2023年7月11日发(作者：)

热管背板空调在某数据机房的实际应用分析发表时间：2021-01-07T07:25:31.334Z 来源：《防护工程》2020年28期 作者： 仝令川[导读] 随着通信行业的发展，社会信息化程度的不断提高，无论是通信运营还是政府、企业等均需要建设大量的数据中心。身份证号码:41XXXX 河南 郑州 450000 摘要：近些年，我国的科学技术不断进步，现阶段，热管背板空调分散布置，贴附于通信机架的背部，直接冷却服务器排出的热风。论文以某数据机房为研究对象，通过CFD模拟分析，将热管背板空调与水冷型列间空调的温度场、气流组织进行对比，并对实际应用中的运行节能、安全等进行分析。 关键词：数据机房；热管背板空调；CFD模拟；节能

引言 随着通信行业的发展，社会信息化程度的不断提高，无论是通信运营还是政府、企业等均需要建设大量的数据中心。数据中心是保障信息传输与信息存储安全的集成技术平台，在互联网迅猛发展的今天，数据中心显得尤为重要。此外，由于IT设备、通信设备和UPS等全年不间断运行，数据中心中的设备会产生大量的热量，为了防止设备过热发生损坏，传统机房空调采用单一的蒸气压缩制冷技术进行温度控制。但是，由于数据中心机房空调具有全天候运行的特点，在设备能耗中，空调的能耗占总能耗的45%左右。尤其是在北方或冬季，由于室外温度远低于室内温度，压缩机往往需要消耗更大的功率才能达到理想的制冷效果，这进一步增加了数据中心的耗电量。当室外环境温度低于一定温度时，若机械制冷辅以自然冷量直接或间接利用，缩短蒸气压缩制冷机组的运行时间，节能的同时可延长机组的使用寿命。 1概述 传统机房采用同一朝向的机柜布置方式，机柜前后排“级联加热”现象严重，已经成为导致设备进风口温度过高的重要因素。随着通信设备集成度的日益提高，机房内设备的功率密度越来越高，机房内局部过热已成为一个比较突出的问题。日常运行中，很多机房的空调系统并未达到满负载状态，机房内却存在过热现象。其中，送风方式不合理是造成机房内部局部过热的重要原因。设备安装朝向无法轻易改动，运行中的机房无法安装架空地板，但热管背板技术可以解决机房高密度和机房局部过热的问题。 2背板空调分类及原理 背板空调根据使用的载冷剂不同，可以分为水冷背板与热管背板。水冷背板的载冷剂为冷冻水，热管背板的载冷剂为氟利昂。该项目根据机房工艺及运行安全的要求，采用热管背板空调。热管背板空调，管内为气液两相流，以潜热的形式进行换热。液态的工质在热管背板空调的蒸发器内蒸发吸热变为气态；气态的工质在压差作用下进入热管冷凝器与冷冻水进行热交换，放热后凝结成液态，在重力的作用下回流至热管背板空调的蒸发器，完成制冷循环，如此反复。 3背板空调工程应用分析 3.1传统机房中的应用 传统机房往往存在空调气流组织改造难度大、施工困难、设备安装朝向统一、热传导效应明显、机房高低无法增加和防静电地板等因素，导致机房局部过热，给维护人员增加了维护压力。热管背板技术解决了这一问题。第一，贴近热源，制冷效果明显。热管背板直接安装在服务机柜背面，直接带走服务器排出的热量，机房环境温度不受影响。第二，增加机房的利用率。热管背板不需要独立的空调安装区域或空调机房，机房利用率可以提高20%以上。第三，解决了局部过热问题。很多传统机房因主设备负荷不均匀、末端空调布置不合理和气流组织不畅等，经常出现局部过热问题，影响机房使用。背板空调安装在每个机架的背面，能够有效解决局部过热问题。 3.2运行节能 3.2.1末端输送能耗 热管背板空调靠近发热源制冷，降低风阻，降低风机的能耗。该数据机房空调建设项目，单台热管背板空调风扇总功率为160W，则90台热管背板总消耗功率为14.4kW。采用冷冻水型列间空调时，单台空调风机功率约为1.6kW；根据机房平面及空调布置，正常运行的列间空调为21台(不含备用)，风机总消耗功率为33.6kW。对比2种空调形式，热管背板空调相对于列间空调可节约末端风机功耗，年节约电量168192kW?h。 3.2.2冷源侧节能性 热管背板空调末端，其机房内环境温度近似为空调出风温度，在规范要求及服务器的允许范围内，可以适当提供末端的出风温度，冷源侧冷冻水的供回水温度可以相应提高，冷水机组的效率明显提高，达到更好的节能效果，同时，可延长自然冷源的利用时间。 3.3不同高差测试分析 热管背板空调系统的制冷量随高差的变化如图1所示。由图1分析可得，在室外环境温度恒定为5℃时，随着高差的增大，系统的制冷量增大，两者线性相关。这是因为高差越大，系统所产生的循环压头越大，制冷剂的流速越大，从而换热能力越强。对于室外环境温度分别为8℃，10℃，12℃和14℃的情况，系统的制冷量和高差的关系符合二次函数关系。在这4种环境温度下，高差为300mm，600mm和800mm时的系统制冷量差距在2kW以内，说明此时高差对系统制冷量的影响较小，这是由于系统制冷剂循环速度受阻力约束无法上升，导致制冷量无法大幅提高。

