板式换热器在数据中心的应用
一、数据中心服务器冷却
数据中心服务器是计算机的一种，它比普通计算机运行更快、负载更高。服务器在网络中为其他客户机提供计算或应用服务，通常由中央处理器（CPU）、硬盘、内存及系统、系统总线等组成，也属于电子设备的范畴。服务器按照其外形及应用环境一般可分为塔式服务器、机架式服务器、刀片式服务器及机柜式服务器。塔式服务器外形及结构与平时使用的立式个人计算机（PC）类似，其机箱较大，占用空间大。机架式服务器外观按照统一标准设计，配合机柜统一使用，高度以 Ｕ 为单位（1Ｕ＝44.45ｍｍ），通常有1、2、3、4、5、6、7Ｕ 几种标准。作为服务器关键部件的 CPU，随着性能的提升，功耗增加非常显著，例如英特尔上一代的ＳａｎｄｙＢｒｉｄｇｅ功耗为135Ｗ，最新一代的Ｓｋｙｌａｋｅ功耗达到了240Ｗ，按照高密度服务器１Ｕ 高度４块CPU计算，则1Ｕ 服务器的散热量可以达到960Ｗ，常规42Ｕ机柜的散热量高达40．3 ｋＷ。依据文献［３８］统计，４２Ｕ 机柜的散热量甚至达到了50.4ｋＷ。刀片式服务器通过机箱集成电源和气流分配模块，一个机箱包含多个刀片式服务器以缩小空间需求，每个刀片即一块系统主板，集成度更高，比机架式服务器更节省空间。随着刀片式服务器性能的持续发展，最初一个刀片上只有２块CPU，现在一个刀片上仅图形处理器（GPU）就有８块，高性能计算服务器单机柜发热量将在３年内达到60～100ｋＷ，在５年内达到100ｋＷ 以上。部分服务器内部结构复杂、设备较多，有的还具有许多不同的设备单元，或者几个服务器放在一个机柜中，这种服务器就是机柜式服务器，适用于快速一体化部署应用场景。
20世纪90年代，集成电路发展至互补金属氧化物半导体（ＣＭＯＳ），导致电子器件的功率及封装密度飞速增加，ＣＭＯＳ的运算能力远超之前的双极晶体管，高功耗和高封装密度带来了前所未有的冷却需求。事实上，在此之前，行业实践已经发现液冷是满足多芯片模块飞速增长的冷却需求的合适技术。最早的CPU液冷散热器利用直径4ｃｍ的铝制散热片，出现在20世纪80年代末90年代初。经过多年的探索及发展，目前实际应用于数据中心的液冷主要有２种方式：浸没式及冷板式。浸没式液冷将服务器里面所有硬件直接浸泡在工程液体中，依靠流动的工程液体吸收服务器的发热量。按照工程液体散热过程中是否发生相变，可以分为单相浸没式液冷及两相浸没式液冷。单相浸没式液冷如图１ａ所示，冷却液在散热中始终维持液态，不发生相变，低温的冷却液与发热电子元器件直接接触换热，温度升高后进入板式换热器，被室外侧冷却循环冷却后重新进入液冷槽冷却服务器。整个散热过程中冷却液无挥发流失，控制简单。两相浸没式液冷如图１ｂ所示，浸泡在液冷槽冷却液中的服务器产生的热量使冷却液温度升高，当温度达到其沸点时，冷却液开始沸腾，同时产生大量气泡。气泡逃逸至液面上方，在液冷槽内形成气相区，气相区的冷却液被冷凝管冷却凝结成液体后返回液冷槽液相区。冷凝管中与冷却液换热后被加热的水由循环泵驱动进入室外散热设备进行散热，冷却后的水再次进入冷凝管进行循环。两相浸没式液冷的冷却液在散热过程中发生了相变，利用了冷却液的蒸发潜热，具有更高的传热效率，但是相变过程中存在压力波动，控制复杂。
二、数据中心空调
2.1数据中心制冷模式
根据室外温度的不同设计了3种模式来实现数据中心的制冷。当温度设计采用了水侧自然冷却系统，随着室外湿球温度的降低，出塔水温度降到所需的值时，通过换热交换器间接换热后供给空调末端制冷。制冷系统全年运行分为3种模式：冷机制冷模式、部分自然冷却模式、自然冷却模式。
(1)当室外湿球温度t＞15.5℃时，冷却塔出水温度＞19.5℃，冷机工作，板式换热器不工作，系统运行模式为冷机制冷模式。
(2)当室外湿球温度8℃＜t≤15.5℃时，冷却塔出水温度13.5℃＜t≤19.5℃，冷机工作，板式换热器工作，系统运行模式为部分自然制冷模式。
(3)当室外湿球温度t＜8℃时，冷却塔出水温度t＜13.5℃，冷机不工作，板式换热器工作，系统运行模式为自然制冷模式。
2.2冷却水处理
因为冷却水直接与室外空气接触，在制冷系统运行制冷的同时也会将室外微生物、尘土带入到管道、冷机等设备中。经过长时间的运行，管道、冷机中会附着大量的微生物、水垢，从而会影响制冷设备的换热效果。所以该数据中心在冷却水管道接入微晶旁流、自动加药装置等水处理设备用于物理和化学处理水质。
2.3冷冻水泵、冷却水泵
冷冻水和冷却水的循环都是通过水泵进行的。水泵的节能除采用变频装置外，应采用较大直径的管道、尽量减少管道长度和弯头、采用大半径弯头、减少换热器的压降等。冷冻机房、水泵、冷却塔、板式换热器和精密空调尽量设计安装在相近的高度以减少水泵扬程。
根据负载的不利压差控制，当负载减少时，二度调节阀阀门开度变小，检测的压差设定点压差值同将水泵设置为不同的运行频率是水泵节能的另一个方法也是主要的方法。电机所需功率理论上按转速的三次方下降。例如，某一水泵电机工作转速是其额定转速的80%，水泵的工作频率是其额定功率的51.2%。水泵的频率由空调系统末端的变大，泵的频率在下降，水泵转速降低，使系统流量减少，达到调节流量的目的。这种节能措施不但减少了空调系统的用水量，同时也节约了电的使用量。