CN105163569B - 智能恒温服务器机柜及利用该机柜进行恒温控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能恒温服务器机柜及利用该机柜进行恒温控制的方法，该机柜包括柜体，柜体包括服务器工作室和制冷机组，服务器工作室前后设有柜门，服务器工作室内设有支架，支架上固定有服务器，服务器工作室内固定隔热板，隔热板将服务器工作室前后分隔成恒温区和散热区，隔热板上设有通孔，恒温区底板前部设置出风口，恒温区两侧壁内设置垂直的回风风道，回风风道下端穿过恒温区底板与制冷机组连接，回风风道上端延伸至恒温区顶部，并与恒温区顶板上设置的进风口相通，进风口与柜外相通，散热区顶板设置散热风机，散热区底板设置散热风口，散热风口与柜外相通。本发明有效降低了机柜的能耗，大大提高了机柜的换热能力，大大提高了机柜的换热效率。

Description

智能恒温服务器机柜及利用该机柜进行恒温控制的方法

技术领域

本发明属于机柜技术领域，具体涉及智能恒温服务器机柜及利用该机柜进行恒温控制的方法。

背景技术

现阶段国际国内信息系统数据中心计算机机房均采用精密空调系统智能控制来保证恒温恒湿，下通道送风系统是替代以往空调系统最先进的技术。但是依然存在着诸多弊端，机房下送风冷热空气短路（回流、漏流）和横向混合流（旋流、涡流）十分严重。机房内的气流短路均为送风侧向回风侧短路，送风侧的短路率可达30-50%，气流短路造成了精密空调不得不提高工况制冷量，使得空调机组运行过量，造成计算机机房能耗很大的浪费。

近年来也有改变计算机机房采用精密空调集中制冷，下通道送风的恒温方式，而在分系统制冷，精确送风方面尝试设计创新。但由于技术上的缺陷，设计存在诸多弊端，离能够应用还有很长一段距离。

如公告号为CN202205137U, 名称为恒温除湿机柜的中国实用新型专利。该系统为一机柜，机柜柜体由位于底部的制冷室、顶部的出风室、制冷室与出风室之间的硬件室三部分构成。在出风室上安装有两个向下即朝向硬件室吹风的风扇，在柜体的两侧分别设置有风道，该风道下端与制冷装置的冷风出风口相连，风道上端连接到出风室上。这样的结构没考虑回风通道，柜内只有进风，没有出风，是违反空气动力学基本原理的。所以至今一台实验机也不能产生，今后也不可能产生。

如公告号为CN202533858U, 名称为可移动的恒温防尘计算机集群系统的中国实用新型专利。首先，该机柜柜体上部的出风室内安装有吹向硬件室的风扇，冷却后的空气由风扇吹入硬件室。这种设计十分不合理，因为机柜内服务器通常都是横向设置的，由顶部吹出的冷空气并不能较为理想地从服务器前端进入，热空气从后部排出。而是冷空气遇到第一台服务器时，便通过服务器四周的空隙直接吹向柜体底部，使得换热效果非常差。其次，制冷除湿室内设有冷热空气交换室，在冷热空气交换室中间设置有隔板将冷热空气交换室分隔成湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔，隔板上设置有通孔将湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔相连通，在湿热空气释放腔内设置有蒸发器，湿热空气释放腔底部设置有冷凝水出口。该项设计是有重大缺陷的，湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔之间隔板上的离心风机工作时，湿热空气释放腔内产生很大的负压，蒸发器上产生的冷凝水是无法从冷凝水出口流到接水盘的。反过来会将压缩机、冷凝器释放出热量的热空气从冷凝水出口吸入湿热空气释放腔，大大降低了制冷效果。而冷凝水则会被离心风机抽入冷干空气抽离腔，由于离心风机的作用，冷干空气抽离腔内产生了很大正压，在压力的作用下，被抽到冷干空气抽离腔的冷凝水必然会从缝隙溢出柜外。

