机房散热解决方案

机房散热解决方案

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，数据中心冷却功耗占整体功耗高达45%-50%,节能减排成为重要的行业责任和机房建设的未来趋势。

为适应这一趋势，中兴提出了机房热管理方案，给机房内通讯设备提供一个安全可靠的运行环境，通过冷热气流合理分配，达到节能减排的目的。

3.1 目前机房散热现状

1)、精密空调系统弥漫推送冷气的方式

为了使局部高热区域降温，整个空调系统的温度往往需要调得很低。目前大多被设置为“强制制冷，25℃”或者是“自动，28℃启动”的工作模式，部分机房的空调甚至是全年开启，所以尽管了优化了冷热气流的组织形式，电能浪费现象依然较为普遍和严重。

优缺点

改善气流管理，机房散热能力有所改善；

全区域制冷降温, 机房制冷效率低下，无法达到绿色数据中心的PUE值标准

无法满足中,高密度机柜的制冷需求,出现大量局部热点；造成机房空间利用率降低。

2)、智能新风系统

机房新风系统是通过对机房建筑的简单改造，以智能逻辑控制的通风系统，充分利用机房内部外部环境温差，实现机房内外部冷热空气的直接交换而自然降温，并通过联动控制机房空调的运行状态，达到减少机房空调运行时间，降低机房空调能耗的目的。

优缺点

直接利用自然冷风，热交换效率高，节能效果显著

引起机房内空气洁净度下降，设备因灰尘、静电、湿度等故障增多

3)、智能热交换器系统

热交换器在完全隔离内外空气的前提下,利用外界冷源,对内部环境进行冷却,达到减少空调运行时间以实现节能的目的。

优缺点

室内外空气不接触,仅热交换,保持洁净度不下降热，湿度不变

换热效率不高，对于在温度超过15度地区没效果

3.2 中兴机房热管理方案

3.2.1 高热密度制冷方案

高热密密制冷方案：热源直接冷却，杜绝热流紊乱；此方式灵活，易于改造和维护，满足主流标准机柜。

解决方案

一体化冷却机柜---高密度散热解决方案

在传统的数据机房制冷系统条件下，机柜热密度一般在2到3KW/机柜，很多机房的机柜只能放几个服务器，以此来降低单个机柜的热负荷，但这又造成了机柜利用率的降低。为了使单个机柜支持更高的热密度（20到25KW/机架），中兴新提出一体化冷却机柜—高密度散热解决方案，即利用“水冷门”的辅助散热方案

中兴一体化冷却机柜“水冷门”方案原理图

中兴一体化冷却机柜“水冷门”方案示意图

中兴一体化冷却机柜的原理是，把冷水送达到液体冷却柜。先用柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中，用内部水管制冷热风，然后将冷风吹到服务器前部，而热水再回流到室外的循环制冷设备，通过这一过程不断循环达到制冷效果。

中兴新的已提出冷却机柜系统采用的冷水配送中心特有的逻辑控制系统可以实现自然冷却系统和空调水冷却系统的控制切换。根据产品的应用场景或者是气候的变换情况，自行选择自然冷却或者是空调冷水冷却，进一步的优化配置，实现最佳的节能效果。‘Freecooling’(自然冷却系统)。液冷系统的进水口温度需要低于15摄氏度，而当环境温度低于15摄氏度，就可以不需要通过循环制冷设备来制冷液体，仅仅用自然冷量制冷即可。

以上海为例，每年至少有三个月的环境温度低于15摄氏度，也就是说每年有约四分之一的时间可以“天然制冷”，总体而言，相对于传统制冷设备节能30%。

方案优点：

(1)、节约电能

实现数据中心散热系统节能50%以上

(2)、提升机房空间率用率，节约机房面积

机柜可以连续紧密放置，每机柜占地面积可降低到2平方米以下，可将现有设备密度提高9倍以上，将大大节省昂贵的机房资源

(3)、降低数据机房噪音

噪音从95分贝下降到65分贝以下

(4)、实现机房智能热控

采用一套智能热控系统实现设备的处理能力、耗能、温度的协同控制

方案具体实现办法

中兴水冷背板的优点：

1)、易于改造和维护，只需更换原有的后门即可，满足目前所有主流标准机柜；

2)、高制冷量—按照20kW设计，充分考虑机柜服务器情况，满足低风量，低风阻特点

3)、无噪音，并且不增加机柜内部热量，只需要6—10台机柜共用一个冷水传送控制器；

3.2.2 机房空调系统与热交换器联动方案

原理：基于热交换器的工作原理，采用热交换器与空调联动方案，通过热交换器对机房的热空气进行预降温处理再送回机房内部，减少空调运行负荷，降低机房制冷设备的电耗。

机房空调系统与热交换器联动方案示意图

热交换器性能特点：热交换机自带智能控制系统，可以与机房现有空调系统进行联动，实现全自动化操作，其控制原理图见图2.1。全中文大屏幕LCD背光显示，精确的微电脑控制系统，人性化的操作界面，具备运行状态智能显示、密码保护、故障诊断功能；设置参数自动保护，即使停电后也可以保存运行参数和告警记录并具备来电自启动功能，留有RS485/232通讯接口。没有过滤网，平时不必清洗，维护量小，运行维护费用低

热交换器智能控制系统原理图

a、当热交换器智能控制系统检测到机房外部温度降到设定的智能热交换器运行温度时，系统自动调节空调，减少空调的负荷，同时运行热交换器，并且热交换器风扇具备在一定温度范围内自动调速功能，能有效实现节能降耗；

b、热交换器具备自检按钮。开启后，内外循环风扇全速转，热交换器能自动检测内循环风机、外循环风机、控制板等关键器件的工作状态。检测完毕自动停止，恢复到自检前的工作状态。

c、故障诊断告警。热交换器如果没有电源输入，或者内循环风机、外循环风机、电路板等发生故障，则输出告警信号。同时提供火警、高温报警等多种报警信号的输出，及时迅速发现问题，避免基站环境对设备运行造成的影响。

d、当机房内空调发生故障时，热交换器作为应急散热方式自动启动，并发出告警信号。

机房空调与热交换器联合使用的优点及效益

热交换器在冬季可以完全代替空调制冷，降低了机房制冷设备的电耗；同时减少了空调运行时间，延长了空调的使用寿命；在断电、空调故障时，可作为应急备用设备使用，最大限度地保障了通讯设备的安全可靠运行

热交换器全年适用性分布图