Secret bàsic de la refrigeració: com la dissipació de calor evaporativa refreda els concentradors d'equips?

Una torre de refrigeració és un dispositiu d'intercanvi de calor entre l'aigua i l'aire. Consta principalment d'un marc estructural, panells laterals de manteniment, un ventilador, un motor, material d'ompliment, un sistema de distribució d'aigua, un cos de torre i una conca de recollida d'aigua. L'intercanvi de calor s'aconsegueix principalment mitjançant la interacció tèrmica entre l'aire de temperatura relativament baixa-(impulsat pel ventilador) i l'aigua del material d'ompliment, reduint així la temperatura de l'aigua. Per als projectes de centres de dades, la càrrega de calor total dels equips i dispositius elèctrics es manté relativament estable. El sistema d'aigua refrigerada, el sistema d'aigua de refrigeració i el disseny de la torre de refrigeració són crítics per garantir un refredament continu a la sala d'ordinadors. Per tant, les torres de refrigeració han de funcionar de manera ininterrompuda durant tot l'any-(els centres de dades de les regions del nord solen adoptar la refrigeració lliure d'aigua-per als seus sistemes d'aigua refrigerada, que també funcionen durant tot l'any).

Principi de funcionament de les torres de refrigeració

El principi de funcionament de les torres de refrigeració es basa en la calor evaporativa i la transferència de massa. Impulsada pel ventilador, l'aigua calenta s'aboca a la superfície del material de dissipació de calor i entra en contacte amb l'aire en moviment que hi passa. En aquest punt, es produeix l'intercanvi de calor i humitat entre l'aigua calenta i l'aire fred. Simultàniament, part de l'aigua calenta s'evapora i la calor latent d'evaporació s'allibera a l'aire. Finalment, l'aigua refredada cau al dipòsit d'aigua i després torna a circular a l'equip necessari per a la seva reutilització. A les torres de refrigeració humides, l'aigua calenta té una temperatura elevada mentre que l'aire que flueix per la superfície de l'aigua té una temperatura baixa. L'aigua transfereix calor a l'aire, que l'emporta i la dissipa a l'atmosfera. L'aigua dissipa la calor a l'aire de tres maneres: (1) Transferència de calor sensible; (2) Transferència de calor per evaporació; (3) Transferència de calor radiativa. Les torres de refrigeració es basen principalment en els dos primers mètodes de transferència de calor. La transferència de calor radiativa és insignificant a causa de la seva petita magnitud. Entre ells, la transferència de calor per evaporació s'aconsegueix mitjançant la transferència de massa, concretament la difusió contínua de molècules d'aigua a l'aire. Les molècules d'aigua posseeixen diferents nivells d'energia, amb l'energia mitjana determinada per la temperatura de l'aigua. A prop de la superfície de l'aigua, algunes molècules d'aigua amb gran energia cinètica superen les forces atractives de les molècules veïnes, escapen de la superfície de l'aigua i es converteixen en vapor d'aigua. A mesura que s'escapen aquestes molècules d'alta-energia, l'energia de l'aigua prop de la superfície disminueix, donant lloc a una baixada de la temperatura de l'aigua. Aquesta és la transferència de calor per evaporació. En general, es creu que les molècules d'aigua que s'evaporen formen primer una fina capa d'aire saturat prop de la superfície de l'aigua, amb una temperatura igual a la de la superfície de l'aigua. La velocitat a la qual es difon el vapor d'aigua des d'aquesta capa saturada a l'atmosfera depèn de la diferència de pressió entre el vapor d'aigua de la capa saturada i el de l'atmosfera.

Estructura bàsica de les torres de refrigeració

Estructura de la torre: proporciona suport extern.

Material de farciment d'intercanvi de calor: Maximitza l'àrea d'intercanvi de calor entre l'aigua i l'aire.

Dipòsit d'emmagatzematge d'aigua (conca d'aigua de refrigeració): Situat a la part inferior de la torre de refrigeració per recollir aigua refrigerada.

Broquets de distribució d'aigua: assegureu una distribució uniforme de l'aigua sobre el material de farciment d'intercanvi de calor.

