CN105792596A - 机柜装置和通风系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机柜装置和通风系统，其中，装置包括：机柜本体、前门和后门，其中，前门和后门相对装设在机柜本体上；前门包括前门门板和前门框架，后门包括后门门板和后门框架；前门门板和后门门板上分别设置有多个开孔；后门门板上的开孔率大于前门门板上的开孔率。本发明实施例通过机柜前后门非对称设计，提高后门门板上的开孔率，使热空气可以更快速排出，提高机柜的制冷效率。

Description

机柜装置和通风系统

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种机柜装置和通风系统。

背景技术

互联网数据中心(IDC)机房标准机柜主要用来安装各类服务器、存储单元、网络交换机等设备，随着技术的进步，设备集成度越来越高，尤其是刀片式服务器的应用造成单机架功率越来越高，这与大部分设备要求运行环境温度在45摄氏度以下的规范相矛盾，因此标准机架的散热问题是影响IDC机房安全运行的主要因素。目前通过科技创新逐步开发应用了机柜开孔散热，通过机柜下部进风、设置机柜冷通道等技术一定程度缓解了高负荷机柜场景服务器、存储单元、网络交换机无法有效散热的问题。但是机柜内部冷热不均、顶部高于底部4～5摄氏度的温度差、机柜顶部工作温度超临界值的问题始终存在，如果再度降低精密空调出风温度势必造成不必要的制冷能力浪费。分析这个现象的问题所在，主要表现在以下一些方面：

1)机柜内部空间温度阶梯差难以避免

如图1所示，为现有通风系统的结构示意图，冷空气进入机柜内部后受到设备加热，部分通过机柜门上开孔逸出，部分因受热通过设备和机柜间隙上升，随着高度增加，这种现象越来越明显，造成温度阶梯差。

2)机柜前后门均匀开孔率不适应气流组织要求

传统标准机柜前后门采用均匀开孔率设计，空调风机维持较大出风量确保冷空气通过前门进入机柜的速度，但是冷空气在机柜内部流动过程不可避免受到设备、机柜内壁、固定件、线缆的摩擦阻力，在通过后门逸出散热时速度下降，影响了制冷能力的有效利用。

3)空气受热膨胀原理使问题更加突出

空气在受热过程中按照固有系数膨胀，在机柜内等压条件下空调出风温度15摄氏度，经过机柜加热后近40摄氏度，期间体积增加约十分之一，如果无法及时排出机柜容易在机柜高层设备附近形成热空气紊流，严重影响冷空气制冷效果。

综上所述，现有标准机柜前后门均匀开孔率设计难以有效提升高负荷冷通道场景下的制冷效率，出现机柜内部温度阶梯差和热空气紊流问题，无法保证更高功率机柜的安全运行。因此有必要对标准机柜进行技术改进，使之适合高负荷应用场景。

发明内容

本发明实施例提出了一种机柜装置和通风系统，以解决机柜内部温度阶梯差和热空气紊流问题，提升IDC机房的致冷效率。

本发明实施例提供的一种机柜装置，包括：机柜本体、前门和后门，其中，前门和后门相对装设在机柜本体上；前门包括前门门板和前门框架，后门包括后门门板和后门框架；其中：

前门门板和后门门板上分别设置有多个开孔；后门门板上的开孔率大于前门门板上的开孔率。

基于上述机柜装置的另一实施例中，后门门板上部的开孔率大于后门门板下部的开孔率。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，前门门板上各部分开孔率相同。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，前门门板上的开孔均匀分布。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，前门门板上的开孔具体为各种规则或不规则开孔。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，前门门板上开孔的中心逐行错开。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，后门门板上的开孔率从下部、到中部、到上部依次增大。

基于上述机柜装置的另一实施例中，后门门板上的开孔大小从下部、到中部、到上部依次增大。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，后门门板上的开孔率从下部到上部逐渐增大。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，后门门板最下部的开孔率与前门门板上的开孔率相同。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，后门门板上的开孔具体为各种规则或不规则开孔。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，后门门板上同一行的开孔均匀分布。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，后门门板上开孔的中心逐行错开。

基于上述任一机柜装置的另一实施例中，前门门板上的开孔分布边缘靠近前门框架；和/或

后门门板上的开孔分布边缘靠近后门框架。

本发明实施例还提供了一种通风系统，包括冷通道和上述任一实施例中的机柜装置，其中，冷通道与机柜装置形成密封空间，冷空气依次进入冷通道、机柜装置的前门门板、机柜本体和机柜后门。

