电子通讯

中国移动通信集团设计院有限公司项目经理娄小

2020-03-18 21:52

 

  9月27日,由数据中心委员会主办,百度、腾讯、阿里巴巴、中国电信、中国移动、中国信息通信研究院、英特尔承办的“2016ODCC数据中心峰会”在京隆重召开。在下午的ODCC数据中心解决方案分会场上,中国移动通信集团设计院有限公司项目经理娄小军发表题为“热管背板的应用实践”的。以下是全文:

  大家好,我是中国移动设计院的娄小军,第一次来参加ODCC的大会,有点紧张。但是作为一个做技术的,我还是比较欣赏ODCC这个参与共享的,今天我想给大家分享在热管背板的应用实践,热管背板有些人也了解。

  主要是介绍一下,一个是介绍热管的原理,另外是介绍热管的技术线,还有既有机房的方案,还有新型数据中心新建方案,以及热管背板的可用性评估。

  热管背板最早原理是一套内部的相变来进行传热的传热元件,最早的热管就是单体的上下,主要是通过毛细管进行气液的转换和传输。再工程中应用我们一般是用的分离式热管,这个热管把它的分离,分离的热管最常见的就是真空热水器,它工作液体的回流不是靠毛细管,是依靠冷凝段之间要有一段高差。热管的应用,基础线个月的基站中等规模测试,这个热管相对容易,室外直接利用风冷,部分时间运行,能用就用,不能用配合基站空调来看效果,是根据室外的效果,其节能效果比较显著,最后也出了一个企业标准,并组织了机组集采。12年我们在局部机房,在一些不太好处理的地方尝试着使用了一些热管背板的解决方案,改善机房的气温组织,降低消除局部过热现象,在这个阶段像山西和重庆同时做了一些的思。然后就发现方案本身还是比较好的一个空调末端解决方案,在13年到16年新建数据中心逐渐的进行了推广,现在是一个小规模试点种型规模试点,最后确定了一些企业标准进行了热管背板的集中采购。项目是目前总装机数量达到了上万件。可能现在上万件是采购数量,目前也是一个分期安装的阶段。

  我们介绍一下热管背板的气流组织,它本身还是比较简单的,就是一个机架式的末端,进风是多少度,出风也是多少度,在服务器出分跟背板换热器之间会有一个空气的降温处理,这样整个机房可以温度。模拟的这块流线是一个短的,这样整个机房不会有大型空调长距离送风有一个大的负压区,这样机房的冷热跟的空气渗透问题也不是那么严重。

  另外介绍一下我们谈到热管背板是主要适用于这种后排风的标机柜,不适合上排风和侧排风的非标机柜,比如现在都是一万两万,它就尝试用这种解决方案,但是实际上现在设计有一些大功率的都是什么前进前出,不是那种后排风的方案,这个实际上也是没决的,还有一些左进右出的这些,也是不太适合用的,但是我们额定功耗在15千瓦以内,也不是绝对的,考虑到了换热器的厚度,以及它的重量,因为要开门,但是15千瓦基本可以解决绝大部分的需求。

  首先我们是山西的既有机房的项目,经常碰到小型机的发热,传统的机房设几个小型机,这是595的小型机,当时的功耗是八千瓦左右,装进去以后发现很大,我们在这也加了一些空间。但是局部的现象还是比较显著,通常有时候在机房里没有办法就把小型机分散隔离,把四格斗打开,尽量的把风弄出去,谈不上什么节能,就是尽量的降低温度,但是这块我们看到好几列,因为当时规划的时候就把不列入进去了,实际上风量确实是不够的。后来我们在这块加了一个背板,当时是在室外的小屋顶,这块是一个热管里面的水的热交换器,搁在外侧厂上,结果对比还是很显著的,当时这张图是一个成像的图,这个是加了背板的,温度常理想的,这块直接是没加的,做一个对比,这块温度非常高。

  水温我们考虑做成干工况换热,机房安全性,这是的方案。然后再13年以后我们觉得这个方案可以进行推广,考察它的安全性和一些节能型,然后在实际工程中综合一些因素考虑进去,我们做了一个新型热管的背板方案,热管背板的图,主要部分除了一个背板,有一个换热器,这边还有一个冷水,这块冷水我们也画出来,铜管有一个气管和热管,到了这块发热相变以后,蒸汽就会把它直接顶回来,只要有热量,热量是它的重力,重力是热管循环的动力,就可以自循环的流动。这是简化图。

