一種機房散熱系統的製作方法

2023-05-29 21:27:16

本實用新型涉及數據機房散熱系統，更具體地說，涉及一種機組頂置式的機房散熱系統。

背景技術：

隨著機房IT設備高密度的集成化，設備的散熱量日漸趨高的現象受到了各界的強烈關注。根據研究顯示，IT/電信領域目前相關的碳排放已經成為了最大的溫室氣體排放源之一，根據統計數據顯示，數據中心的冷卻能耗佔機房總功耗的40％左右。目前機房冷卻主要依靠空調，因此降低機房空調的耗電量是有效降低機房的PUE值的手段之一。PUE(Power Usage Effectiveness，電源使用效率)值是數據中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源的比值，為國際上比較通行的數據中心電力使用效率的衡量指標。當前，國外先進的數據中心機房的PUE值通常小於2，而我國大多數數據中心的PUE值在2-3之間，所以在保證數據中心安全可靠運行的同時，通過合理設計降低空調能耗，降低機房PUE值刻不容緩。

為了解決機房內的散熱問題，業內設計了多種機房送風系統配合機房內的風道對機房內部環境進行散熱，例如專利號為201520050095.8的中國實用新型專利、專利號為201520049747.6的中國實用新型專利以及專利號為201310084125.2的中國實用新型專利所公開的機房送風系統或機房，通過在機房內設置風道以及空調，空調產生的冷空氣進入靜壓箱，然後通過送風通道進入機房內，對機房內環境進行降溫。專利號為201420713841.2的中國實用新型專利公開的一種機房送風系統，機房內設置送風裝置，在機房地板設置封閉的送風通道，送風通道的頂板為地板，在送風通道的頂板上設置出風口，由送風裝置送入送風通道的冷風由出風口排出，從而對機房內環境進行降溫。為了實現大的製冷量，意味著機組的體積也越大，當空調機組設置於機房內時，就會佔用更多的機房內空間，而且受限於機房內部空間，空調機組擴展性差，無法 應對更高的散熱需求，空調機組只能全天候運行，不利於節能降耗。

專利號為200920105584.3的中國實用新型專利公開了一種機房空調，該機房空調包括設置於機房外並與機房內導通連接的室內空氣循環風道以及設置於機房外並與所述室內空氣循環風道連接的、利用室外自然能源與室內空氣循環風道內空氣進行非接觸熱交換的至少一個室外熱交換機，該機房空調將室內空氣循環風道和室外熱交換機等主體設於機房外部，利用室外自然能源進行製冷或制熱處理，減少佔用機房內空間，方便調節空調單機製冷量或制熱量，而且實現了室內空氣與室外空氣換熱不換氣。申請號為200910078498.2的中國實用新型專利申請公開了一種散熱系統，該散熱系統設置於機房外，其包括溼膜和熱交換器，溼膜與熱交換器之間的風管內設置有風機，風機將經過溼膜後的溼空氣從熱交換器的進風口吹送入熱交換器，熱交換器具有進/出溼空氣的進風口、出風口以及與機房或設備機櫃連通的熱風進口和冷風出口，進風口和出風口之間形成第一風道，熱風進口和冷風出口之間形成第二風道，第一風道和第二風道相隔離。以上兩種散熱系統雖然解決了內置式機組佔用機房空間體積的問題，但現有散熱系統的冷卻方案沒有充分利用熱空氣上升、冷空氣下降的有利氣流組織，導致風機功率較高；而且部分冷卻方案中送迴風的路程通常較遠，也會造成額外的風阻，造成風機功率高。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種合理規劃氣流組織、可降低空調能耗的機組頂置式的機房散熱系統。

為了實現上述目的，本實用新型採取如下的技術解決方案：

一種機房散熱系統，包括：設置於機房頂部外的散熱機組，所述散熱機組包括自然冷源冷卻模塊和機械製冷模塊，並具有與機房內連通的進風口和與機房內連通的送風口，以及與室外環境連通的室外進風口和室外出風口；所述進風口和送風口之間在散熱機組內形成室內空氣流道，所述室外進風口和室外出風口之間在散熱機組內形成室外空氣流道，室外空氣流道和室內空氣流道相互隔離，室內空氣和室外空氣在散熱機組內進行熱交換。

