Duvarlarında faz değiştiren madde bulunan bir veri merkezinde soğutma performansının deneysel olarak incelenmesi
An experimental study on cooling of data centers with phase change material in their walls
Yazar: KÜBRA KURT
Danışman: PROF. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik ve Isı Tekniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Faz değişimi = Phase change ; Veri merkezleri = Data centers

Özet:
Günümüzde teknolojinin hızla artması ile birlikte veri merkezi ihtiyacı da artmaktadır. Veri merkezleri enerji tüketimi yüksek olan tesislerdir. Bu nedenle veri merkezlerinde enerji tasarrufu ve enerji verimliliği gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Faz Değiştiren Maddeler (FDM), ısı depolama ve ısı salınımı yapabilen maddelerdir. Bu tez çalışmasında, Faz Değiştiren Madde ile veri merkezlerinin iç ortam sıcaklığının stabilitesinin korunması amaçlanmaktadır. Bu sayede daha küçük güç değerlerinde çalıştırılan veri merkezlerinde enerji tasarrufu ve enerji verimliliğinin sağlanması beklenmektedir.
Bu tez çalışmasında, prototip bir veri merkezi hazırlanmıştır. Sisteme yerleştirilmesi için Laurik Asit (LA), Stearik Asit (SA) ve Undekanoik Asit (UA) kütlece %16, %32 ve %52 olarak karıştırılmıştır. LA-SA-UA'nın termofiziksel özellikleri incelenmiştir. DSC ile ölçülen, LA: SA: UA: LA-SA-UA'nın erime sıcaklıkları ve gizli ısı değerleri sırasıyla 47.13 ℃: 71.9 ℃: 26.82℃: 24.49 ℃ ve 190 J/g: 235 J/g: 178 J/g: 150 J/g bulunmuştur. KD2 Pro ile alınan ısıl iletkenlikleri LA, SA, UA ve LA-SA-UA için sırasıyla, 0.228 W/mK, 0.143 W/mK, 0.201 W/mK ve 0.245 W/mK bulunmuştur. Isı kapasitesi değerleri LA, SA, UA ve LA-SA-UA için sırasıyla 22.15 J/g, 18.82 J/g, 17.2 J/g ve 20.49 J/g bulunmuştur. Sonuçlar LA-SA-UA karışımının enerji depolamada kullanılabilirliğini göstermektedir.
Veri merkezinin boş ve FDM'li durumlarını kıyaslamak için sistem içerisinde belirlenen yerlere ısıl çiftler yerleştirilmiştir. Dört farklı hız değerlerinde (5 m/s, 4.45 m/s, 4.25 m/s ve 2.5 m/s) boş ve FDM'li durumları kıyaslanmış. 5 m/s, 4.45 m/s, 4.25 m/s ve 2.5 m/s için Boş-FDM'li sistem süreleri sırasıyla 7800sn-16440sn, 6960sn-14200sn, 5880sn-11900sn ve 4440sn-9360sn olarak ölçülmüştür. Bu çalışmada LA-SA-UA'nın veri merkezinde enerji depoladığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Today, with the rapid increase in technology, the need the for data centers is also increasing. Data centers are facilities with high energy consumption. For this reason, energy saving and energy efficiency in data centers are gaining importance day by day. Phase Change Materials (PCM) are materials that can heat energy storage and heat release. In this thesis, it is aimed to maintain the stability of the indoor temperature of data centers with Phase Change Materials. In this way, it is expected to provide energy saving and energy efficiency in data centers operated at smaller power values.
In this thesis, a prototype data center has been prepared. Lauric Acid (LA), Stearic Acid (SA) and Undecanoic Acid (UA) were mixed as %16, %32 and %52 by mass to be placed in the system. Thermophysical properties of LA-SA-UA were investigated. The melting temperatures and latent heat values of LA: SA: UA: LA-SA-UA measured by DSC were found to be 17.13 ℃: 71.9 ℃: 26.82 ℃: 24.49 ℃ and 190 J/g: 235J/g: 178 J/g: 150 J/g respectively. The thermal conductivities obtained with the KD2 Pro were found to be 0.288 W/mK, 0.143 W/mK, 0.201 W/mK and 0.245 W/mK for LA, SA, UA and LA-SA-UA, respectively. The heat capacity values were found to be 22.15 J/g, 18.82 J/g, 17.20 J/g and 20.49 J/g for LA, SA, UA and LA-SA-UA, respectively. The results show the usability of the LA-SA-UA mixture in energy storage.
In order to compare the condition where the data center is empty and with PCM, thermocouples are placed in the determined places in the system. Empty and with PCM cases were compared at four different speeds (5 m/s, 4.45 m/s, 4.25 m/s and 2.5 m/s). System times empty – with PCM for 5 m/s, 4.45 m/s, 4.25 m/s and 2.5 m/s were measured as 7800sec-16440sec, 6960sec-14200sec, 5880sec-11900sec, 4440sec-9360sec, respectively. In this study, it is clearly seen that LA-SA-UA energy storage in the data center.