大型自动化机房屏蔽机柜散热及远程监测的设计与测试

黄偲

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院网络信息分公司，广州 510663）

大型自动化机房屏蔽机柜散热及远程监测的设计与测试

黄偲

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院网络信息分公司，广州 510663）

根据某大型自动化机房屏蔽机柜的功能和构造，选择机柜顶部和底部风扇式散热。机柜内拟安装的五台服务器进行三种工况的散热风扇设计及测试。最终确定屏蔽机柜顶部和底部各安装两把转速为2600r/min、单把排风量达450CFM的风扇，机柜底部导流罩面积为0.28m2、高度为5U。并实现风扇运作状态和排风量的远程监测，从而确保机柜内各服务器的正常工作。

屏蔽机柜；散热；远程监测

0 引言

信息化时代，各类信号数据传输交换系统的抗干扰、计算机电磁信息防泄漏，乃至电磁波对人体的防伤害，屏蔽机柜得到广泛应用。而全密闭全金属的屏蔽机柜内部设备的散热，成为设计的突出问题。目前常用的散热方式有风冷、水冷和被动散热等。其中，被动式散热性能较低且制作工艺限制多；水冷散热产品价格较高，安装复杂，其他诸如液氮、干冰等不实用。风冷式散热性能优良、价格低廉、安装简易。

目前屏蔽机柜行业内单台板样机柜配置的散热系统一般热耗为1.5KW至2.2KW。考虑到本大型自动化机房的特殊需要，每台屏蔽机柜内需安装五台服务器，热耗约为4KW，散热问题需要与屏蔽机柜整体设计相结合，定制特殊的散热排风风机，直接安装在机柜外面的顶部和底部。经过三种工况的反复设计和测试，基本满足有关散热指标，并实现了远程监测。

1 屏蔽机柜样机散热测试

屏蔽机柜厂方提供的样机顶部和底部各配置二把送排风风扇，转速为2200r/min，滤波窗半径约为0.1514m（面积约为0.072m2），进风口设置面积约为0.112m2的矩形导流罩。设定机房地板送风风速为0.8～1.0 m/s。经机柜底部导流罩的风速约为0.8～2.0m/s。经机柜顶部滤波窗的排风风速约为4.0m/s。总排风量约为360CFM,机柜进风温度约为16℃。

1.1 第一次测试：样板机柜测试

四台服务器同时运行15分钟，机柜内送风和排风风扇同时启动，机柜内温度急升至34℃。初步分析判断，原因是屏蔽机柜内部排风量过小，拟更换散热风扇。

1.2 第二次测试：更换散热风扇

将转速为2200 r/min的送风和排风风扇更换为转速为2600 r/min。此时机柜内的总排风量可达550CFM。对机柜内进风温度同为16℃，分别同时运行2台、3台和4台服务器，30分钟后的测得的机柜内温度分别达到25℃、29.7℃和32.9℃。测试数据显示，上述散热系统无法满足本信息中心机房屏蔽机柜内配置五台服务器的散热要求。

2 定制特殊散热排风系统及测试

相对准确确定本屏蔽机柜的散热排风系统，风量与机柜内服务器功耗的关系是重要因素，工程技术工作者进行了系列研究和试验（见文献1～3）。对机柜出风口与进风口的温度差满足≤15℃，机柜最小送风量可按如下经验公式（见文献（1））计算。

其中，P是机柜功耗，单位是w，Cp是空气的比热容，单位是KJ/kg℃，ρ是空气的密度，单位是kg m3，Δt是机柜出风口与进风口的温度差，可取为15℃。当机柜进风温度为25℃时，上式可简化为：

