一种大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构

技术领域

本发明涉及机房冷却楼体结构技术领域，尤其涉及一种大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构。

背景技术

目前，机房服务器冷却多采用空调冷却、循环水冷却，每天24小时不停运转，有的用户机房PUE在2.5以上，大规模机房每年冷却耗电要到一亿元以上。最近国家逐步提高机房耗能要求，鼓励PUE低于1.25，提倡零碳节能创新。因此如何开发一种新型的楼体结构，采取以自然通风冷却为主，低耗能、低排放的环保楼体结构，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构，以自然通风冷却为主，在高温天气或服务器高负荷运转等短期特殊情况下，通过温控喷雾、风机吹风等加强冷却措施进行降温，确保服务器安全运行，实现机房整体运行大幅度降低耗能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构，包括至少两组楼体，所述楼体的地面以下设置有地下风道，所述楼体包括外圈楼体和内圈楼体，所述外圈楼体和内圈楼体的中心重合，所述外圈楼体围绕在所述内圈楼体的外周，外圈楼体和内圈楼体的顶部设置有顶部吸风筒，所述外圈楼体、所述内圈楼体之间和所述地下风道相连通形成由外向里、自下而上的风道，所述顶部吸风筒对流经所述外圈楼体和内圈楼体之间的空气产生上升力。

进一步的，所述外圈楼体与所述内圈楼体的结构相似，均设置有多个机柜单元房，所述外圈楼体与所述内圈楼体设置为闭合的圆环形、多边形或椭圆形。

再进一步的，所述外圈楼体的顶部、所述顶部吸风筒的顶部和顶部吸风筒3 的侧壁延伸支架上设置有多个发电机组。

再进一步的，所述发电机组包括旋转扇叶和发电机，所述旋转扇叶与所述发电机连通，所述发电机与蓄电池连通，所述旋转扇叶受风力吹动旋转，通过发电机将风能转化为电能，所述电能存储到所述蓄电池内，所述蓄电池与楼体的供电装置相连通并供应楼体内的设备用电。

再进一步的，所述机柜单元房的地面上放置有机柜组，所述机柜组的顶部或侧面设置有散热通道，所述散热通道内安装有散热组合装置，所述机柜组里设置有服务器散热组件，所述服务器散热组件与所述散热组合装置相连通。

再进一步的，所述机柜单元房设计为双层结构，包括机柜楼层和散热楼层，所述机柜楼层位于所述散热楼层的下方且通过水泥墙体分割开；所述机柜楼层的地面上放置有机柜组，所述散热楼层内安装有散热通道，所述散热通道内安装有散热组合装置，所述机柜组里设置有服务器散热组件，所述服务器散热组件与所述散热组合装置相连通。

再进一步的，所述散热通道的冷却空气进口端设置有喷雾装置、调节门和冷却风机，所述调节门位于冷却风机的内侧，所述冷却风机产生的冷却风通过所述调节门后沿所述散热通道吹出，所述喷雾装置正对所述散热通道设置。

再进一步的，所述服务器散热组件与所述散热组合装置之间设置为水冷连通结构，所述服务器散热组件包括冷却组件、流出管、回流管，所述散热组合装置设置为暖气片式的第二散热器，所述冷却组件设置在机柜组的服务器内，所述第二散热器设置在所述散热通道内，所述冷却组件和第二散热器通过流出管、回流管连通，所述流出管或回流管中间设置有磁力泵。

再进一步的，所述服务器散热组件与所述散热组合装置之间设置为蒸发冷却散热结构，所述服务器散热组件包括导热板和连通管，所述散热组合装置包括第一散热器及其固定支架，所述导热板设置在机柜组的服务器内，所述第一散热器设置在所述散热通道内，所述导热板和第一散热器通过所述连通管连接在一起，所述第一散热器上等间距均布有多个散热片；所述导热板设置为中空腔体负压结构，导热板的中空腔体内灌注有冷却介质。

再进一步的，所述导热板设置为热管冷却板，所述热管冷却板的热管中填充有低温蒸发冷却介质。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明的大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构，外圈楼体、内圈楼体和地下风道、吸风筒等科学布置，产生烟囱效应，形成由外往里、自下而上的空气吸力，楼体外部空气分别通过所述外圈楼体和内圈楼体里的机柜单元房内散热通道，并带走机柜单元房内的热量，流出至外圈楼体和内圈楼体夹层区域，并在烟囱效应产生的上升力作用下，流过顶部吸风筒升向高空，实现自然通风冷却效果。

