Solutions de refroidissement courantes dans IDC : Chapitre 1. Système de climatisation à évaporation directe refroidi par air

C'est un climatiseur intérieur pour contrôler la température et l'humidité dans IDC (Internet Data Center), et le climatiseur intérieur a les caractéristiques d'un rendement élevé, d'un rapport de chaleur sensible élevé, d'une fiabilité et d'une flexibilité élevées, qui peuvent répondre aux exigences d'augmentation de la dissipation thermique du serveur , contrôle constant de l'humidité, de la filtration de l'air et d'autres aspects dans IDC.

Avec les exigences strictes de PUE (Power Usage Effectiveness) dans différentes régions et la large application de serveurs haute densité, il existe de plus en plus de nouvelles solutions de refroidissement, de plus en plus développées et utilisées dans IDC, je présenterai les solutions de refroidissement traditionnelles et nouvelles dans IDC dans les 7 prochains chapitres. Commençons par le chapitre 1 - Système de climatisation à évaporation directe refroidi par air.

1.     Composition du système de climatisation à évaporation directe refroidi par air

Le système de climatisation à évaporation directe refroidi par air est principalement composé d'un cadre, d'un compresseur, d'un évaporateur, d'un condenseur, d'une vanne électronique, d'un ventilateur intérieur, d'un ventilateur extérieur, d'un système de contrôle de l'unité, d'un capteur de température et d'humidité, etc.

Le condenseur est un échangeur de chaleur à ailettes extérieur et l'évaporateur est un échangeur de chaleur à ailettes intérieur. Une fois que le gaz réfrigérant à haute température déchargé du compresseur est condensé en liquide dans le condenseur, il est étranglé et dépressurisé par le détendeur pour devenir un mélange gaz-liquide à basse température, puis s'écoule dans l'évaporateur en absorbant la chaleur et en s'évaporant, et il retourne au compresseur pour terminer un cycle de réfrigération. En même temps, l'air de la pièce est refroidi en passant par l'évaporateur et l'air froid est envoyé dans la pièce par un ventilateur intérieur.

2.     Schéma du système de réfrigération à compression de vapeur

La vapeur de réfrigérant basse pression et basse température s'écoulant de l'évaporateur est aspirée par le compresseur et est comprimée en vapeur haute pression et haute température et évacuée par le compresseur. Ainsi, la vapeur de réfrigérant est divisée en région haute pression et région basse pression.

La région haute pression va de l'orifice de refoulement du compresseur à l'entrée du détendeur, dans laquelle la pression est connue sous le nom de haute pression ou pression de condensation, et la température est connue sous le nom de température de condensation.

Alors que la région à basse pression va de la sortie du détendeur à l'orifice d'aspiration du compresseur, dans laquelle la pression est connue sous le nom de basse pression ou pression d'évaporation, et la température est connue sous le nom de température d'évaporation.

C'est la différence de pression entre la région haute pression et la région basse pression causée par le compresseur qui fait circuler le réfrigérant en continu dans le système. Une fois que la différence de pression disparaît, qui est l'un des équilibres de haute et basse pression, le réfrigérant cesse de circuler. C'est totalement dû au compresseur comprimant la vapeur qui génère et valorise la différence de haute et basse pression, et le fonctionnement continu du compresseur est réalisé en consommant de l'énergie électrique ou mécanique.

Il existe 4 processus pour le système de réfrigération à compression de vapeur, illustrés dans l'image ci-dessous :

2.1 Processus d'évaporation

Une fois que le liquide réfrigérant s'est écoulé dans l'évaporateur à travers le détendeur, il commence à bouillir et à se vaporiser en raison de la diminution de la pression. Ainsi, la température de vaporisation/évaporation est liée à la pression.

Dans le processus de vaporisation, le liquide réfrigérant absorbe la chaleur du milieu environnant, y compris l'eau, l'air ou les articles, et la température de ces milieux diminue et atteint l'objectif de réfrigération.

La vaporisation du liquide réfrigérant est un processus graduel, et finalement tout le liquide réfrigérant devient une vapeur saturée sèche puis s'écoule dans l'orifice d'aspiration du compresseur.

2.2  Processus de compression

Afin de maintenir une certaine température d'évaporation, la vapeur de réfrigérant doit s'écouler en continu de l'évaporateur. La vapeur de réfrigérant de l'évaporateur est aspirée dans le compresseur et comprimée en gaz à haute pression. De plus, le compresseur consomme une certaine quantité d'énergie mécanique pendant le processus de compression, et l'énergie mécanique est convertie en énergie thermique dans ce processus. Par conséquent, la température de la vapeur de réfrigérant est augmentée et la vapeur de réfrigérant est surchauffée.

2.3  Processus de condensation

La vapeur de réfrigérant à haute pression évacuée du compresseur libère de la chaleur dans le condenseur et transfère la chaleur au milieu environnant - eau ou air, de sorte que la vapeur de réfrigérant se condense progressivement en liquide.

Dans le condenseur, il existe deux conditions de base pour que la vapeur de réfrigérant libère de la chaleur vers le fluide : premièrement, la température de condensation de la vapeur de fluide frigorigène doit être supérieure à la température du fluide environnant et une différence de température appropriée doit subsister ; Deuxièmement, selon la quantité de vapeur de réfrigérant envoyée dans le condenseur par le compresseur, le condenseur doit avoir une longueur et une surface de tuyau appropriées pour garantir que la vapeur de réfrigérant peut être entièrement condensée dans le condenseur.

2.4  Processus d'expansion

Le liquide réfrigérant du condenseur est décompressé à la pression d'évaporation par un détendeur par exemple. La température du réfrigérant après étranglement diminue également jusqu'à la température d'évaporation. Et le mélange gaz-liquide entre dans l'évaporateur pour le processus d'évaporation.

3.     Applications

(1)   Comparé au système de climatisation central à eau glacée, le système de climatisation à évaporation directe refroidi par air a une structure plus simple et élimine la tour de refroidissement, la pompe à eau, les tuyaux de support, etc.

(2)   Il s'applique aux zones où il manque d'eau et sans système d'eau de refroidissement.

(3)   Pour IDC avec une échelle similaire, le coût d'exploitation du système de climatisation à évaporation directe refroidi par air est élevé.

(4)   En Chine, la plupart des grands IDC adoptent la combinaison d'un système d'eau glacée, d'un refroidisseur, d'un échangeur de chaleur, d'une pompe réfrigérée, d'une pompe de refroidissement, d'une tour réfrigérée, etc. au cours des dernières années.

(5)   Aux États-Unis, de plus en plus d'IDC utilisent des refroidisseurs à sec et des solutions de refroidissement par immersion en remplacement des systèmes de refroidissement traditionnels.