CN104470335B - 基于热管技术的数据中心节能冷却*** - Google Patents

基于热管技术的数据中心节能冷却*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于热管技术的数据中心节能冷却***，其包括加装热柜、加装冷柜、热管***、抽气风扇和封闭管路，加装热柜连接在机柜的后部，加装冷柜连接在加装热柜的后部，封闭管路的一端与加装冷柜的上端连通，其另一端与空调***连通，抽气风扇安装在加装冷柜和封闭管路的连接处，加装冷柜的底部开设有通气孔，用于连通地板送风***，热管***包括多个热管，每个热管都包括蒸发段和冷却段，蒸发段位于加装热柜中，冷却段位于加装冷柜中，热管的一端与机柜的后壁连接。本发明能够进一步降低机柜后部出口处排出的热空气团的温度，提高机房的整体散热效率，减少机房用于服务器降温的制冷设备的耗电量。

Description

基于热管技术的数据中心节能冷却***
技术领域
本发明属于机房散热和热管技术领域，涉及一种基于热管技术的数据中心节能冷却装置及***。
背景技术
IDC机房现已成为国民经济发展中的重要组成部分，是推进国家科技工业信息化和数字化的主要支柱。随着数据中心规模和集成度的发展，服务器中IT设备功率密度与日俱增，热密度急剧增长，一方面，制冷设备所消耗的电功率快速增大，机房的能耗问题越来越受到关注；另一方面，服务器散热问题会变得越来越严重，甚至可能在消耗大量能源和运营成本的代价下还会因为设备发热而导致设备停机。
美国Lawrence Berkeley国家实验室调查显示，一个典型的数据中心能耗比例为：1)IT设备(服务器、交换机、路由器等)占44％；2)制冷设备(机房精密空调、风机)占38％；3)电源设备(UPS、SPM等)占15％；4)照明占3％。从中不难看出制冷设备的耗电量仅次于IT主设备的耗电量。
面对能源危机，现在所有数据中心都在采用新技术提高空调和数据中心的能效，对制冷***进行精确控温和气流组织。这些新技术包括新风式节能***、冷热通道封闭、水冷空调***以及热管换热器节能装置等。热管是一种高效的传热部件，被称为热的“超导体”。热管已成功地应用于航天器热控制、电子设备冷却、余热回收、太阳能热水器、永久冻土层的稳定以及地热利用等具有传热需求的所有方面。热管换热器结构简单、无动力部件，它通过管内工作介质的相变所产生的潜热来传递热量，因此相比其他新技术而言，它的优势是无需消耗额外的能量就可以实现全自动的工作，并且有很高的传热效率，节能效果明显。中国专利CN201093658和CN101398271A公开了一种分离式热管的机房散热装置，都是采用强迫对流的分离式热管换热，将机房内的热量排到机房外，区别在于单组和多组结构的不同。但它们存在以下不足和缺陷：1)分离式热管的蒸发段在机房内，而冷却段布置在机房外，因此其安装和对机房的位置都有一定的限制，需要机房位于建筑的顶层或者机房四周墙壁外侧存在开阔位置供***的安装；2)该***的运行要求室内温度高于室外温度，因此该***在夏季时完全失效；3)整个***的结构较为庞大和复杂。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于热管技术的数据中心节能冷却装置及***，降低机柜后部出口处排出的热空气的温度，间接降低服务器内部发热部件的表面温度，提高机房整体的散热效率，减少机房用于服务器降温的制冷设备的耗电量，达到数据中心有效制冷和节能绿色运行的目的。
