基于熱力學(xué)（火用）分析的復(fù)合型冷源機(jī)柜傳熱優(yōu)化與節(jié)能研究
發(fā)布時間：2020-12-11 10:12
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展推動大數(shù)據(jù)時代進(jìn)程,數(shù)據(jù)需求量激增,同時也帶動數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的迅速崛起并壯大。數(shù)據(jù)中心作為大量數(shù)據(jù)計算、存儲和交互的樞紐,全年8760小時連續(xù)運(yùn)行是基本要求。然而在世界范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時,運(yùn)營階段的巨大能耗與散熱問題日益凸顯。因此數(shù)據(jù)中心散熱和節(jié)能方法研究是當(dāng)前的熱點(diǎn)方向。數(shù)據(jù)中心由IT設(shè)備、冷卻系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)四大部分組成,然而冷卻系統(tǒng)能耗占數(shù)據(jù)中心總運(yùn)行能耗的40%50%,具有巨大的能效提升潛力,通過優(yōu)化換熱流程對數(shù)據(jù)中心節(jié)能具有重要意義。就目前數(shù)據(jù)中心應(yīng)用范圍廣的復(fù)合型冷源機(jī)柜而言,它通過將風(fēng)冷和水冷技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)單體機(jī)柜范圍內(nèi)的低溫送風(fēng)以保證服務(wù)器的散熱,相比傳統(tǒng)的CRAC機(jī)組+地板靜壓箱送風(fēng)的冷卻模式,復(fù)合式冷源機(jī)柜具有冷熱空氣混合損失小、冷量分配均勻、冷源調(diào)節(jié)性強(qiáng)、冷水溫度高、節(jié)能潛力大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的單級冷水背板式換熱器存在傳熱參數(shù)與機(jī)柜熱源特性不匹配的現(xiàn)象,機(jī)柜換熱器面積得不到有效利用,冷源溫度高、末端調(diào)節(jié)性強(qiáng)的優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮,導(dǎo)致局部過熱或冷量浪費(fèi)現(xiàn)象頻發(fā),很多時候?yàn)榱讼植繜狳c(diǎn),不得不關(guān)掉免費(fèi)供冷...
【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)吉林省
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
013-2018全球IDC市場規(guī)模分析
第1章引言3圖1.32013-2018中國IDC市場規(guī)模分析Figure1.3IDCmarketscaleanalysisinChinafrom2013to2018由此可見，數(shù)據(jù)中心是大數(shù)據(jù)時代下未來萬物互聯(lián)的核心和基礎(chǔ)，世界各國都在展開一場資源、網(wǎng)絡(luò)和市場的爭奪戰(zhàn)。為了獲得更多的數(shù)據(jù)信息，就需要更多、更高效的數(shù)據(jù)中心確保信息流、數(shù)據(jù)流的正常運(yùn)行，因此我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展空間巨大。1.2數(shù)據(jù)中心能效水平及散熱手段2018年1月1日，我國正式頒布并開始實(shí)施最新的GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》，在該國標(biāo)中對數(shù)據(jù)中心給出明確的定義為“為集中放置的電子信息設(shè)備提供運(yùn)行環(huán)境的建筑場所，可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分，包括主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等[19]�！睌�(shù)據(jù)中心組成主要包括IT設(shè)備、供配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)四部分[20]。其中，IT設(shè)備主要用于數(shù)據(jù)的計算、存儲、交互以及通信，是數(shù)據(jù)中心的核心組件，主要是服務(wù)器及用于放置服務(wù)器的機(jī)柜，圖1.4a）為當(dāng)前通用性較強(qiáng)的刀片服務(wù)器，集成化程度高且性能優(yōu)異；供配電系統(tǒng)包括不間斷電源（UPS），如圖1.4b）所示以及主備份發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電力7*24小時的不間斷供應(yīng)[21]；空調(diào)系統(tǒng)是確保數(shù)據(jù)中心平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵部分，用于控制數(shù)據(jù)中心的溫度、濕度等[22][23]；照明系統(tǒng)通常為頂燈、地?zé)粢约霸O(shè)備燈[24]。隨著服務(wù)器結(jié)構(gòu)設(shè)計手段的日益增進(jìn)以及空間利用率的提升，服務(wù)器呈現(xiàn)集成化、高效化、綠色化的發(fā)展趨勢。因此在數(shù)據(jù)中心服務(wù)世界的同時，也存在能效與散熱兩個世界性的難題。
