一种按需配冷的数据中心机房散热系统技术方案

一种按需配冷的数据中心机房散热系统，由空调机组和散热风道两部分组成。制冷机组提供的冷风通过进风总管和进风接管按各机柜所需的冷量分配给各机柜，再通过冷风分配箱按机柜内各服务器所需的冷量分配给各服务器，对发热元器件进行强制风冷。然后被加热的空气从服务器后部无旁流地依次流经竖排风通道、机柜排风接管和回风总管，回流到空调机组的进风口，其间部分回风进入机房，使机房环境温度得到适度下降。本实用新型专利技术优化气流走向、实现按需配冷，是一种高效节能的数据中心机房散热解决方案。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及散热系统，特别涉及对数据中心机房、电源机房内安置在机柜中的服务器等电子通信设备进行通风降温处理的散热系统。
技术介绍
随着服务器集成度的提高，数据中心机房内单机柜的功率大幅提升。高耗电必然 产生高发热，这使得机柜内的局部发热变得更加厉害，温度梯度变化大，面对服务器等电子 通信设备的通风降温处理更加复杂。这对数据中心机房的散热系统提出了新的挑战。目前，PUE(Power Usage Effectiveness)已成为国际上通行的数据中心电力使用 效率衡量指标。PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗。业内普遍认为，数据中心的PUE 值应当低于2。国外先进的机房PUE值可以达到1.7，而我国的PUE平均值则在2. 5以上， 这意味着IT设备每耗1度电，就有多达1. 5度的电能被机房其它设施所消耗。特别是中小 规模机房PUE值普遍在3左右，这说明有大量的电能都被电源和散热系统所消耗，而用于IT 设备的电能很少。据统计，目前国内数据中心机房140平米以下的占50%，400平米以下的占75%左 右。如果按照装机量大致计算，全国总的机房耗电量在100亿度到200亿度。数据中心机 房的能耗主要分为四部分服务器或其它电子通信设备用电、散热系统用电、照明和办公用 电、供电系统能耗。其构成比例每个机房各不相同。但大致上，前两者占大头，各为40% 45%，后两者占小头，各为5% 10%。从以上统计分析可以看出除了数据中心功能所必需 的IT设备用电之外，散热系统耗电是机房耗电的绝对大头，因此合理规划设计数据中心机 房散热系统对降低机房能耗、减少运行费用具有重要意义。目前数据中心机房的散热系统主要由空调机组和散热风道两部分组成。而大多数 机房均采用空调机组产生的冷风通入机房架空地板下方的静压室，再从机柜前方的通风地 板上开设的通孔向上进入机房，使机房降温。机房中机柜采用面对面、背对背方式进行布 置，冷风从机柜正面进入，从背面流出，以机房的环境空间作为冷源对机柜中安置的服务器 进行通风降温处理。在以机房环境空间作为冷源的情况下，设置静压室原是期望布置在整个机房的各 块通风地板能具有大致相同的风量，但根据CFD的仿真计算，实际情况并非如此，通过每块 通风地板的流量会有较大差异，这显然不利于各个机柜的均勻散热。而且，由于冷风从地板 表面进入机房再吸入机柜，使机柜内上、下温度分布不均勻，从而造成上部服务器与下部服 务器的冷却散热效果不一致。对此，有一些机房为了提高上部空间的散热效果，对进入和流 出机柜的气流组织进行了改进。使从机柜下部进入的冷风中一部分经服务器后即从机柜后 面流出，另有一部分从机柜顶部流出，参与机柜前面上方的回流混合，使混合的气流温度有 所下降，再从机柜上部正面进入机柜，从而使机柜内上部服务器的冷却有所改善。比如，中 国专利CN1901792A解决的就是这一问题。但这种方案不能完全避免热风又与冷风混合再 供服务器散热用的情况。与上述方案相比，有的机房为了提高散热效果，将冷风直接从静压室经机柜底部送入机柜，再经过机柜内由机架、服务器等形成的现成通道向上流出机柜，自下而上对机柜 内的服务器进行散热。这种送风方式可以部分克服各机柜风量的不均勻性，但仍会使同一 机柜内用于冷却上、下各服务器的冷风来流温度不尽相同，这势必导致处于上方的服务器 的冷却效果不如处于下方的服务器。不管如何权衡，总会造成处于下部的服务器过冷或处 于上部的服务器过热的情况，前者浪费能源，后者未能达到服务器的工作环境要求。从理论上分析，在规划设计数据中心机房散热系统时，首先应使空调机组的制冷 量Q0满足Q0 ≥ P+Q式中P是机房内除空调外的设备以及照明的电功率和输供电系统的电能耗损功 率之和，Q是机房自其室外吸入的热量；其次，应使空调系统的制冷量充分得到利用，这取决于机房大环境气流组织是否 合理以及机柜内部小环境气流组织是否合理。一旦空调系统的制冷量大小确定后，机房大 环境和机柜内部小环境的气流组织显得更为重要。以往，有的数据中心将整个机房的大空间作为服务器散热的冷源，机柜及其内部 的服务器从机房的大空间吸入冷风。殊不知系统要求冷却的是服务器，不是机房大空间，而 实际上又是有办法使来自空调的冷风不经机房大环境直接进入机柜与服务器的。从能源的 利用角度看，降低机房大环境的温度会使机房与室外之间的温差加大，这势必加大机房室 外向机房内的热量输送，从而加大机房散热系统的负担，造成大量能源浪费。而对机柜送风 所作的局部改进，往往只能被动地改变气流组织的小环境，避免已起过降温作用的热气流 与冷气流无序混合再被充作“冷”气流使用，并未考虑如何在布置有多个机柜的机房内形成 一个最有利于机柜内服务器散热的最合理的温度场，因而难以充分利用空调系统产生的冷 量达到高效、节能的散热效果。