由式（2）列出单机柜送风量与功耗关系如表1。

参考上述两次测试结果、有关文献及表1，对机柜散热系统采取三方面的改进。其一是加大机房地板的送风量，将原来的0.8～1.0 m/s的送风速度提高至2.5 m/s。机柜底部地板通风率达50%以上；其二是加大机柜底部导流罩面积，由原来的0.112m2增大至0.128m2，同时提高导流罩的高度，由原来的4U提高至5U；其三，更换送排风风扇，使单把排（送）风量达450CFM。将定制特殊散热排风风扇直接安装在机柜外面的顶部，如下图1所示。机柜正面图如图2所示。机柜底部和顶部的滤波窗拆除示意图分别见图3和图4。

为了确定其可靠性，进行第三次测试：屏蔽机柜内全部配齐五台服务器，自上而下第一、第二和第五台服务器空载、第三和第四台负载情况下运行。总运行功率约为4kw，屏蔽机柜内部的送风和排风系统同时启动，机房底部模拟实际使用环境，去除静电地板送风0.8～1.0 m/s分速，经过屏蔽机柜内部导流罩的风速为4.0 m/s，经过机柜顶部滤波窗平均排风风速是4.0 m/s，机柜顶部滤波窗面积约为0.072m2。经5小时连续运行，机柜内温度保持31℃～32.5℃之间。随后连续经过连续5天的运行和监测，其间，除第二天出现小于1℃的波动外，其余时间机柜内温度都保持在31℃至32.5℃的范围。地址PDU1和PDU2显示的温度与时间的关系曲线记录分别如图5、图6所示。

图1 柜顶风扇示意图

图2 机柜正面

图3 底部滤波窗拆除效果图

图4 顶部滤波窗拆除效果图

图5 地址PDU1显示的温度与时间关系曲线

图6 地址PDU2显示的温度与时间关系曲线

3 机柜散热及远程监测方案的确定

经过机柜厂方及用户商量认为上述散热系统基本可行，用户可根据具体情况适当调节各服务器的工况。

关于远程监测，主要是风扇运作状态、风量及机柜内温度的监测。由于风扇直接由机柜PDU电源供电，各风扇配置独立开关，可根据服务器上架情况决定停止或运行风扇。RA485D对外通信采集的通信端口由机柜PDU电源提供。风扇的运作状态可直接由动环通过监测PDU电源的工作状态来实现，若发现PDU电源断电则马上启动告警程序。机柜内风量监测则由出风口处安装的风速仪，通过协议转换器对外提供TCP/IP通信端口，动环通过采集风扇的风速进行实时监测，若风速低于设定值则立刻启动告警程序。监测系统示意如图7。

图7 监测系统示意图

4 结语

限于篇幅，动环监测系统不赘述。

[1]福建省邮电规划设计有限公司.通信机房、数据中心精确送风系统技术规范书[M]，2010.8.

[2]陈婷.数据机房精确送风方式的应用研究[M].南京师范大学，2014.6.

[3]李灿.基于IDC机房中机柜精确送风系统的运用探析[J].华东科技:学术版，2016（3）：435-435.

Design and Test of Heat Radiation and Remote Monitoring of Shielded Enclosure in Large Automatic Computer Room
HUANG Cai

（Network&Telecommunication Division,China Energy Construction Group，Guangdong Electric Power Design&Research Institute, Guangzhou 510663）

According to the function and structure of the shield cabinet of a large automatic computer room KDP-A.Select cabinet top and bottom fan cooling.Design and test of cooling fan for three working conditions of five servers to be installed in the cabinets.The final determination of the top and bottom of the shielding cabinet each installation of two the rotational speed is 2600r/min and fan air volume to achieve 450CFM a single.And the area of the bottom of the cabinet is 0.28 m2.And Height is 5U.And realize the remote monitoring of fan operation status and exhaust air volume.And the normal operation of the server in the cabinet is ensured.

KDP-A;Heat Radiation;Remote Monitoring

国家自然科学基金资助项目（No.11172334）

1007-1423（2016）35-0026-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.35.005

黄偲（1983－），男，广东湛江人，硕士，工程师，研究方向为电子通信

2016-11-17

2016-11-28