摘要: 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,“互聯(lián)網(wǎng)+”時代我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)有了長足發(fā)展,支撐信息系統(tǒng)發(fā)展的服務(wù)器數(shù)量在不斷增長,隨之而來的是服務(wù)器機柜散熱問題引起了廣泛關(guān)注。大多機房散熱采用穿過架空地板或天花板的冷空氣供應(yīng)方式對機房進(jìn)行降溫,這種對大范圍空間降溫的方式對能源浪費較大、針對性較低。信息技術(shù)在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的今天,使用服務(wù)器機柜散熱技術(shù)可確保服務(wù)器正常工作,減少能源浪費。

0 引言

服務(wù)器機柜散熱不良會影響服務(wù)器設(shè)備正常運行,進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)運行速度。大多機房建設(shè)后所容納的服務(wù)器設(shè)備眾多,眾多的服務(wù)器的設(shè)備散熱問題是機房建設(shè)中需要關(guān)注的重點問題之一[1-5]。服務(wù)器機柜在機房設(shè)備散熱中發(fā)揮著重要作用。采用穿過架空地板或天花板冷空氣供應(yīng)方式對機房進(jìn)行降溫,雖然能夠使空間溫度整體降低,但服務(wù)器機柜的局部散熱效果較差,溫度仍較高。特別是服務(wù)器多是持續(xù)不間斷運行,運行中會產(chǎn)生較高溫度,影響服務(wù)器正常運作。服務(wù)器機柜的局部散熱能起到較好的散熱效果,讓服務(wù)器運行環(huán)境得到有效改善,降低服務(wù)器的溫度。信息技術(shù)在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的今天,使用服務(wù)器機柜散熱技術(shù)可確保服務(wù)器正常工作,減少能源浪費。基于此,本文對服務(wù)器機柜散熱技術(shù)進(jìn)行了比較研究。

1 機柜散熱設(shè)計

良好的服務(wù)器機柜散熱設(shè)計能提高服務(wù)器機柜的散熱效果。機柜散熱方案應(yīng)以分析傳統(tǒng)機房空調(diào)制冷和機柜應(yīng)用現(xiàn)狀為基礎(chǔ),結(jié)合當(dāng)前高熱密度機柜制冷的需求特點,對數(shù)據(jù)中心高熱密度機柜散熱方案進(jìn)行優(yōu)化,確保冷卻效果符合實際需要。一是在機柜的風(fēng)道上開設(shè)通風(fēng)孔,不僅能讓服務(wù)器機柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加流暢,還能產(chǎn)生空氣流[6-11]。在服務(wù)器機柜設(shè)計中考慮到空氣流通效果,通常會在一端設(shè)計空氣進(jìn)風(fēng)口,在另一端設(shè)計空氣出風(fēng)口,以保證空氣動態(tài)流動。二是在機柜中增加制冷設(shè)備,以進(jìn)一步增強降溫效果。三是合理分區(qū),在設(shè)計中應(yīng)用服務(wù)器機柜的送風(fēng)區(qū)、熱交換區(qū)對分區(qū)進(jìn)行劃分,通過分區(qū)設(shè)置方式合理實現(xiàn)熱交換,提高服務(wù)器散熱效率。四是在服務(wù)器機柜中安裝散熱器,優(yōu)化服務(wù)器機柜散熱方式,實現(xiàn)精準(zhǔn)的散熱處理。

2 數(shù)據(jù)機房內(nèi)機柜水冷散熱技術(shù)

隨著信息技術(shù)發(fā)展,數(shù)據(jù)機房對數(shù)據(jù)處理能力要求越來越高,要求具有大數(shù)據(jù)處理容量的服務(wù)器承擔(dān)數(shù)據(jù)處理功能,做好服務(wù)器的運維工作,提升數(shù)據(jù)處理能力。散熱問題是影響服務(wù)器運行效率的重要問題,升級服務(wù)器散熱對于提高服務(wù)器性能有積極作用。數(shù)據(jù)機房內(nèi)機柜水冷散熱技術(shù)是一種新興技術(shù),不僅能有效提高服務(wù)器工作效率,使資源利用更加充分,而且能降低傳統(tǒng)散熱方式對空調(diào)系統(tǒng)散熱的依賴,讓散熱模式更加節(jié)能環(huán)保,還能便于對系統(tǒng)擴容,是增強機房服務(wù)器散熱的先進(jìn)技術(shù)手段之一。

