基于非均匀环境营造理念的高效机房温控系统理论及控制方法研究

The energy consumption of the internet data center (IDC) room is huge and growing rapidly with the rapid development of the networking of various industries and the rise of cloud computing technology. The traditional temperature control method has been difficult to adapt to the development of the IDC room. Based on the deep analysis of the load characteristics, the main problems and the existing energy saving technology of the IDC room, combined with the previous research practice, a novel IDC room temperature control system is proposed in view of the non uniform environment construction concept. In this system, the evaporative cooling technology, the heat pipe heat transfer technology and the vapor compression refrigeration technology are organically integrated, and the efficient preparation, transmission and distribution and on-demand supply of cooling capacity is achieved. A combination ways of theoretical analysis, numerical simulation and system experiment are used in this project, and the scientific issues involved in this system are in-depth studied, including the flow and heat transfer law of complex two-phase fluid network working fluid under the action of multiple disturbance variables, the study on air flow and heat transfer law and non uniform environment construction methods under the action of small spatial scale and variable high density heat source, the optimal design method and operation control strategy of the system on the consideration of cost and performance and so on. It is expected that the research results will help to change the current design concept of the engine room temperature control system, and promote the development of energy-saving work in the IDC room.

随着各行业网络化的快速发展以及云计算技术的兴起，数据机房能耗巨大且增长迅速，传统的机房控温方式已经难以适应数据机房的发展。本项目在对机房负荷特点、存在的主要问题及现有节能技术进行深入剖析的基础上，结合前期研究实践，提出了基于非均匀环境营造理念的高效机房控温系统，该系统将蒸发冷却技术、热管换热技术与蒸气压缩制冷技术进行了有机融合，实现了冷量的高效制备、输配及按需供应。本课题采用理论分析、数值仿真与系统实验相结合的方式，对该系统所涉及的科学问题：多扰动变量作用下复杂两相流体网路工质流动换热规律；小空间尺度、可变高密度热源作用下空气流动换热规律及非均匀环境营造方法；兼顾成本与性能的系统优化设计方法与运行控制策略等问题进行深入研究。预期研究成果有助于转变目前机房控温系统设计理念，推动数据机房节能工作的开展。

随着云计算、大数据、物联网、人工智能、5G 移动通信等信息技术快速发展，数据中心作为上述产业发展的载体，是我国新型基础设施建设的核心内容。在市场需求和新基建相关政策双重驱动下，数据中心相关产业持续高速发展，传统的数据中心控温方式已难以适应数据机房的发展要求。本项目在对机房负荷特点、存在的主要问题及现有节能技术进行深入剖析的基础上，结合前期研究实践，提出了基于非均匀环境营造理念的高效机房控温系统，该系统将蒸发冷却技术、热管换热技术与蒸气压缩制冷技术进行了有机融合，实现了冷量的高效制备、输配及按需供应。本课题采用理论分析、数值仿真与系统实验相结合的方式，对该系统所涉及的科学问题进行深入研究。主要成果如下：. 1）搭建了高精度系统性能研究实验台，在标准焓差环境实验室进行了大量实验。同时建立了系统动态性能仿真平台，通过实验和数值模拟研究，得到了系统在不同运行工况下的制冷剂流动换热规律。. 2）提出了可实现按需精确供冷的机柜结构，通过实验和模拟相结合的方式研究了其内部流动换热规律，提出了机柜内部非均匀环境营造评价指标，在此基础上得到了最佳的结构参数和运行参数。. 3）基于系统性能仿真平台，分析了主要部件（换热器、压缩机等）结构和性能参数、运行参数（风量、压缩机转速、模式切换温度等）及环境参数（机柜温度、环境温湿度等）对系统性能影响规律，得到了系统优化设计与运行控制方法，对系统在全国典型地区的运行特性进行了预测分析。. 本项目研究成果有助于转变目前机房控温系统设计理念，推动我国绿色数据中心发展进程，助力我国双碳目标实现。