Soluções de resfriamento comuns no IDC: Capítulo 1. Sistema de ar condicionado evaporativo direto resfriado a ar

É condicionador de ar interno para controlar a temperatura e umidade no IDC (Internet Data Center), e o ar condicionado interno tem as características de alta eficiência, alta taxa de calor sensível, alta confiabilidade e flexibilidade, que podem atender aos requisitos de aumentar a dissipação de calor do servidor , controle constante de umidade, filtragem de ar e outros aspectos no IDC.

Com os rigorosos requisitos de PUE (Power Usage Effectiveness) em diferentes regiões e a ampla aplicação de servidores de alta densidade, existem cada vez mais novas soluções de refrigeração, cada vez mais desenvolvidas e utilizadas em IDC, apresentarei as tradicionais e novas soluções de refrigeração em IDC nos próximos 7 capítulos. Vamos começar com o Capítulo 1 – Sistema de Ar Condicionado Evaporativo Direto Refrigerado a Ar.

1.     Composição do sistema de ar condicionado evaporativo direto resfriado a ar

Sistema de ar condicionado evaporativo direto refrigerado a ar é composto principalmente de estrutura, compressor, evaporador, condensador, válvula eletrônica, ventilador interno, ventilador externo, sistema de controle da unidade, sensor de temperatura e umidade, etc.

O condensador é um trocador de calor externo e o evaporador é um trocador de calor interno. Depois que o gás refrigerante de alta temperatura descarregado do compressor é condensado em líquido no condensador, é estrangulado e despressurizado pela válvula de expansão para se tornar uma mistura gás-líquido de baixa temperatura e, em seguida, flui para o evaporador absorvendo calor e evaporando, e retorna ao compressor para completar um ciclo de refrigeração. Ao mesmo tempo, o ar da sala é resfriado passando pelo evaporador e o ar frio é enviado para a sala pelo ventilador interno.

2.     Diagrama do Esquema do Sistema de Refrigeração por Compressão de Vapor

O vapor refrigerante de baixa pressão e baixa temperatura que flui do evaporador é sugado pelo compressor e é comprimido em vapor de alta pressão e alta temperatura e descarregado pelo compressor. Assim, o vapor refrigerante é dividido em região de alta pressão e região de baixa pressão.

A região de alta pressão é da porta de descarga do compressor até a entrada da válvula de expansão, na qual a pressão é conhecida como alta pressão ou pressão de condensação e a temperatura é conhecida como temperatura de condensação.

Enquanto a região de baixa pressão é da saída da válvula de expansão até a porta de sucção do compressor, na qual a pressão é conhecida como baixa pressão ou pressão de evaporação, e a temperatura é conhecida como temperatura de evaporação.

É a diferença de pressão entre a região de alta pressão e a região de baixa pressão causada pelo compressor que faz com que o refrigerante flua continuamente no sistema. Uma vez que a diferença de pressão desaparece, que é um dos equilíbrios de alta e baixa pressão, o refrigerante para de fluir. É totalmente devido à compressão do vapor do compressor que faz a geração e o valor da diferença de alta e baixa pressão, e o funcionamento contínuo do compressor é realizado consumindo energia elétrica ou mecânica.

Existem 4 processos para sistema de refrigeração por compressão de vapor, mostrados na imagem abaixo:

2.1 Processo de evaporação

Depois que o líquido refrigerante flui para o evaporador através da válvula de expansão, ele começa a ferver e vaporizar devido à diminuição da pressão. Portanto, a temperatura de vaporização/evaporação está relacionada à pressão.

No processo de vaporização, o líquido refrigerante absorve o calor do meio circundante, incluindo água, ar ou artigos, e a temperatura desses meios diminui e atinge a finalidade de refrigeração.

A vaporização do líquido refrigerante é um processo gradual e, finalmente, todo o líquido refrigerante se torna vapor saturado seco e então flui para a porta de sucção do compressor.

2.2  Processo de compactação

Para manter uma certa temperatura de evaporação, o vapor refrigerante deve fluir continuamente para fora do evaporador. O vapor refrigerante do evaporador é sugado no compressor e comprimido em gás de alta pressão. Além disso, o compressor consome uma certa quantidade de energia mecânica durante o processo de compressão, e a energia mecânica é convertida em energia térmica neste processo. Portanto, a temperatura do vapor refrigerante é aumentada e o vapor refrigerante é superaquecido.

2.3  Processo de condensação

O vapor refrigerante de alta pressão descarregado do compressor liberará calor no condensador e transferirá o calor para o meio circundante - água ou ar, de modo que o vapor refrigerante condense gradualmente em líquido.

No condensador, existem duas condições básicas para que o vapor refrigerante libere calor para o meio: primeiro, a temperatura de condensação do vapor refrigerante deve ser maior que a temperatura do meio circundante e deve permanecer uma diferença de temperatura adequada; Em segundo lugar, de acordo com a quantidade de vapor refrigerante enviado ao condensador pelo compressor, o condensador deve ter comprimento e área de tubo apropriados para garantir que o vapor refrigerante possa ser totalmente condensado no condensador.

2.4  Processo de expansão

O líquido refrigerante do condensador é descomprimido até a pressão de evaporação por válvula de expansão, por exemplo. A temperatura do refrigerante depois de estrangulado também diminui para a temperatura de evaporação. E a mistura gás-líquido entra no evaporador para o processo de evaporação.

3.     Formulários

(1)   Comparado com o sistema de ar condicionado central de água gelada, o sistema de ar condicionado evaporativo direto resfriado a ar tem uma estrutura mais simples e elimina a torre de resfriamento, bomba de água, tubos de suporte e etc.

(2)   É aplicável às áreas onde há falta de água e sem sistema de água de refrigeração.

(3)   Para IDC com escala semelhante, o custo operacional do sistema de ar condicionado evaporativo direto refrigerado a ar é alto.

(4)   Na China, a maioria dos grandes IDC adota a combinação de sistema de água gelada, resfriador, trocador de calor, bomba de resfriamento, bomba de resfriamento, torre de resfriamento e etc. nos últimos anos.

(5)   Nos EUA, cada vez mais IDCs usam resfriadores secos e soluções de resfriamento por imersão em substituição aos sistemas tradicionais de resfriamento.