進一步的，所述機房內設置有與散熱機組的進風口連通的封閉熱通道，或設置有與散熱機組的送風口連通的封閉冷通道。

進一步的，所述自然冷源冷卻模塊包括室內空氣過濾器、蒸發冷卻換熱器及室外循環風機；所述機械製冷模塊包括冷凝器、蒸發器、壓縮機及室內循環風機，所述冷凝器和蒸發器、壓縮機通過製冷劑管道循環連通；所述室內空氣流道具有與蒸發冷卻換熱器的室內空氣進氣端連通的室內空氣流入通道以及與蒸發冷卻換熱器的室內空氣出氣端連通的室內空氣流出通道，所述室外空氣流道具有與蒸發冷卻換熱器的室外空氣進氣端連通的室外空氣流入通道以及與蒸發冷卻換熱器的室外空氣出氣端連通的室外空氣流出通道，室外空氣和室內空氣在蒸發冷卻換熱器處進行熱交換，所述蒸發器位於室內空氣流出通道上。

進一步的，所述散熱機組包括相互獨立組合使用的第一模塊櫃和第二模塊櫃；所述自然冷源冷卻模塊及所述機械製冷模塊中的冷凝器設置於第一模塊櫃中，所述機械製冷模塊中的蒸發器、壓縮機及室內循環風機設置於第二模塊櫃中。

進一步的，所述室內空氣過濾器位於進風口之後，所述蒸發冷卻換熱器設置於室內空氣流通路徑上室內空氣過濾器之後，所述室外循環風機位於室外空氣流道上。

進一步的，所述冷凝器位於室外空氣流出通道上，所述室外循環風機設置於室外出風口處。

進一步的，所述室內循環風機設置於送風口處。

進一步的，所述自然冷源冷卻模塊還包括向所述蒸發冷卻換熱器噴水的噴淋裝置，所述噴淋裝置通過管道與噴淋水循環系統相連。

進一步的，所述噴淋裝置設置於所述蒸發冷卻換熱器的上方，所述冷凝器設置於所述噴淋裝置上方，所述室外循環風機位於所述冷凝器上方。

進一步的，所述室內循環風機設置於第二模塊櫃的下部。

由以上技術方案可知，與現有技術相比，本實用新型的散熱系統將散熱機組頂置，充分利用了冷、熱氣流的流動趨勢，風阻小，減少了風機能耗；同時節省機房內部空間，可根據冷量需求設置散熱機組的數量，具有較好的可擴容性，可根據外部空間限制靈活布置機組。進一步的，採用模塊化的散熱機組，可以有效利用自然冷源，減少能耗，實現了節省空間、快速可擴展性、送迴風設計合理性和節能高效性的有機結合。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為實施例1散熱機組的結構示意圖；

圖4為圖3的俯視圖；

圖5為實施例1蒸發冷卻換熱器的結構示意圖；

圖6為本實用新型實施例2的結構示意圖；

圖7為本實用新型散熱機組另一種組合方式的示意圖；

圖8為本實用新型實施例3散熱機組的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1和圖2所示，本實施例的機房散熱系統包括設置於機房4頂部外的多組散熱機組3，為了簡要顯示，圖1中只示出了一組散熱機組3。散熱機組3具有與機房內連通的進風口以及與機房內連通的送風口，所述進風口和送風口位於散熱機組底部，散熱機組3還具有與室外環境連通的室外進風口及室外出風口，室外進風口和室外出風口之間在散熱機組內形成室外空氣流道，進風口和送風口之間在散熱機組內形成室內空氣流道，室外空氣流道和室內空氣流道相互隔離。