本发明布局合理，充分发挥楼体自身结构特点，巧妙结合烟囱效应，通过楼体圈状排布形成由外向里、自下而上的风道，充分利用自然风对机柜单元房内的服务器进行冷却，在高温天气或服务器高负荷运转等短期特殊情况下，通过温控喷雾、冷却风机吹风的措施辅助降温，确保服务器安全运行，从而使得机房整体大大降低耗能。其中设置独立散热通道，既实现集中热量带走，又保证了机房内的清洁，避免带有灰尘的空气大量进入机房室内并沉积在服务器里。此外，通过发电机组、太阳能电池板的设计，进一步的提高该楼新能源利用，再次减少碳排放，更加节能环保。该发明适用于大规模服务器集中运营，规模越大，经济效果越好。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构主视图；

图2为本发明大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构俯视图；

图3为本发明机柜单元房内部结构实施例一示意图；

图4为本发明机柜单元房内部结构实施例二示意图；

图5为本发明服务器散热组件与散热组合装置连接实施例一示意图；

图6为本发明服务器散热组件与散热组合装置连接实施例二示意图；

附图标记说明：1、外圈楼体；2、内圈楼体；3、顶部吸风筒；4、办公区；5、机柜单元房；6、地下风道；7、发电机组；

501、机柜组；502、散热通道；503、散热组合装置；504、服务器散热组件；505、调节门；506、喷雾装置；507、冷却风机；

5-1、机柜楼层；5-2、散热楼层；

503-1、第一散热器；503-2、散热片；503-3、第二散热器；

504-1、导热板；504-2、连通管；504-3、冷却组件；504-4、流出管；504-5、回流管。

具体实施方式

如图1-6所示，一种大数据机柜群采用的自然通风冷却楼结构，包括至少两组楼体，所述楼体的地面以下设置有地下风道6，所述楼体包括外圈楼体1和内圈楼体2，所述外圈楼体1和内圈楼体2的中心重合，所述外圈楼体1围绕在所述内圈楼体2的外周，外圈楼体1和内圈楼体2的顶部设置有顶部吸风筒3，所述外圈楼体1所述内圈楼体2之间和所述地下风道6相连通形成由外向里、自下而上的风道，所述顶部吸风筒3对流经所述外圈楼体1和内圈楼体2之间的空气产生上升力。具体的，楼体可以是两圈机柜楼，也可以是多圈机柜楼，此外，根据现有条件还可以建设多层地下机柜楼，充分利用地下冷源进行散热。

具体的，所述外圈楼体1与所述内圈楼体2的结构相似，均设置有多个机柜单元房5，所述外圈楼体与所述内圈楼体设置为闭合的圆环形、多边形或椭圆形，具体的设计为正方形、长方形、五边形或六边形等几何状，根据实际建筑面积和设计理念确定。所述外圈楼体1的顶部、所述顶部吸风筒3的顶部和顶部吸风筒3的侧壁延伸支架上设置有多个发电机组7。所述发电机组7包括旋转扇叶和发电机，所述旋转扇叶与所述发电机连通，所述发电机与蓄电池连通，所述旋转扇叶受风力吹动旋转，通过发电机将风能转化为电能，所述电能存储到所述蓄电池内，所述蓄电池与楼体的供电装置相连通并供应楼体内的设备用电。此外，外圈楼体1与所述内圈楼体2的南侧可以安装太阳能电池板，实现太阳能的转化，进一步的提高该楼新能源利用，再次减少碳排放，更加节能环保。

如图3所示，一个实施例中，所述机柜单元房5的地面上放置有机柜组501，所述机柜组501的顶部或侧面设置有散热通道502，所述散热通道502内安装有散热组合装置503，所述机柜组501里设置有服务器散热组件504，所述服务器散热组件504与所述散热组合装置503相连通。此外，根据实际机柜单元房5 的面积的设置，所述散热通道502可以设置在机柜组501的侧面，缩短连通距离，节省连接材料，降低投入成本。

如图4所示，另一个实施例中，所述机柜单元房5设计为双层结构，包括机柜楼层5-1和散热楼层5-2，所述机柜楼层5-1位于所述散热楼层5-2的下方且通过水泥墙体分割开；所述机柜楼层5-1的地面上放置有机柜组501，所述散热楼层5-2内安装有散热通道502，所述散热通道502内安装有散热组合装置 503，所述机柜组501里设置有服务器散热组件504，所述服务器散热组件504 与所述散热组合装置503相连通。其中，散热通道502与机柜组501分开设置，既实现集中热量带走，又保证了机房内的清洁，避免带有灰尘的空气大量进入室内并沉积在服务器上。

具体的，所述散热通道502的冷却空气进口端设置有喷雾装置506、调节门 505和冷却风机507，所述调节门505位于冷却风机507的内侧，所述冷却风机 506产生的冷却风通过所述调节门505后沿所述散热通道502吹出，所述喷雾装置506正对所述散热通道502设置。具体的，作为辅助装置的所述喷雾装置506 和冷却风机507与冷却楼的控制系统电连接，机柜单元房5内设置有监控用的温度感应器，多个温度感应器与控制系统电连接，根据温度感应器的实时监控数据，当温度过高时，通过控制系统自动启动喷雾装置506和冷却风机507的工作，进一步的对机柜组501的冷却降温，保证服务器的正常运转。

