用于数据中心的热管式空调系统及其散热方法_2

文档序号:9664561阅读:来源:国知局
,热管不启动,外界大气中的热量无法逆向地从热管的冷凝段向蒸发段进行传递。此外,热管式空调系统和机房空调属于串联关系,并且热管式空调系统位于前面,因此服务器产生的热量大部分通过热管直接排放到机房外,少部分热量负荷由机房空调来承担。热管式空调中的热管能够在全年大部分时间启动运行,全年运行时间的占比在北方平均超过70%,全年运行时间的占比在南方平均超过60%,因此,本发明公布的热管式空调系统及散热方法的节能效果十分明显。
[0025]本发明公开的高效散热方法,明确了热管式空调和机房空调属于一起协同工作、分工清晰和相互促进。当外界环境温度较低时,如冬季,热管式空调主工作,机房空调由于T3 < T0而自动停止制冷工作;当外界环境温度较高时,如炎热的夏季,机房空调主工作,热管式空调由于T4 < ΛΤ而自动停止工作,服务器排出的热气流过热管而不换热,直接流向空调,并且由于热管的单向传热特性,外界环境的热量也无法通过热管传给气流;当外界环境温度不高不低时,如春秋季节,热管式空调和机房空调同时工作,以热管式空调为主。此夕卜,两者的协同工作还能更加高效地保障机房的安全,当两者中的某一个出现故障,另一个仍在运行工作,机房散热不会停止,机房温度不会因为故障而导致短期急剧升温而造成服务器的损伤。
[0026]本发明具有以下优点:
[0027]1)整个系统无需对机柜服务器和空调进行拆装改动,安装维护十分简便,工程可实现性强,并且系统结构简单,易于在在不同类型和大小的数据中心进行应用和推广。
[0028]2)系统的两种安装方式都没有占据数据中心内部地面和空间的面积,所有管路和配件都隐藏在吊顶中,单个机组体积较小,因此整个系统具有外观整齐、空间利用率高的优点。
[0029]3)系统采用的热管为低温工质热管,相比水热管更加适宜于电子器件的散热,启动工作温度更低,传热能力更大,在一年中热管式空调的工作时间占比也更大。
[0030]4)本发明公开的一种高效散热方法,将热管式空调技术和冷热通道封闭技术耦合起来,能够将服务器排出的热气直接输送到热管蒸发段,而不会经过机房内的冷热掺混,因此提高了热管式空调系统的散热效率,同时也提高了整个机房的散热效率,降低了机房运行能耗。
[0031]5)将热管式空调系统和机房空调系统两者串联在一起,分工清晰,相互促进,耦合工作,相比已有技术能够更加节能、高效和安全地完成整个数据中心的散热负荷。
【附图说明】
[0032]图1为一种墙壁悬挂式安装的热管式空调系统的工作原理图。
[0033]图2为悬挂式热管式空调的正视图。
[0034]图3为一种房顶立式安装的热管式空调系统的工作原理图。
[0035]符号说明
[0036]1、墙壁;2、地底静压箱通道;3、房间吊顶;4、机柜;5、封闭冷柜;6、封闭热柜;7、抽气风扇;8、热端进风管道;9、壳体;10、支撑固定结构;11、倾斜式热管;12、热端风机;13、冷端风机;14、垂直热管;15、热端出风管道;16、机房空调;17、地底送风管路。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0038]如图1所示,用于数据中心的热管式空调系统及一种高效散热方法,包括封闭冷柜5、封闭热柜6、抽气风扇7、热端进风管道8、壳体9、支撑固定结构10、倾斜式热管11、热端风机12、冷端风机13、垂直热管14和热端出风管道15等。
[0039]封闭冷柜6连接到放置有服务器的机柜4的前部,封闭热柜6连接到机柜4的后部;热端进风管道8连接封闭热柜6和壳体9左边热端一侧的进风口,热端出风管道15连接壳体9左边热端一侧的出风口和机房空调16的回风口 ;抽气风扇7位于热端进风管道8中,热端风机12位于热端出风管道15中,冷端风机13位于壳体9右边冷端一侧的进风口位置。倾斜式热管11应用于悬挂固定在墙壁1上的壳体9的内部,如图1 ;垂直热管14应用于放置在地面上的壳体9的内部,如图3。抽气风扇7和热端风机12为定频风机,所述冷端风机13为变频调速风机。