中國科學(xué)院大學(xué)碩士學(xué)位論文：基于熱力學(xué)的復(fù)合型冷源機(jī)柜散熱與節(jié)能研究4a）刀片服務(wù)器b）不間斷供電電源a）Bladeserverb）Uninterruptiblepowersupply圖1.4數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備及供電設(shè)備Figure1.4ITequipmentandpowersupplyequipmentindatacenters1.2.1數(shù)據(jù)中心能耗及能效評價能源統(tǒng)計顯示全球數(shù)據(jù)中心的耗電量占全世界總耗電量的3%[25]。我國數(shù)據(jù)中心能耗也呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢，近五年的能耗如圖1.5所示，從圖中可以看出2017年全年耗電量為1239億千瓦時，該數(shù)值已經(jīng)超過三峽大壩（976.5億kWh）和葛洲壩（190.5億kWh）全年發(fā)電量之和，足以看出其消耗是多么的巨大，也說明能源效率有較大的提升空間。圖1.52013-2017我國數(shù)據(jù)中心耗電量及增長率Figure1.5.Datacenterpowerconsumptionandgrowthratefrom2013to2017據(jù)EYPMissionCriticalFacilitiesInc調(diào)研結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)中心52%的電能消耗于IT設(shè)備，其中包括需求側(cè)的處理器、服務(wù)器、存儲以及通訊設(shè)備，38%用于
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]數(shù)據(jù)中心能耗模型及能效算法綜述[J]. 王繼業(yè),周碧玉,張法,石翔,曾楠,劉志勇. 計算機(jī)研究與發(fā)展. 2019(08)
[2]數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀與節(jié)能方向的探索與研究[J]. 胡進(jìn)賢,周起如,谷國棟. 電腦編程技巧與維護(hù). 2019(04)
[3]數(shù)據(jù)中心能耗指標(biāo)PUE解析[J]. 陳慶. 中國金融電腦. 2019(04)
[4]中國數(shù)據(jù)中心選址發(fā)展研究——以近30年國內(nèi)數(shù)據(jù)中心選址布局為例[J]. 王楚伊. 建材與裝飾. 2018(52)
[5]新國家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》GB50174-2017對金融業(yè)數(shù)據(jù)中心的影響[J]. 王紅峰. 中國金融電腦. 2018(06)
[6]一種適用于高熱流密度芯片的微槽道沖擊射流冷卻系統(tǒng)[J]. 田浩,曹智睿. 暖通空調(diào). 2017(10)
[7]互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢分析[J]. 陳愛松. 無線互聯(lián)科技. 2017(16)
[8]綠色數(shù)據(jù)中心能效提升研究[J]. 卓青,王念春. 電源世界. 2017(08)
[9]數(shù)據(jù)中心建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 楊曉平. 智能建筑. 2017(07)
[10]“互聯(lián)網(wǎng)”時代下數(shù)據(jù)中心的發(fā)展與出路[J]. 廖崇良. 電子世界. 2017(12)
博士論文
[1]云計算數(shù)據(jù)中心的能耗成本建模與優(yōu)化研究[D]. 張樹本.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
碩士論文
[1]數(shù)據(jù)中心水冷自然冷卻模擬研究與冷卻系統(tǒng)參數(shù)分析[D]. 唐輝.湖南大學(xué) 2018
[2]基于ε-NTU方法的M循環(huán)過程熱質(zhì)傳遞性能研究[D]. 于汝嫻.廣州大學(xué) 2016
[3]水冷型熱管散熱系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究[D]. 杜雪濤.華南理工大學(xué) 2016
[4]冰蓄冷裝置和冷水機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)化策略研究[D]. 孫曉禹.北京建筑大學(xué) 2015
[5]換熱器的（火用）傳遞特性研究[D]. 袁曉鳳.重慶大學(xué) 2007
本文編號：2910355
【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)吉林省
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
013-2018全球IDC市場規(guī)模分析
第1章引言3圖1.32013-2018中國IDC市場規(guī)模分析Figure1.3IDCmarketscaleanalysisinChinafrom2013to2018由此可見，數(shù)據(jù)中心是大數(shù)據(jù)時代下未來萬物互聯(lián)的核心和基礎(chǔ)，世界各國都在展開一場資源、網(wǎng)絡(luò)和市場的爭奪戰(zhàn)。為了獲得更多的數(shù)據(jù)信息，就需要更多、更高效的數(shù)據(jù)中心確保信息流、數(shù)據(jù)流的正常運(yùn)行，因此我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展空間巨大。1.2數(shù)據(jù)中心能效水平及散熱手段2018年1月1日，我國正式頒布并開始實(shí)施最新的GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》，在該國標(biāo)中對數(shù)據(jù)中心給出明確的定義為“為集中放置的電子信息設(shè)備提供運(yùn)行環(huán)境的建筑場所，可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分，包括主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等[19]�！睌�(shù)據(jù)中心組成主要包括IT設(shè)備、供配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)四部分[20]。