机柜服务器内因对热管背板换热性能的影响分析.pdf
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1、0引言 据统计,目前国内大型互联网数据中心(IDC)机 房内高密度机柜不断增加, 设备的集成度越来越高, 机房普遍存在发热量大、局部过热严重、耗电量大等 问题,散热已成为 IDC 机房的主要难题,严重威胁机 房设备的安全运行1-2。 近年来,研发出一种适用于机柜服务器的热管背 板产品,具有直接针对热源、解决局部热点、无电力需 求、无水引入机房内、运行无噪音、安全环保等特点。 田浩等人通过实验测试指出,将热管换热器应用在只 有显热传递的信息机房中, 全年节能率可达 40% 50%3;陈明等人指出,热管技术应用于信息机房有很 好的节能前景,同时,具有鲜明的环保特性,可以更好 地保障机房设备可靠运行
2、4。 鉴于热管背板技术的以 上优点,本文通过试验测试分析了机房机柜服务器内 因对热管背板换热性能的影响,以此探讨热管背板在 数据机房应用的可靠性。 1测试装置 为能准确分析机柜服务器内因对热管背板换热 性能的影响,采用 1:1 服务器机柜并在内部均布 7 个 模拟服务器(热负荷可调节,最小调节量为 0.5 kW,内 置旋钮调节轴流风扇),配套安装 1:1 热管背板,通过 系统管路、阀门等与冷媒冷凝单元连接组成热管背板 空调系统。 整套机柜设备安装于焓差实验室内进行换 热性能测试,图 1 为装置示意图。 测试采用名义换热量为 7kW 的热管背板, 配置 满足负荷需求的冷媒冷凝单元,为保证测试过程
3、机柜 服务器外部因素对热管背板换热无影响,要求冷媒冷 凝单元冷冻水供水温度、流量不变,机柜进风干湿球 温度(焓差实验室环境温度)设定为 23 /17 5。 2测试分析 机柜服务器常见的内因主要有机柜内部热负荷分 布不均、机柜热负荷不同、机柜循环风量不同和机柜循 环风量不均等, 本文就以上 4 点内因分别进行测试分 析,为热管背板产品在机柜服务器上的应用提供参考。 机柜服务器内因对热管背板换热性能的影响分析 孙永才 1, 李敏华 1, 欧阳惕 1, 王鹏 2, 李秀余 2 (1. 广东申菱空调设备有限公司,广东佛山528313;2. 华为技术有限公司,广东深圳518129) 摘要:鉴于热管背板的
4、节能、安全可靠等优点,通过实验测试分析机柜服务器内因对机柜热管背板换 热性能的影响。分析得出机柜内部热负荷和循环风量的不均分布,对热管背板换热性能有较明 显影响,而机柜各部位的热负荷均匀性增加和循环风量一致性变化,对热管背板换热性能影响 较小。 关键词:换热性能;内因;热管背板;机柜服务器;分析 中图分类号:TU831文献标志码:A文章编号:1673-7237(2014)01-0014-04 Heat Exchange Performance of the Heat Pipe Backplane Influenced by Rack Servers Internal Factors SUN Y
5、ong-cai 1, LI Min-hua1, OUYANG Ti1, WANG Peng2, LI Xiu-yu2 (1.Guangdong Shenling Air-conditioning Equipment Co., Ltd., Foshan 528313, Guangdong, China; 2.Huawei Technologies Co., Ltd., Shenzhen 518129, Guangdong, China) Abstract: The heat pipe backplane are energy saving, safe and reliable. The expe
6、rimental test is adopted to analyze the performance of heat pipe backplane that influenced by rack servers internal factors. The influence of uneven distribution heat load and circulating air volume inside the rack server is obvious ly to heat pipe backplane heat transfer performance, but the perfor
7、mance of heat pipe backplane is little affected when the heat load increased evenly and the circulating air volume changes are consistent in every section of the rack server. Keywords: heat exchange capacity; internal factors; heat pipe backplane; rack server; analysis 收稿日期:2013-09-16;修回日期:2013-10-0
8、8 建筑节能 doi:10.3969/j.issn.1673-7237.2014.01.004 暖通与空调2014 年第 1 期(总第 42 卷第 275 期) 14 表 1热负荷分布不均时热管背板的换热量 Table 1 The heat exchange capacity of the heat pipe backplane under the heat load uneven distribution 图 1测试装置示意图和服务器机柜图 Fig.1 The schematic of the testing device and rack server 2.1机柜内部热负荷分布不均 在外部
9、因素设定的基础上,调节机柜内各模拟服 务器风扇旋钮使得后台风量读数为 1 750 m3/h (出风 静压为 0 Pa),要求各旋钮开度保持一致。 在满足模拟 服务器总负荷 7 kW 的前提下, 调节各模拟服务器负 载组成不同形式热负荷分布,进而分析机柜内部热负 荷分布不均对热管背板换热性能的影响。 运行稳定 后,通过焓差实验室导出不同组合形式热管背板的换 热量,测试数据见表 1。 从表 1 测试数据可见,机柜内热负荷分布不同对 热管背板的换热性能有一定影响。 热负荷均匀分布时 换热量为 6.717 kW,达到设计换热量的 96.0%;当侧 重中部分布时, 热管背板换热量达到设计值的 93.4%
10、;当侧重底部或顶部分布时,换热量仅达到设计 值的 84.6%和 82.0%。 换热量的不同与背板换热管内 制冷剂的相变有关,系统正常运行时,单根换热管内 底部是饱和液态制冷剂, 中部和中上部是相变区,而 顶部为蒸发后的气态制冷剂,当相同温度的热空气流 经换热管时,相变区吸热量相对最大,气相区换热量 相对最小。 另外,系统运行中,热管背板制冷剂液管进 口管温度均约 12 ,故即使是 23 的环境送风流经 热管背板时同样会发生热交换。 可见, 热管背板运行时, 各部位换热能力为:中 部中上部底部顶部; 机柜内服务器摆置时,尽 可能按负荷大小均匀分布;当无法均匀分布时,应将 发热量较大的服务器优先安
11、置于机柜中部,发热量较 小的服务器安置于机柜顶部,以充分发挥热管背板换 热能力。 2.2机柜内部热负荷不同 在上一项测试的基础上,保持各模拟服务器风扇 旋钮开度不变,调节热负荷开关组成不同热负荷组合 (尽量均匀分布调节), 通过焓差实验室导出各工况下 冷冻水回水 冷冻水供水 焓差实验室 机房机柜 制冷剂气管 制冷剂液管 23 回风 23 机柜 进风 热 管 背 板 温度测点 后 台 测 试 设 备 回 风 处 理 单 元 冷 媒 冷 凝 单 元 模拟服务器 1 模拟服务器 2 模拟服务器 3 模拟服务器 4 模拟服务器 5 模拟服务器 6 模拟服务器 7 孙永才,等:机柜服务器内因对热管背板换
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