基于热力学（火用）分析的复合型冷源机柜传热优化与节能研究
发布时间：2020-12-11 10:12
互联网技术的快速发展推动大数据时代进程,数据需求量激增,同时也带动数据中心产业的迅速崛起并壮大。数据中心作为大量数据计算、存储和交互的枢纽,全年8760小时连续运行是基本要求。然而在世界范围内数据中心规模不断扩大的同时,运营阶段的巨大能耗与散热问题日益凸显。因此数据中心散热和节能方法研究是当前的热点方向。数据中心由IT设备、冷却系统、供配电系统和照明系统四大部分组成,然而冷却系统能耗占数据中心总运行能耗的40%50%,具有巨大的能效提升潜力,通过优化换热流程对数据中心节能具有重要意义。就目前数据中心应用范围广的复合型冷源机柜而言,它通过将风冷和水冷技术相结合实现单体机柜范围内的低温送风以保证服务器的散热,相比传统的CRAC机组+地板静压箱送风的冷却模式,复合式冷源机柜具有冷热空气混合损失小、冷量分配均匀、冷源调节性强、冷水温度高、节能潜力大等优点。但传统的单级冷水背板式换热器存在传热参数与机柜热源特性不匹配的现象,机柜换热器面积得不到有效利用,冷源温度高、末端调节性强的优势得不到充分发挥,导致局部过热或冷量浪费现象频发,很多时候为了消除局部热点,不得不关掉免费供冷...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013-2018全球IDC市场规模分析
第1章引言3图1.32013-2018中国IDC市场规模分析Figure1.3IDCmarketscaleanalysisinChinafrom2013to2018由此可见，数据中心是大数据时代下未来万物互联的核心和基础，世界各国都在展开一场资源、网络和市场的争夺战。为了获得更多的数据信息，就需要更多、更高效的数据中心确保信息流、数据流的正常运行，因此我国数据中心发展空间巨大。1.2数据中心能效水平及散热手段2018年1月1日，我国正式颁布并开始实施最新的GB50174-2017《数据中心设计规范》，在该国标中对数据中心给出明确的定义为“为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等[19]。”数据中心组成主要包括IT设备、供配电系统、空调系统和照明系统四部分[20]。其中，IT设备主要用于数据的计算、存储、交互以及通信，是数据中心的核心组件，主要是服务器及用于放置服务器的机柜，图1.4a）为当前通用性较强的刀片服务器，集成化程度高且性能优异；供配电系统包括不间断电源（UPS），如图1.4b）所示以及主备份发电机，实现电力7*24小时的不间断供应[21]；空调系统是确保数据中心平稳运行的关键部分，用于控制数据中心的温度、湿度等[22][23]；照明系统通常为顶灯、地灯以及设备灯[24]。随着服务器结构设计手段的日益增进以及空间利用率的提升，服务器呈现集成化、高效化、绿色化的发展趋势。因此在数据中心服务世界的同时，也存在能效与散热两个世界性的难题。
中国科学院大学硕士学位论文：基于热力学的复合型冷源机柜散热与节能研究4a）刀片服务器b）不间断供电电源a）Bladeserverb）Uninterruptiblepowersupply图1.4数据中心IT设备及供电设备Figure1.4ITequipmentandpowersupplyequipmentindatacenters1.2.1数据中心能耗及能效评价能源统计显示全球数据中心的耗电量占全世界总耗电量的3%[25]。我国数据中心能耗也呈现逐年增长态势，近五年的能耗如图1.5所示，从图中可以看出2017年全年耗电量为1239亿千瓦时，该数值已经超过三峡大坝（976.5亿kWh）和葛洲坝（190.5亿kWh）全年发电量之和，足以看出其消耗是多么的巨大，也说明能源效率有较大的提升空间。图1.52013-2017我国数据中心耗电量及增长率Figure1.5.Datacenterpowerconsumptionandgrowthratefrom2013to2017据EYPMissionCriticalFacilitiesInc调研结果显示，数据中心52%的电能消耗于IT设备，其中包括需求侧的处理器、服务器、存储以及通讯设备，38%用于
【参考文献】：
期刊论文
[1]数据中心能耗模型及能效算法综述[J]. 王继业,周碧玉,张法,石翔,曾楠,刘志勇. 计算机研究与发展. 2019(08)
[2]数据中心能耗现状与节能方向的探索与研究[J]. 胡进贤,周起如,谷国栋. 电脑编程技巧与维护. 2019(04)
[3]数据中心能耗指标PUE解析[J]. 陈庆. 中国金融电脑. 2019(04)
[4]中国数据中心选址发展研究——以近30年国内数据中心选址布局为例[J]. 王楚伊. 建材与装饰. 2018(52)
[5]新国家标准《数据中心设计规范》GB50174-2017对金融业数据中心的影响[J]. 王红峰. 中国金融电脑. 2018(06)
[6]一种适用于高热流密度芯片的微槽道冲击射流冷却系统[J]. 田浩,曹智睿. 暖通空调. 2017(10)
[7]互联网数据中心行业发展现状和趋势分析[J]. 陈爱松. 无线互联科技. 2017(16)
[8]绿色数据中心能效提升研究[J]. 卓青,王念春. 电源世界. 2017(08)
[9]数据中心建设现状与发展趋势[J]. 杨晓平. 智能建筑. 2017(07)
[10]“互联网”时代下数据中心的发展与出路[J]. 廖崇良. 电子世界. 2017(12)
博士论文
