分体式液体循环热电制冷装置实验研究

摘要

无线通讯和网络技术的迅速发展和移动终端生活方式的改变，导致了通讯机站、IDC机房以及大型云计算中心数量的急剧增长，使得通讯行业的能耗问题变得越来越显著。作为高热密度建筑，过高的温度会严重影响机房内部设备的运行。所以空调系统在维持设备正常运行方面起到重大作用。但是长时间运行的空调系统在能耗方面表现也极为突出。据统计，机房耗能比例当中空调降温系统耗能占总耗能的45%左右，位于通讯机房耗能设备之首。因此优化机房空调能耗成为亟待解决的问题。
　　针对这一问题研究开发了一种新型的分体式热电制冷液体冷却装置，该装置将高效气-液板翅式换热器与热电制冷装置有机的结合应用，在满足机房散热需求的同时，也降低了系统能耗。通过对装置进行传热分析，深入了解传热过程并分析得出影响装置性能因素和理论影响方式。搭建实验平台，将热阻、换热量以及能效比作为评价指标对实验结果进行处理，借助实验来验证和考察各条件对实验装置性能的影响。
　　实验结果显示在室内外使用环境温差为10℃和单纯气-液循环换热模式下，增加气体或液体的流速都会使装置的传热性能变强；在液体循环与热电制冷开启模式下，提高气体与液体的流速同样会使装置性能增加，但是持续增加热电制冷单元的输入功率，并不会使装置的总制冷量相应增长，存在最佳输入功率，在该输入功率条件下，装置的总制冷功率达到最大。在液体冷却与热电制冷双开模式下，较低室外环境温度有利于装置制冷功率提高和较高能效比；增加冷却液体循环流量，可以显著增加装置制冷功率、降低装置总热阻和增加能效比。在室内外风速固定，且室内外温差固定条件下，TEC输入功率存在最佳值，在最佳操作点，装置总制冷功率达到最大，总热阻达到最小。在使用轴流风机为室内外冷却空气循环，装置存在最佳循环冷却风量，在此条件下，COP达到最大。提高 TEC装置散热器热风速和降低室外侧温度，可有效提升制冷功率、降低总热阻和提高能效比，而且在不同的TEC风速时对应的不同的最佳TEC输入功率。
　　研究结果也表明，保持室外温度不变，通过改变室内温度而增加室内外温差，装置系统总制冷功率和能效兼有提高，但是装置总热阻也相应增加。

目录

声明

1 引言

1.1课题研究背景

1.2常用通讯机房散热技术

1.3本章小结

2 热电制冷技术

2.1 理论基础

2.2热电制冷热端散热方式

2.3课题主要研究内容与创新

2.4本章小结

3 实验装置设计与选取

3.1装置换热流程简介

3.2实验装置系统

3.3实验方法

3.4本章小结

4测试系统及实验步骤

4.1实验测试系统

4.2实验详细步骤

4.3本章小结

5 数据处理

5.1实验结果讨论

5.2本章小结

6分体式液体循环热电制冷装置传热分析

6.1总热阻分析

6.2板翅式换热器热阻

6.3热电制冷器热阻分析

6.4本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