大型自動(dòng)化機(jī)房屏蔽機(jī)柜散熱及遠(yuǎn)程監(jiān)測的設(shè)計(jì)與測試

黃偲

（中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院網(wǎng)絡(luò)信息分公司，廣州 510663）

大型自動(dòng)化機(jī)房屏蔽機(jī)柜散熱及遠(yuǎn)程監(jiān)測的設(shè)計(jì)與測試

黃偲

（中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院網(wǎng)絡(luò)信息分公司，廣州 510663）

根據(jù)某大型自動(dòng)化機(jī)房屏蔽機(jī)柜的功能和構(gòu)造，選擇機(jī)柜頂部和底部風(fēng)扇式散熱。機(jī)柜內(nèi)擬安裝的五臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行三種工況的散熱風(fēng)扇設(shè)計(jì)及測試。最終確定屏蔽機(jī)柜頂部和底部各安裝兩把轉(zhuǎn)速為2600r/min、單把排風(fēng)量達(dá)450CFM的風(fēng)扇，機(jī)柜底部導(dǎo)流罩面積為0.28m2、高度為5U。并實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇運(yùn)作狀態(tài)和排風(fēng)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測，從而確保機(jī)柜內(nèi)各服務(wù)器的正常工作。

屏蔽機(jī)柜；散熱；遠(yuǎn)程監(jiān)測

0 引言

信息化時(shí)代，各類信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸交換系統(tǒng)的抗干擾、計(jì)算機(jī)電磁信息防泄漏，乃至電磁波對(duì)人體的防傷害，屏蔽機(jī)柜得到廣泛應(yīng)用。而全密閉全金屬的屏蔽機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備的散熱，成為設(shè)計(jì)的突出問題。目前常用的散熱方式有風(fēng)冷、水冷和被動(dòng)散熱等。其中，被動(dòng)式散熱性能較低且制作工藝限制多；水冷散熱產(chǎn)品價(jià)格較高，安裝復(fù)雜，其他諸如液氮、干冰等不實(shí)用。風(fēng)冷式散熱性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、安裝簡易。

目前屏蔽機(jī)柜行業(yè)內(nèi)單臺(tái)板樣機(jī)柜配置的散熱系統(tǒng)一般熱耗為1.5KW至2.2KW。考慮到本大型自動(dòng)化機(jī)房的特殊需要，每臺(tái)屏蔽機(jī)柜內(nèi)需安裝五臺(tái)服務(wù)器，熱耗約為4KW，散熱問題需要與屏蔽機(jī)柜整體設(shè)計(jì)相結(jié)合，定制特殊的散熱排風(fēng)風(fēng)機(jī)，直接安裝在機(jī)柜外面的頂部和底部。經(jīng)過三種工況的反復(fù)設(shè)計(jì)和測試，基本滿足有關(guān)散熱指標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測。

1 屏蔽機(jī)柜樣機(jī)散熱測試

屏蔽機(jī)柜廠方提供的樣機(jī)頂部和底部各配置二把送排風(fēng)風(fēng)扇，轉(zhuǎn)速為2200r/min，濾波窗半徑約為0.1514m（面積約為0.072m2），進(jìn)風(fēng)口設(shè)置面積約為0.112m2的矩形導(dǎo)流罩。設(shè)定機(jī)房地板送風(fēng)風(fēng)速為0.8～1.0 m/s。經(jīng)機(jī)柜底部導(dǎo)流罩的風(fēng)速約為0.8～2.0m/s。經(jīng)機(jī)柜頂部濾波窗的排風(fēng)風(fēng)速約為4.0m/s。總排風(fēng)量約為360CFM,機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度約為16℃。

1.1 第一次測試：樣板機(jī)柜測試

四臺(tái)服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行15分鐘，機(jī)柜內(nèi)送風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)扇同時(shí)啟動(dòng)，機(jī)柜內(nèi)溫度急升至34℃。初步分析判斷，原因是屏蔽機(jī)柜內(nèi)部排風(fēng)量過小，擬更換散熱風(fēng)扇。

1.2 第二次測試：更換散熱風(fēng)扇

將轉(zhuǎn)速為2200 r/min的送風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)扇更換為轉(zhuǎn)速為2600 r/min。此時(shí)機(jī)柜內(nèi)的總排風(fēng)量可達(dá)550CFM。對(duì)機(jī)柜內(nèi)進(jìn)風(fēng)溫度同為16℃，分別同時(shí)運(yùn)行2臺(tái)、3臺(tái)和4臺(tái)服務(wù)器，30分鐘后的測得的機(jī)柜內(nèi)溫度分別達(dá)到25℃、29.7℃和32.9℃。測試數(shù)據(jù)顯示，上述散熱系統(tǒng)無法滿足本信息中心機(jī)房屏蔽機(jī)柜內(nèi)配置五臺(tái)服務(wù)器的散熱要求。

2 定制特殊散熱排風(fēng)系統(tǒng)及測試

相對(duì)準(zhǔn)確確定本屏蔽機(jī)柜的散熱排風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)量與機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器功耗的關(guān)系是重要因素，工程技術(shù)工作者進(jìn)行了系列研究和試驗(yàn)（見文獻(xiàn)1～3）。對(duì)機(jī)柜出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口的溫度差滿足≤15℃，機(jī)柜最小送風(fēng)量可按如下經(jīng)驗(yàn)公式（見文獻(xiàn)（1））計(jì)算。

其中，P是機(jī)柜功耗，單位是w，Cp是空氣的比熱容，單位是KJ/kg℃，ρ是空氣的密度，單位是kg m3，Δt是機(jī)柜出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口的溫度差，可取為15℃。當(dāng)機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度為25℃時(shí)，上式可簡化為：

