CN207040116U - 一种微模块数据中心热能回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微模块数据中心热能回收系统，该系统基于：设在微模块数据中心服务器机柜后部的热风收集装置；设在房间地面与微模块数据中心防静电地板之间、与热风收集装置相连通的地下汇流装置；用于将地下汇流装置所汇集热空气导出的导风装置；用于对导风装置所导出热空气进行热能回收的热能回收装置。本实用新型充分利用微模块数据中心电子信息设备产生的热能，减少数据中心热能的浪费；另外，经过一次冷却的空气进入行级空调，能在一定程度上降低空调的负荷，减少压缩机能耗，有利于节能减排；在微模块数据中心外围和底座下增加封板形成外围和底部封闭通道，有利于隔离微模块数据中心设备产生的噪音；热能回收系统投资少，后期收益大。

Description

一种微模块数据中心热能回收系统

技术领域

本实用新型涉及微模块数据中心领域，具体地说是一种微模块数据中心热能回收系统。

背景技术

随着云计算、大数据的发展，作为基础设施支撑的数据中心规模越来越大，服务器等IT设备规模日益扩大，且随着冷却散热技术的发展，数据中心的功率密度也从传统机房的单机柜小于5kW增大至大于5kW甚至达到数十kW；另外，数据中心设备是全年不间断持续运行的，因此大型数据中心的发热量非常大，这部分热量也很可观，但由于回收困难、回收成本高、回收热量利用不便等原因，这些热量通常通过空调室外机被释放到室外空气中，从而造成了能源的浪费。

与本专利相关的现有技术介绍如下：

现有技术一的技术方案：

微模块数据中心是越来越普及的数据中心模式，以高度模块化、集成化著称，与传统机房相比特点是能快速部署、节能效果好（PUE值低），如图1所示。

微模块数据中心采用封闭冷通道的方式，行级空调13（也叫列间空调）从背部吸进机房的空气，冷却后送入冷通道内，服务器机柜12从正面吸进冷通道里的冷空气，把服务器降温后，热空气从服务器机柜12的后门排到机房中，这样冷空气被封闭在由服务器机柜12、行级空调13、通道门15、翻转天窗14（翻转天窗14正常是关闭的，只有灭火时才会打开向内喷灭火气体）形成的冷通道内，避免冷量的流失，可以增强节能效果，降低PUE。

该技术有以下缺点：

封闭冷通道的微模块数据中心实际上形成了这样一个循环冷通道内的冷空气→服务器机柜12→机房大环境的热空气→行级空调13→冷通道内的冷空气。服务器不断发热，源源不断地产生热量，而机房中的温度保持恒定，那么系统中的热量到哪里去了。实际上通过空调的室外机排到室外大气中了，数据中心的单个服务器机柜12的功率一般为5kW甚至更高，那么数据中心规模越大机柜数量越多，排到空气中的热量就越多，浪费的能量也就越多，如果能将这部分热量收集起来进行利用，比如将自来水加热成热水再送到用户或者办公楼，就可以减少能源的浪费，提高能源利用效率，而实现热能回收的途径，只需要在微模块气流循环中增加换热器，利用热空气加热热水即可。

服务器机柜12的后门是网孔门，服务器为了排走热量而安装了较大数量的风扇，在运行时会产生非常大的噪音，如果机房的隔音效果不好，那么会影响监控室或者相邻办公区域人员的工作。

现有技术二的技术方案：

近年来新建的机房一般都具有封闭冷/热通道得节能措施，但与微模块数据中心相比没有通道门14和翻转天窗15，采用的是房间级空调20，即区分了冷热通道，但没有完全封闭，如图2所示。

有专利提出针对这种传统机房的热能回收的技术方案，如图3所示，热通道上方的机房天花板上安装导风管，在风机的作用下，热空气从右侧处进入导风管，并从左侧处排出，在换热器中与外界的常温空气进行热交换，把温度较低的常温空气加热，同时使得原来的热空气也就是机房空调的回风温度降低，从而减轻机房空调的负荷，节约电能。

该技术有以下缺点：

该装置是适用于传统机房的，只区分冷热通道而不封闭冷热通道，故可在机房天花板上设置换热器，微模块数据中心顶部为消防专用的翻转天窗，无法加装换热器，因此不能在顶部进行热能回收。

