黃 廷，楊 琳，楊晚生

（廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 廣州510006）

0 引言

近年來(lái)，隨著信息化的高度發(fā)展，高熱密度數(shù)據(jù)機(jī)房數(shù)量越來(lái)越多，集成度也越來(lái)越高。與此同時(shí)，設(shè)備的發(fā)熱量和機(jī)房的能耗也越來(lái)越高，數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能降耗已成為社會(huì)高度關(guān)注的話題。

據(jù)估計(jì)，英國(guó)目前具有超過(guò)200萬(wàn)個(gè)服務(wù)器機(jī)架，數(shù)據(jù)機(jī)房作為大型的能源用戶，每年的耗電量占整個(gè)英國(guó)用電量的1.5%，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，英國(guó)數(shù)據(jù)機(jī)房的耗電量將會(huì)以每年20%的速度持續(xù)增長(zhǎng)至2020年[1]。在美國(guó)，數(shù)據(jù)機(jī)房的耗電量占整個(gè)美國(guó)用電量的2%，其中40%的耗電量用于數(shù)據(jù)機(jī)房的冷卻系統(tǒng)[2]。在中國(guó)，2015年工信部發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)國(guó)家綠色數(shù)據(jù)機(jī)房試點(diǎn)工作方案的通知》顯示：中國(guó)數(shù)據(jù)機(jī)房總量已超過(guò)40萬(wàn)個(gè)。另外，中國(guó)數(shù)據(jù)中心2016年的能耗超過(guò)1 000億kW·h，占全中國(guó)總能耗近2%，占全中國(guó)建筑總能耗約10%，相當(dāng)于三峽電站全年總發(fā)電量，其中40%～60%能耗用于機(jī)房的冷卻系統(tǒng)中[3，7]。在北京市，數(shù)據(jù)機(jī)房在2015年的總耗電量已達(dá)到6.7×109 kW·h，占北京市總用電量的7%。北京作為中國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要區(qū)域，預(yù)計(jì)2020年末數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)面積是2015年的兩倍，電力需求將達(dá)到1.17×1010 kW·h，與2015年相比提高75%[4]。由此可見(jiàn)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)機(jī)房的能耗增量不可小覷，降低數(shù)據(jù)機(jī)房的能耗是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)的重要組成部分。

數(shù)據(jù)機(jī)房的能耗主要由通信設(shè)備能耗、空調(diào)系統(tǒng)能耗、電源系統(tǒng)能耗三部分構(gòu)成。通信設(shè)備能耗是數(shù)據(jù)機(jī)房能耗最大的部分，約占數(shù)據(jù)機(jī)房能耗的50%，空調(diào)系統(tǒng)能耗約占40%，電源系統(tǒng)能耗約占10%[5]。作為工程應(yīng)用中高熱密度服務(wù)器輔助設(shè)備，數(shù)據(jù)機(jī)房的散熱效果直接影響數(shù)據(jù)處理設(shè)備的安全高效運(yùn)行。隨著科技進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理設(shè)備的使用已經(jīng)遍布社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)處理設(shè)備的散熱方式選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理設(shè)備因溫度過(guò)高而損壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅到工作人員的人身安全。因此，提高數(shù)據(jù)機(jī)房的散熱能力對(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理設(shè)備的安全高效運(yùn)行具有重要意義。

數(shù)據(jù)機(jī)房常見(jiàn)的兩個(gè)能耗指標(biāo)為：能源使用效率PUE（Power Usage Effectiveness）[6]和能效比EER（Energy Efficiency Ratio）[32]。

PUE=數(shù)據(jù)機(jī)房總能耗/IT設(shè)備總能耗=（T設(shè)備總能耗+空調(diào)能耗+供配電等其他能耗）/IT設(shè)備總能耗

