CN105431004B - 一种用于数据中心机房的散热系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机房散热技术领域，尤其是一种用于数据中心机房的散热系统及控制方法，散热系统包括安装于机房内部地面的进风管道、安装于机房中心并伸出机房顶部的单管塔、安装于单管塔内部的热交换装置、安装于机房顶部的冷机、安装于单管塔下端的冷凝水收集设备、用于控制散热系统相关设备的控制柜，以及排布在机房多个位置的传感器模块。本发明通过控制柜实现机房散热设备的人机交互，采用水冷、风冷双模式热交换，解决了冷机管路室外易结冰、热管在室内易产生冷凝水的问题，可以充分利用现有资源，施工成本低、收效高，实现数据中心机房长期运行于安全环境温度的目的。

Description

一种用于数据中心机房的散热系统及控制方法

技术领域

本发明涉及机房散热技术领域，尤其是一种用于数据中心机房的散热系统及控制方法。

背景技术

随着云计算业务的高速发展，云数据中心的规模逐渐增大，数据中心机房内的电子设备运行产生大量的热量，使数据中心机房内的温度升高。为了保证电子设备在适当的温度下正常运行，这些热量需要高效、温度的被输送出去。

目前，在数据机房的运行实践中，可选的散热方案有两种，一种是风冷模式，一种是水冷模式。风冷模式的建设和运营成本相对较低，但由于其热交换效率不高，一般用于电子设备较小的机房，对数据中心机房来说，仅采用风冷散热模式很难达到要求，并且风冷散热模式中，大量采用热管进行热交换，由于热管的特性，在热交换过程中很容易产生冷凝水，对机房这样安装了大量电子设备的环境而言，冷凝水是非常可怕的隐患，非常容易导致电子设备损坏，从而造成巨额损失，因此对数据中心机房，较多采用水冷散热模式。

当前数据中心机房的水冷系统，大多采用这样如说明书附图的图1所示：包括换热器101、冷机机组102、冷却塔103、冷水管路105和循环管路104。由于冷却塔103一般安装在室外，在外部环境温度低的时候，循环管路104容易结冰、堵塞，为了解决这一问题，现有方案是在循环管路104位于室外的部分上安装伴热带106，通过伴热电源107对伴热带106进行加热，保证循环管路104内的介质正常循环。明显的，这一解决方案会因为伴热带106的运行增加能耗，提高运行成本。

为解决上述能耗问题，公告号为CN104990171A的一种用于数据中心机房的散热系统及其伴热方法，提出了采用相同的两套散热装置协同运行的方法。该方法具备主散热装置和备用散热装置，两套装置协同差时工作，互相提供热源，替代了能耗高的伴热带加热方法。但是这一解决方案也存在明显的弊端：首先是两套散热装置增加了建设成本，每一套散热装置的成本都不低，且由于两套装置是协同差时作业，不能保证全效率运行，一定程度上造成浪费；其次，这种散热装置的水冷管路在机房的高温环境中，很容易产生冷凝水，而该技术方案并没有提供行之有效的冷凝水解决方案，需要进行创新改进。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术缺点提供一种用于数据中心机房的散热系统及控制方法，以解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本发明解决技术问题采用的技术方案为：一种用于数据中心机房的散热系统及控制方法，所述散热系统包括安装于机房内部地面的进风管道、安装于机房中心并伸出机房顶部的单管塔、安装于单管塔内部的热交换装置、安装于机房顶部的冷机、安装于单管塔下端的冷凝水收集设备、用于控制散热系统相关设备的控制柜，以及排布在机房多个位置的传感器模块。

