CN114025555A - 一种数据中心分布式高效靶向制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数据中心分布式高效靶向制冷系统，包括：微模块机柜和靶向冷却空调机组，所述微模块机柜包括偶数个相对设置的服务器机柜，相对设置的服务器机柜的顶部通过上盖板连接密封，所述微模块机柜中靠边的服务器机柜之间设置有密封门，所述密封门、上盖板和服务器机柜之间形成冷却空间，所述服务器机柜包括背板、服务器安装架和面板，所述背板和服务器安装架之间设置有热通道；所述靶向冷却空调机组设置在每个服务器机柜下的架空地板内，所述靶向冷却空调机组的回风口与所述热通道相连，出风口与所述冷却空间相连。本发明能够解决传统数据中心空调系统能耗高的问题，使得PUE值小于1.3。

Description

一种数据中心分布式高效靶向制冷系统
技术领域
本发明涉及空调系统技术领域，特别是涉及一种数据中心分布式高效靶向制冷系统。
背景技术
随着电子信息系统机房IT设备高密度的集成化，解决设备散热及机房散热量日渐趋高的现象开始受到了各界强烈关注。而根据研究显示，IT/电信相关的碳排放已经成为最大的温室气体排放源之一，由此一年产生的碳排放为8.6亿吨，且该领域的排放势头还在随着全球对计算、数据存储和通信技术需求的增长快速上升。
PUE(Power Usage Effectiveness，电源使用效率)值已经成为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。PUE值是指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比。PUE值越接近于1，表示一个数据中心的绿色化程度越高。当前，国外先进的数据中心机房PUE值通常在1.8～2之间，而我国的大多数数据中心的PUE值在2-3之间。因此如何降低PUE值是亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种数据中心分布式高效靶向制冷系统，能够解决传统数据中心空调系统能耗高的问题，使得PUE值小于1.3。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种数据中心分布式高效靶向制冷系统，包括：微模块机柜和靶向冷却空调机组，所述微模块机柜包括偶数个相对设置的服务器机柜，相对设置的服务器机柜的顶部通过上盖板连接密封，所述微模块机柜中靠边的服务器机柜之间设置有密封门，所述密封门、上盖板和服务器机柜之间形成冷却空间，所述服务器机柜包括背板、服务器安装架和面板，所述背板和服务器安装架之间设置有热通道；所述靶向冷却空调机组设置在每个服务器机柜下的架空地板内，所述靶向冷却空调机组的回风口与所述热通道相连，出风口与所述冷却空间相连；所述服务器安装架上的服务器产生的热量经由所述热通道导流至所述冷却空调机组，通过所述冷却空调机组冷却后产生的冷却风通过所述出风口进入所述冷却空间。
所述服务器机柜的背板为保温板，面板为通风网格板。
所述服务器机柜内的背板和服务器安装架之间设置有导流板，所述导流板底部与所述服务器机柜的底部连接，顶部与所述服务器机柜的顶部留有设定距离，所述导流板、服务器安装架以及背板之间形成的通道作为所述热通道；所述服务器安装架上的服务器产生的热量在导流板的作用下先向上移动，再在所述冷却空调机组中的风机作用下向下移动至所述出风口。
所述热通道上方的服务器机柜的顶部设置有排风扇。
所述靶向冷却空调机组包括第一安置空间和第二安置空间，所述第一安置空间位于所述服务器机柜底部的架空地板内，所述第一安置空间与所述热通道相连的位置设置有所述回风口；所述第二安置空间位于所述冷却空间下的架空地板内，所述第二安置空间与所述冷却空间相连的位置设置有所述出风口；所述第一安置空间内设置有冷却器，所述第二安置空间内设置风机。
所述冷却器采用的换热管的截面为椭圆形，所述椭圆形的长轴方向与气流方向相同。