本发明的基于热管技术的数据中心节能冷却***包括加装热柜、加装冷柜、热管***、抽气风扇和封闭管路，所述加装热柜连接在机柜的后部，所述加装冷柜连接在加装热柜的后部，所述封闭管路的一端与所述加装冷柜的上端连通，其另一端与空调***连通，所述抽气风扇安装在所述加装冷柜和所述封闭管路的连接处，所述加装冷柜的底部开设有通气孔，用于连通地板送风***，所述热管***包括多个热管，每个所述热管都包括蒸发段和冷却段，所述蒸发段位于所述加装热柜中，所述冷却段位于所述加装冷柜中，所述热管的一端与所述机柜的后壁连接，从而热气团将热量传递给所述热管***后，经过所述加装热柜流入所述加装冷柜中，与升温后的冷气流混合形成混合热气流，混合热气流被所述抽气风扇抽走进入所述封闭管路中，形成热气流回风，送回机房空调中冷却处理。
优选所述加装热柜和加装冷柜之间开设有很多条状方形槽，供所述热管穿过和气流流通。
优选所述热管的蒸发段上具有与热气流同向的横向翅片，所述热管的冷却段上具有与冷气流同向的纵向翅片所述热管和所述翅片的制备和连接能够采用一体成形或挤压或冷胀或螺钉紧固的方式。
优选所述热管采用高性能的铝氨槽道热管，并以其冷却段一端高于其蒸发段一端的方式倾斜配置。
本发明具有以下优点：
1)整个***相比目前已有的热管式机房散热装置，实现了机房内冷热通道的封闭，将机柜排出的热空气与机房内的冷空气进行了完全隔离，有效避免了机房内冷热空气流的相互掺混，提高了机房的整体散热效率。
2)***中热管的作用是将机柜出口处热气团的热量快速从加装热柜输送到加装冷柜中，然后由冷气流带走。因此本发明可以避免冷热通道封闭技术中机柜后部出现冷热分层的现象，使热气团和高温温度层远离机柜出口，进一步降低机柜出口处的温度，从而提高***的降温和散热效果。
3)***相比现有的机房散热装置能够更加有效地将热量从机柜后带走，并且可以在不同季节、不同地区全天候稳定运行，可以有效地避免因局部过热问题而导致服务器的停机，提高了机房的整体运算能力。
4)***有效地避免了机房内冷热气流的掺混，降低了机柜内服务器的工作温度，提高了机房的整体散热效率，也就是说制冷设备的输出温度可以相应地提高，从而机房所消耗的电力就会大幅度下降，从而降低机房的运营成本，达到了节能低碳和绿色环保的目的。
5)***结构简单，便于安装和维护，对机房所处位置和安装条件的要求都很低，适应性和通用性很强，热管能够自动启动和运行，无需额外动力和功率消耗，能耗低但换热效率高，因此该节能冷却***可以在不同类型和大小的数据中心进行应用和推广。
附图说明
图1为一种基于热管技术的数据中心节能冷却***的***结构原理示意图；
图2为热管***的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
如图1所示，一种基于热管技术的数据中心节能冷却***，包括加装热柜2、加装冷柜3、热管***4、抽气风扇5和封闭管路6等组成。加装热柜2连接机柜1的后部，加装冷柜3连接加装热柜2的后部，抽气风扇5布置在加装冷柜3和封闭管路6的连接处，封闭管路6将加装冷柜3与机房空调7连接起来。热管***4包括热管4-1和翅片两部分，翅片分为前排翅片4-2和后排翅片4-3。热管4-1的前半段和前排翅片4-2构成热管***4的蒸发段，位于加装热柜2中，热管4-1的后半段和后排翅片4-3构成热管***4的冷却段，位于加装冷柜3中。热管4-1采用高性能的铝氨槽道热管，以一定的倾斜角度布置，使热管***4冷却段的垂直高度高于蒸发段，保证热管4-1中氨工质的回流。热管4-1的一端与机柜1的后壁连接。热管4-1和前排翅片4-2、后排翅片4-3的制备和连接可以采取一体成形或挤压或冷胀或螺钉紧固的方式来实现。为了保证整个***中气流流动的通畅性，翅片的布置方向需要与气流流动方向一致。因此，前排翅片4-2为横向布置，与机柜1排出的热气流13方向一致，后排翅片4-3为竖向布置，与加装冷柜入口冷气流11方向一致。在加装热柜2和加装冷柜3之间开有很多条状方形槽，供长条状的热管4-1穿过和气流流通，而加装冷柜3的底部开有通气孔供地板冷气流进入，顶部开有通气孔供混合热气流流出。加装热柜2、加装冷柜3和封闭管路6构成一个冷热通道封闭***，它们与机房空调7、地板送风***构成一个完整的气流封闭循环回路。