EER=總制冷量/數(shù)據(jù)機(jī)房冷卻系統(tǒng)總能耗式中：PUE為數(shù)據(jù)機(jī)房總能耗與IT設(shè)備總能耗的比值，比值越接近1表明數(shù)據(jù)機(jī)房的能效水平越高；EER為單位功率制冷量，值越大越好。

1 風(fēng)冷散熱方式

自然冷卻技術(shù)是利用自然空氣對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行散熱，能耗低，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑之一[7]，但其冷卻效果有限，在工程應(yīng)用中，利用空調(diào)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行散熱是目前應(yīng)用最廣泛的一種方式。

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織不同可以分為上送下回、下送上回、側(cè)送上回等多種形式，不同的氣流組織有不同的散熱效果。一個(gè)單位面積供冷量均為1.1 kW/m2的數(shù)據(jù)機(jī)房，下送風(fēng)形式的機(jī)房中距離送風(fēng)口最遠(yuǎn)的服務(wù)器的回風(fēng)溫度為30℃，而上送風(fēng)形式的機(jī)房距離送風(fēng)口最遠(yuǎn)的服務(wù)器回風(fēng)溫度為38℃，兩者相差8℃，說(shuō)明上送風(fēng)時(shí)服務(wù)器的冷卻效果沒(méi)有下送風(fēng)時(shí)的冷卻效果好[8]。某公司整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的平均PUE值約為2.0，其中一個(gè)單獨(dú)采用下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房PUE值為1.54，優(yōu)化約23%，節(jié)能效果明顯[9]。在實(shí)際數(shù)據(jù)機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)工程案例中，下送風(fēng)方式較上送風(fēng)方式節(jié)約20%的運(yùn)行費(fèi)用[10]。當(dāng)以數(shù)據(jù)機(jī)柜為研究對(duì)象，使冷空氣流經(jīng)機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)下送風(fēng)的氣流組織，機(jī)柜之間沒(méi)有氣流直接流過(guò)，溫度較高，總體來(lái)看，機(jī)房室內(nèi)溫度分布均勻，滿足機(jī)房散熱要求，溫度均勻性最好；側(cè)送側(cè)回的氣流組織，在機(jī)柜之間就存在冷熱氣流交叉現(xiàn)象，機(jī)房室內(nèi)溫度分布較均勻；冷熱通道的氣流組織，機(jī)房?jī)?nèi)出現(xiàn)明顯的冷風(fēng)通道和熱風(fēng)通道，有明顯的冷熱分區(qū)現(xiàn)象[11]。

冷熱通道是數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)冷卻系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一種氣流組織，無(wú)需對(duì)整個(gè)機(jī)房制冷，節(jié)省空調(diào)能耗，還能靈活擴(kuò)充，便于機(jī)械化加工，安裝簡(jiǎn)便，能大幅度的避免冷熱空氣混合[12]。在寧夏地區(qū)，在采用了冷熱通道氣流組織的數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)，根據(jù)室內(nèi)外溫濕度的變化，將空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)為以一定的百分比的新風(fēng)與采用風(fēng)冷機(jī)組聯(lián)合供冷的模式，平均PUE值能夠達(dá)到1.25，節(jié)能潛力較大[13]。

目前數(shù)據(jù)機(jī)房的冷卻系統(tǒng)一般采用風(fēng)冷散熱的方式，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)冷散熱方式的研究也日益成熟，缺點(diǎn)也越來(lái)越明顯，散熱能力低、冷卻效率低、能耗大、易出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象等諸多問(wèn)題逐步顯現(xiàn)。為了避免風(fēng)冷散熱方式的不足，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)余熱的回收利用，達(dá)到數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能減排的目的，液冷散熱技術(shù)被逐漸提出。

2 液冷散熱的優(yōu)點(diǎn)