所述进风管道设有多根，排布于机房内部地面，与机房内的电子设备交错，且交汇连通于单管塔底部，每根进风管道与机房外部环境相连通的端部均安装有鼓风机；

所述单管塔上端伸出机房顶部，下端与进风管道连通，其位于机房内部的部分的外壁上设有多个密布的热交换孔；

所述热交换装置包括安装在单管塔内的冷却水管路和多根竖直安装的热管，多根热管均匀向心排布在冷却水管路周围，热管的高度低于机房高度，热管下端与单管塔底部齐平；

所述冷机环绕安装在单管塔伸出机房的部分的外周；

本技术方案通过单管塔集成了水冷和风冷两种热交换方式，其中，冷机、冷却水管路组成水冷装置，鼓风机、排风机、进风管道和热管组成风冷装置，水冷装置、风冷装置均通过单管塔外壁上的多个热交换孔与机房内部环境中的空气进行热交换，同时，由于单管塔内形成向上的热气流，当外部环境温度较低时，热气流足以解决冷却水管路在室外的结冰问题，不需要额外增设伴热带进行加热除冰。

所述冷凝水收集设备包括用于盛接冷凝水的收集槽和安装于收集槽底部的冷凝水管；冷却水管路、热管在与机房内部环境进行热交换时，外壁上均容易形成冷凝水珠，通过冷凝水收集槽和冷凝水管，可以将冷凝水进行收集并排出机房。

所述控制柜安装在机房的外墙壁上；

所述传感器模块包括用于侦测机房内多个部位及冷却水管路温湿度的温湿度传感器、用于侦测收集槽底部水压的水压传感器，用于侦测进风管道和单管塔内风压的风压传感器；机房内的多个部分，如四角、天花板、地板、各电子设备周围、冷却水管路附近，均安装有温湿度传感器，用于采集机房内各部位、冷却水管路附近的温湿度参数；水压传感器安装在收集槽底部，当水压达到一定预设值时，考虑排水；风压传感器安装在进风管道的入口鼓风机附近、单管塔内、排风机附近、热管周边、单向塔外壁上的热交换孔附近，用于采用各部位的风压参数，为控制柜提供指令依据。

所述控制柜与鼓风机、冷机、冷凝水管及传感器模块均电性连接。

所述单管塔内部、位于热管上端的部位设有排风机，排风机与控制柜电性连接。

所述单管塔位于机房内部的部分的塔壁的内侧面光滑，便于热交换过程中冷凝成的水滴向下滑落。

所述控制柜内安装有CPU模块、控制柜电源、网络集成模块、参数处理模块和单片机，其中：

所述网络集成模块包括网络信号处理芯片、天线模块和标准RJ45网络接口；

所述参数处理模块与传感器模块电性连接；

所述CPU模块与控制柜电源、网络集成模块、参数处理模块、单片机均电性连接，控制柜电源为其它部件供电；

所述单片机与鼓风机、排风机、冷机、冷凝水管均电性连接。

控制柜作为人机交互设备，通过单片机向其它各设备发出指令，控制各设备的运行状态。在本技术方案中，除控制柜本身根据采集到的各项参数，在达到预设值时进行自动控制外，还可以通过网络集成模块，以无线或有线方式实现数据的远程显示(通过显示器)、远程人工指令控制(通过控制器)，是典型的基于物联网的设备管理方法。

所述的散热系统的控制方法，其特征在于：

1)冷机、冷却水管路与机房内环境进行水冷模式的热交换；

2)鼓风机、进风管道、热管、排风机与机房内环境进行风冷模式的热交换；

3)通过控制柜进行人机交互，实现有线、无线双模式的远程设备管理；

本发明所具有的有益效果是：本发明通过控制柜实现机房散热设备的人机交互，采用水冷、风冷双模式热交换，解决了冷机管路室外易结冰、热管在室内易产生冷凝水的问题，可以充分利用现有资源，施工成本低、收效高，实现数据中心机房长期运行于安全环境温度的目的，至少具有如下优点：

1、解决了传统风冷或水冷模式存在的弊端，降低了建设和运行成本；

2、解决了散热过程中的冷凝水收集、排放问题；

3、提供了基于物联网技术的状态参数远程显示、远程控制功能。

附图说明

附图1为现有中心机房散热系统的结构示意图。

附图2为本发明所述机房散热系统的俯视结构示意图。

附图3为本发明所述机房散热系统的剖面结构示意图。

附图4为本发明所述控制柜的功能结构示意图。

附图5为本发明所述机房散热系统控制方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图2～附图5对本发明做以下详细说明。

