大型自動化機房屏蔽機柜散熱及遠(yuǎn)程監(jiān)測的設(shè)計與測試

黃偲

（中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院網(wǎng)絡(luò)信息分公司，廣州 510663）

大型自動化機房屏蔽機柜散熱及遠(yuǎn)程監(jiān)測的設(shè)計與測試

黃偲

（中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院網(wǎng)絡(luò)信息分公司，廣州 510663）

根據(jù)某大型自動化機房屏蔽機柜的功能和構(gòu)造，選擇機柜頂部和底部風(fēng)扇式散熱。機柜內(nèi)擬安裝的五臺服務(wù)器進行三種工況的散熱風(fēng)扇設(shè)計及測試。最終確定屏蔽機柜頂部和底部各安裝兩把轉(zhuǎn)速為2600r/min、單把排風(fēng)量達450CFM的風(fēng)扇，機柜底部導(dǎo)流罩面積為0.28m2、高度為5U。并實現(xiàn)風(fēng)扇運作狀態(tài)和排風(fēng)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測，從而確保機柜內(nèi)各服務(wù)器的正常工作。

屏蔽機柜；散熱；遠(yuǎn)程監(jiān)測

0 引言

信息化時代，各類信號數(shù)據(jù)傳輸交換系統(tǒng)的抗干擾、計算機電磁信息防泄漏，乃至電磁波對人體的防傷害，屏蔽機柜得到廣泛應(yīng)用。而全密閉全金屬的屏蔽機柜內(nèi)部設(shè)備的散熱，成為設(shè)計的突出問題。目前常用的散熱方式有風(fēng)冷、水冷和被動散熱等。其中，被動式散熱性能較低且制作工藝限制多；水冷散熱產(chǎn)品價格較高，安裝復(fù)雜，其他諸如液氮、干冰等不實用。風(fēng)冷式散熱性能優(yōu)良、價格低廉、安裝簡易。

目前屏蔽機柜行業(yè)內(nèi)單臺板樣機柜配置的散熱系統(tǒng)一般熱耗為1.5KW至2.2KW。考慮到本大型自動化機房的特殊需要，每臺屏蔽機柜內(nèi)需安裝五臺服務(wù)器，熱耗約為4KW，散熱問題需要與屏蔽機柜整體設(shè)計相結(jié)合，定制特殊的散熱排風(fēng)風(fēng)機，直接安裝在機柜外面的頂部和底部。經(jīng)過三種工況的反復(fù)設(shè)計和測試，基本滿足有關(guān)散熱指標(biāo)，并實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測。

1 屏蔽機柜樣機散熱測試

屏蔽機柜廠方提供的樣機頂部和底部各配置二把送排風(fēng)風(fēng)扇，轉(zhuǎn)速為2200r/min，濾波窗半徑約為0.1514m（面積約為0.072m2），進風(fēng)口設(shè)置面積約為0.112m2的矩形導(dǎo)流罩。設(shè)定機房地板送風(fēng)風(fēng)速為0.8～1.0 m/s。經(jīng)機柜底部導(dǎo)流罩的風(fēng)速約為0.8～2.0m/s。經(jīng)機柜頂部濾波窗的排風(fēng)風(fēng)速約為4.0m/s。總排風(fēng)量約為360CFM,機柜進風(fēng)溫度約為16℃。

1.1 第一次測試：樣板機柜測試

四臺服務(wù)器同時運行15分鐘，機柜內(nèi)送風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)扇同時啟動，機柜內(nèi)溫度急升至34℃。初步分析判斷，原因是屏蔽機柜內(nèi)部排風(fēng)量過小，擬更換散熱風(fēng)扇。

1.2 第二次測試：更換散熱風(fēng)扇

將轉(zhuǎn)速為2200 r/min的送風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)扇更換為轉(zhuǎn)速為2600 r/min。此時機柜內(nèi)的總排風(fēng)量可達550CFM。對機柜內(nèi)進風(fēng)溫度同為16℃，分別同時運行2臺、3臺和4臺服務(wù)器，30分鐘后的測得的機柜內(nèi)溫度分別達到25℃、29.7℃和32.9℃。測試數(shù)據(jù)顯示，上述散熱系統(tǒng)無法滿足本信息中心機房屏蔽機柜內(nèi)配置五臺服務(wù)器的散熱要求。

2 定制特殊散熱排風(fēng)系統(tǒng)及測試

相對準(zhǔn)確確定本屏蔽機柜的散熱排風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)量與機柜內(nèi)服務(wù)器功耗的關(guān)系是重要因素，工程技術(shù)工作者進行了系列研究和試驗（見文獻1～3）。對機柜出風(fēng)口與進風(fēng)口的溫度差滿足≤15℃，機柜最小送風(fēng)量可按如下經(jīng)驗公式（見文獻（1））計算。

其中，P是機柜功耗，單位是w，Cp是空氣的比熱容，單位是KJ/kg℃，ρ是空氣的密度，單位是kg m3，Δt是機柜出風(fēng)口與進風(fēng)口的溫度差，可取為15℃。當(dāng)機柜進風(fēng)溫度為25℃時，上式可簡化為：