液冷散熱是數(shù)據(jù)機(jī)房的另一種散熱方式，是數(shù)據(jù)機(jī)房散熱的新手段，與風(fēng)冷散熱方式相比，液冷散熱的效果更佳。以水冷散熱方式為例，將常溫狀態(tài)下空氣和水的熱性能參數(shù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表1），可得出結(jié)論：水的密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)均比空氣的大，水的載熱能力和傳熱能力均比空氣強(qiáng)，冷卻相同的熱量需要大量冷空氣，但只需小體積的水就可以達(dá)到同樣的散熱效果，而且液冷散熱方式的耗電量更小。一個(gè)規(guī)模為500 kW的數(shù)據(jù)機(jī)房，需要1 000臺(tái)風(fēng)機(jī)才能達(dá)到的冷卻效果，只需要32臺(tái)冷卻水泵就可以達(dá)到[14]。

表1 冷卻介質(zhì)的熱性能Tab.1 hermal Properties of the Cooling Medium

另外，液態(tài)水流經(jīng)數(shù)據(jù)機(jī)房后，吸收機(jī)房?jī)?nèi)的熱量而增溫，而熱水在人們?nèi)粘Ｉ罨蛏a(chǎn)工藝中經(jīng)常使用，因此將增溫后的熱水回收利用，變廢為寶，既避免了數(shù)據(jù)機(jī)房的資源浪費(fèi)，又降低了生活用水或工藝用水加熱時(shí)的耗電量。如：利用室內(nèi)游泳池對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行散熱，在達(dá)到良好的散熱效果同時(shí)，又能通過(guò)回收數(shù)據(jù)機(jī)房的余熱，減少游泳池運(yùn)營(yíng)商18%的池水加熱費(fèi)用[15]。與傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方式相比，當(dāng)使用循環(huán)水冷系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行散熱時(shí)，數(shù)據(jù)中心的總能耗可以降低約50%；當(dāng)使用蒸汽壓縮兩相冷卻系統(tǒng)散熱時(shí)，數(shù)據(jù)中心的總能耗可以降低約41%；如果將機(jī)房的熱量出售給熱用戶，數(shù)據(jù)中心的總能耗還可以進(jìn)一步降低。因此，若數(shù)據(jù)中心將回收的熱量出售給附近的火力發(fā)電廠，不僅可以得到余熱回收利用后的額外利潤(rùn)，而且發(fā)電廠的熱效率也可提高約2.2%，直接減少了發(fā)電廠在燃料和碳稅方面的開(kāi)支，實(shí)現(xiàn)雙贏[16]。

由此可見(jiàn)，將數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)的余熱經(jīng)液冷散熱系統(tǒng)回收利用，一舉兩得，具有現(xiàn)實(shí)意義，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。

3 液冷散熱研究現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)機(jī)房液冷散熱包括單相冷卻、兩相冷卻和熱管冷卻[17]，其散熱性能一方面取決于換熱器或蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，另一方面與冷卻劑的參數(shù)有關(guān)。研究的主要焦點(diǎn)是通過(guò)設(shè)計(jì)各種形式的冷板、熱管，并將其設(shè)置在機(jī)房、機(jī)柜或數(shù)據(jù)處理設(shè)備的不同部位，然后改變冷卻介質(zhì)的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)軟件模擬或?qū)嶒?yàn)測(cè)試得出換熱器或蒸發(fā)器的散熱性能[18,19]。

3.1 單相冷卻

單相冷卻的冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變，是利用循環(huán)冷卻劑的顯熱實(shí)現(xiàn)散熱，水就是最實(shí)用的循環(huán)冷卻劑。雖然單相液冷散熱技術(shù)能夠提高散熱效果，降低數(shù)據(jù)機(jī)房的能源消耗，但是由于液體存在泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，因此目前在數(shù)據(jù)機(jī)房得不到廣泛的應(yīng)用，更加無(wú)法替代風(fēng)冷散熱方式。