如图2、图3所示，本发明所述散热系统包括安装于机房201内部地面的进风管道202、安装于机房201中心并伸出机房201顶部的单管塔206、安装于单管塔206内部的热交换装置、安装于机房201顶部的冷机205、安装于单管塔206下端的冷凝水收集设备、用于控制散热系统相关设备的控制柜3，以及排布在机房201内部多个位置的传感器模块。

所述进风管道202设有多根，排布于机房201内部地面，与机房201内的电子设备2交错，且交汇连通于单管塔206底部，每根进风管道202与机房201外部环境相连通的端部均安装有鼓风机203；

所述单管塔206上端伸出机房201顶部，下端与进风管道202连通，其位于机房201内部的部分的外壁上设有多个密布的热交换孔204；

所述热交换装置包括安装在单管塔206内的冷却水管路210和多根竖直安装的热管207，多根热管207均匀向心排布在冷却水管路210周围，热管207的高度低于机房201高度，热管207下端与单管塔206底部齐平；

所述冷机205环绕安装在单管塔206伸出机房的部分的外周；

本技术方案通过单管塔集成了水冷和风冷两种热交换方式，其中，冷机205、冷却水管210路组成水冷装置，鼓风机203、排风机208、进风管道202和热管207组成风冷装置，水冷装置、风冷装置均通过单管塔206外壁上的多个热交换孔204与机房201内部环境中的空气进行热交换，同时，由于单管塔206内形成向上的热气流，当外部环境温度较低时，热气流足以解决冷却水管路210在室外的结冰问题，不需要额外增设伴热带进行加热除冰。

所述冷凝水收集设备包括用于盛接冷凝水的收集槽401和安装于收集槽401底部的冷凝水管402；冷却水管路210、热管207在与机房201内部环境进行热交换时，外壁上均容易形成冷凝水珠，通过冷凝水收集槽401和冷凝水管402，可以将冷凝水进行收集并排出机房。

所述控制柜3安装在机房201的外墙壁上；

所述传感器模块包括用于侦测机房内多个部位及冷却水管路温湿度的温湿度传感器3041、用于侦测收集槽401底部水压的水压传感器3042，用于侦测进风管道202和单管塔206内风压的风压传感器3043；机房201内的多个部分，如四角、天花板、地板、各电子设备周围、冷却水管路附近，均安装有温湿度传感器3041，用于采集机房201内各部位、冷却水管路210附近的温湿度参数；水压传感器3042安装在收集槽401底部，当水压达到一定预设值时，考虑排水；风压传感器3043安装在进风管道202的入口鼓风机203附近、单管塔206内、排风机208附近、热管207周边、单向塔206外壁上的热交换孔204附近，用于采用各部位的风压参数，为控制柜3提供指令依据。

所述控制柜3与鼓风机203、冷机205、冷凝水管402及传感器模块均电性连接。

所述单管塔206内部、位于热管207上端的部位设有排风机208，排风机208与控制柜3电性连接。

所述单管塔206位于机房201内部的部分的塔壁的内侧面光滑，便于热交换过程中冷凝成的水滴向下滑落。

如图4、图5所示，所述控制柜3内安装有CPU模块303、控制柜电源302、网络集成模块301、参数处理模块304和单片机305，其中：

所述网络集成模块301包括网络信号处理芯片3010、天线模块3012和标准RJ45网络接口3011；

所述参数处理模块304与传感器模块电性连接；

所述CPU模块303与控制柜电源302、网络集成模块301、参数处理模块304、单片机305均电性连接，控制柜电源302为其它部件供电；

所述单片机305与鼓风机203、排风机208、冷机205、冷凝水管402均电性连接。

控制柜3作为人机交互设备，通过单片机305向其它各设备发出指令，控制各设备的运行状态。在本技术方案中，除控制柜3本身根据采集到的各项参数，在达到预设值时进行自动控制外，还可以通过网络集成模块301，以无线或有线方式实现数据的远程显示(通过显示器)、远程人工指令控制(通过控制器)，是典型的基于物联网的设备管理方法。

