大型自動化機房屏蔽機柜散熱及遠程監測的設計與測試

黃偲

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院網絡信息分公司，廣州 510663）

大型自動化機房屏蔽機柜散熱及遠程監測的設計與測試

黃偲

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院網絡信息分公司，廣州 510663）

根據某大型自動化機房屏蔽機柜的功能和構造，選擇機柜頂部和底部風扇式散熱。機柜內擬安裝的五臺服務器進行三種工況的散熱風扇設計及測試。最終確定屏蔽機柜頂部和底部各安裝兩把轉速為2600r/min、單把排風量達450CFM的風扇，機柜底部導流罩面積為0.28m2、高度為5U。并實現風扇運作狀態和排風量的遠程監測，從而確保機柜內各服務器的正常工作。

屏蔽機柜；散熱；遠程監測

0 引言

信息化時代，各類信號數據傳輸交換系統的抗干擾、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用。而全密閉全金屬的屏蔽機柜內部設備的散熱，成為設計的突出問題。目前常用的散熱方式有風冷、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；水冷散熱產品價格較高，安裝復雜，其他諸如液氮、干冰等不實用。風冷式散熱性能優良、價格低廉、安裝簡易。

目前屏蔽機柜行業內單臺板樣機柜配置的散熱系統一般熱耗為1.5KW至2.2KW?？紤]到本大型自動化機房的特殊需要，每臺屏蔽機柜內需安裝五臺服務器，熱耗約為4KW，散熱問題需要與屏蔽機柜整體設計相結合，定制特殊的散熱排風風機，直接安裝在機柜外面的頂部和底部。經過三種工況的反復設計和測試，基本滿足有關散熱指標，并實現了遠程監測。

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風扇，轉速為2200r/min，濾波窗半徑約為0.1514m（面積約為0.072m2），進風口設置面積約為0.112m2的矩形導流罩。設定機房地板送風風速為0.8～1.0 m/s。經機柜底部導流罩的風速約為0.8～2.0m/s。經機柜頂部濾波窗的排風風速約為4.0m/s?？偱棚L量約為360CFM,機柜進風溫度約為16℃。

1.1 第一次測試：樣板機柜測試

四臺服務器同時運行15分鐘，機柜內送風和排風風扇同時啟動，機柜內溫度急升至34℃。初步分析判斷，原因是屏蔽機柜內部排風量過小，擬更換散熱風扇。

1.2 第二次測試：更換散熱風扇

將轉速為2200 r/min的送風和排風風扇更換為轉速為2600 r/min。此時機柜內的總排風量可達550CFM。對機柜內進風溫度同為16℃，分別同時運行2臺、3臺和4臺服務器，30分鐘后的測得的機柜內溫度分別達到25℃、29.7℃和32.9℃。測試數據顯示，上述散熱系統無法滿足本信息中心機房屏蔽機柜內配置五臺服務器的散熱要求。

2 定制特殊散熱排風系統及測試

相對準確確定本屏蔽機柜的散熱排風系統，風量與機柜內服務器功耗的關系是重要因素，工程技術工作者進行了系列研究和試驗（見文獻1～3）。對機柜出風口與進風口的溫度差滿足≤15℃，機柜最小送風量可按如下經驗公式（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是機柜出風口與進風口的溫度差，可取為15℃。當機柜進風溫度為25℃時，上式可簡化為：

由式（2）列出單機柜送風量與功耗關系如表1。

參考上述兩次測試結果、有關文獻及表1，對機柜散熱系統采取三方面的改進。其一是加大機房地板的送風量，將原來的0.8～1.0 m/s的送風速度提高至2.5 m/s。機柜底部地板通風率達50%以上；其二是加大機柜底部導流罩面積，由原來的0.112m2增大至0.128m2，同時提高導流罩的高度，由原來的4U提高至5U；其三，更換送排風風扇，使單把排（送）風量達450CFM。將定制特殊散熱排風風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：屏蔽機柜內全部配齊五臺服務器，自上而下第一、第二和第五臺服務器空載、第三和第四臺負載情況下運行?？傔\行功率約為4kw，屏蔽機柜內部的送風和排風系統同時啟動，機房底部模擬實際使用環境，去除靜電地板送風0.8～1.0 m/s分速，經過屏蔽機柜內部導流罩的風速為4.0 m/s，經過機柜頂部濾波窗平均排風風速是4.0 m/s，機柜頂部濾波窗面積約為0.072m2。經5小時連續運行，機柜內溫度保持31℃～32.5℃之間。隨后連續經過連續5天的運行和監測，其間，除第二天出現小于1℃的波動外，其余時間機柜內溫度都保持在31℃至32.5℃的范圍。地址PDU1和PDU2顯示的溫度與時間的關系曲線記錄分別如圖5、圖6所示。

圖1 柜頂風扇示意圖

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系曲線

圖6 地址PDU2顯示的溫度與時間關系曲線

3 機柜散熱及遠程監測方案的確定

經過機柜廠方及用戶商量認為上述散熱系統基本可行，用戶可根據具體情況適當調節各服務器的工況。

關于遠程監測，主要是風扇運作狀態、風量及機柜內溫度的監測。由于風扇直接由機柜PDU電源供電，各風扇配置獨立開關，可根據服務器上架情況決定停止或運行風扇。RA485D對外通信采集的通信端口由機柜PDU電源提供。風扇的運作狀態可直接由動環通過監測PDU電源的工作狀態來實現，若發現PDU電源斷電則馬上啟動告警程序。機柜內風量監測則由出風口處安裝的風速儀，通過協議轉換器對外提供TCP/IP通信端口，動環通過采集風扇的風速進行實時監測，若風速低于設定值則立刻啟動告警程序。監測系統示意如圖7。

圖7 監測系統示意圖

4 結語

限于篇幅，動環監測系統不贅述。

[1]福建省郵電規劃設計有限公司.通信機房、數據中心精確送風系統技術規范書[M]，2010.8.

[2]陳婷.數據機房精確送風方式的應用研究[M].南京師范大學，2014.6.

[3]李燦.基于IDC機房中機柜精確送風系統的運用探析[J].華東科技:學術版，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