高热密度水冷机柜制冷系统的方案设计与运用

　　随着超级计算机技术的迅猛发展,尤其是以具有高热密度特性的刀片服务器平台在超级计算机领域的广泛使用,传统的空调集中送风已经不能满足其散热要求。为此,一种新颖/高热密度水冷机柜制冷解决方案0应运而生。采用具有可靠、节能、环保等特点的水冷机柜制冷系统作为超级计算机终端的散热解决方案,是当前计算机信息行业发展的大趋势。相关运用,也助推了计算机信息技术的飞跃发展。水冷机柜系统目前主要运用于超级计算机的散热解决方案,下面将重点对系统方案设计及其相关设备的工作与控制原理进行介绍。

　　1 系统方案设计

　　1.1 系统图

　　水冷机柜系统主要由冷冻水机组、循环水泵、储冷罐、热交换柜、全封闭式水冷机柜等构成。整个系统包含两个独立的水循环:初级(也称为一次侧)和次级(也称为二次侧),两者之间通过具有智能热交换控制功能的热交换柜互相隔离,初级和次级之间的水流相互不串流(如图1所示)。

　　1.2 系统主要组成

　　冷水机组:初级冷冻水水源,一般采用风冷或水冷。

　　循环水泵:为管路水循环提供动力,通常要根据实际需要设计成1+1或2+1冗余。

　　储冷罐:保证冷水机组供往热交换柜的水流稳定,并实现一定的冷量储备,工程设计上,储冷罐的大小要根据所要求的备用时间来确定。

　　热交换柜:内部主要由板式换热器、水泵、膨胀箱、控制箱等组成。

　　为服务器机架,用于插装刀片服务器;机柜底部为V型盘管换热器(如图2所示)。

　　这种低紊流导气金属外形的V型盘管换热器具有低风阻的、高可靠性、高制冷量、高效率等特点。安装在机柜底部,也使得空间上与刀片服务器分离,有效防止了漏水、冷凝水故障对服务器运行安全的危害。

　　机柜背部则安装有3台大风量风扇,为机柜内部空气循环提供动力。

　　2 系统工作与控制原理

　　2.1 热交换柜的工作与控制原理

　　计算机机房设备使用了大量易受环境条件影响的电子元器件、机械构件及材料。如果机房环境条件不能满足这些设备对环境的使用要求,就会降低计算机的可靠性,加速元器件及材料的老化,缩短机器的使用寿命。超级计算机采用涡轮式设计,每个刀片就是一个服务器(俗称刀片服务器),运算时,通常由数千个服务器同时工作。因此,刀片服务器对于温度和湿度等环境条件要求非常高。

　　水冷机柜采用水冷制冷方式,水源直接通到机房。为了消除机房内湿度过大导致冷凝水析出的风险,保证服务器安全可靠运行。系统方案设计时,在初级和次级之间增加了热交换柜。热交换柜的智能热交换控制系统将初级和次级水循环系统隔离开来。热交换柜内的控制器与安装在机房内的传感器相连,通过监测机房内的环境温湿度,可自动调节次级的供水水温始终高于露点温度,防止机房内的盘管表壁析出冷凝水。