[实用新型]一种按需配冷的数据中心机房散热系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及散热系统，特别涉及对数据中心机房、电源机房内安置在机柜中的服务器等电子通信设备进行通风降温处理的散热系统。

背景技术

随着服务器集成度的提高，数据中心机房内单机柜的功率大幅提升。高耗电必然产生高发热，这使得机柜内的局部发热变得更加厉害，温度梯度变化大，面对服务器等电子通信设备的通风降温处理更加复杂。这对数据中心机房的散热系统提出了新的挑战。

目前，PUE(Power Usage Effectiveness)已成为国际上通行的数据中心电力使用效率衡量指标。PUE＝数据中心总设备能耗/IT设备能耗。业内普遍认为，数据中心的PUE值应当低于2。国外先进的机房PUE值可以达到1.7，而我国的PUE平均值则在2.5以上，这意味着IT设备每耗1度电，就有多达1.5度的电能被机房其它设施所消耗。特别是中小规模机房PUE值普遍在3左右，这说明有大量的电能都被电源和散热系统所消耗，而用于IT设备的电能很少。

据统计，目前国内数据中心机房140平米以下的占50％，400平米以下的占75％左右。如果按照装机量大致计算，全国总的机房耗电量在100亿度到200亿度。数据中心机房的能耗主要分为四部分：服务器或其它电子通信设备用电、散热系统用电、照明和办公用电、供电系统能耗。其构成比例每个机房各不相同。但大致上，前两者占大头，各为40％～45％，后两者占小头，各为5％～10％。从以上统计分析可以看出除了数据中心功能所必需的IT设备用电之外，散热系统耗电是机房耗电的绝对大头，因此合理规划设计数据中心机房散热系统对降低机房能耗、减少运行费用具有重要意义。

目前数据中心机房的散热系统主要由空调机组和散热风道两部分组成。而大多数机房均采用空调机组产生的冷风通入机房架空地板下方的静压室，再从机柜前方的通风地板上开设的通孔向上进入机房，使机房降温。机房中机柜采用面对面、背对背方式进行布置，冷风从机柜正面进入，从背面流出，以机房的环境空间作为冷源对机柜中安置的服务器进行通风降温处理。

在以机房环境空间作为冷源的情况下，设置静压室原是期望布置在整个机房的各块通风地板能具有大致相同的风量，但根据CFD的仿真计算，实际情况并非如此，通过每块通风地板的流量会有较大差异，这显然不利于各个机柜的均匀散热。而且，由于冷风从地板表面进入机房再吸入机柜，使机柜内上、下温度分布不均匀，从而造成上部服务器与下部服务器的冷却散热效果不一致。对此，有一些机房为了提高上部空间的散热效果，对进入和流出机柜的气流组织进行了改进。使从机柜下部进入的冷风中一部分经服务器后即从机柜后面流出，另有一部分从机柜顶部流出，参与机柜前面上方的回流混合，使混合的气流温度有所下降，再从机柜上部正面进入机柜，从而使机柜内上部服务器的冷却有所改善。比如，中国专利CN1901792A解决的就是这一问题。但这种方案不能完全避免热风又与冷风混合再供服务器散热用的情况。

与上述方案相比，有的机房为了提高散热效果，将冷风直接从静压室经机柜底部送入机柜，再经过机柜内由机架、服务器等形成的现成通道向上流出机柜，自下而上对机柜内的服务器进行散热。这种送风方式可以部分克服各机柜风量的不均匀性，但仍会使同一机柜内用于冷却上、下各服务器的冷风来流温度不尽相同，这势必导致处于上方的服务器的冷却效果不如处于下方的服务器。不管如何权衡，总会造成处于下部的服务器过冷或处于上部的服务器过热的情况，前者浪费能源，后者未能达到服务器的工作环境要求。

从理论上分析，在规划设计数据中心机房散热系统时，首先应使空调机组的制冷量Q₀满足：

Q₀≥P+Q

式中P是机房内除空调外的设备以及照明的电功率和输供电系统的电能耗损功率之和，Q是机房自其室外吸入的热量；

其次，应使空调系统的制冷量充分得到利用，这取决于机房大环境气流组织是否合理以及机柜内部小环境气流组织是否合理。一旦空调系统的制冷量大小确定后，机房大环境和机柜内部小环境的气流组织显得更为重要。