高密度機房散熱技術綜述

鄭佩

【摘要】 本文從專利文獻的視角對機房散熱系統的發展進行了全面的統計分析，介紹了機房散熱系統設計的重點技術分支及其發展歷程。

【關鍵字】 機房 散熱 制冷

一、 引言

機房，即互聯網數據中心，其為互聯網內容提供商、企業、媒體和各類網站提供大規模、高質量、安全可靠的專業化服務器托管以及ASP、EC等業務。機房中存放著高密度的服務器機柜，由于大量服務器設備以堆棧或并排方式設置在機柜中，隨著電子設備的工作溫度提高，機柜和機房的溫度也會持續上升，如果這些熱量不能有效轉移，將會嚴重影響服務器的正常工作。

二、 機房散熱技術分支

本文通過對機房散熱專利文獻的解讀和梳理，可以發現機房散熱的技術主要在于：機房散熱設計、機柜散熱設計、智能控制、節能。

2.1 機房散熱設計

針對機房整體的散熱設計又分為機房風道設計和機房制冷設備設計。

機房風道設計的原理簡單來說就是將冷空氣和熱空氣隔絕，避免冷熱空氣混合影響冷卻空氣的冷卻效率，主要有兩種代表方式：

公告號為CN102883579A的專利申請的主要思想是通過設置管道將機房中每個機架的熱空氣收集起來導出到室外；

公告號為CN104010478A的專利申請將兩機柜之間作為冷通道，兩機柜另一側形成熱通道，冷空氣從機房底部進入冷通道，熱空氣進入機房天花板。

機房中制冷設備與機柜的合理布置卻是決定冷熱空氣路徑長短，影響冷卻效率的一個重點所在。

一種方式是將機房分為上部的機柜空間和位于機房地板下部的制冷設備空間，同時利用機房地板下的空間作為靜壓腔。

另一種方式是將適量數目的制冷設備與機柜設為一組，制冷設備與機柜間隔設置，送風路徑最短。

2.2 機柜散熱設計

機柜的散熱設計同樣包含對機柜內風道的設計和對機柜內的制冷設備的設計。

機柜風道最常見的是在機柜的柜體上開設通風孔，一側開設冷空氣進風口，另一側開設熱空氣出風口，可以基本實現服務器的散熱。但為了使機柜內部的散熱更加有效，通常會在上述基礎上進一步改進。將機柜內部設置送風區、熱交換區、回風區以對各不同溫區進行劃分；利用電子設備和導流板對冷空氣進行引導以設置最適宜的熱交換路徑等方式都已經比較普遍。

機柜內制冷設備的一種直接方式將液冷散熱器安裝在元件單板內，實現到點的熱處理；或是在網絡機柜的下方設置機柜空調；近年來出現了更為有效的散熱方式，即直接將機柜內的自成體系的電腦系統浸沒在絕緣冷卻液中。利用機柜制冷設備的冷卻效果是明顯的，不過也在一定程度上增加了機柜的冗余度。

2.3 智能控制

在機房散熱系統中，一方面需要平衡制冷量和散熱量的平衡，既要避免通信設備過熱又要避免過度浪費電能，另一方面考慮到機柜內電子設備不同，發熱量不一樣，機房內的熱點也不是平均分布的，為此，專利申請人將智能控制系統引入到機房散熱監控中來，以實現機房散熱的智能化管理和控制。

最常用的是采用溫度傳感器收集設備的溫度信號，或是熱交換后的空氣溫度，進風量，等等。

2.4 節能

機房本身就是一個巨大的能耗體，為其散熱的制冷設備無疑將會大大增加機房的總體能耗。因此，在設計機房散熱方案的同時，將節能作為目標之一也是十分重要的。

常見的兩種方式有：利用溫度較低的自然冷源來冷卻機房，因地制宜，有效地降低機房的能耗；在機房冷卻系統具有兩套冷卻設備，一套是常規的冷卻液冷卻設備，另一套則利用室外的冷卻空氣作為冷卻劑，當室外溫度在某個特定值之下或者室外溫度與室內溫度的差值大于某個特定值時，采用室外冷空氣冷卻電子設備。在室外氣溫較低的冬季，這種組合冷卻裝置也能有效降低能耗。

三、 結束語

本文針梳理了機房散熱的各個主要技術分支及相關技術分支下的代表專利技術，為從業人員的技術發展布局提供了參考。

參 考 文 獻

[1]李雄文，機房空調合理安裝與控制對散熱及節能的影響[J].智能建筑與城市信息，2010（07）

[2]沈恒，高熱密度數據中心機房散熱影響因素的研究，東華大學，2012