Ventilador de flux axial: accelera el flux d'aire.

Classificació per direcció de flux d'aigua i aire

Les torres de refrigeració es classifiquen en torres de refrigeració a contracorrent i torres de refrigeració de flux creuat en funció de la direcció del flux d'aigua i aire.

Torres de refrigeració a contracorrent

Cos de la torre: Apte per a zones amb direccions variables del vent.

Material de farciment de distribució d'aigua: Ideal per a ambients amb bona qualitat de l'aigua.

Ventilador: les torres de contracorrent tenen una pressió estàtica lleugerament més alta i alguns models requereixen motors amb una potència lleugerament superior.

Restriccions ambientals: una única torre de flux creuat del mateix model ocupa més àrea que una torre de contracorrent. Tanmateix, quan s'utilitzen diverses torres, les torres de flux creuat es poden connectar en paral·lel, mentre que les torres de contraflux requereixen una distància de més de mig diàmetre de torre entre dues unitats. Així, les torres combinades de flux creuat poden reduir l'espai. Les torres de contracorrent són avantatjoses a les zones amb edificis-de gran alçada circumdants, xemeneies o altres fonts de calor, així com en escenaris que requereixen un nombre reduït de torres de refrigeració, a causa de la seva empremta compacta.

Deriva i soroll: ofereixen una bona ventilació, fent-los aptes per a zones amb requisits de protecció ambiental i de soroll menys estrictes.

Manteniment diari: la substitució del farcit és feixuc, per la qual cosa són adequats per al seu ús en zones amb qualitat d'aigua neta i baixos nivells de sorra i pols.

Torres de refrigeració de flux creuat

Cos de la torre: les torres de flux creuat utilitzen un marc d'acer com a estructura de suport principal, donant lloc a un major consum de material i un cos de torre més pesat en comparació amb les torres circulars a contracorrent. Es poden connectar en paral·lel i són aptes per a zones obertes.

Material d'ompliment de distribució d'aigua: el volum de material d'ompliment de les torres de flux creuat és aproximadament el doble que de les torres de contracorrent, la qual cosa comporta uns costos més elevats. Són aptes per a ambients amb mala qualitat de l'aigua.

Restriccions ambientals: les torres combinades o grans de flux creuat són adequades per a zones obertes amb gran demanda d'aigua de refrigeració i espai limitat, ja que són més compatibles amb els edificis circumdants.

Deriva i soroll: les torres de flux creuat tenen una velocitat d'entrada d'aire més baixa que les torres de contracorrent, el que resulta en pèrdues de deriva més petites (0,005% per a torres de flux creuat enfront del 0,1% per a torres circulars de contracorrent). El soroll de les torres de contracorrent prové principalment de la caiguda d'aigua i del funcionament del ventilador, mentre que les torres de flux creuat generen principalment soroll del ventilador amb un soroll d'aigua mínim. Per tant, el nivell de soroll global de les torres de flux creuat és inferior al de les torres de contracorrent, tot i que les torres de contraflux de soroll ultra-també funcionen en silenci. En resum, les torres de flux creuat funcionen millor en zones amb requisits estrictes de protecció ambiental i de soroll.

Consum d'energia: les torres de flux creuat tenen grans entrades d'aire, baixa velocitat del vent i petites pèrdues de resistència, de manera que alguns models tenen una potència de motor més baixa que les torres de contracorrent. Si comparem els costos, les tarifes de transport, les despeses de manteniment i el consum d'energia del motor dels dos tipus, els seus costos totals són aproximadament similars en 2-4 anys. Com més llarga sigui la vida útil, menor serà el cost relatiu de les torres de flux creuat.

Manteniment diari: la substitució i el manteniment de diversos components a les torres de flux creuat són convenients, mentre que el manteniment del sistema de distribució d'aigua i la substitució de les làmines d'ompliment a les torres de contracorrent són feixucs. Les torres de flux transversal són més adaptables a projectes amb mala qualitat de l'aigua i requereixen un manteniment diari més senzill per als usuaris.