2020年前，研究的焦點(diǎn)主要集中在如何增強(qiáng)散熱效果，與風(fēng)冷散熱方式形成互補(bǔ)，結(jié)合多種冷卻技術(shù)，尋求最優(yōu)的解決方案[20]。在研究過(guò)程中，各種各樣的冷卻方案逐漸得到應(yīng)用，采用開(kāi)放式機(jī)柜加液冷背板制冷方案的單臺(tái)機(jī)柜制冷量可達(dá)8～12 kW，封閉式液冷機(jī)柜單臺(tái)機(jī)柜內(nèi)散熱功率可達(dá)12～35 kW，封閉式液冷機(jī)柜內(nèi)的溫度總體分布均勻，可以解決25 kW的高熱密度機(jī)柜散熱問(wèn)題，并可以滿足故障、維護(hù)情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行[21]。

以北京市為例，在一臺(tái)功率為10 kW的機(jī)柜內(nèi)采用封閉式液冷散熱方式之后，可達(dá)到一臺(tái)5匹空調(diào)的散熱效果，每年可節(jié)約近30%的用電量[22]。在冷卻方案的研究中，初始入口水溫一般在15～35℃之間，但在實(shí)際的工程中會(huì)發(fā)現(xiàn)入口溫度處于45～60℃之間，該溫度范圍的熱水具有較高的回收利用價(jià)值，且機(jī)房?jī)?nèi)冷卻后剩余的低熱量可以通過(guò)自然冷卻的方式散走，減輕了數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)負(fù)荷[23,24]?？紤]熱回收與散熱可靠性之間的權(quán)衡，通過(guò)方案優(yōu)化對(duì)比分析可得到最佳進(jìn)水溫度范圍為40～50℃，最佳循環(huán)水流速為1 L/min[25]。利用4個(gè)液冷散熱裝置為一個(gè)1.2 kW微型數(shù)據(jù)機(jī)房散熱，當(dāng)冷卻水的流速為1 L/min，入口水溫為20℃和40℃時(shí)，出口溫度分別為32.5℃和50℃，50℃的回水溫度充分證實(shí)了機(jī)房?jī)?nèi)余熱回收的潛力，但由于硅芯片內(nèi)的漏電流和風(fēng)扇功耗的增加，IT功耗較40℃回水溫度時(shí)增加了3%，其冷卻能力也下降了9%，因此液冷散熱的解決方案設(shè)計(jì)很大程度上取決于數(shù)據(jù)中心的管理方法的優(yōu)劣[26]。

近年來(lái)，單相液冷散熱技術(shù)被逐步應(yīng)用到實(shí)際中，如：IBM服務(wù)器[27]、Cool IT系統(tǒng)以及Asetek[17]等。為了提高換熱器的散熱量，增強(qiáng)單相冷卻的余熱回收效果，可將液冷機(jī)柜進(jìn)行封閉式設(shè)計(jì)，控制冷卻水溫度始終高于露點(diǎn)溫度，此種設(shè)計(jì)方案可滿足機(jī)柜內(nèi)高熱密度服務(wù)器的散熱要求，與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷系統(tǒng)相比，散熱效率可提高80%以上，且服務(wù)器安放在密閉的機(jī)柜中，大大降低了機(jī)房的噪聲值[28]。

單相液冷散熱技術(shù)主要是在數(shù)據(jù)機(jī)房或者數(shù)據(jù)機(jī)柜內(nèi)應(yīng)用冷水板，利用離心泵驅(qū)動(dòng)冷水流經(jīng)冷水板實(shí)現(xiàn)散熱，與傳統(tǒng)空調(diào)冷卻系統(tǒng)相比節(jié)約能耗，而且該方法可以對(duì)多個(gè)處理器同時(shí)進(jìn)行冷卻，具有較高、可靠的散熱效果，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)的余熱回收，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.2 兩相冷卻