基于上述通风系统的另一实施例中，还包括位于冷通道的地板下的空调静压箱，该空调静压箱包括地板的下表面、机柜装置的底部、冷通道的四周墙壁在地板的下立面和地坪，空调静压箱内的冷空气受压经过地板上的开孔依次进入冷通道、机柜装置的前门门板、机柜本体和机柜后门。

本发明实施例提出的上述机柜装置和通风系统，将机柜前后门设计成不同开孔率，后门门板上的开孔率大于前门门板上的开孔率，通过机柜前后门的非对称设计，冷空气进入侧的前门开孔率较低，热空气排出侧的后门开孔率较高可以促进热空气快速排出，减少了紊流发生，降低了温度阶梯差，提升了IDC机房的致冷效率。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是现有通风系统的结构示意图。

图2为本发明机柜装置一个实施例的结构示意图。

图3为本发明机柜装置另一个实施例的结构示意图。

图4为本发明通风系统一个实施例的结构示意图。

图5为本发明通风系统另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

现有通风系统中，冷通道内冷空气从前门开孔间隙进入机柜，流速压力降低，在受到服务器加热膨胀后，一部分从后门开孔间隙逸出，一部分上升继续加热，在机柜上部因压力增大，后门开孔间隙排出通道不足，形成热空气紊流，影响高层设备散热。

本发明实施例通过空气动力学基本原理对IDC机柜致冷效果进行分析，提出现有机柜开孔模式存在的局限性，从优化气流组织入手，根据冷空气压力和流速在冷通道、机柜前门、机柜内部、机柜后门依次降低的特点，通过调整机柜前后门开孔率指标实现冷热空气进出机柜压力均衡，通过后门较大的开孔率设计实现热空气的有效排出，避免紊流产生，解决了机柜内部温度阶梯差和热空气紊流问题，提高了能源使用效率。提升了IDC机房的致冷效率。

图2为本发明机柜装置的一个实施例的结构示意图，图3为本发明机柜装置另一个实施例的结构示意图。如图2和图3所示，本发明实施例的机柜装置包括：机柜本体1、前门2和后门3。其中，前门2和后门3相对装设在机柜本体1上。前门2包括前门门板4和前门框架5，后门3包括后门门板6和后门框架7。前门门板4和后门门板6上分别设置有多个开孔，后门门板6上的开孔率大于前门门板4上的开孔率。冷空气通过前门门板4上的开孔进入机柜本体1内部，从后门门板6上的开孔排出，从而实现对机柜本体1内部空间、设备的制冷。

其中，前门框架5和后门框架7分别用于将前门门板和后门门板6装设在机柜本体1上，还可用于增加前门和后门的结构强度。

本发明实施例提出的上述机柜装置，通过机柜前后门非对称设计，将机柜前后门设计成不同开孔率，通过机柜后门更大的开孔率设计促进热空气更快的排出机柜本体空间，减少紊流发生，降低机柜温度，提高了冷空气的致冷效率。

再参见图2，在本发明机柜装置的一个具体实施例中，前门门板4上各部分开孔率相同。具体地，前门门板4上的开孔可以均匀分布，大小相同。前门门板4上的开孔具体可以是各种规则或不规则开孔，例如圆形、棱形、方形，多边形等规则开孔，还可以是各种不规则开孔。

由于冷空气通过冷通道的、具有开孔的地板进入由该地板、冷通道门、前门2组成的封闭空间，此时冷空气尚未经过机柜内部设备(例如服务器)的加热，温度和压力基本恒定，冷空气进入封闭空间后再经过前门门板4上的开孔进入机柜本体1内开始制冷过程，因此前门门板4采用均匀开孔设计，有利于冷空气快速有效进入机柜。

再参见图2，为了保持前门门板4的结构强度，在本发明上述机柜装置的另一个具体实施例中，前门门板4上开孔的中心可以逐行错开。

再参见图3，在本发明上述机柜装置的另一个实施例中，后门门板6上部的开孔率大于后门门板6下部的开孔率，例如，后门门板6上部的开孔率为70％，后门门板6下部的开孔率为60％。从而使机柜高处热空气更便于快速排出，减少紊流发生，降低温度阶梯差。

