一种机房散热系统的制作方法

本实用新型涉及数据机房散热系统，更具体地说，涉及一种机组顶置式的机房散热系统。

背景技术：

随着机房IT设备高密度的集成化，设备的散热量日渐趋高的现象受到了各界的强烈关注。根据研究显示，IT/电信领域目前相关的碳排放已经成为了最大的温室气体排放源之一，根据统计数据显示，数据中心的冷却能耗占机房总功耗的40％左右。目前机房冷却主要依靠空调，因此降低机房空调的耗电量是有效降低机房的PUE值的手段之一。PUE(Power Usage Effectiveness，电源使用效率)值是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值，为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。当前，国外先进的数据中心机房的PUE值通常小于2，而我国大多数数据中心的PUE值在2-3之间，所以在保证数据中心安全可靠运行的同时，通过合理设计降低空调能耗，降低机房PUE值刻不容缓。

为了解决机房内的散热问题，业内设计了多种机房送风系统配合机房内的风道对机房内部环境进行散热，例如专利号为201520050095.8的中国实用新型专利、专利号为201520049747.6的中国实用新型专利以及专利号为201310084125.2的中国实用新型专利所公开的机房送风系统或机房，通过在机房内设置风道以及空调，空调产生的冷空气进入静压箱，然后通过送风通道进入机房内，对机房内环境进行降温。专利号为201420713841.2的中国实用新型专利公开的一种机房送风系统，机房内设置送风装置，在机房地板设置封闭的送风通道，送风通道的顶板为地板，在送风通道的顶板上设置出风口，由送风装置送入送风通道的冷风由出风口排出，从而对机房内环境进行降温。为了实现大的制冷量，意味着机组的体积也越大，当空调机组设置于机房内时，就会占用更多的机房内空间，而且受限于机房内部空间，空调机组扩展性差，无法 应对更高的散热需求，空调机组只能全天候运行，不利于节能降耗。

专利号为200920105584.3的中国实用新型专利公开了一种机房空调，该机房空调包括设置于机房外并与机房内导通连接的室内空气循环风道以及设置于机房外并与所述室内空气循环风道连接的、利用室外自然能源与室内空气循环风道内空气进行非接触热交换的至少一个室外热交换机，该机房空调将室内空气循环风道和室外热交换机等主体设于机房外部，利用室外自然能源进行制冷或制热处理，减少占用机房内空间，方便调节空调单机制冷量或制热量，而且实现了室内空气与室外空气换热不换气。申请号为200910078498.2的中国实用新型专利申请公开了一种散热系统，该散热系统设置于机房外，其包括湿膜和热交换器，湿膜与热交换器之间的风管内设置有风机，风机将经过湿膜后的湿空气从热交换器的进风口吹送入热交换器，热交换器具有进/出湿空气的进风口、出风口以及与机房或设备机柜连通的热风进口和冷风出口，进风口和出风口之间形成第一风道，热风进口和冷风出口之间形成第二风道，第一风道和第二风道相隔离。以上两种散热系统虽然解决了内置式机组占用机房空间体积的问题，但现有散热系统的冷却方案没有充分利用热空气上升、冷空气下降的有利气流组织，导致风机功率较高；而且部分冷却方案中送回风的路程通常较远，也会造成额外的风阻，造成风机功率高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种合理规划气流组织、可降低空调能耗的机组顶置式的机房散热系统。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种机房散热系统，包括：设置于机房顶部外的散热机组，所述散热机组包括自然冷源冷却模块和机械制冷模块，并具有与机房内连通的进风口和与机房内连通的送风口，以及与室外环境连通的室外进风口和室外出风口；所述进风口和送风口之间在散热机组内形成室内空气流道，所述室外进风口和室外出风口之间在散热机组内形成室外空气流道，室外空气流道和室内空气流道相互隔离，室内空气和室外空气在散热机组内进行热交换。

进一步的，所述机房内设置有与散热机组的进风口连通的封闭热通道，或设置有与散热机组的送风口连通的封闭冷通道。

进一步的，所述自然冷源冷却模块包括室内空气过滤器、蒸发冷却换热器及室外循环风机；所述机械制冷模块包括冷凝器、蒸发器、压缩机及室内循环风机，所述冷凝器和蒸发器、压缩机通过制冷剂管道循环连通；所述室内空气流道具有与蒸发冷却换热器的室内空气进气端连通的室内空气流入通道以及与蒸发冷却换热器的室内空气出气端连通的室内空气流出通道，所述室外空气流道具有与蒸发冷却换热器的室外空气进气端连通的室外空气流入通道以及与蒸发冷却换热器的室外空气出气端连通的室外空气流出通道，室外空气和室内空气在蒸发冷却换热器处进行热交换，所述蒸发器位于室内空气流出通道上。