[0040]热管式空调系统的壳体9的安装有两种方式。一种是悬挂固定于机房某侧墙壁1的上部,如图1所示。壳体9的热端位于机房墙壁1里面,壳体9的冷端位于机房墙壁1的外面,壳体9热端的大部分能够被房间吊顶3所遮盖,热端进风管道8和热端出风管道15也都位于房间吊顶3中。一种是水平放置于机房房顶的地面上,壳体9的热端和冷端都位于机房房顶墙壁的外面,并且冷端位于热端上部,如图3所示,热端进风管道8和热端出风管道15仍布置位于房间吊顶3中。
[0041]倾斜式热管11的蒸发段位于壳体的热端一侧,冷凝段位于壳体的冷端一侧,热管的冷凝段相对蒸发段以逆时针5-15度的倾斜角度进行布置。热管的蒸发段和冷凝段通过壳体中间的隔板进行隔开和密封。倾斜式热管11的内部没有毛细芯,属于重力型热管。垂直热管14的蒸发段位于壳体的下部一侧,冷凝段位于壳体的上部一侧,热管以垂直于地面的形式进行布置。热管的蒸发段和冷凝段通过壳体中间的隔板进行隔开和密封。垂直热管14的内部没有毛细芯,属于重力型热管。倾斜式热管11和垂直热管14的管材和内部工质可以有相同的选择,两种热管推荐采用铝-氨热管或者铜-氟利昂热管或铝-甲醇热管。
[0042]机房空调16制冷后的冷气流经过地底送风管路17和地底静压箱通道2后从地板开孔处流向封闭冷柜5中,再流入机柜4中的服务器中。服务器工作产生的热量被冷气流吸收,气流升温后形成热气流流出服务器,流入到封闭热柜6中,再流过热端进风管道8和热管式空调系统的热端一侧的热管加热段。热气流的热量被热管从加热段传送到热管的冷却段,热气流得到了降温。降温后的热气流再流过热端出风管道15进入机房空调16中。机房空调对气流进行进一步的降温,并进行再一次的循环流动。
[0043]结合附图1、图2和图3,对本发明的用于数据中心的热管式空调系统的散热过程进行说明,具体如下:
[0044]1)机房空调16制冷后的冷气流通过地底送风管路17向整个地底静压箱通道2进行输送。封闭冷柜5的下方地板处有出风口孔板,冷气流的一部分从地底送风通道2出来后进入封闭冷柜5中,然后流入机柜4中的服务器内。
[0045]2)冷气流与服务器内的发热部件进行换热过程,冷气流吸收热量后升温变成了热气流。热气流在服务器内的小风扇的作用下,由机柜4流向封闭热柜6中,再由封闭热柜6顶部的抽气风扇7抽走,进入热端进风管道8中。
[0046]3)对于墙壁悬挂式安装的热管式空调系统,多个热端进风管道8中的热气流汇集于壳体9左侧的热端进风口处,如图1。图2给出了悬挂式热管式空调的正视图,而图1给出了悬挂式热管式空调的侧视图。由图2可见,热气流从壳体9的热端的右侧流进,流过倾斜式热管11的蒸发段。此时系统自动控制程序进行判断,设定机房空调压缩机启动的工作温度T0 ;设定热管式空调系统的冷端风机开启的启动阀值ΔΤ ;获取热端进风管道中的温度T1、机房外温度T2和热端出风管道中的温度T3 ;设定T4 = T1-T2,当T4彡ΔΤ时,控制程序开启冷端风机,热管启动工作,否则冷端风机不启动,热管不启动;设定T5 = Τ4-ΔΤ,控制程序根据温度T5的大小调节冷端风机的频率,从而调节冷端风机的转速,T5越大,转速可以越低,反之转速越高;当T3 ^ T0时,机房空调的压缩机启动,开始制冷过程,否则机房空调的压缩机不启动,仅空调风扇运转。当T4多ΛΤ时,倾斜式热管11处于工作状态,热气流与倾斜式热管11的蒸发段进行换热,热量从热气流传向倾斜式热管11的蒸发段,热管蒸发段内的液态工质吸收热量后产生相变,液体变成了气体,气态工质自动流向热管的冷凝段。热气流将热量传递给热管后温度得到了降低,在热端风机12的作用下,从壳体9的热端的左侧流出。当Τ4< ΛΤ时,倾斜式热管11不启动,热气流流过热管的蒸发段而不进行传热,热气流的温度不会降低,在热端风机12的作用下,从壳体9的热端的左侧流出。
[0047]4)与此同时,当Τ4彡ΔΤ时,在冷端风机13的作用下,如图2,外界大气环境中的冷空气从壳体9的冷端的左侧流进,流过倾斜式热管11的冷凝段。外界冷空气与倾斜式热管
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