该装置主要作用是将机房空调的回风预先冷却，减轻机房空调的负荷，因此采用较为简单的气-气换热，用室外冷空气冷却机房空调回风，实际上被加热的冷空气并没有实际利用价值，热能回收意义不大。不如用水和空调回风换热，一方面水的比热容高，升高同样的温度下可以带走更多的热量，另一方面加热得到的热水可以直接利用，更好地实现热能回收。

综上，随着数据中心技术的发展和数据中心服务器规模的日益扩大，大规模全年运行的大功率设备所散发的热量是非常可观的，而现有的数据中心几乎都没有重视这部分热量，大多直接将其排到室外，造成了热能的浪费，尤其是微模块数据中心，由于其高度模块化和集成化，更不容易将热能回收装置与微模块数据中心结合在一起。

发明内容

本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种微模块数据中心热能回收系统。本设计则针对微模块数据中心的结构和气流特点，将微模块数据中心的热能回收，达到节能减排的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微模块数据中心热能回收系统，适用于冷通道封闭的微模块数据中心，该热能回收系统基于：

设在微模块数据中心服务器机柜后部、用于对所述服务器机柜排出的热空气进行采集的热风收集装置；

安装在房间地面与微模块数据中心防静电地板之间、与所述热风收集装置相连通、用于将热风收集装置收集的热空气汇集至一处的地下汇流装置；

与所述地下汇流装置相连通、用于将地下汇流装置汇集至一处的热空气导出的导风装置；

与所述导风装置相连通、用于对导风装置所导出的热空气进行热能回收的热能回收装置，热能回收装置选用热交换器，热交换器具有进水口、出水口、进风口和出风口，导风装置所导出的热空气经进风口进入，将热交换器内的水加热后，由出风口排出到微模块数据中心机房中去。

可选地，所述热风收集装置安装在服务器机柜后部，包括顶部封板、侧面封板、通风防静电地板和维护门，所述顶部封板、侧面封板、通风防静电地板和维护门与服务器机柜围成的封闭空间为热通道，其中，通风防静电地板与微模块数据中心防静电地板水平平齐铺设，带有通风格栅。

可选地，所述维护门与服务器机柜等宽等高，通过铰链与侧面封板连接，并采用密封条进行减震和密封。

可选地，所述顶部封板、侧面封板和维护门均采用与服务器机柜材质、颜色相同的钣金件。

可选地，所述顶部封板、侧面封板、通风防静电地板、维护门及服务器机柜之间采用螺栓连接，连接处采用密封条进行密封，防止服务器机柜排出的热空气泄露。

可选地，所述热风收集装置与服务器机柜为一对一连接或多对一连接。

可选地，所述地下汇流装置包括普通封板和功能性封板，普通封板和功能性封板安装在房间地面与防静电地板之间，在微模块数据中心外围和底部形成封闭通道，普通封板和功能性封板宽度根据房间地面与防静电地板之间的距离而定，普通封板为无孔板，功能性封板为有孔板，有孔板上开孔用于供行级空调管路通过。

可选地，所述普通封板和功能性封板通过膨胀螺栓安装在房间地面上，功能性封板的开孔处使用橡胶垫和橡胶塞进行封堵，普通封板和功能性封板之间采用螺栓连接。

可选地，所述导风装置包括风机、导风口，导风口位于微模块数据中心防静电地板下，与地下汇流装置的末端连接，利用风机的动力，将热空气排至热交换器内。

可选地，所述风机吊装在微模块数据中心防静电地板下。

可选地，所述热交换器为空气-水翅片管式换热器，包括换热壳体和换热管，换热管安装在换热壳体内，进风口、出风口设在换热壳体处，进水口、出水口设在换热管处。

可选地，所述热交换器采用冷热交错、逆流式换热。

可选地，所述换热管材质为铜管。

本实用新型的一种微模块数据中心热能回收系统，与现有技术相比所产生的有益效果是：

（1）本实用新型设计了微模块数据中心的热能回收系统，充分利用微模块数据中心电子信息设备产生的热能，减少数据中心热能的浪费；另外，经过一次冷却的空气进入行级空调，能在一定程度上降低空调的负荷，减少压缩机能耗，有利于节能减排；