3.4运行安全 运行安全应注意以下2方面：(1)机房管路布置。热管背板空调，其机房内仅布置冷媒管道，与冷冻水型列间空调相比，不存在水管进入机房的运行风险。(2)冗余。热管背板空调可以实现双盘管备份，在某一盘管出现故障时，不影响其制冷能力，实现在线更换，对机房内的温度场，气流组织不产生影响；同时，在正常运行时，双盘管可作为制冷量的冗余。而列间空调故障时，因其空调的布置，其温度场、气流组织将受到影响，因此，在安全运行方面，背板空调有明显的优势。 3.5运行模式 热管背板系统运行模式如表1所示。 第一，热管模式。当室外温度较低，且室内温度低于设定上限时，机组自检，进入热管模式。此时，室内外风机开启，压缩机停止运行，制冷剂液体在热管蒸发器内吸热蒸发成气态，沿气体连接管上升，进入热管冷凝器后冷凝成液体，再沿液体连接管返回蒸发器，按自然循环运行，达到室内降温的目的。第二，制冷模式。当室内温度达到设定温度上限时，开启压缩机，进入制冷模式。制冷模式利用中间板式换热器将系统分为两部分运行，一部分是热管蒸发器和板换组成热管系统，一部分是制冷式冷凝器、板换、压缩机和膨胀阀等组成一套制冷系统。通过制冷系统运行，将中间板换的热管系统的制冷剂冷凝成液态，通过液管进入热管蒸发器蒸发成气态。热管模式与制冷模式独立运行，互不影响。

结语 通过CFD模拟分析及工程应用的分析，热管背板空调作为高功耗机柜制冷末端，其温度场、气流组织分布均匀，不存在气流间的相互干扰；机房内环境温度近似背板空调的出风温度，也有利于冷源侧供回水温度的提高，延长自然冷源利用时间，减少末端输送能耗，无热气流的溢出，同时也为运维人员提供了良好的工作环境。热管背板空调的双盘管备份，机房内仅布置冷媒管道，运行安全、可靠性更高。 参考文献 [1]李改莲，时子超，张志伟，等.数据机房用热管复合式空调节能性试验研究[J].低温与超导，2016，44(10):67-71. [2]石文星，韩林俊，王宝龙，等.热管/蒸气压缩复合空调原理及其在高发热量空间的应用效果分析[J].制冷与空调，2011，11(1):30-36. [3]何其振.数据中心中央空调水泵变频节能改造方案的探讨[J].科技与企业，2016，（3）：217. [4]孙永才，李敏华，欧阳惕，等.机柜服务器内因对热管背板换热性能的影响分析[J].建筑节能，2014，（1）：14-17.