所述的散热系统的控制方法，其特征在于：

1)冷机、冷却水管路与机房内环境进行水冷模式的热交换；

2)鼓风机、进风管道、热管、排风机与机房内环境进行风冷模式的热交换；

3)通过控制柜进行人机交互，实现有线、无线双模式的远程设备管理。

如图4、图5所示，基本运行流程如下：

传感器模块进行参数采集(湿湿度、水压、风压)，传输至控制柜3内的参数处理模块304进行处理后，CPU模块303根据预设值判断是否需要对各设备运行状态进行调整，如需要，则通过单片机305向鼓风机203、排风机208、冷机205、冷凝水管402发出运行指令。

与此同时，网络集成模块301将传感器模块采集到的参数，经有线(标准RJ45网络端口)或无线(天线模块)传输到远程终端上进行显示(显示器)，如需人工干预，则通过控制器发出指令回传至控制柜3，CPU模块303再通过单片机305对诸设备进行控制。

在上述说明中，网络集成模块301、单片机305等所有的设备均有成熟的技术方案，属于公知技术，可根据需要任意选配，在此不作赘述。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种用于数据中心机房的散热系统，其特征在于：所述散热系统包括安装于机房内部地面的进风管道、安装于机房中心并伸出机房顶部的单管塔、安装于单管塔内部的热交换装置、安装于机房顶部的冷机、安装于单管塔下端的冷凝水收集设备、用于控制散热系统相关设备的控制柜，以及排布在机房多个位置的传感器模块，其中：

所述进风管道设有多根，排布于机房内部地面，与机房内的电子设备交错，且交汇连通于单管塔底部，每根进风管道与机房外部环境相连通的端部均安装有鼓风机；

所述单管塔上端伸出机房顶部，下端与进风管道连通，其位于机房内部的部分的外壁上设有多个密布的热交换孔；

所述热交换装置包括安装在单管塔内的冷却水管路和多根竖直安装的热管，多根热管均匀向心排布在冷却水管路周围，热管的高度低于机房高度，热管下端与单管塔底部齐平；

所述冷机环绕安装在单管塔伸出机房的部分的外周；

所述冷凝水收集设备包括用于盛接冷凝水的收集槽和安装于收集槽底部的冷凝水管；

所述控制柜安装在机房的外墙壁上；

所述传感器模块包括用于侦测机房内多个部位及冷却水管路温湿度的温湿度传感器、用于侦测收集槽底部水压的水压传感器，用于侦测进风管道和单管塔内风压的风压传感器；

所述控制柜与鼓风机、冷机、冷凝水管及传感器模块均电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于数据中心机房的散热系统，其特征在于：所述单管塔内部、位于热管上端的部位设有排风机，排风机与控制柜电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于数据中心机房的散热系统，其特征在于：所述单管塔位于机房内部的部分的塔壁的内侧面光滑，便于热交换过程中冷凝成的水滴向下滑落。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于数据中心机房的散热系统，其特征在于：所述控制柜内安装有CPU模块、控制柜电源、网络集成模块、参数处理模块和单片机，其中：

所述网络集成模块包括网络信号处理芯片、天线模块和标准RJ45网络接口；

所述参数处理模块与传感器模块电性连接；

所述CPU模块与控制柜电源、网络集成模块、参数处理模块、单片机均电性连接，控制柜电源为其它部件供电；

所述单片机与鼓风机、排风机、冷机、冷凝水管均电性连接。

5.根据权利要求1～4任一所述的散热系统的控制方法，其特征在于：

1)冷机、冷却水管路与机房内环境进行水冷模式的热交换；

2)鼓风机、进风管道、热管、排风机与机房内环境进行风冷模式的热交换；

3)通过控制柜进行人机交互，实现有线、无线双模式的远程设备管理。