本发明的一种基于热管技术的数据中心节能冷却***的工作过程如下：
1)机房空调7制冷后的冷空气经地板送风***送到机柜1的前部形成机柜入口冷气流9。机柜1中服务器8产生的大量热量经冷气流9带走，从机柜后部排出，在没有采用本发明的节能冷却***的情况下，会形成许多高温的热气团10。这些热气团10紧贴机柜后部，形成一个高温带，并且存在温度分层现象，严重影响服务器8的工作性能。
2)本发明的目的是将这些热气团10快速带走，并且使其远离机柜1的出口，从而降低服务器8的工作温度。加装热柜2中热管***4的前排翅片4-2与热气团10大面积接触，前排翅片4-2升温，而热气团10则明显降温，从而热管4-1的前半段升温，热管4-1实现自动启动运行。由于热管的传热能力很强，热量从热管4-1的前半段快速向热管4-1的后半段传递。
3)加装冷柜3底部通气孔中由地板送风***送入的冷气流11与加装冷柜3中热管***4的后排翅片4-3大面积接触，热量从热管4-1的后半段经后排翅片4-3传递到冷气流11中，从而热管4-1的后半段降温，冷气流11流过后排翅片4-3后升温。
4)热气团10将热量传递给热管***4后，会沿着前排翅片4-2的方向经过加装热柜2和加装冷柜3之间的条状方形槽流入加装冷柜3中，并与升温后的冷气流11混合形成混合热气流14。混合热气流14被抽气风扇5抽走进入封闭管路6中，形成热气流回风12，送回机房空调7中冷却处理。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (4)

1.一种基于热管技术的数据中心节能冷却***，其特征在于：包括加装热柜、加装冷柜、热管***、抽气风扇和封闭管路，所述加装热柜连接在机柜的后部，所述加装冷柜连接在加装热柜的后部，所述封闭管路的一端与所述加装冷柜的上端连通，其另一端与空调***连通，所述抽气风扇安装在所述加装冷柜和所述封闭管路的连接处，所述加装冷柜的底部开设有通气孔，用于连通地板送风***，所述热管***包括多个热管，每个所述热管都包括蒸发段和冷却段，所述蒸发段位于所述加装热柜中，所述冷却段位于所述加装冷柜中，所述热管的一端与所述机柜的后壁连接，从而热气团将热量传递给所述热管***后，经过所述加装热柜流入所述加装冷柜中，与升温后的冷气流混合形成混合热气流，混合热气流被所述抽气风扇抽走进入所述封闭管路中，形成热气流回风，送回机房空调中冷却处理。
2.根据权利要求1所述的基于热管技术的数据中心节能冷却***，其特征在于：所述加装热柜和加装冷柜之间开设有很多条状方形槽，供所述热管穿过和气流流通。
3.根据权利要求1所述的基于热管技术的数据中心节能冷却***，其特征在于：所述热管的蒸发段上具有与热气流同向的横向翅片，所述热管的冷却段上具有与冷气流同向的纵向翅片所述热管和所述翅片的制备和连接能够采用一体成形或挤压或冷胀或螺钉紧固的方式。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的基于热管技术的数据中心节能冷却***，其特征在于：所述热管采用高性能的铝氨槽道热管，并以其冷却段一端高于其蒸发段一端的方式倾斜配置。
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