[1]云计算数据中心的能耗成本建模与优化研究[D]. 张树本.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析[D]. 唐辉.湖南大学 2018
[2]基于ε-NTU方法的M循环过程热质传递性能研究[D]. 于汝娴.广州大学 2016
[3]水冷型热管散热系统在数据中心的应用研究[D]. 杜雪涛.华南理工大学 2016
[4]冰蓄冷装置和冷水机组联合运行的优化策略研究[D]. 孙晓禹.北京建筑大学 2015
[5]换热器的（火用）传递特性研究[D]. 袁晓凤.重庆大学 2007
本文编号：2910355
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013-2018全球IDC市场规模分析
第1章引言3图1.32013-2018中国IDC市场规模分析Figure1.3IDCmarketscaleanalysisinChinafrom2013to2018由此可见，数据中心是大数据时代下未来万物互联的核心和基础，世界各国都在展开一场资源、网络和市场的争夺战。为了获得更多的数据信息，就需要更多、更高效的数据中心确保信息流、数据流的正常运行，因此我国数据中心发展空间巨大。1.2数据中心能效水平及散热手段2018年1月1日，我国正式颁布并开始实施最新的GB50174-2017《数据中心设计规范》，在该国标中对数据中心给出明确的定义为“为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等[19]。”数据中心组成主要包括IT设备、供配电系统、空调系统和照明系统四部分[20]。其中，IT设备主要用于数据的计算、存储、交互以及通信，是数据中心的核心组件，主要是服务器及用于放置服务器的机柜，图1.4a）为当前通用性较强的刀片服务器，集成化程度高且性能优异；供配电系统包括不间断电源（UPS），如图1.4b）所示以及主备份发电机，实现电力7*24小时的不间断供应[21]；空调系统是确保数据中心平稳运行的关键部分，用于控制数据中心的温度、湿度等[22][23]；照明系统通常为顶灯、地灯以及设备灯[24]。随着服务器结构设计手段的日益增进以及空间利用率的提升，服务器呈现集成化、高效化、绿色化的发展趋势。因此在数据中心服务世界的同时，也存在能效与散热两个世界性的难题。
中国科学院大学硕士学位论文：基于热力学的复合型冷源机柜散热与节能研究4a）刀片服务器b）不间断供电电源a）Bladeserverb）Uninterruptiblepowersupply图1.4数据中心IT设备及供电设备Figure1.4ITequipmentandpowersupplyequipmentindatacenters1.2.1数据中心能耗及能效评价能源统计显示全球数据中心的耗电量占全世界总耗电量的3%[25]。我国数据中心能耗也呈现逐年增长态势，近五年的能耗如图1.5所示，从图中可以看出2017年全年耗电量为1239亿千瓦时，该数值已经超过三峡大坝（976.5亿kWh）和葛洲坝（190.5亿kWh）全年发电量之和，足以看出其消耗是多么的巨大，也说明能源效率有较大的提升空间。图1.52013-2017我国数据中心耗电量及增长率Figure1.5.Datacenterpowerconsumptionandgrowthratefrom2013to2017据EYPMissionCriticalFacilitiesInc调研结果显示，数据中心52%的电能消耗于IT设备，其中包括需求侧的处理器、服务器、存储以及通讯设备，38%用于
【参考文献】：
期刊论文
[1]数据中心能耗模型及能效算法综述[J]. 王继业,周碧玉,张法,石翔,曾楠,刘志勇. 计算机研究与发展. 2019(08)
[2]数据中心能耗现状与节能方向的探索与研究[J]. 胡进贤,周起如,谷国栋. 电脑编程技巧与维护. 2019(04)
[3]数据中心能耗指标PUE解析[J]. 陈庆. 中国金融电脑. 2019(04)
[4]中国数据中心选址发展研究——以近30年国内数据中心选址布局为例[J]. 王楚伊. 建材与装饰. 2018(52)
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[6]一种适用于高热流密度芯片的微槽道冲击射流冷却系统[J]. 田浩,曹智睿. 暖通空调. 2017(10)
[7]互联网数据中心行业发展现状和趋势分析[J]. 陈爱松. 无线互联科技. 2017(16)
[8]绿色数据中心能效提升研究[J]. 卓青,王念春. 电源世界. 2017(08)
[9]数据中心建设现状与发展趋势[J]. 杨晓平. 智能建筑. 2017(07)
[10]“互联网”时代下数据中心的发展与出路[J]. 廖崇良. 电子世界. 2017(12)
博士论文
[1]云计算数据中心的能耗成本建模与优化研究[D]. 张树本.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]数据中心水冷自然冷却模拟研究与冷却系统参数分析[D]. 唐辉.湖南大学 2018
[2]基于ε-NTU方法的M循环过程热质传递性能研究[D]. 于汝娴.广州大学 2016
[3]水冷型热管散热系统在数据中心的应用研究[D]. 杜雪涛.华南理工大学 2016
[4]冰蓄冷装置和冷水机组联合运行的优化策略研究[D]. 孙晓禹.北京建筑大学 2015
[5]换热器的（火用）传递特性研究[D]. 袁晓凤.重庆大学 2007
本文编号：2910355
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