具体的，所述服务器散热组件504包括至少三个实施例，其中最简单的一个结构设置为中空管道，该中空管道的一端位于机柜组501一侧，另一端位于散热通道502内，主要用于热空气的流通；另外两种实施例分别为水冷连通结构和蒸发冷却散热结构。

如图5所示，所述服务器散热组件504与所述散热组合装置503之间设置为水冷连通结构，所述服务器散热组件504包括冷却组件504-3、流出管504-4、回流管504-5，所述散热组合装置503设置为暖气片式的第二散热器503-3，所述冷却组件504-3设置在机柜组501的服务器内，所述第二散热器503-3设置在所述散热通道502内，所述冷却组件504-3和第二散热器503-3通过流出管504-4、回流管504-5连通，所述流出管504-4或回流管504-5中间设置有磁力泵。

具体的，该水冷连通结构工作时，冷却组件504-3吸附机柜组501服务器上的热量，通过流出管504-4带动热水流动至上方的第二散热器503-3内，第二散热器503-3在散热通道502内进行热交换降温，冷却后的水通过回流管 504-5返回至冷却组件504-3内；机柜组501的服务器上的热量通过两次热交换实现热量的传递，从而有效的实现降温冷却作业，保证机柜组501内服务器的正常工作。

如图6所示，所述服务器散热组件504与所述散热组合装置503之间设置为蒸发冷却散热结构，所述服务器散热组件504包括导热板504-1和连通管 504-2，所述散热组合装置503包括第一散热器503-1及其固定支架，所述导热板504-1设置在机柜组501的服务器内，所述第一散热器503-1设置在所述散热通道502内，所述导热板504-1和第一散热器503-1通过所述连通管504-2 连接在一起，所述第一散热器503-1上等间距均布有多个散热片503-2；所述导热板504-1设置为中空腔体负压结构，导热板504-1的中空腔体内灌注有冷却介质。具体的，该导热板504-1、连通管504-2和第一散热器503-1采用热传导快的铜、铝材料制成，可以快速的将机柜组501的服务器上的热量传导出去，从而进一步降低设备的温度，保证机柜组的正常运行。具体的，所述导热板504-1 还可以设置为热管冷却板，采用热管镶嵌在铝板里制成，热管中填充有低温蒸发冷却介质。

工作时，导热板504-1与机柜组501的服务器接触并吸取热量，内部的冷却介质升温汽化并沿所述连通管504-2上升至第一散热器503-1内，第一散热器503-1及散热片503-2与冷空气接触进行热传递，汽化状态的冷却介质遇冷凝固成液体，沿连通管504-2的内壁回流到导热板504-1内，往复循环实现机柜组501的降温冷却作业。

本发明的工作过程如下：

首先，该发明的工作原理为，根据机房规模和散热需要，用机房楼组成足够大封闭圆圈，形成圈状机房楼，该机房楼需要有足够高度，且保证机房楼围成的圈内有足够的空间。当机柜内服务器运行时会产生的大量热量，通过散热组件、散热组合装置，传递到散热通道内的空气里，受热空气从低到高自然流进机房楼围成的圈内，形成机房楼圈内的空气温度高于机房楼圈外的空气温度，机房楼圈内的空气密度低于机房楼圈外的空气密度，机房楼圈内的空气相比外圈空气比较轻，在重力作用下，内圈空气会被外圈空气压向高空，机房楼圈内的空气流向上方；机房楼和吸风筒的设置形成烟囱效应，加速空气的汇集向上流动。这样机房内不断运行产热，形成空气连续从机房楼外流向机房楼内圈，并流向高空，从而形成自然通风，同时带走机房内大量的热量，实现自然通风冷却机房的功能。在机房楼顶部安装小型发电风机，充分利用流向机房楼顶部的风能发电；同时楼体或吸风筒向阳一侧的南边安装上发电玻璃，实现太阳能发电，进一步提高新能源的利用率，该机柜楼更加节能环保。

工作时，如图1、2所示，外圈楼体1、内圈楼体2和地下风道6相连通便于形成自下而上的风道，散热通道使外圈楼体1和内圈楼体2内机柜服务器及时散热，外圈楼体1外部空间的空气、内圈楼体2中心区域的空气分别通过所述外圈楼体1和内圈楼体2上的机柜单元房5散热通道后，带动机柜单元房5 内散热通道的热空气流出至外圈楼体1和内圈楼体2夹层区域，并在整体冷却楼烟囱效应的作用下，自下而上流动，最后通过顶部吸风筒3流向高空，从而实现自然通风冷却效果。

本冷却楼结构采取以自然通风冷却为主，在高温天气或服务器高负荷运转等短期特殊情况下，还可以通过喷雾装置506、调节门505和冷却风机507等措施辅助降温，确保服务器的安全运行，冷却楼整体运行减少大量耗能。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。