由式（2）列出單機柜送風(fēng)量與功耗關(guān)系如表1。

參考上述兩次測試結(jié)果、有關(guān)文獻及表1，對機柜散熱系統(tǒng)采取三方面的改進。其一是加大機房地板的送風(fēng)量，將原來的0.8～1.0 m/s的送風(fēng)速度提高至2.5 m/s。機柜底部地板通風(fēng)率達50%以上；其二是加大機柜底部導(dǎo)流罩面積，由原來的0.112m2增大至0.128m2，同時提高導(dǎo)流罩的高度，由原來的4U提高至5U；其三，更換送排風(fēng)風(fēng)扇，使單把排（送）風(fēng)量達450CFM。將定制特殊散熱排風(fēng)風(fēng)扇直接安裝在機柜外面的頂部，如下圖1所示。機柜正面圖如圖2所示。機柜底部和頂部的濾波窗拆除示意圖分別見圖3和圖4。

為了確定其可靠性，進行第三次測試：屏蔽機柜內(nèi)全部配齊五臺服務(wù)器，自上而下第一、第二和第五臺服務(wù)器空載、第三和第四臺負(fù)載情況下運行?？傔\行功率約為4kw，屏蔽機柜內(nèi)部的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)同時啟動，機房底部模擬實際使用環(huán)境，去除靜電地板送風(fēng)0.8～1.0 m/s分速，經(jīng)過屏蔽機柜內(nèi)部導(dǎo)流罩的風(fēng)速為4.0 m/s，經(jīng)過機柜頂部濾波窗平均排風(fēng)風(fēng)速是4.0 m/s，機柜頂部濾波窗面積約為0.072m2。經(jīng)5小時連續(xù)運行，機柜內(nèi)溫度保持31℃～32.5℃之間。隨后連續(xù)經(jīng)過連續(xù)5天的運行和監(jiān)測，其間，除第二天出現(xiàn)小于1℃的波動外，其余時間機柜內(nèi)溫度都保持在31℃至32.5℃的范圍。地址PDU1和PDU2顯示的溫度與時間的關(guān)系曲線記錄分別如圖5、圖6所示。

圖1 柜頂風(fēng)扇示意圖

圖2 機柜正面

圖3 底部濾波窗拆除效果圖

圖4 頂部濾波窗拆除效果圖

圖5 地址PDU1顯示的溫度與時間關(guān)系曲線

圖6 地址PDU2顯示的溫度與時間關(guān)系曲線

3 機柜散熱及遠(yuǎn)程監(jiān)測方案的確定

經(jīng)過機柜廠方及用戶商量認(rèn)為上述散熱系統(tǒng)基本可行，用戶可根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)節(jié)各服務(wù)器的工況。

關(guān)于遠(yuǎn)程監(jiān)測，主要是風(fēng)扇運作狀態(tài)、風(fēng)量及機柜內(nèi)溫度的監(jiān)測。由于風(fēng)扇直接由機柜PDU電源供電，各風(fēng)扇配置獨立開關(guān)，可根據(jù)服務(wù)器上架情況決定停止或運行風(fēng)扇。RA485D對外通信采集的通信端口由機柜PDU電源提供。風(fēng)扇的運作狀態(tài)可直接由動環(huán)通過監(jiān)測PDU電源的工作狀態(tài)來實現(xiàn)，若發(fā)現(xiàn)PDU電源斷電則馬上啟動告警程序。機柜內(nèi)風(fēng)量監(jiān)測則由出風(fēng)口處安裝的風(fēng)速儀，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器對外提供TCP/IP通信端口，動環(huán)通過采集風(fēng)扇的風(fēng)速進行實時監(jiān)測，若風(fēng)速低于設(shè)定值則立刻啟動告警程序。監(jiān)測系統(tǒng)示意如圖7。

圖7 監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語

限于篇幅，動環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)不贅述。

[1]福建省郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司.通信機房、數(shù)據(jù)中心精確送風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范書[M]，2010.8.

[2]陳婷.數(shù)據(jù)機房精確送風(fēng)方式的應(yīng)用研究[M].南京師范大學(xué)，2014.6.

[3]李燦.基于IDC機房中機柜精確送風(fēng)系統(tǒng)的運用探析[J].華東科技:學(xué)術(shù)版，2016（3）：435-435.

Design and Test of Heat Radiation and Remote Monitoring of Shielded Enclosure in Large Automatic Computer Room
HUANG Cai

（Network&Telecommunication Division,China Energy Construction Group，Guangdong Electric Power Design&Research Institute, Guangzhou 510663）

According to the function and structure of the shield cabinet of a large automatic computer room KDP-A.Select cabinet top and bottom fan cooling.Design and test of cooling fan for three working conditions of five servers to be installed in the cabinets.The final determination of the top and bottom of the shielding cabinet each installation of two the rotational speed is 2600r/min and fan air volume to achieve 450CFM a single.And the area of the bottom of the cabinet is 0.28 m2.And Height is 5U.And realize the remote monitoring of fan operation status and exhaust air volume.And the normal operation of the server in the cabinet is ensured.

KDP-A;Heat Radiation;Remote Monitoring

國家自然科學(xué)基金資助項目（No.11172334）

1007-1423（2016）35-0026-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.35.005

黃偲（1983－），男，廣東湛江人，碩士，工程師，研究方向為電子通信

2016-11-17

2016-11-28