（2）在微模块数据中心外围和底座下增加封板形成外围和底部封闭通道，有利于隔离微模块数据中心设备产生的噪音；

（3）热能回收系统的投资少，但热能回收后加热热水可以供给建筑或者生活使用，后期收益大。

附图说明

附图1是本实用新型现有技术一的结构图；

附图2是本实用新型现有技术二的结构图；

附图3是本实用新型现有技术二的热能回收方案图；

附图4是本实用新型的整体布局图；

附图5是本实用新型的立面图。

图中，1、进水口，2、出水口，3、换热壳体，4、出风口，5、后导风口，6、风机，7、前导风口，8、普通封板，9、导风装置，10、通风防静电地板，11、侧面封板，12、服务器机柜，13、行级空调，14、翻转天窗，15、通道门，16、进风口，17、空气-水翅片管式换热器，18、功能性封板，19、开孔，20、房间级空调。

具体实施方式

下面结合附图4、5，对本实用新型的一种微模块数据中心热能回收系统作以下详细说明。

如附图4、5所示，本实用新型的一种微模块数据中心热能回收系统，适用于冷通道封闭的微模块数据中心，该热能回收系统基于以下四个装置：

设在微模块数据中心服务器机柜12后部、用于对所述服务器机柜12排出的热空气进行采集的热风收集装置；

安装在房间地面与微模块数据中心防静电地板之间、与所述热风收集装置相连通、用于将热风收集装置收集的热空气汇集至一处的地下汇流装置；

与所述地下汇流装置相连通、用于将地下汇流装置汇集至一处的热空气导出的导风装置9；

与所述导风装置9相连通、用于对导风装置9所导出的热空气进行热能回收的热能回收装置，热能回收装置选用热交换器，热交换器具有进水口1、出水口2、进风口16和出风口4，导风装置9所导出的热空气经进风口16进入，将热交换器内的水加热后，由出风口4排出到微模块数据中心机房中去。

下面针对以上四个装置，分别进行说明：

（1）热风收集装置安装在服务器机柜12后部，包括顶部封板、侧面封板11、通风防静电地板10和维护门，所述顶部封板、侧面封板11、通风防静电地板10和维护门与服务器机柜12围成的封闭空间为热通道，其中，通风防静电地板10与微模块数据中心防静电地板水平平齐铺设，带有通风格栅。

热风收集装置与服务器机柜12设计为一对一连接，当然也可以设计多对一连接。

上述顶部封板、侧面封板11和维护门均采用与服务器机柜12材质、颜色相同的钣金件。顶部封板、侧面封板11、通风防静电地板10、维护门及服务器机柜12之间采用螺栓连接，连接处采用密封条进行密封，防止服务器机柜12排出的热空气泄露。

维护门的作用是方便在服务器机柜12后部进行维护，维护门与服务器机柜12等宽等高，通过铰链与侧面封板11连接，并采用密封条进行减震和密封。

（2）地下汇流装置包括普通封板8和功能性封板18，普通封板8和功能性封板18安装在房间地面与防静电地板之间，在微模块数据中心外围和底部形成封闭通道，普通封板8和功能性封板18宽度根据房间地面与防静电地板之间的距离而定，普通封板8为无孔钣金件，功能性封板18为有孔钣金件，有孔板上开孔19用于供行级空调13管路通过。

上述普通封板8和功能性封板18通过膨胀螺栓安装在房间地面上，功能性封板18的开孔19处使用橡胶垫和橡胶塞进行封堵，普通封板8和功能性封板18之间采用螺栓连接。

（3）导风装置9包括风机6、前导风口7、后导风口5，风机6吊装在微模块数据中心防静电地板下，前导风口7位于微模块数据中心防静电地板下，与地下汇流装置的末端连接，利用风机6的动力，将热空气吸至防静电板上方的后导风口5，将热空气排至热交换器内。

（4）热能回收装置的热交换器采用空气-水翅片管式换热器17，包括换热管、进风口16、出风口4、进水口1、出水口2、流量计、压力表、温度传感器、以及将热能回收装置各设备封闭在内的换热壳体3。

