[发明专利]用于数据中心的热管式空调系统及其散热方法

说明书

本发明公开了一种用于数据中心的热管式空调系统，通过空调、机柜通风单元和热管单元组成内循环子系统和外循环子系统，通过隔板将壳体分割为两个封闭空间，热管组以其热端和冷端分别位于壳体的两个封闭空间之中的方式配置于壳体中，空调出风口经由管道与机柜通风单元入风口连通，机柜通风单元的出风口通过管道与热管单元的热端的封闭空间一侧的入风口连通，位于其相对一侧的出风口通过管道与空调的入风口相连，从而构成内循环子系统，热管单元的冷端密闭空间的一侧具有入风口，相对的一侧具有出风口，从而，热管单元的冷端密闭空间风机的作用与外部环境构成外部循环子系统。本发明能够有效避免机房内冷热气流的相互掺混，提高机房的整体散热效率。

技术领域

本发明属于机房散热和热管换热技术领域，涉及一种用于数据中心(或机房)的热管式空调系统及高效散热方法。

背景技术

数据中心(又称机房)现已成为国民经济发展中的重要组成部分，是推进国家科技工业信息化和数字化的主要支柱。随着数据中心规模和集成度的发展，服务器中IT设备功率密度与日俱增，热密度急剧增长，数据中心的散热问题和能耗问题越来越受到关注。以100个插满机架服务器的机柜为例，其总耗电可达50千瓦，加上散热冷却系统也需要等同于计算机硬件自身的耗电量，以每度工业用电0.64元计算，一年无故障运营这个机架服务器将花费大约55万元电费。数据中心的电力消耗正以每年15％～20％的速度增长。

当前，中国面临着经济快速增长和环境资源承载能力的矛盾，节能和环保成为我国许多经济支柱产业发展和升级的主题。数据中心的建设和发展也需要向更加节能、环保和绿色化运行的方向前进。数据中心传统的热管理技术如空气强制对流换热、单相液冷等，由于换热能力不足或是条件制约等原因，导致效果不理想和成本过高。热管作为一种新型的热管理技术，已经在国民经济生活上尤其是电子信息领域有着其独特而广泛的应用。热管是一种通过相变传热、具有超导热性能的传热元件，它通过管内工作介质的相变所产生的潜热来传递热量，其等效导热系数是一般金属材料导热系数的数百倍甚至上千倍，被誉为热的“超导体”。

发明专利(申请号201110215178.4)公开了一种通信数据机房用热管式换热系统及其热交换方法，该系统即为一台热管换热器，壳体内的热管为重力式热管及散热翅片，能够一定程度上降低机房能耗过高的问题，缓解空调设备能耗过高带来的用电压力。但是该专利公开内容存在几个不足之处：1)没有涉及到避免机房内的冷热气流掺混，因此其无法高效地解决机房散热问题，机房的能耗降低程度不大；2)系统采用的是立式热管换热器，热管竖直安装在壳体内，热管的冷凝段位于加热段的正上方，因此整个系统的高度较高，这对墙壁的凿墙开洞和承重都有很高的要求，墙壁悬挂式安装的约束性大，比较适合于地面立式安装。实用新型专利(申请号201320756559.8)公开了一种基站使用的热管空调换热装置，该装置是将热管元件嵌入进机房空调装置中，将热管与空调耦合起来，减少空调压缩机的开启时间，从而降低能耗。但该专利存在以下不足之处：1)热管与空调结合就需要对空调进行重新设计或拆装改动，系统实现和维护不方便；2)专利没有公布其使用的热管的详细情况，只给出了热管在空调装置中的一个位置示意图，操作可行性有待提高。文献《热管式机房空调性能实验研究》是将热管换热器置于机房外的地面上，同样没有涉及到避免机房内的冷热气流掺混的措施，文献《信息机房热管空调系统应用研究》采用的是分离式热管换热器，优点是能够远距离布置，缺点是其换热效率相比紧凑型热管换热器要小，文献《应用于通信基站的热管空调系统的试验研究》采用的热管换热器中，热管为重力式水热管，热管的工作介质为水，由于水的相变温度比较高，因此这种热管的传热能力是有限的。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于数据中心的热管式空调系统以及一种高效散热方法，克服现有技术中存在的不足，有效避免机房内冷热气流的相互掺混，通过将服务器排出的热气直接输送到一个独立的热管式空调系统，热管式空调降温后的气流返回机房空调，形成一个封闭的机房室内气流循环，提高机房的整体散热效率，降低机房运行能耗，从而降低机房的整体PUE指标，并且系统安装可行性高、安装和维护的成本较低。

本发明的技术方案如下：