СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЦЕНТРАХ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ И УТИЛИЗАЦИИ СБРОСНОЙ ТЕПЛОТЫ
COOLING METHOD OF ELECTRONIC EQUIPMENT IN DATA PROCESSING CENTRES AND WASTE HEAT RECOVERY

Изобретение относится к области IT-технологий, в частности к серверным устройствам центра обработки данных (ЦОД) в закрытых помещениях, например, контейнерного типа, получающим все более широкое распространение. Немаловажным вопросом является поддержание в компактном помещении рабочей температуры электронных устройств серверной стойки путем удаления рабочих тепловыделений методом охлаждения.
Наиболее простым способом охлаждения является интенсивный обдув серверной стойки окружающим воздухом, как показано на фиг 1 (http://www.amarketplaceofideas.com/bitfury-bitcoin-mining-container-and-ic.htm). Для сообщения с окружающим воздухом приходится открывать стенки контейнера.
При этом возникает опасность засорения оборудования серверной стойки, что может привести к выходу электронного оборудования из строя.
Существуют технические решения охлаждения устройства без сообщения с окружающей средой (https://planetaklimata.com.ua/articles/%3Fmsg=1866), пример которого приведен ан рисунке фиг. 2.
Внутри контейнера над серверной стойкой, содержащей электронное оборудование и расположенной по оси контейнера, за фальшпотолком размещается внутренний блок фреонового кондиционера, а с двух сторон серверной стойки образованы два коридора -горячий и холодный. Вентилятором, установленным внутри внутреннего блока кондиционера, нагретый серверными устройствами воздух забирается из горячего коридора, поступает во внутренний блок кондиционера и прогоняется через испарительный охладительный теплообменник, охлаждается и подается в холодный коридор, откуда вентиляторами серверной стойки направляется на обдув электронного оборудования. Таким образом, внутри контейнера устанавливается вертикальная циркуляция охлаждающего воздуха.
Недостатком такого технического решения является то, что для размещения внутреннего блока и для организации вертикальной циркуляции требуется дополнительное пространство внутри контейнера, в его верхней части. К тому же, для организации вертикальной циркуляции применяется дополнительный вентилятор внутреннего блока при наличии достаточно мощных вентиляторов серверной стойки. Кроме того, устройство не предусматривает утилизацию отводимой теплоты, образующейся при работе электронного оборудования.
Известны способы утилизации отводимой теплоты систем охлаждения. Например, в http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3342 приведены системы утилизации теплоты ЦОД в различных городах стран Скандинавии, где есть потребность в тепловой энергии. Однако в приведенном материале идет речь о крупных ЦОД, отводимая теплота которых используется в крупных городских системах теплоснабжения. Однако в небольших ЦОД утилизируемая теплота может быть использована для теплоснабжения конкретных потребителей.
Предлагается способ охлаждения электронного оборудования в центрах обработки данных и утилизации отводимой теплоты, содержащих серверную стойку, расположенную по оси контейнера и разделенную на две зоны, обдуваемые воздухом в противоположных направлениях, благодаря чему образуется замкнутая горизонтальная циркуляция воздуха, а воздух охлаждается в теплообменниках, например водо-воздушных, расположенных по обе стороны серверной стойки и полностью перегораживающие внутренне пространство так, что с каждой стороны стойки образуются горячий и холодный коридоры. Охлаждение теплоносителя производится преимущественно в тепловых насосах, позволяющих утилизировать отводимую теплоту электронного оборудования серверной стойки для теплоснабжения различных объектов.
Способ охлаждения поясняется рисунком на фиг. 3.
Контейнер 1, вдоль которого по центру расположена стойка 2 с электронным оборудованием, разделен на две зоны 3 и 4, снабженные вентиляторами 5, прогоняющими охлаждающий воздух в каждой из зон 3 и 4 в противоположных направлениях. На выходе из каждой зоны установлены охлаждающие теплообменники первой ступени 6, а на входе -охлаждающие теплообменники второй ступени 7, причем теплообменники 6 и 7 соединены трубопроводами, заполненными теплоносителем, с источником хладоснабжения.
Таким образом, внутри контейнера устанавливается горизонтальная циркуляция воздуха, который нагревается в зонах 3 и 4 стойки 2 и охлаждается в теплообменниках 6 и 7, образуя внутри контейнера горячие и холодные коридоры, причем в теплообменниках первой ступени 6 осуществляется осушение воздуха с удалением конденсата, а во второй ступени 7 -дальнейшее охлаждение до заданной рабочей температуры. В холодный сезон допускается подмес холодного атмосферного воздуха через воздуховод 8 с фильтром 9, что позволяет экономить энергию в источнике хладоснабжения, а удаление избыточного воздуха осуществляется через открывающиеся в крыше контейнера 1 вентиляционные отверстия над горячими коридорами.
Отводимая теплота системы охлаждения ЦОД может быть утилизирована, как показано на рисунке фиг. 3.
Теплообменники 6 и 7 подключены к тепловым насосам 12 и 13, отводимая от которых теплота направляется на теплоснабжение здания 10, например, на горячее водоснабжение. При этом из теплообменников первой ступени 6 наиболее нагретый теплоноситель подается сначала в теплообменник 11, где происходит предварительный подогрев холодной воды (ХВ) и, за счет этого, предварительное охлаждение теплоносителя, а затем в испаритель И теплового насоса 12, где теплоноситель охлаждается до заданной, возможно отрицательной, температуры, а в конденсаторе К осуществляется дальнейший подогрев водопроводной воды. Из теплообменников второй ступени 7 менее нагретый теплоноситель подается в испаритель И теплового насоса 13, охлаждается до заданной температуры, а в конденсаторе К осуществляется окончательный подогрев воды. С целью сокращения коммуникаций ЦОД может быть установлен непосредственно в здании 10 в отдельном помещении.
На фиг. 4 приведена возможная схема утилизации сбросной теплоты ЦОД для горячего водоснабжения и отопления.
Теплообменник первой ступени 6, непосредственно примыкающий к горячему коридору и имеющий наибольшую температуру теплоносителя в обратном потоке, соединен с теплообменником подогрева водопроводной воды 11 системы горячего водоснабжения (ГВС) здания 10, а теплообменник второй ступени 7, имеющий меньшую температуру обратного потока теплоносителя, соединен с испарителем И теплового насоса 13, конденсатор К которого подключен к системе отопления здания 10 и осуществляет нагрев воды для отопления.
Утилизация отводимой теплоты позволяет снизить расход традиционных видов энергии прилегающих зданий и сооружений, повысив тем самым энергоэффективость этих объектов.