開發。 針對目前數據中心冷卻技術存在的高能耗問題，本項目提出了數據中心分散式冷卻系統的概念、結構特徵及運行控制方式，解決了中低密度數據中心（單機櫃5～10kW）的氣流摻混和輸配能耗大的問題。 本課題對比研究了不同系統類型下（分散式冷卻系統和精密空調系統），數據中心熱傳遞過程的特點，建立數據中心冷卻過程的換熱網路模型。並分析研究了排熱過程各個環節的溫差損失，採用最佳化的方法減小了各環節傳熱驅動力的損失。在此基礎上構建多級冷機和冷卻塔串聯的大溫差冷水系統，實現了機械製冷和自然冷卻的聯合運行，根據室外環境的變化調節冷機和冷卻塔的供冷量，延長自然冷卻時間，提高冷機運行效率，在全年不同工況下解決了數據中心自然供冷的可用性和調節性 在數據中心內部換熱分析中，通過火積耗散理論建立評價與最佳化體系，實現冷卻系統的全面最佳化（運行參數，氣流組織等）。並針對新提出的數據中心散熱系統，建立合理的投入產出模型，實現數據中心冷卻系統的全局最佳化。課題組通過實驗驗證了分散式冷卻技術最佳化的結果，並通過理論研究的成果指導制定相關標準。 分散式冷卻系統解決了局部熱點，氣流摻混的問題。該系統還減少了換熱溫差，增強了換熱能力，降低了輸配能耗，提高了冷源溫度，相比於傳統的精密空調冷卻模式，分散式數據中心冷卻系統節約了大量的電能。