CN220674184U - 一种风液融合的模块化数据中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风液融合的模块化数据中心，包括机房、板式液冷机柜、空气‑冷冻水散热器、预冷模块和CDU设备，板式液冷机柜、空气‑冷冻水散热器、预冷模块和CDU设备位于机房内，板式液冷机柜中安装有服务器，空气‑冷冻水散热器与预冷模块耦合；空气‑冷冻水散热器与CDU设备一次侧形成冷却水循环；CDU设备二次侧与板式液冷机柜的冷板形成冷却水循环。本实用新型通过提升数据中心风液融合散热装置的模块化程度，重新组合排布以优化各系统水管环路结构，简化控制方案，作为数据中心整体式解决方案。不仅使冷却水能循环利用，降低散热成本和能耗，还解决了制冷不冷的问题，减少冷源所需建筑空间，提升其模块化水平，控制目标单一，运行更稳定。

Description

一种风液融合的模块化数据中心

技术领域

本实用新型涉及数据中心技术领域，尤其涉及一种风液融合的模块化数据中心。

背景技术

随着芯片算力大幅增长，芯片功耗及散热需求也越来越大，液冷系统逐渐成为新一代数据中心制冷系统的必要选择。其中，冷板液冷作为一种应用较为成熟的液冷方式，被广泛应用。它通过贴敷在大的发热元器件(如CPU，GPU等)的冷板，冷板内流动水基液体将元器件热量带走，通过中间换热单元CDU将热量由二次侧转移到一次侧，保证换热的同时确保二次侧水质不会受到金属腐蚀和菌团的影响。但是，板冷方式往往需要空气冷却(以下称为风冷)带走其它低功率元器件(如硬盘，变压器)的热量。因此，常常出现风液比的概念，即空气冷却热量和液冷冷却热量的比例，风冷和液冷需要相互配合，共同作用给电子设备散热。

对于风冷的方式，有一种常见的方式为冷冻水末端，即通过空气-冷冻水换热器，将空气的热量传递给冷冻水带出到数据中心外。在板式液冷机房，往往需要多路水系统，包括液冷二次侧系统，液冷一次侧系统，冷冻水系统。而这三种系统使得数据中心内的水管路异常复杂，需要很大的空间分别布局这三种管路，尤其是后两者。

各设备在空间中的设计分配不够合理，使得各部分的水管路系统结构复杂，不仅占用建筑空间大，还使得数据中心内的散热作用不稳定，且能耗大，进一步地，影响I T设备的工作效率。水管路系统的复杂结构，其控制方案也更为繁复，安全性低、能耗高，且运行不稳定。

而大气中的灰尘微粒很多，在长期的抽、回风作用下，风机的铝翅片积满了灰尘污垢，影响了冷冻水与热空气的热交换，使空气温度下降受影响，造成启动制冷但室内不冷的现象。

实用新型内容

为了解决现有的技术问题，本实用新型实施例提供了一种风液融合的模块化数据中心。所述技术方案如下：

提供了一种风液融合的模块化数据中心，包括机房、板式液冷机柜、空气-冷冻水散热器、预冷模块和CDU设备；所述板式液冷机柜、所述空气-冷冻水散热器、所述预冷模块和所述CDU设备位于所述机房内部，所述板式液冷机柜中安装有服务器，所述空气-冷冻水散热器与预冷模块耦合；所述空气-冷冻水散热器与所述CDU设备的一次侧形成冷却水循环；所述CDU设备的二次侧与所述板式液冷机柜的冷板形成冷却水循环；其中，所述预冷模块中预冷水泵与预冷蓄水箱之间设置有第四阀门，所述预冷水泵的出液端安装有第四温度传感器，所述第四阀门根据所述第四温度传感器调节所述预冷模块对所述机房内部热空气的降温效果。

