Основний секрет охолодження: як розсіювання тепла від випаровування охолоджує концентратори обладнання?

Градирня - це пристрій для теплообміну між водою і повітрям. В основному він складається з структурної рами, бічних панелей для обслуговування, вентилятора, двигуна, наповнюючого матеріалу, системи розподілу води, корпусу вежі та резервуара для збору води. Теплообмін головним чином досягається через теплову взаємодію між повітрям відносно низької -температури (що приводиться в рух вентилятором) і водою в наповнювальному матеріалі, таким чином знижуючи температуру води. Для проектів ЦОД загальне теплове навантаження обладнання та електричних пристроїв залишається відносно стабільним. Система охолодження води, система охолодження води та конструкція градирні мають вирішальне значення для забезпечення безперервного охолодження в комп’ютерній кімнаті. Тому градирні мають працювати безперебійно -цілий рік (центри обробки даних у північних регіонах зазвичай використовують водяне-вільне охолодження для своїх систем охолодження води, які також працюють протягом року).

Принцип роботи градирень

Принцип роботи градирень заснований на тепломасообміні випаровування. Під дією вентилятора гаряча вода розпилюється на поверхню матеріалу, що розсіює тепло, і вступає в контакт з рухомим повітрям, що проходить через нього. У цей момент між гарячою водою і холодним повітрям відбувається тепло- і вологообмін. Одночасно частина гарячої води випаровується, а прихована теплота випаровування виділяється в повітря. Нарешті, охолоджена вода потрапляє в резервуар для води, а потім циркулює назад до необхідного обладнання для повторного використання. У вологих градирнях гаряча вода має високу температуру, тоді як повітря, що тече над поверхнею води, має низьку температуру. Вода передає тепло повітрю, яке відносить його і розсіює в атмосфері. Вода розсіює тепло в повітрі трьома способами: (1) відчутною теплопередачею; (2) Теплообмін випаровуванням; (3) Радіаційна теплопередача. Градирні в основному покладаються на перші два методи теплопередачі. Радіаційний теплообмін незначний через його малу величину. Серед них випаровувальний теплообмін здійснюється через масообмін, зокрема безперервну дифузію молекул води в повітря. Молекули води мають різні рівні енергії, причому середня енергія визначається температурою води. Біля поверхні води деякі молекули води з високою кінетичною енергією долають сили тяжіння сусідніх молекул, вириваються з поверхні води та перетворюються на водяну пару. Коли ці високо{16}}енергетичні молекули витікають, енергія води біля поверхні зменшується, що призводить до зниження температури води. Це теплообмін випаровуванням. Загальноприйнято вважати, що молекули води, що випаровуються, спочатку утворюють біля поверхні води тонкий шар насиченого повітря, температура якого дорівнює температурі поверхні води. Швидкість, з якою водяна пара дифундує з цього насиченого шару в атмосферу, залежить від різниці тисків між водяною парою в насиченому шарі та атмосферою.

Базова конструкція градирень

Каркас башти: забезпечує зовнішню підтримку.

Теплообмінний наповнювач: максимізує площу теплообміну між водою та повітрям.

Резервуар для зберігання води (басейн для охолоджувальної води): розташований у нижній частині градирні для збору охолодженої води.

Форсунки для розподілу води: забезпечують рівномірний розподіл води по теплообмінному наповнювальному матеріалу.

Осьовий вентилятор: прискорює потік повітря.

Класифікація за напрямком течії води та повітря

Градирні поділяються на протитечійні та перехресні градирні залежно від напрямку потоку води та повітря.

Протиточні градирні

Корпус вежі: підходить для зон зі змінним напрямком вітру.

Наповнювач для розподілу води: ідеально підходить для середовищ із хорошою якістю води.

Вентилятор: башти протитечії мають дещо вищий статичний тиск, а деякі моделі потребують двигунів дещо більшої потужності.

Екологічні обмеження: одна вежа з поперечним потоком однієї моделі займає більше площі, ніж вежа проти течії. Однак, якщо використовується кілька башт, башти з перехресним потоком можна з’єднати паралельно, тоді як протиточні башти потребують відстані між двома блоками більше половини діаметра башти. Таким чином, комбіновані вежі поперечного потоку можуть зменшити площу приміщення. Протипоточні вежі є перевагами в районах, де навколо висотних -будинків, димоходів або інших джерел тепла, а також у випадках, коли потрібна невелика кількість градирень, через їх компактність.

Знос і шум: забезпечують хорошу вентиляцію, що робить їх придатними для місць з менш суворими вимогами щодо захисту навколишнього середовища та шуму.

Щоденне технічне обслуговування: заміна наповнювача є громіздкою, тому вони підходять для використання в місцях з чистою водою та низьким рівнем піску та пилу.

Перехресні градирні

Корпус башти: опори з перехресним потоком використовують сталевий каркас як основну опорну конструкцію, що призводить до більшого споживання матеріалу та важчого корпусу башти порівняно з круглими баштами проти течії. Вони підключаються паралельно і підходять для відкритих майданчиків.

Наповнювальний матеріал для розподілу води: Об’єм наповнювального матеріалу веж поперечного потоку приблизно вдвічі більший, ніж у вежах протитечії, що призводить до вищих витрат. Вони підходять для середовища з низькою якістю води.

Екологічні обмеження: комбіновані або великі башти з перехресним потоком підходять для відкритих територій з великою потребою в охолоджувальній воді та обмеженим простором, оскільки вони більш сумісні з навколишніми будівлями.

Дрейф і шум: башти з перехресним потоком мають нижчу швидкість повітря на вході, ніж вежі проти течії, що призводить до менших втрат на дрейф (0,005% для веж з перехресним потоком проти 0,1% для веж з круглим протитоком). Шум протитечійних веж в основному походить від падіння води та роботи вентилятора, тоді як перехресні вежі переважно створюють шум вентилятора з мінімальним шумом води. Таким чином, загальний рівень шуму веж з перехресним потоком нижчий, ніж вежі з протитечією, хоча протиточні вежі з ультра-низьким рівнем шуму також працюють тихо. Підсумовуючи, башти поперечного потоку працюють краще в районах із суворими вимогами щодо шуму та захисту навколишнього середовища.

Споживання енергії: башти з перехресним потоком мають великі повітрозабірні отвори, низьку швидкість вітру та невеликі втрати опору, тому деякі моделі мають нижчу потужність двигуна, ніж башти протитечії. Порівнюючи витрати, транспортні збори, витрати на технічне обслуговування та споживання енергії двигуном двох типів, їхні загальні витрати приблизно однакові протягом 2-4 років. Чим довший термін служби, тим нижча відносна вартість веж поперечного потоку.

Щоденне технічне обслуговування: заміна та технічне обслуговування різних компонентів у перехресних вежах є зручними, тоді як технічне обслуговування системи розподілу води та заміна наповнювальних листів у протиточних вежах є громіздкими. Вежі перехресного потоку краще адаптуються до проектів із низькою якістю води та вимагають простішого щоденного обслуговування для користувачів.