本實施例的機房內設置有封閉熱通道1，散熱機組的進風口與封閉熱通道1連通，室內熱空氣經封閉熱通道1從散熱機組底部的進風口進入散熱機組內，熱交換後從散熱機組底部兩側的送風口從機房頂部吹回機房4中。當機房內設置有封閉熱通道時，則機房內除封閉熱通道之外的其它空間即形成冷通道。

參照圖3和圖4，本實施例的散熱機組3包括室內空氣過濾器3-1、蒸發冷卻換熱器3-2、室外循環風機3-3、冷凝器3-5、蒸發器3-6、壓縮機3-7、 室內循環風機3-8及機櫃3-9，機櫃3-9包括第一模塊櫃3-9a和第二模塊櫃3-9b。其中，室內空氣過濾器3-1、蒸發冷卻換熱器3-2、室外循環風機3-3構成自然冷源冷卻模塊，冷凝器3-5、蒸發器3-6、壓縮機3-7、室內循環風機3-8構成機械製冷模塊。採用獨立的模塊櫃，可以根據機房冷量需求、空間需求以及自然環境冷源情況進行不同數量和位置的組合，形成散熱機組。

以下描述中出現的方向前、後是以空氣流通的方向進行定義的，例如當空氣沿水平方向流動時，前、後位置也是在水平方向上，當空氣沿豎直方向流動時，前、後位置則相應變為豎直方向上的上、下位置。附圖中空心箭頭表示室內空氣流動方向，填充了陰影線的箭頭表示室外空氣流動方向。室內空氣過濾器3-1設置於第一模塊櫃3-9a內，位於散熱機組的進風口之後，蒸發冷卻換熱器3-2位於室內空氣過濾器3-1的下遊，即蒸發冷卻換熱器3-2設置於室內空氣流通路徑上室內空氣過濾器3-1之後。室內空氣流道具有與蒸發冷卻換熱器3-2的室內空氣進氣端連通的室內空氣流入通道以及與蒸發冷卻換熱器3-2的室內空氣出氣端連通的室內空氣流出通道，室外空氣流道具有與蒸發冷卻換熱器3-2的室外空氣進氣端連通的室外空氣流入通道以及與蒸發冷卻換熱器3-2的室外空氣出氣端連通的室外空氣流出通道。

圖5所示為本實施例蒸發冷卻換熱器的結構示意圖，蒸發冷卻換熱器包括若干間隔設置的換熱管3-2a，換熱管3-2a設置於一對端板3-2b之間，端板3-2b與一對相對設置的側板3-2c相連。室內空氣經室內空氣流入通道從蒸發冷卻換熱器3-2的一端進入換熱管3-2a中，在換熱管3-2a內流通，然後從蒸發冷卻換熱器3-2的另一端流出，進入室內空氣流出通道；室外空氣經室外空氣流入通道從蒸發冷卻換熱器3-2的上側或下側進入蒸發冷卻換熱器3-2內，在換熱管3-2a外流通，然後從蒸發冷卻換熱器3-2的下側或上側流出，進入室外空氣流出通道。室外空氣和室內空氣在蒸發冷卻換熱器3-2處進行熱交換後，冷卻後的室內空氣從室內空氣流出通道經散熱機組3的送風口流入送風風道2，並送入機房4中，室外空氣從室外空氣流出通道排放到室外環境中。本實用新型散熱機組的蒸發冷卻換熱器也可以採用市場上銷售的通用換熱器。

冷凝器3-5設置於第一模塊櫃3-9a內、位於室外空氣流道上，本實施例中的冷凝器3-5位於蒸發冷卻換熱器3-2的上方，散熱機組的室外出風口位於 冷凝器3-5上方，室外循環風機3-3設置於室外出風口處。蒸發器3-6、壓縮機3-7、室內循環風機3-8設置於第二模塊櫃3-9b中。壓縮機3-7、蒸發器3-6及冷凝器3-5通過製冷劑循環管道循環相連，蒸發器3-6位於室內空氣流出通道上，本實施例的蒸發器3-6設置於室內空氣流出通道的入口處，室內循環風機3-8設置於第二模塊櫃3-9b的下部的送風口處，冷卻後的空氣從機櫃下部向外送出。