根据上述机柜装置实施例的一个具体示例而非限制，后门门板6上的开孔率从下部、到中部、到上部依次增大。例如，后门门板6上部、中部、下部的开孔率依次为70％、65％、60％。具体地，可以是后门门板6上的开孔大小从下部、到中部、到上部依次增大，也可以是后门门板6上开孔的数量从下部、到中部、到上部依次增多。其中，后门门板6上同一行的开孔均匀分布，孔边缘可以根据后门门板6的材质维持合理的孔间距以避免变形。

例如，在具体应用中，后门门板6因整体开孔率较高且以渐变形式分布，从冲压工艺设计看，可以在每一行保持固定的开孔数量，通过开孔大小来控制开孔率，开孔大小由于模具尺寸难以实现过多规格，可以设立三个级别。以常见的圆孔冲压工艺为例，19英寸宽2.2米高后门门板6的有效通过面积约950000平方毫米，以24毫米间隔设立圆心，大约最多可以制作1900个半径不超过11毫米的开孔，当开孔半径为10.5毫米时，开孔率＝(3.14*10.5*10.5*1900/9500)＝69.2％；当开孔半径为10.2毫米时，开孔率＝(3.14*10.2*10.2*1900/9500)＝65.3％；当开孔半径为9.8毫米时，开孔率＝(3.14*9.8*9.8*1900/9500)＝60.3％。以近年来应用逐渐增多的六边形蜂巢布局冲压工艺为例，19英寸宽2.2米高后门门板6可以划分成约10100个6毫米边长正六边形工艺单元(可以划分成6个等边三角形计算)。工艺单元面积＝6*(0.5*6*3*√3)＝93.53平方毫米，当在其内部冲压5毫米边长正六边形空洞时，开孔面积＝6*(0.5*5*2.5*√3)＝64.25平方毫米，开孔率＝64.25/93.53＝69.4％,依此类推，当内部冲压4.8毫米和4.6毫米边长正六边形时，开孔率分别为64％和58.8％。从实施情况看后门门板6上部开孔率可以达到70％，中部和底部以65％和60％开孔率为宜。

冷空气从前门2开孔进入机柜本体1内部，流速压力降低，在受到服务器加热膨胀后，机柜底部气流一部分从后门门板6上的开孔排出，一部分继续受热上升；机柜中部汇聚中部和底部的受热空气，大部分通过后门门板6上增大的开孔逸出，减少继续向上部输送；机柜上部通过最大开孔间隙有效排出热空气，减少压力，降低温度，最大限度减轻热空气紊流强度，确保高层设备散热。

在一个具体示例中，后门门板6上的开孔率可以从下部到上部逐渐增大。后门门板6从下到上逐步提高开孔率的设计，使机柜上部的热空气更便于快速排出，减少紊流发生，降低温度阶梯差。

在另一个具体示例中，后门门板6最下部的开孔率可以与前门门板4上的开孔率相同。

后门门板6上部设置最高开孔率，确保热空气可以快速有效逸出，减少机柜本体1内高层设备附近热空气紊流；后门门板6中部设置中等开孔率，可以确保热空气可以快速有效逸出，减少热空气继续受热上升；后门门板6底部设置与前门门板4上一致的开孔率，可以避免未充分受热的低温空气直接逸出，促使其继续上升致冷，提高致冷能力使用效率。

另外，后门门板6上的开孔具体也可以是各种规则或不规则开孔，例如圆形、棱形、方形，多边形等规则开孔，还可以是各种不规则开孔。

另外，再参见图3，为了保持后门门板6的结构强度，后门门板6上开孔的中心也可以逐行错开。

在本发明上述机柜装置的再一个实施例中，前门门板4在依托前门框架5可以确保门结构强度的基础上，前门门板4上的开孔分布边缘可以尽量靠近前门框架5；后门门板6在依托后门框架7可以确保门结构强度的基础上，后门门板6上的开孔分布边缘也可以尽量靠近后门框架7。以形成贯穿整个机柜全部空间的冷空气通道，避免产生致冷能力死角。

图4为本发明通风系统的一个实施例的结构示意图，如图4所示，该实施例的通风系统包括冷通道和上述任一实施例中的机柜装置，其中，冷通道与机柜装置形成密封空间，冷空气依次进入冷通道、机柜装置的前门门板、机柜本体，从机柜后门排出。

