CN116390455A - 一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于数据中心机房技术领域，公开了一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房及控制方法，包括机柜、机房空调和围护结构；机柜布置在围护结构内部，用于承载IT设备；机房空调布置在围护结构内部，用于冷却设备产生的热负荷；所述机柜并排布置，多排机柜间隔设置，每排机柜分别以相同角度向送风方向倾斜构成鱼鳞型的机柜排。本发明将服务器机柜向送风方向倾斜，通过调节机房空调、机柜以及冷热通道的布置，使进入机柜的风量增加，实现了优化数据中心机房的气流组织的目的，使服务器进风温度更加平均，有效地缓解气流分布不均，减少热风再循环，消除了机房的局部热点，改善了服务器冷却效果。

Description

一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房及控制方法

技术领域

本发明属于数据中心机房技术领域，尤其涉及一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房及控制方法。

背景技术

目前，随着大数据、云计算、互联网+、人工智能等电子信息技术的快速发展，数据中心作为互联网的基础设施，其市场规模正在急剧扩张，随之而来的能耗问题日益严峻，空调冷却系统是数据中心能耗占比的重要组成部分，为了降低制冷系统的能源消耗，同时消除数据中心机房内的局部热点，保障服务器设备的安全运行，合理的气流组织设计至关重要。

数据中心的理想气流回路应该是一个单回路，所有空调送出的冷空气进入服务器，排出的热空气回到空调，但是，冷空气旁通和热空气再循环的出现使冷热气流发生掺混，降低了空调冷量的利用效率。

当前风冷数据中心机房的气流组织形式主要有以下两种：

一、地板下送风，机房空调将冷风送入架空地板静压箱中，通过位于机柜前的穿孔地板送出，由服务器吸入进行冷却。该种方案存在的缺陷为：需要架空地板，因此对数据机房的层高有限制；气流路径较长，冷却效率较低，并且存在不同机柜、同意机柜不同服务器之间送风不均的问题。

二、列间空调送风，列间空调与机柜并排安装与机柜排中，从而缩短气流路径。该种方案存在的缺陷为：水平方向上的送风不均匀现象明显，导致局部热点的出现。

此外，为了消除局部热点，一些现有工程选择增加冷量，从而导致了能耗的上升；而一部分工程为节省能耗选择提高送风温度，却对服务器的安全运行产生了威胁。

因此，通过合理的设计数据机房的气流组织，在不改变空调送风参数的前提下增加通过服务器机柜的风量，可以更为充分的利用空调的冷量，消除局部热点的同时降低了能源消耗。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

现有的数据中心机房的气流组织方式对数据机房的层高有限制，冷却效率较低，存在送风不均匀现象，导致了能耗的上升，对服务器的安全运行产生了威胁。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房及控制方法。

本发明是这样实现的，一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房包括：

机柜，布置在围护结构内部，用于承载IT设备；

机房空调，布置在围护结构内部，用于冷却设备产生的热负荷；

所述机柜并排布置，多排机柜间隔设置，每排机柜分别以相同角度向送风方向倾斜构成鱼鳞型的机柜排。

进一步，所述机柜底部安装有滑轮，能够实现机柜位置与倾斜角度的调节。

进一步，相邻排数的机柜之间以面对面、背对背的方式布置，两排机柜送风口之间形成冷通道，两排机柜排风口之间形成第一热通道，边缘的单排机柜排风口处形成第二热通道。

进一步，所述机房空调的送回风形式采用正面送风、上部回风，所述机房空调的送风口正对机柜排间的冷通道。

进一步，所述第一热通道与第二热通道覆盖自机柜排风口到空调回风口的所有空气回风路径。

进一步，所述第一热通道与第二热通道全部由隔板进行封闭，避免冷热气流掺混。

进一步，所述机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房由两排鱼鳞型的机柜排以及用于对该部分设备进行冷却的机房空调构成一个模块。

进一步，所述模块根据围护结构的几何特征进行布置。

进一步，不同模块之间平行布置，用于形成更多的冷通道与第一热通道。

本发明的另一目的在于提供一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房的控制方法，所述机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房的控制方法包括：