由式（2）列出單機(jī)柜送風(fēng)量與功耗關(guān)系如表1。

參考上述兩次測試結(jié)果、有關(guān)文獻(xiàn)及表1，對(duì)機(jī)柜散熱系統(tǒng)采取三方面的改進(jìn)。其一是加大機(jī)房地板的送風(fēng)量，將原來的0.8～1.0 m/s的送風(fēng)速度提高至2.5 m/s。機(jī)柜底部地板通風(fēng)率達(dá)50%以上；其二是加大機(jī)柜底部導(dǎo)流罩面積，由原來的0.112m2增大至0.128m2，同時(shí)提高導(dǎo)流罩的高度，由原來的4U提高至5U；其三，更換送排風(fēng)風(fēng)扇，使單把排（送）風(fēng)量達(dá)450CFM。將定制特殊散熱排風(fēng)風(fēng)扇直接安裝在機(jī)柜外面的頂部，如下圖1所示。機(jī)柜正面圖如圖2所示。機(jī)柜底部和頂部的濾波窗拆除示意圖分別見圖3和圖4。

為了確定其可靠性，進(jìn)行第三次測試：屏蔽機(jī)柜內(nèi)全部配齊五臺(tái)服務(wù)器，自上而下第一、第二和第五臺(tái)服務(wù)器空載、第三和第四臺(tái)負(fù)載情況下運(yùn)行。總運(yùn)行功率約為4kw，屏蔽機(jī)柜內(nèi)部的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，機(jī)房底部模擬實(shí)際使用環(huán)境，去除靜電地板送風(fēng)0.8～1.0 m/s分速，經(jīng)過屏蔽機(jī)柜內(nèi)部導(dǎo)流罩的風(fēng)速為4.0 m/s，經(jīng)過機(jī)柜頂部濾波窗平均排風(fēng)風(fēng)速是4.0 m/s，機(jī)柜頂部濾波窗面積約為0.072m2。經(jīng)5小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，機(jī)柜內(nèi)溫度保持31℃～32.5℃之間。隨后連續(xù)經(jīng)過連續(xù)5天的運(yùn)行和監(jiān)測，其間，除第二天出現(xiàn)小于1℃的波動(dòng)外，其余時(shí)間機(jī)柜內(nèi)溫度都保持在31℃至32.5℃的范圍。地址PDU1和PDU2顯示的溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線記錄分別如圖5、圖6所示。

圖1 柜頂風(fēng)扇示意圖

圖2 機(jī)柜正面

圖3 底部濾波窗拆除效果圖

圖4 頂部濾波窗拆除效果圖

圖5 地址PDU1顯示的溫度與時(shí)間關(guān)系曲線

圖6 地址PDU2顯示的溫度與時(shí)間關(guān)系曲線

3 機(jī)柜散熱及遠(yuǎn)程監(jiān)測方案的確定

經(jīng)過機(jī)柜廠方及用戶商量認(rèn)為上述散熱系統(tǒng)基本可行，用戶可根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)節(jié)各服務(wù)器的工況。

關(guān)于遠(yuǎn)程監(jiān)測，主要是風(fēng)扇運(yùn)作狀態(tài)、風(fēng)量及機(jī)柜內(nèi)溫度的監(jiān)測。由于風(fēng)扇直接由機(jī)柜PDU電源供電，各風(fēng)扇配置獨(dú)立開關(guān)，可根據(jù)服務(wù)器上架情況決定停止或運(yùn)行風(fēng)扇。RA485D對(duì)外通信采集的通信端口由機(jī)柜PDU電源提供。風(fēng)扇的運(yùn)作狀態(tài)可直接由動(dòng)環(huán)通過監(jiān)測PDU電源的工作狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，若發(fā)現(xiàn)PDU電源斷電則馬上啟動(dòng)告警程序。機(jī)柜內(nèi)風(fēng)量監(jiān)測則由出風(fēng)口處安裝的風(fēng)速儀，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器對(duì)外提供TCP/IP通信端口，動(dòng)環(huán)通過采集風(fēng)扇的風(fēng)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，若風(fēng)速低于設(shè)定值則立刻啟動(dòng)告警程序。監(jiān)測系統(tǒng)示意如圖7。

圖7 監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語

限于篇幅，動(dòng)環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)不贅述。

[1]福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司.通信機(jī)房、數(shù)據(jù)中心精確送風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范書[M]，2010.8.

[2]陳婷.數(shù)據(jù)機(jī)房精確送風(fēng)方式的應(yīng)用研究[M].南京師范大學(xué)，2014.6.

[3]李燦.基于IDC機(jī)房中機(jī)柜精確送風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)用探析[J].華東科技:學(xué)術(shù)版，2016（3）：435-435.

Design and Test of Heat Radiation and Remote Monitoring of Shielded Enclosure in Large Automatic Computer Room
HUANG Cai

（Network&Telecommunication Division,China Energy Construction Group，Guangdong Electric Power Design&Research Institute, Guangzhou 510663）

According to the function and structure of the shield cabinet of a large automatic computer room KDP-A.Select cabinet top and bottom fan cooling.Design and test of cooling fan for three working conditions of five servers to be installed in the cabinets.The final determination of the top and bottom of the shielding cabinet each installation of two the rotational speed is 2600r/min and fan air volume to achieve 450CFM a single.And the area of the bottom of the cabinet is 0.28 m2.And Height is 5U.And realize the remote monitoring of fan operation status and exhaust air volume.And the normal operation of the server in the cabinet is ensured.

KDP-A;Heat Radiation;Remote Monitoring

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.11172334）

1007-1423（2016）35-0026-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.35.005

黃偲（1983－），男，廣東湛江人，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娮油ㄐ?/p>

2016-11-17

2016-11-28