确保机柜装置与冷通道形成密封空间，是维持冷空气压力的关键。从实施情况看需要关注机柜装置与冷通道的整体设计，连接部分的密封效果、冷通道附属门窗的有效封闭。

本发明实施例提出的上述通风系统，通过空气动力学基本原理对IDC机柜致冷效果进行分析，提出现有机柜开孔模式存在的局限性，从优化气流组织入手，根据冷空气压力和流速在冷通道、机柜前门、机柜内部、机柜后门依次降低的特点，将机柜前后门设计成不同开孔率，通过机柜前后门非对称设计，冷空气进入侧的前门开孔率较低用于维持气体压力和流速，热空气排出侧的后门开孔率较高用于促进热空气快速排出；根据冷空气受热膨胀上升的原理，通过后门门板的开孔大小和开孔率由下到上增大的渐变型设计使机柜上部的热空气便于快速排出，减少了紊流发生，降低了温度阶梯差，整体提升了致冷效果。

图5为本发明通风系统的另一个实施例的结构示意图，与图4中的实施例相比，该实施例的通风系统还包括位于冷通道的地板下的空调静压箱，以减少通风系统的动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动。该空调静压箱包括该地板的下表面、机柜装置的底部、冷通道的四周墙壁在地板的下立面和地坪。其中，空调静压箱内的冷空气受压经过地板上的开孔依次进入冷通道、机柜装置的前门门板、机柜本体和机柜后门。

由于空调出风从空调风机里面出来的时候，具有很大的风速，同时由于空调风机自身的结构原因，空调的出风并不均衡，空气在风管中相互摩擦碰撞，会发出较大的噪音，空调风速也会急剧下降，使得空调出风不能被送得很远。为了有效降低空调的噪音，将空调出风送到更远的地方，本实施例中使用空调静压箱，将空调出风先送到空调静压箱，将空气动能转化为静压，空气流动就变得缓慢、均匀、稳定了，从而使噪音得到大大的降低。同时，空调静压箱内出来的空气静压升高、压力均匀恒定，通过风管能被送到更远的地方。

本发明实施例改善了冷空气无法快速流经机柜内部设备造成空调致冷能力有余而效果不足的问题；以及改善了机柜内部从低到高存在较大温度阶梯差的现象，降低了热空气紊流的强度，有利于提高空调致冷能力的使用效率。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (16)

1.一种机柜装置，其特征在于，包括：机柜本体、前门和后门，其中，所述前门和所述后门相对装设在所述机柜本体上；所述前门包括前门门板和前门框架，所述后门包括后门门板和后门框架；

所述前门门板和所述后门门板上分别设置有多个开孔；所述后门门板上的开孔率大于所述前门门板上的开孔率。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述后门门板上部的开孔率大于所述后门门板下部的开孔率。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述前门门板上各部分开孔率相同。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的装置，其特征在于，所述前门门板上的开孔均匀分布。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的装置，其特征在于，所述前门门板上的开孔具体为各种规则或不规则开孔。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的装置，其特征在于，所述前门门板上开孔的中心逐行错开。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的装置，其特征在于，所述后门门板上的开孔率从下部、到中部、到上部依次增大。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述后门门板上的开孔大小从下部、到中部、到上部依次增大。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的装置，其特征在于，所述后门门板上的开孔率从下部到上部逐渐增大。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的装置，其特征在于，所述后门门板最下部的开孔率与所述前门门板上的开孔率相同。

11.根据权利要求1至10任意一项所述的装置，其特征在于，所述后门门板上的开孔具体为各种规则或不规则开孔。

12.根据权利要求1至11任意一项所述的装置，其特征在于，所述后门门板上同一行的开孔均匀分布。

13.根据权利要求1至12任意一项所述的装置，其特征在于，所述后门门板上开孔的中心逐行错开。

14.根据权利要求1至13任意一项所述的装置，其特征在于，所述前门门板上的开孔分布边缘靠近所述前门框架；和/或

所述后门门板上的开孔分布边缘靠近所述后门框架。

15.一种通风系统，其特征在于，包括冷通道和权利要求1至14任意一项所述机柜装置，所述冷通道与所述机柜装置形成密封空间，冷空气依次进入所述冷通道、所述机柜装置的前门门板、机柜本体和机柜后门。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括位于所述冷通道的地板下的空调静压箱，所述空调静压箱包括所述地板的下表面、所述机柜装置的底部、所述冷通道的四周墙壁在所述地板的下立面和地坪，所述空调静压箱内的冷空气受压经过所述地板上的开孔依次进入所述冷通道、所述机柜装置的前门门板、机柜本体和机柜后门。