技术实现思路
本技术提供一种按需配冷的数据中心机房散热系统，其第一目的旨在打破以 往将整个机房的大空间作为服务器散热冷源的格局，打破以往冷风进入机柜后听任气流在 机柜内已有的物理构架——包括机柜框架和电子设备——自然地、被动地构成的气流通道 内无序流动的状况，从合理组织机房大环境气流和机柜内小环境气流的角度，设计一种优 化气流走向，即让来自空调的冷风尽可能直接流入冷却对象——服务器，并且使各服务器 得到与其所需散掉热量相匹配的冷量；第二目的是在解决服务器散热之后，从服务器排出 的气流与机房大环境温度相比仍然具有一定的冷量，再利用它来使机房大环境降温。这是 一个克服现有技术的不足的高效节能、且适用于高密型机房的解决方案。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是一种按需配冷的数据中心机房 散热系统，由空调机组和散热风道两部分组成，所述空调机组具有进风口和出风口，所述散 热风道由进风通道、工作通道和回风通道组成，所述出风口、进风通道、工作通道、回风通道 和进风口依次串联构成回路；所述进风通道具有至少一根进风总管，每根进风总管的进风端与空调机组的出风 口连通，而且进风总管自进风端起沿流动纵向采用等横截面设计或者横截面面积从大到小渐变的变截面设计，在进风总管的气体流动路径上对应每个机柜的位置设置气体出口，每 个气体出口处安置一个机柜进风接管，该机柜进风接管位于机柜底部或顶部，机柜前门背 面竖直设置一个冷风分配箱，该冷风分配箱为箱体结构，箱体顶部和底部两端中一端封闭， 另一端开设冷风进口，该冷风进口在机柜前门处于关闭的状态时与对应的机柜进风接管对 接，冷风分配箱的腔体沿流动纵向采用等横截面设计或者横截面面积从大到小渐变的变截 面设计，冷风分配箱箱体朝服务器的侧面上对应各服务器冷风进风口位置设置冷风出口；所述工作通道由机柜内的多个服务器原本自有的内腔与气流通道组成，冷风分 配 箱的每个冷风出口与一个服务器冷风进风口对应，使冷风吹入工作通道；所述回风通道包括竖排风通道、机柜排风接管以及回风总管，竖排风通道为箱体 结构，该箱体安装在机柜后门背面，箱体朝服务器的侧面上对应各服务器出风口位置设置 回风口，箱体底部和顶部两端中一端密闭，另一端开口，在机柜后门处于关闭的状态时所述 开口与机柜排风接管对接，机柜排风接管与回风总管连通，回风总管的出风端通至空调机 组的进风口处。上述技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种按需配冷的数据中心机房散热系统，由空调机组（１）和散热风道两部分组成，其特征在于：所述空调机组（１）具有进风口（２）和出风口（３），所述散热风道由进风通道、工作通道和回风通道组成，所述出风口（３）、进风通道、工作通道、回风通道和进风口（２）依次串联构成回路；　　所述进风通道具有至少一根进风总管（４），每根进风总管（４）的进风端（５）与空调机组（１）的出风口（３）连通，而且进风总管（４）自进风端（５）起沿流动纵向采用等横截面设计或者横截面面积从大到小渐变的变截面设计，在进风总管（４）的气体流动路径上对应每个机柜的位置设置气体出口，每个气体出口处安置一个机柜进风接管（６），该机柜进风接管（６）位于机柜（７）底部下方或顶部上方，机柜前门（３０）背面竖直设置一个冷风分配箱（８），该冷风分配箱（８）为箱体结构，箱体顶部和底部两端中一端封闭，另一端开设冷风进口（９），该冷风进口（９）在机柜前门（３０）处于关闭的状态时与对应的机柜进风接管（６）对接，冷风分配箱（８）的腔体沿流动纵向采用等横截面设计或者横截面面积从大到小渐变的变截面设计，冷风分配箱（８）箱体朝服务器的侧面上对应各服务器冷风进风口（２２）位置设置冷风出口（１０）；　　所述工作通道由机柜（７）内的多个服务器（２７）原本自有的内腔与气流通道组成，冷风分配箱（８）的每个冷风出口（１０）与一个服务器冷风进风口（２２）对应，使冷风吹入工作通道；　　所述回风通道包括竖排风通道（１１）、机柜排风接管（１５）以及回风总管（１３），竖排风通道（１１）为箱体结构，该箱体安装在机柜后门（３１）背面，箱体朝服务器的侧面上对应各服务器出风口位置设置回风口（１４），箱体底部和顶部两端中一端密闭，另一端开口，在机柜后门（３１）处于关闭的状态时所述开口与机柜排风接管（１５）对接，机柜排风接管（１５）与回风总管（１３）连通，回风总管（１３）的出风端（１６）通至空调机组（１）的进风口（２）处。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆元，
申请(专利权)人：王兆元，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]