兩相冷卻是利用循環(huán)冷卻劑的潛熱實(shí)現(xiàn)散熱的，冷卻過(guò)程中發(fā)生了液體-汽相變化。影響兩相冷卻系統(tǒng)的散熱性能的主要因素有：質(zhì)量流量、熱負(fù)荷、冷卻劑的種類等，而冷卻劑通常選用各種制冷劑或沸點(diǎn)低于安全溫度的介電流體[29]。

兩相冷卻的散熱能力要比單相冷卻強(qiáng)，兩相冷卻利用潛熱散熱時(shí)，制冷劑的溫度不會(huì)上升，因此吸收相同的熱量，單向冷卻的制冷劑溫度比兩相冷卻的大，當(dāng)熱流密度為15.9 W/cm2時(shí)，單相水冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器出口溫度是兩相冷卻的1.46倍，當(dāng)工作溫度更低時(shí)，這種差異甚至擴(kuò)大到2.3倍[30]。在室內(nèi)溫度設(shè)定為22℃、室外溫度低于10℃的條件下，采用泵驅(qū)動(dòng)兩相冷卻機(jī)組為小型數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行散熱時(shí)，與采用空調(diào)散熱相比，節(jié)約用電至少26.77%[31]。

以哈爾濱和石家莊為例，室外溫度為15℃時(shí)，利用磁力泵驅(qū)動(dòng)的兩相冷卻復(fù)合制冷裝置為機(jī)房散熱，泵循環(huán)模式的能效比（EER）隨冷凝器迎面風(fēng)速先增大后減小，當(dāng)風(fēng)速為1 m/s時(shí)EER獲得最大值，在哈爾濱，泵循環(huán)模式運(yùn)行時(shí)間占可達(dá)全年的49.3%，在石家莊可達(dá)29.3%，節(jié)電性能明顯[32]。在室外溫度分別為0℃、5℃、10℃、15℃時(shí)，研究某單一因素對(duì)兩相冷卻散熱性能的影響時(shí)，可得出結(jié)論：雙蒸發(fā)器并聯(lián)機(jī)組的換熱量均隨泵頻率升高呈近似線性降低，單蒸發(fā)器機(jī)組的換熱量隨泵頻率升高先升后降，最大換熱量均出現(xiàn)在35～40 Hz之間；雙蒸發(fā)器并聯(lián)機(jī)組EER的最大值為15.348，大于單蒸發(fā)器機(jī)組的最大值13.978，可見(jiàn)內(nèi)部阻力的減小有助于機(jī)組EER的提升；冷卻泵的轉(zhuǎn)速越低，換熱量越大，最大換熱量可達(dá)19.257 kW；EER隨風(fēng)量的上升而減小，且減小速度逐漸增大；另外，不同冷卻劑的情況下?lián)Q熱量不同，在以冷卻劑流量、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、室外溫度為變量的實(shí)驗(yàn)工況下，R32機(jī)組的換熱量和EER始終高于R22機(jī)組，但存在高溫下工質(zhì)泵低頻供液不足的問(wèn)題[33]。

單相冷卻和兩相冷卻都依靠泵為冷卻劑提供動(dòng)力，使冷卻劑流經(jīng)換熱器或蒸發(fā)器吸收熱量，但與單相冷卻相比，兩相冷卻系統(tǒng)中換熱器或蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，安裝要求更高，初步投資更大，因此在工程中應(yīng)用較少。

3.3 熱管冷卻

熱管冷卻是一種利用熱管兩端的溫差驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱的散熱方式[16]。熱管主要擁有七大特性[34-38]：高效導(dǎo)熱性、優(yōu)良等溫性、熱流密度可變性、熱流方向可逆性、熱二極管與熱開(kāi)關(guān)、熱管恒溫性、高強(qiáng)度環(huán)境適應(yīng)性。與其它冷卻方式相比，熱管冷卻的主要優(yōu)勢(shì)有：熱管的冷凝段與蒸發(fā)段溫差越大，其散熱效率越高；熱管冷凝段可設(shè)置換熱器與冷卻塔相連，冬季可利用自然冷源冷卻，提高能源利用率，降低機(jī)房的PUE值；將熱管換熱器安裝于機(jī)架背板內(nèi)，節(jié)省了空調(diào)末端的空間，提高了機(jī)房空間利用率；熱管冷卻無(wú)需工質(zhì)泵提供動(dòng)力，而是利用重力驅(qū)動(dòng)，冷卻劑的泄漏風(fēng)險(xiǎn)較低，是一種安全可靠的冷卻方式[39]。