如公告号为CN203015303U, 名称为一种高安全整体化恒温除湿节能服务器机柜的中国实用新型专利。此项专利技术也采用分系统制冷，精确送风的手法，但由于技术上有根本缺陷，事实上即解决不了专利说明书中发明内容所述的解决了服务器机柜存在的容易产生凝露甚至结霜的问题，也达不到真正的节能效果。首先，专利说明中冷凝水的处理是冷凝水沿着蒸发器流到湿热空气交换室底部，然后从冷凝水出口流出进入到接水盘内。事实上蒸发器离心风机工作时，湿热空气交换室内产生很大的负压，冷凝水是无法从冷凝水出口流到接水盘的。反过来会将压缩机、冷凝器释放出热量的热空气从冷凝水出口吸入到湿热空气交换室，大大降低了制冷效果。而冷凝水则会被蒸发器离心风机抽入硬件室，硬件室前端立即弥漫着大量的冷凝水。不仅不能解决凝露和结霜的问题，反而加重了冷凝水在放置有服务器的硬件室中集中产生。其次，根据制冷原理，制冷量越大，制冷装置的体积也越大。该专利说明书附图中机柜与制冷除湿室的比例，其制冷装置产生的制冷量，不可能大于硬件室内服务器产生的发热量，所以做不到给硬件室降温的效果。如果加大制冷除湿室体积，就必然减少服务器载荷。然而，要增加制冷量，需增加压缩机功率，也就是增加能耗。由此可见，减少服务器数量反而增加能耗，客观上是达不到节能效果或节能效果不明。再有，如果每台机柜减少服务器载荷，就意味着需增加机房使用面积，得不赏失，所以非常不合理。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于设计提供一种智能恒温服务器机柜及利用该机柜进行恒温控制的方法的技术方案。

所述的智能恒温服务器机柜，包括柜体，所述柜体包括服务器工作室和设置在服务器工作室底部的制冷机组，所述服务器工作室前后设有柜门，所述服务器工作室内设有支架，所述支架上固定有服务器，其特征在于所述服务器工作室内固定设置隔热板，所述隔热板将服务器工作室前后分隔成恒温区和散热区，所述隔热板上设有供服务器穿过的通孔，所述恒温区的底板前部设置出风口，所述恒温区两侧壁内设置垂直的回风风道，所述回风风道下端穿过恒温区的底板与制冷机组连接，所述回风风道上端延伸至恒温区顶部，并与恒温区顶板上设置的进风口相通，所述进风口与柜外相通，所述散热区顶板设置散热风机，所述散热区底板设置散热风口，所述散热风口与柜外相通。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述回风风道设置在恒温区后部两侧壁上。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述回风风道上设有一组回风孔。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述进风口中设有空气净化器装置。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述散热风机与散热风口上下垂直对应。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述制冷机组包括蒸发器、蒸发器离心风机、机组压缩机、冷凝器、压缩机风机、冷凝器风机、冷凝水导流装置和接水盘，所述蒸发器、蒸发器离心风机、冷凝水导流装置设置于制冷机组的空气冷热交换室内，所述空气冷热交换室的蒸发器后端与回风风道连接，所述蒸发器离心风机与出风口连接。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述回风风道上端延伸至恒温区顶部150毫米处。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述机组压缩机一端连接蒸发器，另一端连接冷凝器，所述冷凝器连接蒸发器，所述冷凝水导流装置连接接水盘。

所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述冷凝水导流装置为上下两层结构的接水盒。

所述的利用智能恒温服务器机柜进行恒温控制的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）恒温区内一部分冷空气从服务器前端进入服务器，带走服务器产生出来的热量形成热空气，该热空气从服务器后端排入散热区，在散热风机的作用下，从散热风口直接排出柜外；

2）散热风口排出热空气的同时，从进风口补充等量的空气，该补充的空气和恒温区内另一部分冷空气进入回风风道，再进入制冷机组，然后经过制冷机组冷却后从出风口吹入恒温区进行上述步骤1）和2）的循环；

3）当进风口风速测得的补充空气量超过出风口通过的冷空气总量的60%时，散热风机转速增加；当进风口风速测得的补充空气量不到出风口通过的冷空气总量的50%时，散热风机转速减小，保证从服务器后部排入散热区的热空气总量在出风口吹入恒温区冷空气总量的50～60%；

4）温度传感器装置实时检测服务器工作室内温度，当温度达到39度时，制冷机组工作，当温度降到36度时，制冷机组停止工作，依此保持恒温区的恒温。

本发明的有益效果是：本发明通过在服务器工作室内固定设置隔热板，隔热板将服务器工作室前后分隔成恒温区和散热区，使得服务器工作室的热量一部分从散热区直接排出柜外，另一部分再和补充的空气汇合后在恒温区进行恒温循环，有效降低了机柜的能耗，大大提高了机柜的换热能力，大大提高了机柜的换热效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中制冷机组的结构示意图；

