板式換熱器在數據中心的應用
一、數據中心服務器冷卻
數據中心服務器是計算機的一種，它比普通計算機運行更快、負載更高。服務器在網絡中為其他客戶機提供計算或應用服務，通常由中央處理器（CPU）、硬盤、內存及系統、系統總線等組成，也屬于電子設備的范疇。服務器按照其外形及應用環境一般可分為塔式服務器、機架式服務器、刀片式服務器及機柜式服務器。塔式服務器外形及結構與平時使用的立式個人計算機（PC）類似，其機箱較大，占用空間大。機架式服務器外觀按照統一標準設計，配合機柜統一使用，高度以 Ｕ 為單位（1Ｕ＝44.45ｍｍ），通常有1、2、3、4、5、6、7Ｕ 幾種標準。作為服務器關鍵部件的 CPU，隨著性能的提升，功耗增加非常顯著，例如英特爾上一代的ＳａｎｄｙＢｒｉｄｇｅ功耗為135Ｗ，最新一代的Ｓｋｙｌａｋｅ功耗達到了240Ｗ，按照高密度服務器１Ｕ 高度４塊CPU計算，則1Ｕ 服務器的散熱量可以達到960Ｗ，常規42Ｕ機柜的散熱量高達40．3 ｋＷ。依據文獻［３８］統計，４２Ｕ 機柜的散熱量甚至達到了50.4ｋＷ。刀片式服務器通過機箱集成電源和氣流分配模塊，一個機箱包含多個刀片式服務器以縮小空間需求，每個刀片即一塊系統主板，集成度更高，比機架式服務器更節省空間。隨著刀片式服務器性能的持續發展，最初一個刀片上只有２塊CPU，現在一個刀片上僅圖形處理器（GPU）就有８塊，高性能計算服務器單機柜發熱量將在３年內達到60～100ｋＷ，在５年內達到100ｋＷ 以上。部分服務器內部結構復雜、設備較多，有的還具有許多不同的設備單元，或者幾個服務器放在一個機柜中，這種服務器就是機柜式服務器，適用于快速一體化部署應用場景。
20世紀90年代，集成電路發展至互補金屬氧化物半導體（ＣＭＯＳ），導致電子器件的功率及封裝密度飛速增加，ＣＭＯＳ的運算能力遠超之前的雙極晶體管，高功耗和高封裝密度帶來了前所未有的冷卻需求。事實上，在此之前，行業實踐已經發現液冷是滿足多芯片模塊飛速增長的冷卻需求的合適技術。最早的CPU液冷散熱器利用直徑4ｃｍ的鋁制散熱片，出現在20世紀80年代末90年代初。經過多年的探索及發展，目前實際應用于數據中心的液冷主要有２種方式：浸沒式及冷板式。浸沒式液冷將服務器里面所有硬件直接浸泡在工程液體中，依靠流動的工程液體吸收服務器的發熱量。按照工程液體散熱過程中是否發生相變，可以分為單相浸沒式液冷及兩相浸沒式液冷。單相浸沒式液冷如圖１ａ所示，冷卻液在散熱中始終維持液態，不發生相變，低溫的冷卻液與發熱電子元器件直接接觸換熱，溫度升高后進入板式換熱器，被室外側冷卻循環冷卻后重新進入液冷槽冷卻服務器。整個散熱過程中冷卻液無揮發流失，控制簡單。兩相浸沒式液冷如圖１ｂ所示，浸泡在液冷槽冷卻液中的服務器產生的熱量使冷卻液溫度升高，當溫度達到其沸點時，冷卻液開始沸騰，同時產生大量氣泡。氣泡逃逸至液面上方，在液冷槽內形成氣相區，氣相區的冷卻液被冷凝管冷卻凝結成液體后返回液冷槽液相區。冷凝管中與冷卻液換熱后被加熱的水由循環泵驅動進入室外散熱設備進行散熱，冷卻后的水再次進入冷凝管進行循環。兩相浸沒式液冷的冷卻液在散熱過程中發生了相變，利用了冷卻液的蒸發潛熱，具有更高的傳熱效率，但是相變過程中存在壓力波動，控制復雜。
二、數據中心空調
2.1數據中心制冷模式
根據室外溫度的不同設計了3種模式來實現數據中心的制冷。當溫度設計采用了水側自然冷卻系統，隨著室外濕球溫度的降低，出塔水溫度降到所需的值時，通過換熱交換器間接換熱后供給空調末端制冷。制冷系統全年運行分為3種模式：冷機制冷模式、部分自然冷卻模式、自然冷卻模式。
(1)當室外濕球溫度t＞15.5℃時，冷卻塔出水溫度＞19.5℃，冷機工作，板式換熱器不工作，系統運行模式為冷機制冷模式。
(2)當室外濕球溫度8℃＜t≤15.5℃時，冷卻塔出水溫度13.5℃＜t≤19.5℃，冷機工作，板式換熱器工作，系統運行模式為部分自然制冷模式。
(3)當室外濕球溫度t＜8℃時，冷卻塔出水溫度t＜13.5℃，冷機不工作，板式換熱器工作，系統運行模式為自然制冷模式。
2.2冷卻水處理
因為冷卻水直接與室外空氣接觸，在制冷系統運行制冷的同時也會將室外微生物、塵土帶入到管道、冷機等設備中。經過長時間的運行，管道、冷機中會附著大量的微生物、水垢，從而會影響制冷設備的換熱效果。所以該數據中心在冷卻水管道接入微晶旁流、自動加藥裝置等水處理設備用于物理和化學處理水質。
2.3冷凍水泵、冷卻水泵
冷凍水和冷卻水的循環都是通過水泵進行的。水泵的節能除采用變頻裝置外，應采用較大直徑的管道、盡量減少管道長度和彎頭、采用大半徑彎頭、減少換熱器的壓降等。冷凍機房、水泵、冷卻塔、板式換熱器和精密空調盡量設計安裝在相近的高度以減少水泵揚程。
根據負載的不利壓差控制，當負載減少時，二度調節閥閥門開度變小，檢測的壓差設定點壓差值同將水泵設置為不同的運行頻率是水泵節能的另一個方法也是主要的方法。電機所需功率理論上按轉速的三次方下降。例如，某一水泵電機工作轉速是其額定轉速的80%，水泵的工作頻率是其額定功率的51.2%。水泵的頻率由空調系統末端的變大，泵的頻率在下降，水泵轉速降低，使系統流量減少，達到調節流量的目的。這種節能措施不但減少了空調系統的用水量，同時也節約了電的使用量。