所述相邻的两个靶向冷却空调机组之间设置有气流过渡通道。
所述冷却器与外部的集成冷冻站相连；所述集成冷冻站包括磁悬浮冷水机组和闭式冷却塔，所述闭式冷却塔与所述磁悬浮冷水机组相连；所述闭式冷却塔用于所述磁悬浮冷水机组提供冷却水，所述磁悬浮冷水机组用于产生20-22℃的冷冻水，并将所述20-22℃的冷冻水输送至所述冷却器。
所述冷却器与外部的风冷冷凝器相连，所述风冷冷凝器利用冷空气进行冷却。
所述冷却器与外部的浅层地热新风系统相连；所述浅层地热新风系统包括埋于地下的浅层地热换热器，所述浅层地热换热器通过新风管与地面连通，通过送风管与放置所述微模块机柜的机房连通；所述浅层地热换热器还与所述冷却器相连。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明数据中心分布式高效靶向制冷系统，在每个机柜底部对应的架空地板内设置一个靶向冷却空调，利用靶向冷却空调消除机柜内服务器产生的热量，同时对机柜进行靶向冷却，由于冷却距离短，因此冷却效率高；将所有靶向冷却空调置于架空地板内，能有效节省数据中心的占地面积，合理利用数据中心内的空间。本发明数据中心分布式高效靶向制冷系统采用集成冷冻站和浅层地热新风系统为每个靶向冷却空调提供冷源，能够充分利用室外的自然冷源，最终达到节能、低碳、绿色及环保的目的。本发明中靶向冷却空调采用扁管低风阻冷却器，其与普通的圆管冷却器相比风阻力降低30％，冷却效果提高10％。本发明中的机柜采用密闭性三通道机柜，使得服务器产生的热量在机柜内部进行循环，实现对机柜内服务器高效冷却，从而达到节能的目的，确保数据中心PUE值小于1.3。
附图说明
图1是本发明实施方式的结构示意图；
图2是本发明实施方式中扁管低风阻冷却器的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种数据中心分布式高效靶向制冷系统，如图1所示，包括：微模块机柜1和靶向冷却空调机组2，所述微模块机柜1包括偶数个相对设置的服务器机柜11(例如一边设置5个服务器机柜，另一边相对设置5个服务器机柜，如此共有10个服务器机柜)，相对设置的服务器机柜11的顶部通过上盖板12连接密封，所述微模块机柜1中靠边的服务器机柜12之间设置有密封门，所述密封门、上盖板12和服务器机柜11之间形成冷却空间13，所述服务器机柜11包括背板111、服务器安装架112和面板113，所述背板111和服务器安装架112之间设置有热通道。本实施方式中服务器机柜11的背板111为保温板，面板113为通风网格板，如此可以防止安装在服务器安装架112上的服务器产生的热量通过背板散发到外部，冷却空间中的冷空气可以通过通风网格板对服务器进行降温，保证服务器能够工作在最适宜的温度。
所述服务器机柜11内的背板111和服务器安装架112之间设置有导流板114，所述导流板114底部与所述服务器机柜11的底部连接，顶部与所述服务器机柜11的顶部留有设定距离，所述导流板113、服务器安装架112以及背板111之间形成的通道作为所述热通道；通过导流板113将所述热通道分割成上升通道和下降通道，利用上升通道能够将服务器产生的热量汇聚，再由下降通道将汇聚的热量全部送入靶向冷却空调机组，如此可以进行高效冷却。所述服务器安装架上的服务器产生的热量在导流板113的作用下先向上移动，再在所述冷却空调机组中的风机作用下向下移动至所述出风口。所述热通道上方的服务器机柜11的顶部设置有排风扇115，该排风扇115在靶向冷却空调机组发生故障时强制启动，通过排风扇排出服务器产生的热量，从而构成临时散热通道。由此可见，本实施方式中采用的微模块机柜1为密闭性三通道机柜，其能够使得服务器产生的热量在机柜内部进行循环，实现对机柜内服务器高效冷却，从而达到节能的目的。