进一步的，所述预冷模块采用上下两层双湿膜设计。

进一步的，所述预冷模块包括壳体、预冷表冷器、上预冷湿膜、下预冷湿膜、上预冷布水器、下预冷布水器、预冷集水盘、预冷蓄水箱、预冷水泵、第四阀门、第四温度传感器，所述预冷表冷器、所述上预冷湿膜、所述下预冷湿膜、所述上预冷布水器、所述下预冷布水器、所述预冷集水盘、所述预冷蓄水箱、所述第四阀门、所述第四温度传感器、所述预冷水泵、处于壳体内部，所述预冷表冷器安装于所述下预冷湿膜的进风方向前方。

进一步的，所述冷冻水供水管路连接所述空气-冷冻水散热器的进液端，所述空气-冷冻水散热器的出液端连接所述CDU设备一次侧进液端；所述冷冻水供水管路还连接所述CDU设备一次侧进液端。

进一步的，所述空气-冷冻水散热器的出液端包括冷水风机盘管末端、列间冷冻水末端或水冷门末端。

进一步的，所述CDU设备二次侧出液端与所述板式液冷机柜中冷板的进液端连通，所述冷板的出液端与CDU设备二次侧进液端连通。

进一步的，所述冷冻水供水管路与所述空气-冷冻水散热器的进液端之间安装有第一阀门，所述空气-冷冻水散热器的出液端安装有第一温度传感器，所述第一阀门根据所述第一温度传感器调节进入空气-冷冻水散热器的冷冻水流量大小；所述冷冻水供水管路与所述CDU设备一次侧进液端之间安装有第二阀门，所述空气-冷冻水散热器的出液端与所述CDU设备一次侧进液端之间安装有第二温度传感器，所述第二阀门根据所述第二温度传感器调节进入CDU一次侧的冷冻水流量大小。

进一步的，所述CDU设备一次侧进液端与出液端之间安装有第三阀门，所述CDU设备二次侧出液端安装有第三温度传感器，所述第三阀门根据所述第三温度传感器调节CDU设备一次侧的循环速度。

进一步的，所述CDU设备与所述板式液冷机柜并排排布，每个所述空气-冷冻水散热器耦合一个预冷模块，对应两个所述板式液冷机柜，所述空气-冷冻水散热器的冷水风机盘管末端设置在所述板式液冷机柜前方，所述板式液冷机柜与所述冷水风机盘管之间形成封闭热通道。

进一步的，所述CDU设备的数量至少为两个，两个所述CDU设备和所述板式液冷机柜共用同一个二次侧的供、回水环路。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：风液融合的模块化数据中心，包括机房、板式液冷机柜、空气-冷冻水散热器、预冷模块和CDU设备，板式液冷机柜、所述空气-冷冻水散热器、预冷模块和CDU设备位于机房内部，板式液冷机柜中安装有服务器；空气-冷冻水散热器与预冷模块耦合；空气-冷冻水散热器与CDU设备的一次侧形成冷却水循环；CDU设备的二次侧与板式液冷机柜的冷板形成冷却水循环。这样，通过提升数据中心风液融合散热装置的模块化程度，并重新组合排布各系统水管环路，合并冷源管路，优化水管路系统的结构，作为数据中心整体式解决方案。不仅使冷却水能够循环利用，降低了散热成本和能耗，减少了冷源所需建筑空间，提升了其模块化水平，还解决了因长期使用，在抽、回风的作用下空气-冷冻水散热器中风机积满灰尘污垢，而影响冷冻水与热空气的热交换，造成启动制冷但室内不冷的现象。基于优化后的水管路系统结构，提出简化控制方案，不同阀门用于不同控制目标的水管路，不仅能提升系统的安全性并节能，且控制目标单一，运行更稳定。可用于已有冷冻水系统的旧楼改造；也可以做提前预制，简少现场工程量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种风液融合的模块化数据中心的系统模块化结构图；