其中，IT設(shè)備主要用于數(shù)據(jù)的計算、存儲、交互以及通信，是數(shù)據(jù)中心的核心組件，主要是服務(wù)器及用于放置服務(wù)器的機(jī)柜，圖1.4a）為當(dāng)前通用性較強(qiáng)的刀片服務(wù)器，集成化程度高且性能優(yōu)異；供配電系統(tǒng)包括不間斷電源（UPS），如圖1.4b）所示以及主備份發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電力7*24小時的不間斷供應(yīng)[21]；空調(diào)系統(tǒng)是確保數(shù)據(jù)中心平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵部分，用于控制數(shù)據(jù)中心的溫度、濕度等[22][23]；照明系統(tǒng)通常為頂燈、地?zé)粢约霸O(shè)備燈[24]。隨著服務(wù)器結(jié)構(gòu)設(shè)計手段的日益增進(jìn)以及空間利用率的提升，服務(wù)器呈現(xiàn)集成化、高效化、綠色化的發(fā)展趨勢。因此在數(shù)據(jù)中心服務(wù)世界的同時，也存在能效與散熱兩個世界性的難題。
中國科學(xué)院大學(xué)碩士學(xué)位論文：基于熱力學(xué)的復(fù)合型冷源機(jī)柜散熱與節(jié)能研究4a）刀片服務(wù)器b）不間斷供電電源a）Bladeserverb）Uninterruptiblepowersupply圖1.4數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備及供電設(shè)備Figure1.4ITequipmentandpowersupplyequipmentindatacenters1.2.1數(shù)據(jù)中心能耗及能效評價能源統(tǒng)計顯示全球數(shù)據(jù)中心的耗電量占全世界總耗電量的3%[25]。我國數(shù)據(jù)中心能耗也呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢，近五年的能耗如圖1.5所示，從圖中可以看出2017年全年耗電量為1239億千瓦時，該數(shù)值已經(jīng)超過三峽大壩（976.5億kWh）和葛洲壩（190.5億kWh）全年發(fā)電量之和，足以看出其消耗是多么的巨大，也說明能源效率有較大的提升空間。圖1.52013-2017我國數(shù)據(jù)中心耗電量及增長率Figure1.5.Datacenterpowerconsumptionandgrowthratefrom2013to2017據(jù)EYPMissionCriticalFacilitiesInc調(diào)研結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)中心52%的電能消耗于IT設(shè)備，其中包括需求側(cè)的處理器、服務(wù)器、存儲以及通訊設(shè)備，38%用于
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]數(shù)據(jù)中心能耗模型及能效算法綜述[J]. 王繼業(yè),周碧玉,張法,石翔,曾楠,劉志勇. 計算機(jī)研究與發(fā)展. 2019(08)
[2]數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀與節(jié)能方向的探索與研究[J]. 胡進(jìn)賢,周起如,谷國棟. 電腦編程技巧與維護(hù). 2019(04)
[3]數(shù)據(jù)中心能耗指標(biāo)PUE解析[J]. 陳慶. 中國金融電腦. 2019(04)
[4]中國數(shù)據(jù)中心選址發(fā)展研究——以近30年國內(nèi)數(shù)據(jù)中心選址布局為例[J]. 王楚伊. 建材與裝飾. 2018(52)
[5]新國家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》GB50174-2017對金融業(yè)數(shù)據(jù)中心的影響[J]. 王紅峰. 中國金融電腦. 2018(06)
[6]一種適用于高熱流密度芯片的微槽道沖擊射流冷卻系統(tǒng)[J]. 田浩,曹智睿. 暖通空調(diào). 2017(10)
[7]互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢分析[J]. 陳愛松. 無線互聯(lián)科技. 2017(16)
[8]綠色數(shù)據(jù)中心能效提升研究[J]. 卓青,王念春. 電源世界. 2017(08)
[9]數(shù)據(jù)中心建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 楊曉平. 智能建筑. 2017(07)
[10]“互聯(lián)網(wǎng)”時代下數(shù)據(jù)中心的發(fā)展與出路[J]. 廖崇良. 電子世界. 2017(12)
博士論文
[1]云計算數(shù)據(jù)中心的能耗成本建模與優(yōu)化研究[D]. 張樹本.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
碩士論文
[1]數(shù)據(jù)中心水冷自然冷卻模擬研究與冷卻系統(tǒng)參數(shù)分析[D]. 唐輝.湖南大學(xué) 2018
[2]基于ε-NTU方法的M循環(huán)過程熱質(zhì)傳遞性能研究[D]. 于汝嫻.廣州大學(xué) 2016
[3]水冷型熱管散熱系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究[D]. 杜雪濤.華南理工大學(xué) 2016
[4]冰蓄冷裝置和冷水機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)化策略研究[D]. 孫曉禹.北京建筑大學(xué) 2015
[5]換熱器的（火用）傳遞特性研究[D]. 袁曉鳳.重慶大學(xué) 2007
本文編號：2910355
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