3 服務(wù)器機柜散熱技術(shù)分析

依靠服務(wù)器機柜水冷散熱技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)吸入冷空氣、排出熱空氣的循環(huán),可以增強服務(wù)器機柜制冷效果,對提高服務(wù)器機柜散熱效果有極大的促進(jìn)作用。該技術(shù)利用穩(wěn)定的冷卻水源實現(xiàn)服務(wù)器機柜散熱,具有良好工作性能和環(huán)保性能。服務(wù)器機柜散熱技術(shù)主要有以下3種。

3.1 開放式機柜加水冷背板制冷法

開放式機柜加水冷背板制冷法能夠提高服務(wù)器機柜的冷卻能力,技術(shù)原理如圖1所示。開放式機柜散熱采用前門和后門分別設(shè)計的方式,在服務(wù)器機柜的后門設(shè)置水冷背板,在服務(wù)器機柜的前門設(shè)置通風(fēng)口。這種設(shè)計方式能夠增加內(nèi)部空氣流通,空氣流通的最大作用是將冷空氣引入服務(wù)器機柜,將服務(wù)器運行產(chǎn)生的熱空氣排出,完成冷熱空氣交換。同時,開放式機柜散熱方案加設(shè)了機柜內(nèi)部熱交換器,以此完成內(nèi)部冷空氣注入和熱空氣排出,形成了服務(wù)器機柜的內(nèi)部冷循環(huán)體系。這種制冷形式加快了制冷循環(huán),加強了機房內(nèi)單機柜內(nèi)的制冷效果,單塊水冷背板制冷量可達(dá)4～8 kW。配合機房空調(diào)使用,加上機房空調(diào)的制冷量,單機柜的制冷量可達(dá)8～12 kW。

圖1 開放式機柜加水冷背板散熱技術(shù)

注:1指冷風(fēng),2指機柜前網(wǎng)格門,3指機柜,4指刀片服務(wù)器,5指水冷背板,6指冷風(fēng),7指熱風(fēng),8指進(jìn)水管,9指回水管,10指架空地板。

3.2 封閉式水冷機柜散熱技術(shù)

封閉式水冷機柜散熱技術(shù)圖如2所示,這種技術(shù)的基本原理是在一套封閉的空氣循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)完成空氣循環(huán)。封閉式水冷機柜散熱技術(shù)依托全封閉式機柜,在良好的空間環(huán)境進(jìn)行空氣交換和共享,形成了相對獨立的制冷系統(tǒng)循環(huán),在一定程度上避免了能量損失。封閉式水冷機柜散熱技術(shù)內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)采用風(fēng)扇和交換管完成熱交換,工作時機柜風(fēng)扇吸收服務(wù)器背面排出的熱風(fēng),從回風(fēng)口送入盤管全熱交換器系統(tǒng)中冷卻,再將冷風(fēng)從送風(fēng)口送至服務(wù)器正面,灌入刀片服務(wù)器,依次循環(huán),以達(dá)到對服務(wù)器的散熱功能。封閉式水冷機柜散熱技術(shù)的可靠性較高,制冷系統(tǒng)效果較好,提高了服務(wù)器機柜內(nèi)部空氣循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用水平,單機柜制冷量最大可達(dá)30 kW,能基本滿足機柜內(nèi)高熱密度服務(wù)器的散熱要求,適用于高熱密度機房。

圖2 封閉式機柜水冷散熱技術(shù)

注:1指架空地板,2指冷空氣,3指服務(wù)器,4指熱空氣,5指冷卻水進(jìn)水管,6指回水管。

3.3 服務(wù)器CPU芯片散熱技術(shù)

 局部加裝散熱芯片也是服務(wù)器機柜散熱的重要技術(shù)手段。實踐證明造成服務(wù)器發(fā)熱的主要部件是芯片,且芯片使用效率和使用壽命主要受散熱處理技術(shù)的影響,在主要芯片部位加裝散熱裝置是十分必要的。采用CPU芯片高效散熱技術(shù),在主要芯片部位加裝散熱裝置,可以提高服務(wù)器機柜內(nèi)部器件的運行效率,增強散熱數(shù)據(jù)服務(wù)器散熱效果,進(jìn)一步發(fā)揮散熱系統(tǒng)的散熱作用,保護(hù)重要部件。目前,制約CPU芯片水冷散熱技術(shù)廣泛應(yīng)用的原因之一是芯片狹小的內(nèi)部空間無法滿足水冷技術(shù)循環(huán)對空間的較大需求,有學(xué)者提出利用翅柱式結(jié)構(gòu)散熱器解決這一問題,未來CPU芯片水冷散熱技術(shù)將更加成熟。

