Caratterizzazione sperimentale di un sistema di raffreddamento evaporativo indiretto per data center

Nowadays a strong interest is growing in new technologies to cool data centers, in order to provide a remarkable primary energy saving in respect to the conventional vapor compression systems. Among the new technologies analyzed in scientific literature, the indirect evaporative cooling (IEC) technique is one of the major topic. The aim of this research is the analysis and the optimization of a IEC system based on a crossflow plate heat exchanger. In the investigated system the humidification process of the secondary air flow occurs in two steps: the adiabatic humidification stage takes place inside the inlet plenum (the process is called Pre-humidification); then the remaining water spreads on the heat exchanger plates. The investigation has been conducted through an experimental campaign, in order to define the influence on performance of some parameters and working conditions such as the water nozzle characteristics, the inlet water flow rate, the airflows rate, the temperature and humidity of secondary air, the humidification system configuration. The data collected from the experimental activity have been used to calibrate a numerical model to simulate the system operation. Specifically, some correlations have been defined to take into account the adiabatic humidification of the secondary air inside the inlet plenum and to describe the real wettability fraction on the heat exchange plate. The results show that the IEC performance are strongly dependent from the secondary air inlet direction/configuration. They show that boosting the pre-humidification stage allows to raise the performance. The wet bulb effectiveness depends significantly also from the airflows working condition. The maximum effectiveness value achieved is 85%.

Ad oggi vi è una crescente attenzione verso nuove tecnologie impiantistiche per la climatizzazione dei data center, tali da garantire un significativo risparmio di energia primaria rispetto a quelle convenzionali basate su macchine frigorifere a compressione di vapore. Fra le soluzioni oggetto delle attività di ricerca, la tecnica di climatizzazione mediante raffreddamento evaporativo indiretto (IEC) costituisce una delle configurazioni di maggiore interesse. L’oggetto di questo lavoro di tesi è l'analisi e l'ottimizzazione di un sistema IEC basato su un recuperatore di calore a flussi incrociati. Nel sistema studiato l'umidificazione dell'aria secondaria avviene in due fasi: la prima in cui si realizza l'umidificazione adiabatica all’interno del plenum di mandata (detta pre-umidificazione); la seconda in cui l’acqua non evaporata si distribuisce sulle piastre dello scambiatore. Per caratterizzare questo sistema si è condotta una campagna sperimentale volta a determinare l’influenza di alcuni parametri e condizioni di funzionamento sulle prestazioni, quali: la tipologia di ugelli nebulizzatori, la portata di acqua immessa, la portata e le condizioni termo-igrometriche del flusso secondario e le orientazioni del sistema di umidificazione. A valle dell’attività sperimentale, si sono utilizzati i dati raccolti per calibrare un modello numerico in grado di simulare il funzionamento del sistema. In particolare sono state determinate delle correlazioni per tener in conto dell'umidificazione adiabatica dell'aria secondaria nel plenum di ingresso e per determinare l'effettiva frazione bagnata della superficie dello scambiatore. I risultati hanno evidenziato una forte dipendenza delle prestazioni del sistema IEC dall’orientazione della struttura e hanno messo in luce che favorire il processo di pre-umidificazione permette di incrementare le prestazioni complessive dello stesso. L'efficienza di bulbo umido dipende significativamente anche dalle condizioni operative dell'aria e il valore massimo misurato è risultato pari all'85%.