風冷自然冷卻熱管空調和液冷裝置結合的服務器散熱系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及服務器機柜散熱系統(tǒng)，尤其涉及風冷自然冷卻熱管空調和液冷裝置結合的服務器散熱系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著IDC互聯網數據中心機房高密度機柜的不斷增加，設備的集成度越來越高，處理能力也逐漸增高，但設備的功率消耗也隨之增大，導致機柜內設備的發(fā)熱量越多。據統(tǒng)計，目前國內大型IDC機房內機柜服務器發(fā)熱量大，且基本為全年8760h運行，對于不采用新風的機房而言，全年均需供冷，導致空調系統(tǒng)能耗巨大，其空調能耗約占數據機房整體能耗的 40%~50%。
[0003]傳統(tǒng)數據機房送風方式有底板風道送風、冷熱通道隔離送風和全房間制冷送風等方式，該模式已不滿足現代化機房高密度機柜的制冷需求，出現了局部過熱、耗電量大、機房空調能耗過高、噪音大等問題。同時機房精密空調需反復加濕、除濕運轉或配套專用除濕機進行機房空氣濕度、露點控制，以確保設備內部不發(fā)生凝露，導致機房空調系統(tǒng)制冷效率降低、能耗增大。如果機房的散熱問題解決不好，就會嚴重威脅機房設備的安全運行。因此如何在滿足設備使用要求的情況下，有效降低機房內空調系統(tǒng)的能耗是空調行業(yè)和數據機房運營行業(yè)面臨的一個重要問題。
[0004]從節(jié)能角度考慮，目前有直接采用將室外空氣引入室內為機房降溫的方案，其優(yōu)點是制冷效率高、初投資低、能耗低，但缺點是引入室外冷空氣后，使得室內空氣潔凈度、濕度難以保證，帶來了安全隱患，后期運行維護量較大。另外也有采用氣氣蜂窩式換熱器，將熱管熱空氣與室外冷空氣間接換熱，從而降低機房內溫度；其優(yōu)點是在利用室外冷源時不引入室外的空氣，不影響機房內的空氣的潔凈度和濕度，缺點是初投資相對較高，換熱器結構比較復雜，容易堵塞，需要定期清洗，維護工作量大。
[0005]而且隨著服務器技術的發(fā)展，大功率、高發(fā)熱密度的服務器應用越來越多，而且是不可逆轉的發(fā)展趨勢，目前部分行業(yè)用戶的單個機柜的最大運行功率已經達到10~15kW左右，但由于空氣冷卻方式散熱效率的局限，使得大功率服務器的應用也難以突破15kW/機柜以上。
[0006]液冷散熱是近年發(fā)展起來的最高效、最先進的散熱方案，其原理是將液態(tài)換熱介質直接通入具有液冷功能的服務器內部，把主要發(fā)熱元件--芯片(CPU)產生的熱量帶走(占整個服務器發(fā)熱量的70~80%)，采用液冷散熱方案，理論上甚至可以使得單位機柜功率突破50kW/以上。但目前這種散熱方案僅存在于高校實驗室和極少數企業(yè)內部小范圍研究，而未能形成實用化推廣應用，很重要的原因之一，是因為這種采用液冷散熱的服務器，其機柜需要內置液冷水分配系統(tǒng)，這就需要對液冷服務器機柜進行專門的定制設計，而機柜生產廠家一般是標準化生產，現階段也沒有掌握液冷水分配系統(tǒng)設計的關鍵技術，無法為液冷服務器用戶配套提供內置液冷水分配系統(tǒng)的機柜產品，特別是舊機房的升級改造，如果想改為液冷散熱方案，要對全部服務器機柜都進行替換為內置液冷水分配系統(tǒng)的機柜，無論是改造工程量和成本都非常高昂，極大地局限了液冷散熱技術的發(fā)展普及。另外，液冷散熱系統(tǒng)只能帶走70~80%的服務器發(fā)熱量，但仍然有20~30%的熱量需要輔助制冷裝置承擔，對于液冷服務器這種單機柜功率高達50kW以上的高密度應用，每個機柜需要輔助制冷裝置處理10~15kW以上的熱量(總功率的20~30%)，如果輔助制冷裝置仍然采用傳統(tǒng)的風冷散熱方式，極易出現機柜的局部熱點問題，影響服務器的元件壽命，這也是高密度液冷服務器推廣應用所不能忽視的問題。
[0007]申請?zhí)枮?01010141693.8的中國專利《無噪音節(jié)能服務器》提供一種無噪音節(jié)能服務器，包括:1)采用熱管結合液冷方式替代傳統(tǒng)的風扇強制對流方式解決處理器散熱問題，消除風扇噪音；2)使用功耗低的DDR3內存降低噪音；3)硬盤使用固態(tài)硬盤，消除硬盤噪音；4)使用無風扇高效電源為系統(tǒng)供電；具體步驟如下:采用熱管結合液冷方式散熱，將熱管一端與處理器連接，另一端與熱交換機中水管連接，根據熱管高熱傳導系性能，將處理器產生的熱量傳遞給熱交換機中的水管，冷水在水管中流動，熱管與水管中冷水進行熱交換，將冷水加熱，再把熱水從熱交換機中排出，熱水經制冷劑制冷后輸入冷水池，如此循環(huán)，以此解決處理器的散熱問題，水的流動通過水泵來支持。該專利以熱管散熱為主，主要的熱量由熱管來吸收，然后再用液冷的方式與熱管進行熱交換，只能帶走服務器的部分熱量，剩下的余熱并無任何措施來處理。