分析服務(wù)器機柜的散熱技術(shù)可知,服務(wù)器機柜散熱技術(shù)的應(yīng)用,加快了制冷循環(huán)過程,提高了制冷效率,解決了高熱密度機柜的散熱效率問題。主要優(yōu)點如下:一是實現(xiàn)了綠色環(huán)保功能,用水作為制冷劑,非常節(jié)能環(huán)保;二是服務(wù)器機柜具有較好可靠性,能提高散熱效果;三是能有效解決機房高密度散熱問題,制冷效率高。

4 機柜冷卻效率和冷卻的措施

伴隨著數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)高熱密度機柜數(shù)量的不斷增加,服務(wù)器機柜散熱技術(shù)應(yīng)用的重要性日益凸顯。以高熱密度機柜散熱要求為基礎(chǔ),對服務(wù)器機柜散熱技術(shù)的優(yōu)缺點進(jìn)行對比分析,優(yōu)化服務(wù)器機柜散熱工作方案,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)器機柜的節(jié)能降耗,提高機房運行的效率,還能合理調(diào)配資源,實現(xiàn)服務(wù)器機柜冷卻效果的提升。服務(wù)器機柜水冷制冷技術(shù)作為領(lǐng)域內(nèi)最新的研究成果,其適用性、實用性和優(yōu)越性十分突出,具備滿足當(dāng)前高熱密度機柜散熱要求的條件,可以應(yīng)用于服務(wù)器散熱系統(tǒng)。

在設(shè)計機房散熱方案時,要將節(jié)能高效作為目標(biāo)。機房散熱方案的核心是利用水循環(huán)產(chǎn)生冷氣,實現(xiàn)服務(wù)器機柜內(nèi)部空氣流通,完成熱空氣的排出和冷空氣的導(dǎo)入,降低服務(wù)器機柜溫度。為確保機柜冷卻效率和冷卻能力,需要在機房加裝內(nèi)部空調(diào)系統(tǒng),形成封閉式循環(huán)制冷系統(tǒng),建設(shè)良好的室內(nèi)空間環(huán)境。同時結(jié)合服務(wù)器工作場景,采用與之相匹配的服務(wù)器機柜散熱技術(shù),利用服務(wù)器機柜后部有限空間設(shè)計冷卻系統(tǒng),最大程度保障服務(wù)器正常運行。值得注意的是,由于水冷系統(tǒng)具有以水為介質(zhì)的自身特性,需要定時對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù),避免服務(wù)器機柜水源泄漏造成損害。

為實現(xiàn)機柜散熱器與機房空調(diào)系統(tǒng)的良好配合,需要對引入水冷散熱技術(shù)的服務(wù)器機柜所形成的制冷系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制,可以以內(nèi)部空調(diào)、溫控系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)為基礎(chǔ),引用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)打造智能化管控體系,應(yīng)用智能化管理手段監(jiān)測機柜散熱情況,一旦服務(wù)器溫度高于設(shè)定溫度立即觸發(fā)機房空調(diào)系統(tǒng)的運行,同時加快散熱系統(tǒng)的循環(huán)速度,將智能化、現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)器機柜,實現(xiàn)服務(wù)器機柜散熱的自動化和現(xiàn)代化。

5 結(jié) 語

本文對服務(wù)器水冷散熱技術(shù)進(jìn)行了梳理和分析,總結(jié)了不同服務(wù)器機柜水冷散熱技術(shù)適宜的應(yīng)用情境,并結(jié)合當(dāng)前高熱密度服務(wù)器散熱需求制訂了水冷機房設(shè)計方案,采用智能化管理技術(shù)平衡多重散熱措施,確保散熱系統(tǒng)穩(wěn)定運行,保證散熱效果。盡管目前水冷散熱技術(shù)可以基本上滿足機房散熱系統(tǒng)的技術(shù)需求,但未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)升級,服務(wù)器功能必將進(jìn)一步優(yōu)化,屆時服務(wù)器機柜散熱需求有可能會要求更高,因此關(guān)于服務(wù)器機柜散熱技術(shù)的探討應(yīng)進(jìn)一步深入。

本文標(biāo)題：服務(wù)器機柜散熱技術(shù)比較研究

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