机房空调送风进入冷通道，冷风由机柜正面吸入冷却发热设备后从机柜背部排出，由于机柜的鱼鳞式排布，进入各个机柜的冷风量基本相同，使得服务器设备得到均匀的冷却，机柜排出的热风经过封闭的热通道进入空调冷却，如此往复循环。封闭热通道的采用避免了冷热气流掺混，从而提高了空调制冷量的利用效率，并且保证了机房主环境为冷环境，为工作人员提供了舒适性。热通道中收集的热空气可通过换热盘管与室外空气进行热交换实现数据中心的余热回收，在冬季为用户提供供暖负荷的同时减少数据机房内的冷负荷，实现节能。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明将服务器机柜向送风方向倾斜，通过调节机房空调、机柜以及冷热通道的布置，使进入机柜的风量增加，实现了优化数据中心机房的气流组织的目的，使服务器进风温度更加平均，有效地缓解气流分布不均，减少热风再循环，消除了机房的局部热点，改善了服务器冷却效果。在达到相同的冷却效果的前提下，可以允许采用更高的送风温度或更少的送风量，从而降低冷却系统的制冷能耗，减低数据中心的PUE。

第二，本发明通过设置鱼鳞型的机柜排，增加了机柜排中各机柜的进口风量，一方面提高了冷风的利用效率，一方面改善了服务器冷却的均匀性，消除了局部热点。

本发明提出的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房具有高度模块化的优点，可根据数据中心机房特点进行定制，易于安装，并且不需要架空地板，大大节省了机房空间。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下2个重要方面：

(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

本发明的技术方案转化后，可在不改变空调送风参数的基础上达到增加机柜进风量、优化服务器冷却效果的目的，对比为消除局部热点而采取的降低空调送风温度、增加空调送风量等措施，本发明节约了相应的空调系统的能源消耗，从而实现数据中心PUE的降低。

此外，本发明提出的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房对热通道进行封闭，一方面使机房整体环境为冷环境，保证工作人员的舒适性，另一方面可以将数据中心的废热集中收集起来，便于进行余热回收利用，实现进一步的节能。

(2)本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：

当前风冷数据中心机房的气流组织形式主要有以下两种：

1.地板下送风，机房空调将冷风送入架空地板静压箱中，通过位于机柜前的穿孔地板送出，由服务器吸入进行冷却。该种方案存在的缺陷为：需要架空地板，因此对数据机房的层高有限制；气流路径较长，冷却效率较低，并且存在不同机柜、同意机柜不同服务器之间送风不均的问题。

2.列间空调送风，列间空调与机柜并排安装与机柜排中，从而缩短气流路径。该种方案存在的缺陷为：水平方向上的送风不均匀现象明显，导致局部热点的出现。

本发明提出的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房的空调采用正面送风、上部回风的送回风形式，使其送风口正对机柜排间的冷通道，并将自机柜排风口到空调回风口的热通道封闭，使用鱼鳞式排布的机柜排增加各机柜的进风量，从而实现缩短气流冷却路径、缓解气流分布不均、提高冷量利用效率并且取消了架空地板的设置。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房的平面示意图；

图2是本发明实例提供的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房剖面图；

图3和图4是本发明实例提供的机柜平均进风温度效果图；

图5和图6是本发明实例提供的机房流线仿真图；

图中：1、机房空调；2、机柜；3、第一热通道；4、冷通道；5、第二热通道；6、围护结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房包括机房空调1、机柜2和围护结构6。

围护结构6内设有多个以一定角度向送风方向倾斜的机柜2所构成的鱼鳞型机柜排，多个鱼鳞型的机柜排之间以面对面、背对背的方式布置，两排机柜送风口之间形成冷通道4，两排机柜排风口之间形成第一热通道3，单排机柜排风口处形成第二热通道5。

