一种数据机房散热方式节能解决方案

孙铁柱 毛 彬

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（1.西安工程大学 西安 710048；2.西安品汇环保设备有限公司 西安 710048）

【摘 要】 目前机房服务器内部的热量是直接排到机房内，然后再由机房空调承担这些热量转变的冷负荷，

存在热量排放不合理和能源浪费问题。针对该问题提出了一种机房冷却节能解决方案，即空调制冷+导热排风，利用新型自泄压热管散热器，将机房服务器其内部热量及时导出，然后再由排风系统直接将热量排出室外，而不是排到室内，从而降低室内空调的冷负荷，减少机房空调的能耗，达到节能减排的效果。

【关键词】 自泄压热管；换热器；节能；排风系统 中图分类号 TU831.6 文献标识码 B

One Total Solution of Energy Saving for Data Central Room Heat Dissipation

Sun Tiezhu1 Mao Bin2

( 1.Xi’an Polytechnic University, Xi’an, 710048;

2.Xi’an Quality Club Environmental Protection Equipment Co., Ltd, Xi’an, 710048 )

【Abstract】 The heat coming from the server is directly into the room, and then the all heat is discharged by air conditioning, the heat emission way is not reasonable and the energy waste. So the energy saving solutions is proposed in this paper for data central room heat dissipation, that is air conditioning refrigeration - thermal exhaust. The heat is discharged from the server in time by new type automatic pressure release heat pipe radiator, and emitted directly outside by the exhaust system, rather than into the data central room, thus reducing indoor air conditioning cooling load, reduce the room of air conditioning energy consumption, to achieve the effect of energy conservation and emissions reduction.

【Keywords】 automatic pressure release heat pipe; heat exchanger; energy saving; exhaust system

0 引言

随着通信业的高速发展，网络核心设备、动力系统、机房设备等能耗占社会总能耗比重越来越大。数据中心的空调负荷特性决定了其能耗水平与常规建筑不同。美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的一项测试表明，一般商业建筑能耗为50-110W/m2，而数据中心的能耗为120-940W/m2，数据中心空调能耗占整体功耗约40%，是降低能源消耗的关键，具有很大的节能潜力[1-3]。

根据2015年3月23日工信部联合国能源局、 国家机关事务管理局发布的《国家绿色数据中心试点工作方案》（工信部联节[2015]82号），指出我国数据中心发展迅猛，总量已超过40万个，年耗电量超过全社会用电量的1.5%，其中大多数数据中心的平均电能使用率（PUE＝数据中心总能耗／IT设备能耗）仍普遍大于2.2，而目前美国数据中心平均PUE值已达1.9，先进数据中心PUE已达到1.2，我国数据中心能效水平与国际先进水平相比有较大差距[4-9]。

对企业而言，数据中心电费已成为很大一笔开

作者（通讯作者）简介：孙铁柱（1986-），男，在职博士，讲师，E-mail：suntiezhu66@163.com 收稿日期：2017-05-08

第32卷第1期 孙铁柱，等：一种数据机房散热方式节能解决方案 ·69·

支，大幅侵蚀企业的经营利润。如中国联通2012年营业收入407亿美元，利润仅为12亿美元，但其电费开支却高达17亿美元。

节能减排成为重要的行业责任和机房建设的未来趋势。本文主要针对数据机房的以下两个问题提出了一种节能解决方案。

（1）机柜散热一直是数据中心重视的问题，如果设备过热会给设备造成无法弥补的损害，造成数据中心数据丢失无法恢复等严重问题，有的机房服务器内的热量不能及时散出，导致服务器工作效率不高，甚至不能正常工作。

（2）机房内的散热设备主要是服务器，而机房服务器所产生的热量先散到房间，然后再由机房空调将热量消除，这样将会增加机房空调的冷负荷，增加空调耗电量。而且如果机房空调不能及时排出热量，机房温度会越来越高。如果能将服务器内CPU等部件产生的热量不排在机房内，而直接排到室外，将会大大降低机房空调冷负荷，从而降低空调的耗电量。不仅节约电费，而且符合国家节能减排。

因此，本文提出了一种机房冷却节能解决方案，是在机房空调冷量不变的前提下，增加导热排风系统，该系统核心是新型自泄压热管散热器，通过该散热器将服务器内部CPU、显卡的热量导出，然后再由排风系统直接将热量排出室外，而不是排到室内，从而降低室内空调的冷负荷，减少机房空调的能耗，达到节能减排的效果。