图2是本实用新型实施例提供的一种风液融合的模块化数据中心的系统模块化结构的俯视图；

图3是本实用新型实施例提供的一种风液融合的模块化数据中心的系统模块化结构的A-A侧视图。

图4是本实用新型实施例提供的一种风液融合的模块化数据中心的预冷模块结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种风液融合的模块化数据中心，该数据中心包括：机房4、板式液冷机柜2、空气-冷冻水散热器1、预冷模块6和CDU设备3，所述板式液冷机柜2、空气-冷冻水散热器1和CDU设备3位于所述机房4内部，在板式液冷机柜2中安装有服务器(图中未示出)，空气-冷冻水散热器1与预冷模块6耦合。如图1所示，空气-冷冻水散热器1与CDU设备3的一次侧形成冷却水循环；CDU设备的二次侧与板式液冷机柜2的冷板形成冷却水循环。服务器安装于板式液冷机柜2中，与板式液冷机柜2的冷板相贴近，服务器工作时产生的热量，可以经服务器的表面壳体传递至冷板，CDU设备3二次侧出液端301与板式液冷机柜2中冷板的进液端201连通，冷板的出液端202与CDU设备3二次侧进液端302连通，即，CDU设备3为冷却水提供循环动力，使冷却水通过液冷二次侧供、回水环路203、204依次流经多个板式液冷机柜的冷板，此时在板式液冷机柜2中冷板内形成循环的冷却水与服务器产生的热量进行热交换，以降低服务器自身的温度，而后通过液冷二次侧回水环路204回流至CDU设备3，并通过CDU设备3将热量由二次侧交换给一次侧。

冷冻水供水管路101连接空气-冷冻水散热器1的进液端102，空气-冷冻水散热器1的出液端103连接CDU设备3一次侧的进液端303。为了更好的调节CDU设备3一侧进液端303的冷却水温度，还可以将冷冻水供水管路101与CDU设备3一次侧的进液端303连接，以优化水管路系统结构。为了提升系统的安全性并节能，且控制目标单一，使运行更稳定，可以设置不同的电动水阀作为流量开关，用于不同控制目标的水管路，以简化其控制方案。

具体的，在冷冻水供水管路101与空气-冷冻水散热器1的进液端102之间安装有第一阀门104，空气-冷冻水散热器1的出液端103安装有第一温度传感器105，第一阀门104根据第一温度传感器105为控制目标调节进入空气-冷冻水散热器1的冷冻水流量大小，从而调节空气-冷冻水散热器1对机房4内热空气的散热效果；即，冷冻水供水管路101给空气-冷冻水散热器1供应冷水。第一阀门104和第一温度传感器105的数量可以根据空气-冷冻水散热器1的实际数量进行设置，即每个空气-冷冻水散热器1对应设置一组第一阀门104和第一温度传感器105。

冷冻水供水管路101与CDU设备3一次侧的进液端303之间安装有第二阀门106，CDU设备3一次侧的进液端303安装有第二温度传感器107。第二阀门106根据第二温度传感器107为控制目标调节进入CDU一次侧的冷冻水流量大小；即，冷冻水供水管路101也给CDU设备3供应冷水，从而能够将空气-冷冻水散热器1出液端103的冷却水与冷冻水供水管路101中的冷却水混合，降低进入CDU设备3一次侧的冷却水温度，第二阀门106关闭时，CDU一次侧仅有空气-冷冻水散热器供水管路108供水，所以，第二阀门106开大，则第二温度传感器107测得的冷却水温度越低，第二阀门106开小，则第二温度传感器107测得的冷却水温度越高。其中，第二阀门106和第二温度传感器107的数量均设置为一个。