  另外,我们的新方案没有空调了,包括钢铁的方案里我们增加热管背板,空调还是在那。只采用热管背板来控制温度,但是因为湿度这块,机柜的空调是没法做湿度的控制的。热管背板本身是一个全显热的末端,当然这个系统热管背板增加了一个PCU换热器,让系统变得比较复杂,但是通过这个我可以减少机房比较复杂的防水措施的处理,另外一个就是不需要封顶风道,这是减少复杂的特点。

  我们的方案是这样,从空调方面考虑,液管是下面的,气管是的,这样的策略就有一个特点,需要对机位稍微架高,应该是十到二十公分左右,最后我们也有案例的图片展示。DCU是尽量靠近机柜区,但是我们是不要放进去,尽量的靠近,然后把水管多放一点,但是不要占管道太厉害,因为我们有时候也发现DCU不是放在同一层,这样铜管不利于检修。

  这个就是我们在案例中的一些图片,主要的安装的过程就是这样,先在室外,后在室内,在机房内先安装上部的部件和管,然后再安装下部的,这是一个顺序。在室外这块水管和换热器的安装还是比较早期的,我们这块做得稍微紧凑一点,这块如果规划好一点在高处做一个道,安装会更方便一点,室内的先把这些气管的相对规划好,然后安装,包括必要的阀门和支架。因为空间应该是充足的。

  刚才我介绍了最好下面有支架,机柜都是在支架,机柜就位,下面的液管安装我们会再做一个的包缝,用钢板做,否则容易露出来。这是热管背板的外表和安装以后的样子,这种大概是十千瓦,这个有不同的种类,应该是五千瓦到十千瓦。最主要想介绍一下这块,有时候把形式说出来大家还是有一些疑问比如说这种是不是到时候有一些故障,首先从节能上来讲,这个比较容易理解的,简单的说空调末端的风散占TV的等级来两这块小于0.015的,从空调喜欢说的能效比,你去测的话最近一次国家实验室测试,中标那一家达到90%,相比传统的如果说按0.1或者0.9来算,节能率可以达到85%,因为冷气阻力在两米以内。

  从安全角度来讲,我们设计的时候机柜温度在24度以内,背板吸风温度35度以内,比较保守,因为是作为通用的数据中心提供商来讲,不仅不好把数据提的比较激进,现场来看24度以内一般是22度左右,非常稳定的一个温度,35度服务器来讲是一点压力都没有,采用了风机,可以看到风机肯定不用有一台或者两台,因为风机是最多的运动部件,如果说发生故障的话应该是风机鼓掌,情况是最主要,所以我们多台风机不要少于六台,都采用直流风机,服务器用的风扇基本上差别不大。风机更换会影响使用。因为实际上热管里面用的就是氟利昂,跟我们风冷的空调是一样的,因为也有可能泄露或者不够的情况,所以它也要安排设置一些液位计,一个是人工巡检你可以看到它是否正常运行,如果液位不够的话,如果电动电子的液位计可以自动报警。

  还有一个要点,因为它是一个热管背板是一个活动部件,所以说那个连接口的处理需要要强调一下需要设一些措施,不要让管道产生一些变形或者容易疲劳损坏,我们要求整期更换时间不超过30分钟。

  最后一个强调的就是冗余设计,因为昨天就有一个人跟我说,热管一个板只能管一个机柜,这块可能很多人有这种疑问。我介绍一下,其实这个冗余方式有不同的不少的,最常见最容易理解的就是双系统,一个背块做一个门,换了一块另外一个没有用,当然这个是最容易的,而且安全性也是最好的,双系统,但是对我们来讲现在都说减配,所以双系统的投资还有它的外形尺寸,因为两块背板,各方面的因素,我们还是觉得比较吃力的,所以我们实际上用的是一个分的设计,一列机架如果有17个,我们单独定一套单数系统,双数定一套系统,如果出现单点故障,它的故障点最不利的因素是像这张图上表示的,单数也会双数列,整个出来都是热风,但是由于热管它的系统容量是有冗余的,在他感受到周围的有高温的时候,对面热管背对背两列都是把风扇开到最大,通过把温度降低,实际上服务器的吸风是绕过来的,不是直接吸的,是热通道混合以后的吸风,这个实际上就是一个数值的算法,实际上因为这个涉及到一些组织的影响,所以我们还是靠实际测试,所以现在的情况是这样的,我们在最不利的情况下我们故障情况不超过27度,平时不超过24,故障不超过30度,按照新的国标,故障可以达到15到32度,如果我们再放松一点要求可以把这个冗余系统做起来。

  其它就是案例分享了,一个是的,这个是内蒙的,这个是某单位托管的,这个是重庆的数据中心跟OCC类似的热管,这个也是我们会再去考虑的研究的,谢谢!

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