將熱管安裝在數(shù)據(jù)機(jī)柜之中，然后利用水冷系統(tǒng)吸收熱管冷凝段的熱量，達(dá)到散熱的目的，此種設(shè)計(jì)方案是目前熱管冷卻系統(tǒng)中最常見(jiàn)的一種方式。在15組數(shù)據(jù)機(jī)柜的底部和頂部分別安裝一臺(tái)熱管換熱器，冷卻水進(jìn)入機(jī)柜后，首先流經(jīng)機(jī)柜底部的第一級(jí)熱管換熱器，隨后流經(jīng)頂部的第二級(jí)熱管換熱器，方案運(yùn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)：機(jī)柜底部熱管換熱器的板換進(jìn)出水溫差平均為6℃，機(jī)柜頂部換熱器側(cè)的板換進(jìn)出水溫差平均為3℃，底部換熱器承擔(dān)了66%左右的散熱量；在夏季、冬季和過(guò)渡季的典型日，室內(nèi)側(cè)風(fēng)機(jī)能耗平均減少了30%，室外側(cè)冷水系統(tǒng)能耗分別降低了74%、35%和28%，機(jī)房全年綜合PUE從1.6降低至1.35，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)全年EER從2.6提高到5.7[40]。在分離式熱管冷卻系統(tǒng)中，常見(jiàn)的有：重力型分離式熱管冷卻系統(tǒng)和兩相流分離式熱管冷卻系統(tǒng)。熱管的充液率是影響熱管冷卻效果的主要因素之一，在尺寸為970 mm×798 mm×37 mm熱管換熱器中，當(dāng)充注量為2800 g、溫差為10℃時(shí)，重力型分離式熱管散熱系統(tǒng)的COP可達(dá)到9.5，節(jié)能效果明顯，而兩相流熱管冷卻系統(tǒng)的換熱性能存在很大范圍的最佳充液率區(qū)域，工質(zhì)R410a、R22、R134a的最佳充液率區(qū)域分別為51%～60%、43%～57%、43%～55%[41]。

與傳統(tǒng)的空調(diào)冷卻機(jī)房相比，應(yīng)用了重力型熱管的數(shù)據(jù)機(jī)房耗電減少35%左右，當(dāng)數(shù)據(jù)機(jī)房的室內(nèi)外溫度相差7℃以上時(shí)，熱管散熱器可替代空調(diào)獨(dú)立工作，維持機(jī)房?jī)?nèi)的氣溫不超過(guò)28℃，當(dāng)數(shù)據(jù)機(jī)房的室內(nèi)外溫度相差4℃以內(nèi)時(shí)，散熱器的散熱效率大幅下降，應(yīng)采用空調(diào)制冷的方式進(jìn)行散熱[42]。在模擬仿真中，熱管的散熱效率可以達(dá)到28.2%，熱管加風(fēng)扇散熱模型的散熱效率可以達(dá)到49.1%[43]。一個(gè)空調(diào)冷負(fù)荷為741 kW的數(shù)據(jù)機(jī)房改用熱管冷卻方式后，節(jié)能率的計(jì)算結(jié)果為82.8%，實(shí)際測(cè)試結(jié)果的節(jié)能率達(dá)到了89.4%，說(shuō)明熱管冷卻相比傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式，節(jié)能率高，較大程度降低了數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)能耗[44]。采用吊頂熱管空調(diào)系統(tǒng)對(duì)高熱密度數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行散熱時(shí)，吊頂熱管空調(diào)室內(nèi)機(jī)全年平均PUE在1.28以下，比傳統(tǒng)機(jī)房的空調(diào)室內(nèi)機(jī)減少約2/3[45]。采用分離式熱管空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房，與傳統(tǒng)空調(diào)制冷機(jī)房相比，其節(jié)電率達(dá)62.4%[46，47]。將熱管冷卻應(yīng)用于數(shù)據(jù)機(jī)柜內(nèi)時(shí)，容易發(fā)生微量熱量從機(jī)柜外溢的情況，導(dǎo)致回風(fēng)溫度升高，應(yīng)重視機(jī)柜的密封性設(shè)計(jì)[48]。分離式熱管換熱系統(tǒng)在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用具有明顯的節(jié)能效果，但同時(shí)也存在造價(jià)貴、施工量大、安裝質(zhì)量難以保證等問(wèn)題[49]。