进一步的，所述散热机组包括相互独立组合使用的第一模块柜和第二模块柜；所述自然冷源冷却模块及所述机械制冷模块中的冷凝器设置于第一模块柜中，所述机械制冷模块中的蒸发器、压缩机及室内循环风机设置于第二模块柜中。

进一步的，所述室内空气过滤器位于进风口之后，所述蒸发冷却换热器设置于室内空气流通路径上室内空气过滤器之后，所述室外循环风机位于室外空气流道上。

进一步的，所述冷凝器位于室外空气流出通道上，所述室外循环风机设置于室外出风口处。

进一步的，所述室内循环风机设置于送风口处。

进一步的，所述自然冷源冷却模块还包括向所述蒸发冷却换热器喷水的喷淋装置，所述喷淋装置通过管道与喷淋水循环系统相连。

进一步的，所述喷淋装置设置于所述蒸发冷却换热器的上方，所述冷凝器设置于所述喷淋装置上方，所述室外循环风机位于所述冷凝器上方。

进一步的，所述室内循环风机设置于第二模块柜的下部。

由以上技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型的散热系统将散热机组顶置，充分利用了冷、热气流的流动趋势，风阻小，减少了风机能耗；同时节省机房内部空间，可根据冷量需求设置散热机组的数量，具有较好的可扩容性，可根据外部空间限制灵活布置机组。进一步的，采用模块化的散热机组，可以有效利用自然冷源，减少能耗，实现了节省空间、快速可扩展性、送回风设计合理性和节能高效性的有机结合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为实施例1散热机组的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为实施例1蒸发冷却换热器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例2的结构示意图；

图7为本实用新型散热机组另一种组合方式的示意图；

图8为本实用新型实施例3散热机组的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的机房散热系统包括设置于机房4顶部外的多组散热机组3，为了简要显示，图1中只示出了一组散热机组3。散热机组3具有与机房内连通的进风口以及与机房内连通的送风口，所述进风口和送风口位于散热机组底部，散热机组3还具有与室外环境连通的室外进风口及室外出风口，室外进风口和室外出风口之间在散热机组内形成室外空气流道，进风口和送风口之间在散热机组内形成室内空气流道，室外空气流道和室内空气流道相互隔离。

本实施例的机房内设置有封闭热通道1，散热机组的进风口与封闭热通道1连通，室内热空气经封闭热通道1从散热机组底部的进风口进入散热机组内，热交换后从散热机组底部两侧的送风口从机房顶部吹回机房4中。当机房内设置有封闭热通道时，则机房内除封闭热通道之外的其它空间即形成冷通道。

参照图3和图4，本实施例的散热机组3包括室内空气过滤器3-1、蒸发冷却换热器3-2、室外循环风机3-3、冷凝器3-5、蒸发器3-6、压缩机3-7、 室内循环风机3-8及机柜3-9，机柜3-9包括第一模块柜3-9a和第二模块柜3-9b。其中，室内空气过滤器3-1、蒸发冷却换热器3-2、室外循环风机3-3构成自然冷源冷却模块，冷凝器3-5、蒸发器3-6、压缩机3-7、室内循环风机3-8构成机械制冷模块。采用独立的模块柜，可以根据机房冷量需求、空间需求以及自然环境冷源情况进行不同数量和位置的组合，形成散热机组。

以下描述中出现的方向前、后是以空气流通的方向进行定义的，例如当空气沿水平方向流动时，前、后位置也是在水平方向上，当空气沿竖直方向流动时，前、后位置则相应变为竖直方向上的上、下位置。附图中空心箭头表示室内空气流动方向，填充了阴影线的箭头表示室外空气流动方向。室内空气过滤器3-1设置于第一模块柜3-9a内，位于散热机组的进风口之后，蒸发冷却换热器3-2位于室内空气过滤器3-1的下游，即蒸发冷却换热器3-2设置于室内空气流通路径上室内空气过滤器3-1之后。室内空气流道具有与蒸发冷却换热器3-2的室内空气进气端连通的室内空气流入通道以及与蒸发冷却换热器3-2的室内空气出气端连通的室内空气流出通道，室外空气流道具有与蒸发冷却换热器3-2的室外空气进气端连通的室外空气流入通道以及与蒸发冷却换热器3-2的室外空气出气端连通的室外空气流出通道。

图5所示为本实施例蒸发冷却换热器的结构示意图，蒸发冷却换热器包括若干间隔设置的换热管3-2a，换热管3-2a设置于一对端板3-2b之间，端板3-2b与一对相对设置的侧板3-2c相连。室内空气经室内空气流入通道从蒸发冷却换热器3-2的一端进入换热管3-2a中，在换热管3-2a内流通，然后从蒸发冷却换热器3-2的另一端流出，进入室内空气流出通道；室外空气经室外空气流入通道从蒸发冷却换热器3-2的上侧或下侧进入蒸发冷却换热器3-2内，在换热管3-2a外流通，然后从蒸发冷却换热器3-2的下侧或上侧流出，进入室外空气流出通道。室外空气和室内空气在蒸发冷却换热器3-2处进行热交换后，冷却后的室内空气从室内空气流出通道经散热机组3的送风口流入送风风道2，并送入机房4中，室外空气从室外空气流出通道排放到室外环境中。本实用新型散热机组的蒸发冷却换热器也可以采用市场上销售的通用换热器。