作为本发明实施例的优化方案，该机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房可以采用以下方案：

1)空气流动优化：可以在机柜排之间设置空气流动通道，以便将冷气更有效地引导到机柜中，减少能耗和提高冷却效率。

2)机柜布局优化：可以根据IT设备的功耗和散热特性，将功耗较高的设备放在冷气供应较充足的位置，以便更好地控制温度和能耗。

3)热回收利用：可以将机房空调的排放热量回收利用，通过热交换器等技术将热能转化为电能，提高能源利用率。

4)自动化监测和控制：可以引入自动化监测和控制技术，对机房温度、湿度、压力等参数进行实时监测和控制，以便更好地管理机房环境，降低能耗和提高效率。

5)机柜设计优化：可以采用更加智能化的机柜设计，例如具备智能散热、远程监测和控制、动态调节功耗等功能，以便更好地适应不同的应用场景和需求。

本发明实施例中的机柜空调1采用正面送风、上部回风的送回风形式，送风口正对机柜排间的冷通道4布置。

本发明实施例中的每两排鱼鳞型的机柜排以及负责该部分设备冷却的机房空调1构成一个模块，将自机柜排风口到空调回风口的第一热通道3、第二热通道5用隔板封闭。

所述模块可以根据围护结构的几何特征进行布置，不同模块之间应优先平行布置以形成更多的冷通道与第一热通道。

本发明实施例工作原理为：机房空调1将冷风送入冷通道4中，之后被鱼鳞型排列的机柜2吸入，鱼鳞型排列的机柜排增加了机柜的进风量，使服务器的进风温度更加均匀，机柜2排出的热风进入封闭的第一热通道3与第二热通道5中，沿热通道经过吊顶空间进入机房空调1的上部回风口重新冷却，如此循环往复。

(1)本发明实施例可应用于老旧数据中心的节能改造。

(2)本发明实施例可应用于新建数据中心项目。

作为优选实施例，本发明实施例提供的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房的控制方法包括：

机房空调送风进入冷通道，冷风由机柜正面吸入冷却发热设备后从机柜背部排出，由于机柜的鱼鳞式排布，进入各个机柜的冷风量基本相同，使得服务器设备得到均匀的冷却，机柜排出的热风经过封闭的热通道进入空调冷却，如此往复循环。封闭热通道的采用避免了冷热气流掺混，从而提高了空调制冷量的利用效率，并且保证了机房主环境为冷环境，为工作人员提供了舒适性。热通道中收集的热空气可通过换热盘管与室外空气进行热交换实现数据中心的余热回收，在冬季为用户提供供暖负荷的同时减少数据机房内的冷负荷，实现节能。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图3至图6所示，对机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房以及常规数据中心机房进行CFD仿真，从仿真结果可以看出，与机柜常规排布的数据中心相比，机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房机柜进风量更大，机柜平均进风温度相对更低，拥有更好的冷却效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，包括：

机柜，布置在围护结构内部，用于承载IT设备；

机房空调，布置在围护结构内部，用于冷却设备产生的热负荷；

所述机柜并排布置，多排机柜间隔设置，每排机柜分别以相同角度向送风方向倾斜构成鱼鳞型的机柜排。

2.如权利要求1所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，所述机柜底部安装有滑轮，能够实现机柜位置与倾斜角度的调节。

3.如权利要求1所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，相邻排数的机柜之间以面对面、背对背的方式布置，两排机柜送风口之间形成冷通道，两排机柜排风口之间形成第一热通道，边缘的单排机柜排风口处形成第二热通道。

4.如权利要求3所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，所述机房空调的送回风形式采用正面送风、上部回风，所述机房空调的送风口正对机柜排间的冷通道。

5.如权利要求3所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，所述第一热通道与第二热通道覆盖自机柜排风口到空调回风口的所有空气回风路径。

6.如权利要求3所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，所述第一热通道与第二热通道全部由隔板进行封闭，避免冷热气流掺混。

7.如权利要求1-6任意一项所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，所述机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房由两排鱼鳞型的机柜排以及用于对该部分设备进行冷却的机房空调构成一个模块。

8.如权利要求7所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，所述模块根据围护结构的几何特征进行布置。

9.如权利要求8所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房，其特征在于，不同模块之间平行布置，用于形成更多的冷通道与第一热通道。

10.一种用于实施权利要求1-9任意一项所述的机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房的控制方法，其特征在于，所述机柜鱼鳞式排布的模块化数据中心机房的控制方法包括：

机房空调送风进入冷通道，冷风由机柜正面吸入冷却发热设备后从机柜背部排出，由于机柜的鱼鳞式排布，进入各个机柜的冷风量基本相同，使得服务器设备得到均匀的冷却，机柜排出的热风经过封闭的热通道进入空调冷却，如此往复循环；封闭热通道的采用避免了冷热气流掺混。

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