数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析

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1、学校代号10532学号S150100076分类号TU831.6密级公开硕士学位论文数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析学位申请人姓名唐辉培养单位土木工程学院导师姓名及职称张泉教授学科专业供热、供燃气、通风及空调工程研究方向数据中心高效自然冷却技术论文提交日期2018年5月26日学校代号：10532学号：S150100076密级：公开湖南大学硕士学位论文数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析学位申请人姓名：唐辉导师姓名及职称：张泉教授培养单位：土木工程学院专业名称：供热、供燃气、通风及空调工程论文提交日期：2018年5月26日论文答辩日期：201

2、8年5月29日答辩委员会主席：李念平教授Simulationandparameteranalysisofwater-sidefreecoolingsystemindatacenterbyTANGHuiB.E.(CentralSouthUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinHeating,VentilatingandAirConditioningEngineeringintheGraduateSc

3、hoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHANGQuanMay,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，论文中不包含任何其他人个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电

4、子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析摘要当前，随着全球信息技术的高速发展，数据中心的数量呈现急速增长的趋势，能耗已经占到了全球的1.12~1.5%。同时，制造技术也在不断进步，摩尔定律表明电元件集成数目每18个月翻一番。尽管摩尔博士所指对象并不是直接

5、针对服务器，但服务器与相关设备性能提升在过去的几十年大多遵循此规律。随之而来的便是发热密度的不断增长，有资料显示，通讯设备发热密度在2014年已经超过2120kW/m。面对数据中心如此的高能耗与高热密度特征，自然冷却技术可以利用室外的自然冷源，减少冷水机组的运行时间，降低数据中心冷却系统的能耗，得到了数据中心领域专家的广泛关注与研究。本文研究的对象是以冷却塔为核心经济器的自然水冷数据中心，结合新型空调末端微通道热管背板空调，研究其在全国五个典型气候区域的全年运行变化规律。此外，对冷却系统的关键运行参数进行了敏感性研究并提出高效设计方法。首先，利用TRNSYS建模

6、平台对水冷自然冷却数据中心从服务器到冷却系统进行全方位的建模，并且利用制造商数据对其核心部件—冷水主机、冷却塔、精密空调进行了验证，相对误差平均值分别为4%，4.2%及2.7%，满足模拟计算的需要。其次，基于搭建的模拟平台，分别对使用精密空调与微通道热管背板空调末端的典型数据中心进行了全年模拟研究，结果表明：微通道背板空调末端相对精密空调，总能耗下降约3.0%~3.8%，PUE下降约0.04，节省电量值绝对量达1230000~1470000kW∙h/年；同时数据机房的温度波动较小，温度更为均匀，更适用于数据中心。机架最大负荷变化的研究发现：微通道背板换热性能相对

7、精密空调有更强的自我调整能力，最大负荷水平由10kW至7kW/Rack、7kW至4kW/Rack，末端空调能耗相对减少率分别是30.0%、42.9%。最后，对自然水冷数据中心的关键参数进行了研究：模式切换温度的敏感性研究发现，Ta1、Ta2会对冷却塔使用室外自然冷源的时间起决定性作用，然后基于冷却塔的性能拟合式，提出了一种通用性的设计计算方法，并进行了案例模拟研究，结果证明所提设计方法更为节能与合理；同时，对冷却塔的冷却单元数变化研究发现，提高冷却单元数有利于减少逼近度、增强冷却塔换热性能，从而延长自然冷源的利用时间，但过小的逼近度可能会导致在北方冬季运行时服务

8、器送风温度过低，甚至出现