本實施例的散熱系統的工作原理為：機房內的熱空氣通過封閉熱通道1進入散熱機組3中，散熱機組3由兩個模塊組合後實現空氣處理功能，室內空氣首先通過自然冷源冷卻模塊利用外界空氣進行第一階段處理，儘可能地利用自然冷源進行冷卻處理，最大程度地減小能耗，然後再通過機械製冷模塊中對室內空氣進行第二階段處理，最終達到使用要求。

散熱機組的兩個模塊可以根據需要以不同數量、不同方式的進行組合，且可以隨著數據中心散熱量的增大而模塊化並聯擴展。散熱機組中的兩個模塊看共用室內循環風機和室外循環風機。自然冷源冷卻模塊可以是新風冷卻系統或者直接蒸發冷卻系統或者間接蒸發冷卻系統或者空氣-空氣熱交換冷卻系統或者乙二醇冷卻系統或者熱管冷卻系統等利用自然冷源冷卻的節能製冷系統，壓縮機可採用定頻或變頻壓縮機。

當機房內設置封閉熱通道式時，機房內的熱迴風通過封閉熱通道1向上進入機房頂部散熱機組中，充分利用了熱流體上升的優勢，風路近，風阻小，節能了風機耗電能，而且減少了熱迴風向機房內其他區域傳熱，使冷卻更加高效；室內迴風經過散熱機組冷卻後從散熱機組的送風口向下彌散送入機房內，此時送風溫度較低，向下的氣流組織充分利用了冷流體下降的優勢，進一步節約風機耗電，有效降低了機房的PUE，無風管的設計不僅減少了初投資，而且大大減小了風阻，降低了能耗。

實施例2

如圖6所示，本實施例與實施例1不同的地方在於：該實施例為散熱機組應用於封閉冷通道的系統，實施例1為散熱機組應用於封閉熱通道的系統。經過散熱機組3冷卻後的室內空氣從散熱機組3下部的送風口排出至封閉冷通道2中。散熱機組3可以左右排列(圖4)，也可以前後排列(圖7)。

當機房內設置封閉冷通道式時，經散熱機組冷卻後的空氣從散熱機組的送風口經封閉冷通道進入機房內，為伺服器等設備降溫；設備產生的熱迴風彌散進入散熱機組內，進行冷卻處理。同樣，下送上回的有利氣流組織和無風管的設計可以降低風機的功率，降低機房的PUE。

實施例3

如圖8所示，本實施例與實施例1不同的地方在於：自然冷源冷卻模塊還包括噴淋裝置3-4，通過噴淋裝置加強換熱冷卻效果，本實施例的噴淋裝置3-4設置於蒸發冷卻換熱器3-2的上方，噴淋裝置3-4通過管道與噴淋水循環系統(未圖示)相連，由噴淋水循環系統向其提供冷卻水，並將水噴淋到蒸發冷卻換熱器3-2上。噴淋水循環系統包括由管道相連的水泵、接水盤及外部補給水源，接水盤位於蒸發冷卻換熱器3-2下方。

本實用新型的散熱系統可應用於具有封閉熱通道和/或封閉冷通道的數據機房，例如機房內每兩列伺服器的熱迴風可以彌散進入散熱機組，或者通過封閉熱通道進入散熱機組中，多個模塊可共用送風風道；或者散熱機組的送風直接彌散送入機房中，也可以送入兩列伺服器之間的封閉冷通道中。本實用新型將散熱機組設置於機房頂部外，不受機房內空間的限制，不僅減少佔用機房內部空間，也便於根據製冷需要快速並聯擴展，而且充分利用了冷、熱氣流的流動趨勢，風阻小，減少了風機能耗；同時採用模塊化的散熱機組，機械製冷模塊和自然冷源冷卻模塊可以根據風道布置需要和外部空間條件而靈活組合和放置。

本說明書中各個部分採用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其它部分的不同之處，各個部分之間相同或相似部分互相參見即可。這些零部件之間的組合關係並不只是實施例所公開的形式，對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬範圍。