1 服务器用自泄压热管换热器工作原理

服务器用自泄压热管换热器采用自泄压热管技术（“一种自泄压热管”专利号：201520347677.2），运用自泄压热管的自泄压散热原理，结合翅片和风扇的散热手段，保证了热管始终处在高速导热工作状态，该技术已经取得国家知识产权局实用新型专利和外观设计专利证书（专利号：ZL201620661501.9，ZL2016302098.7）。如图1所示，上部分为自泄压热管，下部分是普通热管，普通热管起吸收热量和传输热量的功能，普通热管的冷凝端①与自泄压热管的蒸发端③相连接，自泄压热管吸收普通热管的热量并通过翅片散热，由于自泄压热管的蒸发端与普通热管冷凝端接触并进行热量传递，两者的温度接近（该温度不高与

自泄压热管内工质的相变温度），普通热管的蒸发端与发热点温度一致，因此，普通热管的蒸发端与冷凝端的温度不一致，普通热管内部不会出现过热饱和现象，所以普通热管始终处在高速热量传递状态，自泄压热管将吸收的热量通过翅片，在风扇的作用下加速热量散发。

图1 服务器用自泄压热管换热器结构简图 Fig.1 The simplified diagram of the automatic pressure

release heat pipe heat exchanger for the server

如图2所示服务器用自泄压热管换热器，冷凝端可分为多个自泄压热管（4～10根）组成，自泄压热管组的蒸发端可根据需要设置多个与服务器内部散热部件相连接吸热，冷凝端与蒸发端采用小直径紫铜管连接。紫铜管能弯曲，长度可根据CPU、显卡的具体位置需要确定，能够满足各类机箱的电脑、服务器使用。

图2 服务器用自泄压热管换热器成品三维图 Fig.2 The three dimensional figure of the automatic pressure release heat pipe heat exchanger for the server

2 服务器热量排放方案

本方案不仅可解决热量从服务器中散不出的问题，而且将热量直接排出室外降低机房空调的能耗而节能。主要分两步实施，首先将热量从服务器内部导出，然后再将每个服务器的热量通过排风管

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道排到室外。

2.1 将热量从服务器内部导出

在服务器中安装自泄压热管换热器，将自泄压热管换热器的蒸发端与服务器内部CPU、显卡等散热部件连接，将热量及时导到冷凝端散热，如图3所示。冷凝端集中安装在机柜一侧或者顶部，便于连接管道。

图3 自泄压热管散热器从服务器内导热示意图 Fig.3 The Internal heat conduction schematic of the automatic

pressure release heat pipe heat exchanger for the server

2.2 将热量直接从服务器排到室外

如图4所示，将服务器内部的热量导到服务器一侧或顶部，然后由风管直接与每个服务器的散热端连接将热量直接排到室外，可大大减少空调负荷，减少耗电量，节约运行成本。

根据机房的特点和所处位置，可以采用不同的排风管布置形式。如图4所示，通过排风管与每个服务器的散热端通过软管连接，将每个服务器的热量抽走，然后从房顶集中排走或者分别排到室外。

图4 机房排风系统示意图

Fig.4 The exhaust system of data central room

2.3 方案的优点

（1）利用新型自泄压热管散热器可以将服务器内部热量及时导出，不至于热量排不出致使服务器温度过高而停机。目前服务器采用的散热方式，散热效率低下，

而此自泄压热管散热器导热率至少

提高10%。

（2）将服务器产生的热量部分或者全部直接排到室外，不再排在机房内，可以降低空调的冷负荷，降低能耗。目前机房服务器对机房空调的依赖很强，如果机房内温度控制的稍高，服务器内部温度就会增高，热量不能及时排出。而本方案是直接将服务器的热量排到室外，一不增加机房内空调负荷，二不容易使热量积聚在机房内。

（3）机房扩容不需要再增加空调负荷，同容量机房改造可降低空调能耗。本方案是将服务器内部热量直接排到室外，将大大降低空调的冷负荷，机房扩容不需要增加空调设备，同容量机房按照方案改造后可以减少空调的耗电量。

（4）机房改造成本低，施工周期短。

3 结束语

本文为机房散热方式提出了一种节能散热方案，在现有的空调系统基础上增加一套导热排风系统，利用新型自泄压热管散热器，将该散热器应用到机房服务器将内部热量导出，然后再由排风系统直接将热量排出室外，而不是排到室内，从而降低室内空调的冷负荷，减少机房空调的能耗，达到节能减排的效果。 参考文献：

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