换热管安装在换热壳体3中，进风口16、出风口4设在换热壳体3处，进水口1、出水口2设在换热管处。进风口16位于换热壳体3的底部，与导风装置9的后导风口5连接，热空气通过空气-水翅片管式换热器17将水加热后，由位于换热壳体3顶部的出风口4排出到微模块数据中心机房中去。

常温的自来水从进水口1进入空气-水翅片管式换热器17，被热空气加热后从出水口2流出。

为进一步增强热交换效果，热交换器采用冷热交错、逆流式换热，水在换热管中沿竖直方向流动，热空气水平冲刷过换热管，加热换热管中的水。优选，换热管材质选用传热系数高的铜管。

本实用新型具体的实施步骤如下：

S1、电子信息设备发热产生的热能随热空气从电子信息设备机柜后部排出到所对应的出风收集装置中，出风收集装置的侧面和顶部分别被侧面封板11和顶部封板密封，热空气从底部的通风防静电地板10处进入防静电地板下方的地下汇流装置中。

S2、地下汇流装置被普通封板8和功能性封板18密封，各个出风收集装置排出来的热空气沿地下汇流装置形成的通道汇流到一起，最后进入导风装置9。

S3、热空气经过前导风口7，在风机6作用下经过后导风口5进入热能回收装置。

S4、在热能回收装置中，空气-水翅片管式换热器17管束水平排布，热空气从下往上冲刷管束，加热管束中的水后，热空气冷却并从热能回收装置上方的出风口4处排出到机房中。

本实用新型的一种微模块数据中心热能回收系统，其加工制作简单方便，按说明书附图所示加工制作即可。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种微模块数据中心热能回收系统，适用于冷通道封闭的微模块数据中心，其特征在于，该热能回收系统基于：

设在微模块数据中心服务器机柜后部、用于对所述服务器机柜排出的热空气进行采集的热风收集装置；

安装在房间地面与微模块数据中心防静电地板之间、与所述热风收集装置相连通、用于将热风收集装置收集的热空气汇集至一处的地下汇流装置；

与所述地下汇流装置相连通、用于将地下汇流装置汇集至一处的热空气导出的导风装置；

与所述导风装置相连通、用于对导风装置所导出的热空气进行热能回收的热能回收装置，热能回收装置选用热交换器，热交换器具有进水口、出水口、进风口和出风口，导风装置所导出的热空气经进风口进入，将热交换器内的水加热后，由出风口排出到微模块数据中心机房中去。

2.根据权利要求1所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述热风收集装置安装在服务器机柜后部，包括顶部封板、侧面封板、通风防静电地板和维护门，所述顶部封板、侧面封板、通风防静电地板和维护门与服务器机柜围成的封闭空间为热通道，其中，通风防静电地板与微模块数据中心防静电地板水平平齐铺设，并在通风放静电地板设有通风格栅。

3.根据权利要求2所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述维护门与服务器机柜等宽等高，通过铰链与侧面封板连接，并采用密封条进行减震和密封。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述地下汇流装置包括普通封板和功能性封板，普通封板和功能性封板安装在房间地面与防静电地板之间，在微模块数据中心外围和底部形成封闭通道，普通封板和功能性封板宽度根据房间地面与防静电地板之间的距离而定，普通封板为无孔板，功能性封板为有孔板，有孔板上开孔用于供行级空调管路通过。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述导风装置包括风机、导风口，导风口位于微模块数据中心防静电地板下，与地下汇流装置的末端连接，利用风机的动力，将热空气排至热交换器内。

6.根据权利要求5所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述风机吊装在微模块数据中心防静电地板下。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述热交换器为空气-水翅片管式换热器，包括换热壳体和换热管，换热管安装在换热壳体内，进风口、出风口设在换热壳体处，进水口、出水口设在换热管处。

8.根据权利要求7所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述热交换器采用冷热交错、逆流式换热。

9.根据权利要求2或3所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述顶部封板、侧面封板、通风防静电地板、维护门及服务器机柜之间采用螺栓连接，连接处采用密封条进行密封。

10.根据权利要求2或3所述的一种微模块数据中心热能回收系统，其特征在于，所述热风收集装置与服务器机柜为一对一连接或多对一连接。