冷凝器3-5设置于第一模块柜3-9a内、位于室外空气流道上，本实施例中的冷凝器3-5位于蒸发冷却换热器3-2的上方，散热机组的室外出风口位于 冷凝器3-5上方，室外循环风机3-3设置于室外出风口处。蒸发器3-6、压缩机3-7、室内循环风机3-8设置于第二模块柜3-9b中。压缩机3-7、蒸发器3-6及冷凝器3-5通过制冷剂循环管道循环相连，蒸发器3-6位于室内空气流出通道上，本实施例的蒸发器3-6设置于室内空气流出通道的入口处，室内循环风机3-8设置于第二模块柜3-9b的下部的送风口处，冷却后的空气从机柜下部向外送出。

本实施例的散热系统的工作原理为：机房内的热空气通过封闭热通道1进入散热机组3中，散热机组3由两个模块组合后实现空气处理功能，室内空气首先通过自然冷源冷却模块利用外界空气进行第一阶段处理，尽可能地利用自然冷源进行冷却处理，最大程度地减小能耗，然后再通过机械制冷模块中对室内空气进行第二阶段处理，最终达到使用要求。

散热机组的两个模块可以根据需要以不同数量、不同方式的进行组合，且可以随着数据中心散热量的增大而模块化并联扩展。散热机组中的两个模块看共用室内循环风机和室外循环风机。自然冷源冷却模块可以是新风冷却系统或者直接蒸发冷却系统或者间接蒸发冷却系统或者空气-空气热交换冷却系统或者乙二醇冷却系统或者热管冷却系统等利用自然冷源冷却的节能制冷系统，压缩机可采用定频或变频压缩机。

当机房内设置封闭热通道式时，机房内的热回风通过封闭热通道1向上进入机房顶部散热机组中，充分利用了热流体上升的优势，风路近，风阻小，节能了风机耗电能，而且减少了热回风向机房内其他区域传热，使冷却更加高效；室内回风经过散热机组冷却后从散热机组的送风口向下弥散送入机房内，此时送风温度较低，向下的气流组织充分利用了冷流体下降的优势，进一步节约风机耗电，有效降低了机房的PUE，无风管的设计不仅减少了初投资，而且大大减小了风阻，降低了能耗。

实施例2

如图6所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：该实施例为散热机组应用于封闭冷通道的系统，实施例1为散热机组应用于封闭热通道的系统。经过散热机组3冷却后的室内空气从散热机组3下部的送风口排出至封闭冷通道2中。散热机组3可以左右排列(图4)，也可以前后排列(图7)。

当机房内设置封闭冷通道式时，经散热机组冷却后的空气从散热机组的送风口经封闭冷通道进入机房内，为服务器等设备降温；设备产生的热回风弥散进入散热机组内，进行冷却处理。同样，下送上回的有利气流组织和无风管的设计可以降低风机的功率，降低机房的PUE。

实施例3

如图8所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：自然冷源冷却模块还包括喷淋装置3-4，通过喷淋装置加强换热冷却效果，本实施例的喷淋装置3-4设置于蒸发冷却换热器3-2的上方，喷淋装置3-4通过管道与喷淋水循环系统(未图示)相连，由喷淋水循环系统向其提供冷却水，并将水喷淋到蒸发冷却换热器3-2上。喷淋水循环系统包括由管道相连的水泵、接水盘及外部补给水源，接水盘位于蒸发冷却换热器3-2下方。

本实用新型的散热系统可应用于具有封闭热通道和/或封闭冷通道的数据机房，例如机房内每两列服务器的热回风可以弥散进入散热机组，或者通过封闭热通道进入散热机组中，多个模块可共用送风风道；或者散热机组的送风直接弥散送入机房中，也可以送入两列服务器之间的封闭冷通道中。本实用新型将散热机组设置于机房顶部外，不受机房内空间的限制，不仅减少占用机房内部空间，也便于根据制冷需要快速并联扩展，而且充分利用了冷、热气流的流动趋势，风阻小，减少了风机能耗；同时采用模块化的散热机组，机械制冷模块和自然冷源冷却模块可以根据风道布置需要和外部空间条件而灵活组合和放置。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其它部分的不同之处，各个部分之间相同或相似部分互相参见即可。这些零部件之间的组合关系并不只是实施例所公开的形式，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。