图3为本发明中制冷机组的俯视结构示意图。

图中：1，2-柜门；3-服务器工作室；4-恒温区；5-散热区；6-隔热板；7-出风口；8-回风风道；801-回风孔；9-进风口；10-散热风机；11-散热风口；12-制冷机组；13-支架；14-服务器；15-空气冷热交换室；16-蒸发器；17-蒸发器离心风机；18-机组压缩机；19-冷凝器；20-压缩机风机；21-冷凝器风机；22-冷凝水导流装置；23-接水盘。

具体实施方式

以下结合说明书附图来进一步说明本发明。

如图1所示，智能恒温服务器机柜，包括柜体，柜体包括服务器工作室3和设置在服务器工作室3底部的制冷机组12。服务器工作室3前后有可开启的柜门1、2，机柜运行时柜门1、2关闭，使服务器工作室3保持封闭状态，以保证室内洁净和降低噪音。

在服务器工作室3内安装有用于固定服务器14的支架13，在服务器工作室3内，服务器14与服务器14之间安装隔热板6，该隔热板6将服务器工作室3前后分成恒温区4和散热区5。隔热板6上设有供服务器14穿过的通孔，服务器14大部分置于恒温区4内，尾部置于散热区5内。

恒温区4的底板前部设置出风口7，恒温区4两侧壁内，优选为恒温区4后部两侧壁上设置垂直的回风风道8，回风风道8上设有一组回风孔801。回风风道8下端穿过恒温区4的底板与制冷机组12连接，回风风道8上端延伸至恒温区4顶部，优选为回风风道8上端延伸至离恒温区4顶部150毫米处，并与恒温区4顶板上设置的进风口9相通。进风口9与柜外相通，进风口9中设有空气净化器装置。散热区5顶板设置散热风机10，优选为散热区5顶板设置两个散热风机10，散热风机10下方的散热区5底板上设置散热风口11。散热风口11与柜外相通。

如图2和3所示，制冷机组12包括蒸发器16、蒸发器离心风机17、机组压缩机18、冷凝器19、压缩机风机20、冷凝器风机21、冷凝水导流装置22和接水盘23，蒸发器16、蒸发器离心风机17、冷凝水导流装置22设置于制冷机组12的空气冷热交换室15内，空气冷热交换室15的蒸发器16后端与回风风道8连接，蒸发器离心风机17与出风口7连接。机组压缩机18一端连接空气冷热交换室15内的蒸发器16，另一端连接冷凝器19，冷凝器19再与空气冷热交换室15内的蒸发器16连接，构成一个制冷除湿装置，实现制冷除湿功能。在靠近机组压缩机18处设置的压缩机风机20和在冷凝器19前部设置的冷凝器风机21，为压缩机和冷凝器工作时产生的热量散热。

从回风风道8进入到空气冷热交换室15的热空气，经过蒸发器16时会产生冷凝水，冷凝水沿着蒸发器16的散热片流到空气冷热交换室15底部的冷凝水导流装置22，冷凝水导流装置22是上下二层结构的接水盒，冷凝水流到冷凝水导流装置22的上层接水盘以后，再通过缝隙进入下层接水盒内，这样避开了蒸发器离心风机工作时空气冷热交换室内产生的负压对冷凝水出水口的作用，冷凝水出水口设置在冷凝水导流装置下层接水盒内，冷凝水便可以顺利地从出水口流到空气冷热交换室15外的接水盘23。接水盘23有雾化功能，当接水盘23水位到一定高度时，接水盘雾化功能工作，所产生的雾气被压缩机风机20和冷凝器风机21吹出柜外，保证了智能恒温机柜永远都不会有冷凝水流出到柜外。

利用上述的智能恒温服务器机柜进行恒温控制的方法包括以下步骤：

1）恒温区4内一部分冷空气从服务器前端进入服务器14，带走服务器14产生出来的热量形成热空气，该热空气从服务器后端排入散热区5，在散热风机10的作用下，从散热风口11直接排出柜外；

2）散热风口11排出热空气的同时，从进风口9补充等量的空气，该补充的空气和恒温区4内另一部分冷空气进入回风风道8，再进入制冷机组12，然后经过制冷机组12冷却后从出风口7吹入恒温区4进行上述步骤1）和2）的循环；

3）当进风口9风速测得的补充空气量超过出风口7通过的冷空气总量的60%时，散热风机10转速增加；当进风口9风速测得的补充空气量不到出风口7通过的冷空气总量的50%时，散热风机12转速减小，保证从服务器后部排入散热区5的热空气总量在出风口7吹入恒温区4冷空气总量的50～60%；