[0008]申請?zhí)枮?01410511550.X的中國專利《一種熱管二次冷媒環(huán)路服務器機柜散熱系統(tǒng)的控制方法》公開了一種熱管二次冷媒環(huán)路服務器機柜散熱系統(tǒng)的控制方法，系統(tǒng)包括機房單元、冷媒供回水單元和控制系統(tǒng)，所述冷媒供回水單元包括冷卻單元和循環(huán)動力單元，所述循環(huán)動力單元通過機房供水干管/機房回水干管與機房單元連接，循環(huán)動力單元通過室外出氣連接管/室外回液連接管與冷卻單元連接；所述冷卻單元和循環(huán)動力單元都與控制系統(tǒng)連接。所述機房單元包括機柜、一個以上的散熱風扇、多個服務器、多個熱管散熱器和多個熱管散熱器換熱裝置，所述散熱風扇、服務器、熱管散熱器和熱管散熱器換熱裝置都設置在機柜內，熱管散熱器緊密的貼合在服務器上，熱管散熱器換熱裝置與熱管散熱器連接，所述熱管散熱器換熱裝置通過供水支管與機房供水干管連接，熱管散熱器換熱裝置通過回水支管與機房回水干管連接。該專利的熱管散熱器僅僅只是貼合在服務器上，并未對其最主要的發(fā)熱器件進行最直接的散熱，此外，該系統(tǒng)是通過中間換熱器進行兩個環(huán)路的熱交換，這也勢必導致傳熱效率相對直接換熱要低。此外，該專利只考慮了服務器主要發(fā)熱元件(CPU)的散熱方案，但沒有考慮其他發(fā)熱元件的散熱(內存硬盤等)，所以該專利所提的散熱方案其實并不夠完善的。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有制冷效率高效果好，不會出現局部熱點問題且無需對機柜進行改造的風冷自然冷卻熱管空調和液冷裝置結合的服務器散熱系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的上述目的通過如下技術方案予以實現:
一種風冷自然冷卻熱管空調和液冷裝置結合的服務器散熱系統(tǒng)，包括液冷服務器機柜，所述液冷服務器機柜包括機柜柜體和設置機于柜柜體內的多個液冷服務器，設有液冷裝置對液冷服務器進行直接的液冷散熱，還設有風冷自然冷卻熱管空調進行輔助散熱。本發(fā)明通過采用液冷散熱技術進行主制冷，機柜級熱管散熱技術進行輔助制冷，主輔配合制冷，一方面制冷效率高效果好，不會出現局部熱點問題，另一方面，本發(fā)明提供的方案無需對機柜進行改造，這給液冷散熱提供了普及使用的可能性。
[0011]所述液冷裝置包括液冷散熱器、分配器、集流器和液冷換熱介質，所述液冷散熱器用于對服務器芯片進行散熱，所述分配器通過多根進液連接支管與液冷散熱器連接，液冷散熱器再通過多根出液連接支管與所述集流器連接，所述液冷換熱介質通過分配器和進液連接支管進入液冷散熱器，再通過出液連接支管流出液冷散熱器并由集流器匯集。液冷換熱介質由分配器通過進液連接支管進入液冷散熱器，再通過出液連接支管進入集流器形成循環(huán)將液冷服務器的主要熱量帶走。所述液冷換熱介質為自來水、純凈水、有機溶液、無機溶液或氟利昂。優(yōu)選采用純凈水。
[0012]進一步地，所述液冷散熱器設于服務器芯片附近，或直接與服務器芯片接觸。
[0013]所述風冷自然冷卻熱管空調包括蒸發(fā)器、冷凝器、風冷自然冷卻換熱裝置、電動調節(jié)冷媒閥、冷水機、連接管路及內、外循環(huán)換熱介質，所述蒸發(fā)器與冷凝器通過連接管路連接形成內環(huán)路，并通過內環(huán)路的連接管路裝載內循環(huán)換熱介質，所述冷水機與冷凝器通過連接管路連接形成外環(huán)路，并通過外環(huán)路的連接管路裝載外循環(huán)換熱介質。所述內、外環(huán)路通過冷凝器實現熱量傳遞。所述蒸發(fā)器內部的液態(tài)內循環(huán)換熱介質吸收熱量后蒸發(fā)為氣態(tài)，在熱管循環(huán)動力作用下沿連接氣管流入冷凝器，熱量被水泵提供的低溫的外循環(huán)換熱介質帶走，冷凝為液態(tài)工質后，沿連接液管流回蒸發(fā)器形成循環(huán)。所述內循環(huán)