CDU设备3一次侧进液端303与出液端304之间安装有第三阀门109，一次侧部分靠近CDU设备3进、出液口303、304的液冷一次侧供水管路108(空气-冷冻水散热器供水管路108)和一次侧回水管路110之间设置第三阀门109，第三阀门109是连接于冷热之间的阀门。在CDU设备3二次侧出液端301安装有第三温度传感器205，所述第三阀门109根据所述第三温度传感器205为控制目标调节CDU设备3一次侧的水循环速度；即，如果第三阀门109开小，则控制一次侧的水流速较慢，继而散热效果越小，所以，当第三温度传感器205处温度较低，不需要高散热效果时，可以控制第三阀门109关小，使流速减慢，也起到降低能耗的效果；如果第三温度传感器205处水温较高，散热差时，需要通过加大流量提高散热效果，则把第三阀门109开大，让液冷一次侧供、回水管路108、110流速增加，达到快速降温散热的效果。其中，第三阀门109和第三温度传感器205的数量均设置为一个。

进一步地，为了解决启动制冷但室内不冷的现象，除了对风机进行定期的清洁外，如图4所示，还布置预冷模块6对进入所述机房4内的外部热空气及服务器(图中未示出)等设备进行降温，本实用新型在外部热空气与空气-冷冻水散热器1进行蒸发换热之前，进行预冷处理。所述预冷模块6采用上下两层双湿膜设计，在下预冷湿膜601前方设置预冷表冷器602，使得进入下预冷湿膜601的空气降温，同时使湿膜中的循环水进行气液热交换时效率提升，整体降低该预冷模块6的循环水温度。

首先，外部热空气经预冷模块6内下方的预冷表冷器602进行换热预冷后，下预冷湿膜601处的预冷水温度和外部热空气温度降低；同时，外部热空气经预冷模块6内的上预冷湿膜603进行蒸发换热，上预冷湿膜603处的预冷水温度和外部热空气温度相较下预冷湿膜601处更高。外部热空气经过预冷模块6预冷后，通过空气-冷冻水散热器1与冷冻水供水管路101供应的冷水进行再次的气液热交换，进入机房4内对室温及服务器等设备温度进行中和降温，进一步帮助降低数据中心内室温及服务器等设备的温度。

所述预冷模块6包括壳体600、预冷表冷器602、上预冷湿膜603、下预冷湿膜601、上预冷布水器604、下预冷布水器605、预冷集水盘606、预冷蓄水箱607、预冷水泵608、第四阀门609、第四温度传感器610，所述预冷表冷器602、所述上预冷湿膜603、所述下预冷湿膜601、所述上预冷布水器604、所述下预冷布水器605、所述预冷集水盘606、所述预冷蓄水箱607、所述第四阀门609、所述第四温度传感器610、所述预冷水泵608、处于壳体600内部，所述上预冷湿膜603、所述下预冷湿膜601邻近所述壳体600的进风口处设置，所述上预冷布水器604位于所述上预冷湿膜603的上方，所述下预冷布水器605位于所述下预冷湿膜601的下方，所述下预冷湿膜601位于所述下预冷布水器605的下方，所述预冷表冷器602位于所述下预冷湿膜601的进风方向前方，所述预冷集水盘606位于所述下预冷湿膜601的下方，所述预冷蓄水箱607位于所述预冷集水盘606的下方，所述预冷水泵608进液端611连接所述预冷蓄水箱607，预冷水泵608与预冷蓄水箱607之间设置有第四阀门609，所述预冷水泵608出液端612安装有第四温度传感器610，所述预冷水泵608出液端612连通所述预冷表冷器602的一端，所述预冷表冷器602的另一端与所述上预冷布水器604连通，所述预冷蓄水箱设置进液口。

