Soluzioni di raffreddamento comuni in IDC: Capitolo 1. Sistema di condizionamento d'aria evaporativo diretto raffreddato ad aria

È un condizionatore d'aria per interni per controllare la temperatura e l'umidità in IDC (Internet Data Center) e il condizionatore d'aria per interni ha le caratteristiche di alta efficienza, alto rapporto di calore sensibile, elevata affidabilità e flessibilità, in grado di soddisfare i requisiti di aumentare la dissipazione del calore del server , controllo costante dell'umidità, filtrazione dell'aria e altri aspetti in IDC.

Con i severi requisiti di PUE (Power Usage Effectiveness) in diverse regioni e l'ampia applicazione di server ad alta densità, ci sono sempre più nuove soluzioni di raffreddamento, sempre più sviluppate e utilizzate in IDC, introdurrò le soluzioni di raffreddamento tradizionali e nuove in IDC nei prossimi 7 capitoli. Iniziamo con il Capitolo 1 – Sistema di condizionamento evaporativo diretto raffreddato ad aria.

1.     Composizione del sistema di condizionamento evaporativo diretto raffreddato ad aria

Il sistema del condizionatore d'aria evaporativo diretto raffreddato ad aria è composto principalmente da telaio, compressore, evaporatore, condensatore, valvola elettronica, ventilatore interno, ventilatore esterno, sistema di controllo dell'unità, sensore di temperatura e umidità, ecc.

Il condensatore è uno scambiatore di calore ad alette esterne e l'evaporatore è uno scambiatore di calore ad alette interne. Dopo che il gas refrigerante ad alta temperatura scaricato dal compressore è stato condensato in liquido nel condensatore, viene strozzato e depressurizzato dalla valvola di espansione per diventare una miscela gas-liquido a bassa temperatura, quindi fluisce nell'evaporatore assorbendo calore ed evaporando, e ritorna al compressore per completare un ciclo di refrigerazione. Allo stesso tempo, l'aria nella stanza viene raffreddata passando attraverso l'evaporatore e l'aria fredda viene inviata nella stanza tramite un ventilatore interno.

2.     Schema del sistema di refrigerazione a compressione di vapore

Il vapore del refrigerante a bassa pressione e bassa temperatura che fluisce dall'evaporatore viene aspirato dal compressore, viene compresso in vapore ad alta pressione e ad alta temperatura e scaricato dal compressore. Pertanto, il vapore del refrigerante è suddiviso in regione di alta pressione e regione di bassa pressione.

La regione di alta pressione va dalla porta di scarico del compressore all'ingresso della valvola di espansione, in cui la pressione è nota come alta pressione o pressione di condensazione e la temperatura è nota come temperatura di condensazione.

Mentre la regione di bassa pressione va dall'uscita della valvola di espansione alla porta di aspirazione del compressore, in cui la pressione è nota come bassa pressione o pressione di evaporazione e la temperatura è nota come temperatura di evaporazione.

È la differenza di pressione tra la regione di alta pressione e la regione di bassa pressione causata dal compressore che fa fluire il refrigerante continuamente nel sistema. Una volta che la differenza di pressione scompare, che è uno dei bilanci di alta e bassa pressione, il refrigerante smette di fluire. È totalmente dovuto al compressore che comprime il vapore che fa la generazione e il valore della differenza di pressione alta e bassa, e il funzionamento continuo del compressore si realizza consumando energia elettrica o meccanica.

Esistono 4 processi per il sistema di refrigerazione a compressione di vapore, mostrati nell'immagine come di seguito:

2.1 Processo di evaporazione

Dopo che il liquido refrigerante scorre nell'evaporatore attraverso la valvola di espansione, inizia a bollire e vaporizzare a causa della diminuzione della pressione. Quindi la temperatura di vaporizzazione/evaporazione è correlata alla pressione.

Nel processo di vaporizzazione, il liquido refrigerante assorbe il calore del mezzo circostante, inclusi acqua, aria o articoli, e la temperatura di questi mezzi diminuisce e raggiunge lo scopo di refrigerazione.

La vaporizzazione del liquido refrigerante è un processo graduale e, infine, tutto il liquido refrigerante diventa vapore saturo secco e quindi scorre nella porta di aspirazione del compressore.

2.2  Processo di compressione

Per mantenere una certa temperatura di evaporazione, il vapore del refrigerante deve defluire continuamente dall'evaporatore. Il vapore refrigerante dall'evaporatore viene aspirato nel compressore e compresso in gas ad alta pressione. Inoltre, il compressore consuma una certa quantità di energia meccanica durante il processo di compressione e l'energia meccanica viene convertita in energia termica in questo processo. Pertanto, la temperatura del vapore del refrigerante viene aumentata e il vapore del refrigerante viene surriscaldato.

2.3  Processo di condensazione

Il vapore refrigerante ad alta pressione scaricato dal compressore rilascerà calore nel condensatore e trasferirà il calore al mezzo circostante - acqua o aria, in modo che il vapore refrigerante si condensi gradualmente in liquido.

Nel condensatore, ci sono due condizioni di base affinché il vapore del refrigerante rilasci calore al fluido: in primo luogo, la temperatura di condensazione del vapore del refrigerante deve essere superiore alla temperatura del fluido circostante e deve rimanere un'adeguata differenza di temperatura; In secondo luogo, in base alla quantità di vapore di refrigerante inviato al condensatore dal compressore, il condensatore dovrebbe avere una lunghezza e un'area del tubo adeguate per garantire che il vapore di refrigerante possa essere completamente condensato nel condensatore.

2.4  Processo di espansione

Ad esempio, il liquido refrigerante dal condensatore viene decompresso alla pressione di evaporazione mediante una valvola di espansione. Anche la temperatura del refrigerante dopo la regolazione diminuisce alla temperatura di evaporazione. E la miscela gas-liquido va nell'evaporatore per il processo di evaporazione.

3.     Applicazioni

(1)   Rispetto al sistema di condizionatore d'aria centralizzato ad acqua refrigerata, il sistema di condizionatore d'aria evaporativo diretto raffreddato ad aria ha una struttura più semplice ed elimina la torre di raffreddamento, la pompa dell'acqua, i tubi di supporto, ecc.

(2)   È applicabile alle aree in cui è a corto di acqua e senza sistema di raffreddamento dell'acqua.

(3)   Per IDC con scala simile, il costo operativo del sistema di condizionatore d'aria evaporativo diretto raffreddato ad aria è elevato.

(4)   In Cina, la maggior parte dei grandi IDC adotta negli ultimi anni la combinazione di sistema ad acqua refrigerata, refrigeratore, scambiatore di calore, pompa refrigerata, pompa di raffreddamento, torre refrigerata e così via.

(5)   Negli Stati Uniti, sempre più IDC utilizzano dry cooler e soluzioni di raffreddamento ad immersione in sostituzione dei tradizionali sistemi di raffreddamento.