本实施方式中的靶向冷却空调机组2设置在每个服务器机柜11下的架空地板内，所述靶向冷却空调机组2的回风口与所述热通道相连，出风口与所述冷却空间相连；所述服务器安装架112上的服务器产生的热量经由所述热通道导流至所述冷却空调机组2，通过所述冷却空调机组2冷却后产生的冷却风通过所述出风口进入所述冷却空间。所述靶向冷却空调机组2包括第一安置空间21和第二安置空间22，所述第一安置空间21位于所述服务器机柜11底部的架空地板内，所述第一安置空间21与所述热通道相连的位置设置有所述回风口23，该回风口位置可以设置进风均流板，使得进入回风口的风量能够平均分配。所述第二安置空间22位于所述冷却空间下的架空地板内，所述第二安置空间22与所述冷却空间相连的位置设置有所述出风口24；所述第一安置空间21内设置有冷却器25，冷却器25通过两根管道与外部制冷系统相连，用于进行换热。所述第二安置22空间内设置风机26，风机一方面将热量充入所述回风口23，另一方面将经过冷却器的冷却后的空气从出风口24吹出以对服务器进行降温。本实施方式中在每个机柜底部对应的架空地板内设置一个靶向冷却空调，利用靶向冷却空调消除机柜内服务器产生的热量，同时对机柜进行靶向冷却，由于冷却距离短，因此冷却效率高，将所有靶向冷却空调置于架空地板内，能有效节省数据中心的占地面积，合理利用数据中心内的空间，从而实现最大程度的布置机柜。
本实施方式中所述冷却器采用的换热管A的截面为椭圆形，其长轴和短轴之比为2:1，且长轴方向与气流方向相同，如图2所示，由于椭圆形扁管两边相比于中间厚度小，因此其在传热过程中具有较低的风阻，因此扁管冷却器与普通的圆管冷却器相比，风阻力降低30％，冷却效果可提高10％。
本实施方式中外部制冷系统可以是集成冷冻站，也可以是风冷冷凝器，还可以是浅层地热新风系统。
当外部制冷系统是集成冷冻站时，所述集成冷冻站包括磁悬浮冷水机组3和闭式冷却塔4，所述闭式冷却塔4与所述磁悬浮冷水机组3相连；所述闭式冷却塔4用于所述磁悬浮冷水机组3提供冷却水，所述磁悬浮冷水机组3用于产生20-22℃的冷冻水，并将所述20-22℃的冷冻水输送至所述冷却器。本实施方式中的磁悬浮冷水机组采用高温水设计，COP可达12以上，节能明显。采用集成集成冷冻站可以工厂化预制，现场安装速度快。夏天制冷时开启冷水机组及冷却塔工作，制取高温冷水，冷水出水温度为20-22℃，相比于常规冷水机组出水为7℃本实施方式的节能效果更好。本实施方式的磁悬浮冷水机组采用20-22℃的高温冷冻水，进入靶向冷却空调机组，回风温度控制在26-28℃，由于冷却器采用扁管设计能够确保冷却后的送风温度在23-25℃之间，以满足服务器冷却需求。这个换热过程水温差在6-8℃，流量减小，能够节能水泵功耗。
当外部制冷系统是风冷冷凝器5时，所述风冷冷凝器5利用冷空气进行冷却。该风冷冷凝器通常需要与集成冷冻站配合进行使用，在冬天或过渡季节制冷时，可以关闭集成冷冻站，切换到风冷冷凝器，采用风冷冷凝器直接利用冷空气进行冷却，如此可以减少传统系统的板式换热器，避免了通过板式换热器换热温度要损失2℃左右的问题。
当外部制冷系统是浅层地热新风系统时，所述浅层地热新风系统包括埋于地下的浅层地热换热器6，所述浅层地热换热器6通过新风管7与地面连通，通过送风管8与放置所述微模块机柜的机房连通；所述浅层地热换热器6还与所述冷却器相连。新风通过浅层地热进行换热，新风由地面进入浅层地热换热器，与土壤热量进行换热，在不进行机械冷却工况下，温差可达8-12℃，当极端工况室外新风温度较高时，可进行机械制冷，冷却后的空气由风机动力箱送入机房。本实施方式中浅层地热换热器需埋入地下1.5-3米，直径300-500mm，空气阻力小，节能明显。
本实施方式中的冷水机组、冷却塔、水泵等关键设备采用备份设计，当一个部件或系统出现故障时，可以启动备用设备，仍能够保证机柜正常运行。靶向冷却空调机组采用双风机设计或双台机组设立气流过渡通道，当1台靶向冷却空调机组故障时，另1台靶向冷却空调机组的冷风可以通过气流过渡通道向故障的空调机组对应的服务器机柜供冷，即另1台靶向冷却空调机组供2台服务器机柜使用，通过变频加大风量以尽量满足散热，等待故障解决，恢复原来运行模式。