4）温度传感器装置实时检测服务器工作室3内温度，当温度达到39度时，制冷机组12工作，当温度降到36度时，制冷机组12停止工作，依此保持恒温区4的恒温。

本发明载荷6台服务器总额定功率4500KW实验结果：

注：1、环境温度指机房室内温度，38℃相当于室外环境温度41℃。

2、PUE值是国际上评判计算机机房能耗的唯一标准，当今美国最为先进，数据中心PUE值可达到1.9，我国数据中心最先进的达到2.2，A级机房通常在3左右，B、C级机房则更高。

Claims (10)

1.智能恒温服务器机柜，包括柜体，所述柜体包括服务器工作室（3）和设置在服务器工作室（3）底部的制冷机组（12），所述服务器工作室（3）前后设有柜门（1,2），所述服务器工作室（3）内设有支架（13），所述支架（13）上固定有服务器（14），其特征在于所述服务器工作室（3）内固定设置隔热板（6），所述隔热板（6）将服务器工作室（3）前后分隔成恒温区（4）和散热区（5），所述隔热板（6）上设有供服务器（14）穿过的通孔，所述恒温区（4）的底板前部设置出风口（7），所述恒温区（4）后部两侧壁内设置垂直的回风风道（8），所述回风风道（8）下端穿过恒温区（4）的底板与制冷机组（12）连接，所述回风风道（8）上端延伸至恒温区（4）顶部，并与恒温区（4）顶板上设置的进风口（9）相通，所述进风口（9）与柜外相通，所述散热区（5）顶板设置散热风机（10），所述散热区（5）底板设置散热风口（11），所述散热风口（11）与柜外相通。

2.如权利要求1所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述回风风道（8）设置在恒温区（4）后部两侧壁上。

3.如权利要求1所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述回风风道（8）上设有一组回风孔（801）。

4.如权利要求1所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述进风口（9）中设有空气净化器装置。

5.如权利要求1所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述散热风机（10）与散热风口（11）上下垂直对应。

6.如权利要求1所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述制冷机组（12）包括蒸发器（16）、蒸发器离心风机（17）、机组压缩机（18）、冷凝器（19）、压缩机风机（20）、冷凝器风机（21）、冷凝水导流装置（22）和接水盘（23），所述蒸发器（16）、蒸发器离心风机（17）、冷凝水导流装置（22）设置于制冷机组（12）的空气冷热交换室（15）内，所述空气冷热交换室（15）的蒸发器（16）后端与回风风道（8）连接，所述蒸发器离心风机（17）与出风口（7）连接。

7.如权利要求1所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述回风风道（8）上端延伸至恒温区（4）顶部150毫米处。

8.如权利要求6所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述机组压缩机（18）一端连接蒸发器（16），另一端连接冷凝器（19），所述冷凝器（19）连接蒸发器（16），所述冷凝水导流装置（22）连接接水盘（23）。

9.如权利要求6或8所述的智能恒温服务器机柜，其特征在于所述冷凝水导流装置（22）为上下两层结构的接水盒。

10.利用如权利要求1所述的智能恒温服务器机柜进行恒温控制的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）恒温区（4）内一部分冷空气从服务器前端进入服务器（14），带走服务器（14）产生出来的热量形成热空气，该热空气从服务器后端排入散热区（5），在散热风机（10）的作用下，从散热风口（11）直接排出柜外；

2）散热风口（11）排出热空气的同时，从进风口（9）补充等量的空气，该补充的空气和恒温区（4）内另一部分冷空气进入回风风道（8），再进入制冷机组（12），然后经过制冷机组（12）冷却后从出风口（7）吹入恒温区（4）进行上述步骤1）和2）的循环；

3）当进风口（9）风速测得的补充空气量超过出风口（7）通过的冷空气总量的60%时，散热风机（10）转速增加；当进风口（9）风速测得的补充空气量不到出风口（7）通过的冷空气总量的50%时，散热风机（12）转速减小，保证从服务器后部排入散热区（5）的热空气总量在出风口（7）吹入恒温区（4）冷空气总量的50～60%；

4）温度传感器装置实时检测服务器工作室（3）内温度，当温度达到39度时，制冷机组（12）工作，当温度降到36度时，制冷机组（12）停止工作，依此保持恒温区（4）的恒温。