由于熱管是依靠溫差驅(qū)動(dòng)冷卻工質(zhì)的流動(dòng)，導(dǎo)致每個(gè)地區(qū)的熱管散熱系統(tǒng)的散熱效果各異。在全國(guó)節(jié)能率分布中，拉薩和西寧節(jié)能率最高，南寧、廣州和?？诘貐^(qū)節(jié)能率最低，大部分城市的節(jié)能率在30%～50%之間，88%的城市可以使用熱管散熱系統(tǒng)[50]，節(jié)能效果明顯，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 結(jié)論與展望

隨著信息化的高速發(fā)展，世界各國(guó)的數(shù)據(jù)設(shè)備數(shù)量日益龐大，數(shù)據(jù)機(jī)房的耗電量和設(shè)備的發(fā)熱量與日俱增。為了提高數(shù)據(jù)機(jī)房的散熱效果，降低數(shù)據(jù)機(jī)房的能源消耗，液冷散熱技術(shù)逐漸得到研究者的關(guān)注，且開(kāi)始應(yīng)用到了實(shí)際工程之中。與傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱方式相比，液冷散熱技術(shù)具有更好的散熱優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

⑴液態(tài)冷卻劑的優(yōu)越性。傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱是利用空調(diào)制冷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房的散熱，而液冷散熱技術(shù)是利用液態(tài)冷卻劑吸收機(jī)房熱量，液態(tài)冷卻劑的密度、比熱容以及導(dǎo)熱系數(shù)均比空氣大得多，使得液冷散熱系統(tǒng)的散熱性能更加優(yōu)越。

⑵散熱系統(tǒng)的能耗低。與傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱方式相比，一樣的散熱效果，液冷散熱方式的耗電量更低，節(jié)能效果更明顯。

⑶可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房余熱回收利用。吸收熱量之后的液態(tài)冷卻劑溫度可達(dá)到40℃以上（取決于液冷散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），將其回收利用到日常生活或生產(chǎn)工藝之中后，可達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效果，也是建筑節(jié)能措施的良好體現(xiàn)之一。

液冷散熱技術(shù)的缺點(diǎn)可概括如下：

⑴冷卻劑易泄漏。液體泄漏可對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，一般情況下，不建議將液態(tài)管道穿過(guò)數(shù)據(jù)機(jī)房或置于數(shù)據(jù)機(jī)柜之上。

⑵液冷散熱系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，安裝精度要求高。

綜上所述，液冷散熱技術(shù)具有良好的散熱優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段的液冷散熱技術(shù)正在逐步成熟，在未來(lái)的數(shù)據(jù)機(jī)房散熱方式中，液冷散熱技術(shù)將成為主力軍。但是，實(shí)現(xiàn)100%液冷散熱較為困難，液冷散熱技術(shù)無(wú)法替代傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱，兩種散熱方式結(jié)合使用，相輔相成，將成為未來(lái)數(shù)據(jù)機(jī)房散熱的發(fā)展趨勢(shì)。