经过上述设计后，采用本实施方式的数据中心PUE值可以确保小于1.3，由此可见，本发明能够有效的解决传统数据中心空调系统能耗高的问题。

Claims (10)

1.一种数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，包括：微模块机柜和靶向冷却空调机组，所述微模块机柜包括偶数个相对设置的服务器机柜，相对设置的服务器机柜的顶部通过上盖板连接密封，所述微模块机柜中靠边的服务器机柜之间设置有密封门，所述密封门、上盖板和服务器机柜之间形成冷却空间，所述服务器机柜包括背板、服务器安装架和面板，所述背板和服务器安装架之间设置有热通道；所述靶向冷却空调机组设置在每个服务器机柜下的架空地板内，所述靶向冷却空调机组的回风口与所述热通道相连，出风口与所述冷却空间相连；所述服务器安装架上的服务器产生的热量经由所述热通道导流至所述冷却空调机组，通过所述冷却空调机组冷却后产生的冷却风通过所述出风口进入所述冷却空间。
2.根据权利要求1所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述服务器机柜的背板为保温板，面板为通风网格板。
3.根据权利要求1所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述服务器机柜内的背板和服务器安装架之间设置有导流板，所述导流板底部与所述服务器机柜的底部连接，顶部与所述服务器机柜的顶部留有设定距离，所述导流板、服务器安装架以及背板之间形成的通道作为所述热通道；所述服务器安装架上的服务器产生的热量在导流板的作用下先向上移动，再在所述冷却空调机组中的风机作用下向下移动至所述出风口。
4.根据权利要求3所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述热通道上方的服务器机柜的顶部设置有排风扇。
5.根据权利要求1所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述靶向冷却空调机组包括第一安置空间和第二安置空间，所述第一安置空间位于所述服务器机柜底部的架空地板内，所述第一安置空间与所述热通道相连的位置设置有所述回风口；所述第二安置空间位于所述冷却空间下的架空地板内，所述第二安置空间与所述冷却空间相连的位置设置有所述出风口；所述第一安置空间内设置有冷却器，所述第二安置空间内设置风机。
6.根据权利要求5所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述冷却器采用的换热管的截面为椭圆形，所述椭圆形的长轴方向与气流方向相同。
7.根据权利要求5所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述相邻的两个靶向冷却空调机组之间设置有气流过渡通道。
8.根据权利要求1所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述冷却器与外部的集成冷冻站相连；所述集成冷冻站包括磁悬浮冷水机组和闭式冷却塔，所述闭式冷却塔与所述磁悬浮冷水机组相连；所述闭式冷却塔用于所述磁悬浮冷水机组提供冷却水，所述磁悬浮冷水机组用于产生20-22℃的冷冻水，并将所述20-22℃的冷冻水输送至所述冷却器。
9.根据权利要求1所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述冷却器与外部的风冷冷凝器相连，所述风冷冷凝器利用冷空气进行冷却。
10.根据权利要求1所述的数据中心分布式高效靶向制冷系统，其特征在于，所述冷却器与外部的浅层地热新风系统相连；所述浅层地热新风系统包括埋于地下的浅层地热换热器，所述浅层地热换热器通过新风管与地面连通，通过送风管与放置所述微模块机柜的机房连通；所述浅层地热换热器还与所述冷却器相连。
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