具体地，第四阀门609根据第四温度传感器610为控制目标，调节预冷模块6对机房4内热空气的降温效果。即，预冷模块6给机房4内供应冷空气，使其与热空气进行中和降温。第四阀门609和第四温度传感器610的数量可以根据空气-冷冻水散热器1的实际数量进行设置，即每个空气-冷冻水散热器1对应设置一个预冷模块6，对应的设置一组第四阀门609和第四温度传感器610。当预冷模块6启动时，预冷水经预冷水泵608抽吸至预冷表冷器602中，与外部热空气初步进行气液热交换，使得外部热空气温度降低，预冷表冷器602中的预冷水温度升高，温度升高的预冷水输送至上预冷布水器604中，对上预冷湿膜603进行布淋，流落至下预冷布水器605中，对下预冷湿膜601进行布淋，汇集到预冷集水盘606，存储在预冷蓄水箱607中。由于外部热空气在预冷表冷器602处进行了预冷，故预冷模块6下方下预冷湿膜601处的外部空气温度较上预冷湿膜603处的外部空气温度更低。同时，由于预冷水经外部热空气换热后升温，布淋在上预冷湿膜603的预冷水温度相较下预冷湿膜601中的预冷水温度更高，这样，在预冷模块6上方更高温度的外部空气与更高温度的预冷水的蒸发效率更高，而在预冷模块6下方的直接换热效率更高，从而能得到更低温度的外部空气，输送至机房4内进行降温。

优选的，为了减少服务器自身热量，降低服务器的温度，空气-冷冻水散热器1的出液端103可以采用冷水风机盘管末端、列间冷冻水末端或水冷门末端等方式。其中，为了实现更好的备份效果，即使存在部分盘管故障，其他盘管也可以保证备份，冷水风机盘管末端就可以很好地解决这个问题，且冷水风机盘管末端有立式、卧式多种类型，可以结合需求更灵活的设置，位置的布置可以距离热源更近，更多的降低功耗，同时保证足够的检修空间，且其它低功率设备的热量，也可通过冷水风机盘管末端散热。一方面，末端靠近服务器，其风机风阻小，气流组织顺畅，通过加速设备周围的空气流动，不断地再循环服务器等设备所在的室内、外空气，使空气通过冷水盘管后将空气的热量传递给冷冻水被冷却带出到数据中心外，以保持空间温度的恒定，风机功耗低；另一方面可通过冷水风机盘管末端的低水温(15-32℃)需求和CDU一次侧的高水温(25-35℃)需求的差异，冷冻水温差大，回水温度高，利用自然水温差进行自然冷却，实现服务器等设备更快的降温，更充分的利用了自然冷却，整体更节能。即，通过对风量和水量的控制，进一步降低散热成本和能耗。

如图2示出的数据中心的一个系统模块化结构图，CDU设备3与板式液冷机柜2并排排布，冷水风机盘管末端1设置在板式液冷机柜2前方的另一排，每个冷水风机盘管末端1一侧对应一个预冷模块6，另一侧对应两个板式液冷机柜2，板式液冷机柜2与冷水风机盘管1之间形成封闭热通道5。其中，CDU设备3至少为两个，以便互为备份，且其距离板式液冷机柜2较近，使二次水泵扬程小，功耗更低，整体更节能；具体的，两个CDU设备3和板式液冷机柜2共用同一个二次侧的供、回水环路203、204，并如图3所示，通过架高底部，预留出空间，下走线布置系统各水管路，合并一次侧冷源管路，优化水管路系统的结构，使所有管路相互独立，平行间隔设置，以节省空间。

本实用新型实施例中，一种风液融合的模块化数据中心，包括机房4、板式液冷机柜2、空气-冷冻水散热器1、预冷模块6和CDU设备3，板式液冷机柜2、空气-冷冻水散热器1、预冷模块6和CDU设备3位于所述机房4内部，板式液冷机柜2中安装有服务器，空气-冷冻水散热器1和预冷模块6耦合；空气-冷冻水散热器1与CDU设备3的一次侧形成冷却水循环；CDU设备3的二次侧与板式液冷机柜2的冷板形成冷却水循环。本实用新型通过提升数据中心风液融合散热装置的模块化程度，并重新组合排布各系统水管环路，合并冷源管路，优化水管路系统的结构，简化控制方案，作为数据中心整体式解决方案。不仅使冷却水能够循环利用，降低了散热成本和能耗，还解决了制冷不冷的问题，减少了冷源所需建筑空间，提升了其模块化水平，且控制目标单一，运行更稳定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不限以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风液融合的模块化数据中心，其特征在于，包括：机房、板式液冷机柜、空气-冷冻水散热器、预冷模块和CDU设备，所述板式液冷机柜、所述空气-冷冻水散热器、所述预冷模块和所述CDU设备位于所述机房内部，所述板式液冷机柜中安装有服务器，所述空气-冷冻水散热器与预冷模块耦合；

