簡良翰 教授

國立臺北科技大學

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通訊設備與雲端數位資訊系統的快速進步正在改變我們的生活，而數據中心機房也因此快速增加；目前全台800kW 以上之電信、網路機房共有55間，總用電度數約6.9億度/年，總電費約20.7億元/年。經綠色生產力基金會測試得知，目前台灣機房電源使用效率(Power Usage Effectiveness, PUE)平均超過1.8，距離美國ASHRAE 90.1標準PUE的1.5數值仍有明顯落差。PUE = P_tot(機房總耗能) / P_IT(IT設備耗能)。這意謂台灣機房使用的電力，用於空調製冷、散熱等輔助設備所消耗能源過多，存在莫大改善空間。若以節能潛力5%來計算，每年約可節省機房用電0.3億度電、1.04億元，此顯示推動機房節約能源工作已是刻不容緩。而冷卻耗能佔數據中心機房總耗能三成以上，如何降低其能耗成為重要的課題。機櫃的散熱方案已逐漸由氣冷轉向水冷，而目前以氣冷水冷混和運用為最常見。為了減少耗能，氣溫及水溫都盡量調高，而當天氣條件許可時，則可在不開啟冰水機的狀況下，直接將熱量由冷卻水塔排至外氣，Chao et al. (2012)評估此種水側自然冷卻(Water free cooling)方式可節能16%。開放式冷卻水塔在冷卻過程中較易夾帶灰塵而造成盤管水側積垢，而當其水側採封閉式冷卻水塔冷卻時，則可在節能模式直接送至送風機的冷卻盤管而無積垢疑慮。

 

圖1 橢圓管與圓管之管排。

 

圖2 橢圓管與圓管不灑水與灑水狀態之壓損比較。

 

國立臺北科技大學整合大菱冷凍機械廠的橢圓管製作技術，及正興安空調公司之灑水與積垢防止技術，開發針對節能數據中心機房冷卻條件所需的高效率蒸發冷卻器。將數據中心伺服器產生之高溫（約45~50^oC)，利用機櫃內的水冷排傳遞至管內循環水，再將熱導引至橢圓管密閉式冷卻水塔以排至室外。可使機櫃之出口空氣溫度大幅降低(夏季約29~38^oC)，減輕空調負載，以降低機房能耗。透過壓損、熱質傳性能實驗及流場數值模擬，建立創新之橢圓管蒸發冷卻數值分析技術與實測設備(圖1)。實驗結果與數值模擬結果非常穩合，並證實橢圓管在不灑水與灑水狀態之壓損均僅圓管1/3(圖2)。並提出高效率之橢圓管排列技術專利，可降低盤管風損與能耗。相關技術可應用於數據機房及各種工業製程流體冷卻，並可降低配合廠商原生產之空調設備能耗；對國內整體住商及工業節能均有顯著效益。