所述空气-冷冻水散热器与所述CDU设备的一次侧形成冷却水循环；所述CDU设备的二次侧与所述板式液冷机柜的冷板形成冷却水循环；

其中，所述预冷模块中预冷水泵与预冷蓄水箱之间设置有第四阀门，所述预冷水泵的出液端安装有第四温度传感器，所述第四阀门根据所述第四温度传感器调节所述预冷模块对所述机房内部热空气的降温效果。

2.根据权利要求1所述的数据中心，其特征在于，所述预冷模块采用上下两层双湿膜设计。

3.根据权利要求2所述的数据中心，其特征在于，所述预冷模块包括壳体、预冷表冷器、上预冷湿膜、下预冷湿膜、上预冷布水器、下预冷布水器、预冷集水盘、预冷蓄水箱、预冷水泵、第四阀门、第四温度传感器，所述预冷表冷器、所述上预冷湿膜、所述下预冷湿膜、所述上预冷布水器、所述下预冷布水器、所述预冷集水盘、所述预冷蓄水箱、所述第四阀门、所述第四温度传感器、所述预冷水泵、处于壳体内部，所述预冷表冷器安装于所述下预冷湿膜的进风方向前方。

4.根据权利要求1所述的数据中心，其特征在于，还包括冷冻水供水管路，所述冷冻水供水管路连接所述空气-冷冻水散热器的进液端，所述空气-冷冻水散热器的出液端连接所述CDU设备一次侧进液端；

所述冷冻水供水管路还连接所述CDU设备一次侧进液端。

5.根据权利要求4所述的数据中心，其特征在于，所述空气-冷冻水散热器的出液端包括冷水风机盘管末端、列间冷冻水末端或水冷门末端。

6.根据权利要求1所述的数据中心，其特征在于，所述CDU设备二次侧出液端与所述板式液冷机柜中冷板的进液端连通，所述冷板的出液端与CDU设备二次侧进液端连通。

7.根据权利要求4所述的数据中心，其特征在于，所述冷冻水供水管路与所述空气-冷冻水散热器的进液端之间安装有第一阀门，所述空气-冷冻水散热器的出液端安装有第一温度传感器，所述第一阀门根据所述第一温度传感器调节进入空气-冷冻水散热器的冷冻水流量大小；

所述冷冻水供水管路与所述CDU设备一次侧进液端之间安装有第二阀门，所述空气-冷冻水散热器的出液端与所述CDU设备一次侧进液端之间安装有第二温度传感器，所述第二阀门根据所述第二温度传感器调节进入CDU一次侧的冷冻水流量大小。

8.根据权利要求7所述的数据中心，其特征在于，所述CDU设备一次侧进液端与出液端之间安装有第三阀门，所述CDU设备二次侧出液端安装有第三温度传感器，所述第三阀门根据所述第三温度传感器调节CDU设备一次侧的循环速度。

9.根据权利要求1所述的数据中心，其特征在于，所述CDU设备与所述板式液冷机柜并排排布，每个所述空气-冷冻水散热器耦合一个预冷模块，对应两个所述板式液冷机柜，所述空气-冷冻水散热器的冷水风机盘管末端设置在所述板式液冷机柜前方，所述板式液冷机柜与所述冷水风机盘管之间形成封闭热通道。

10.根据权利要求1所述的数据中心，其特征在于，所述CDU设备的数量至少为两个，两个所述CDU设备和所述板式液冷机柜共用同一个二次侧的供、回水环路。