一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统

1.本发明涉及数据中心散热技术领域，更具体的说是涉及一种结合风能驱动的无振动源数据中心智能、高效散热系统。


背景技术：

2.在信息化高速发展的时代，大数据、云计算、人工智能等数据业务都使互联网数据中心(idc)市场规模呈现爆炸式增长，pc硬件的飞速发展大大提高了我们的工作效率，但是pc中央处理器cpu的温度也越来越高，数据中心更是有着“吃人”的耗电量。根据调查显示，cpu的工作温度越高，计算机失稳风险陡增，主要表现为计算效率和硬盘读写速度下降。
3.虽然风冷散热技术在cpu散热领域中应用较广，但其存在的主要问题是：当cpu全负荷工作时，机柜中风扇的振动幅度较大，造成硬盘工作效率下降30％。由此观之，在保证硬盘工作效率的前提下如何消耗最少的能源去降低cpu的工作温度迫在眉睫。除此之外，现有技术大多只关注通过额外付出大量的一次不可再生能源以实现高效散热，而忽略了如何对cpu运行时的高额发热量进行回收利用，造成数据中心类建筑处于高能耗阶段。
4.因此，如何提供一种能够结合风能驱动的数据中心智能、高效散热系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统，为了克服现有数据中心还处于高能耗建筑行列的现状，以及cpu风冷散热技术中由于内置风扇振动所引起的计算效率和硬盘读写速度下降的不足。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统，与数据中心建筑内部的多个机柜连接，用于对所述机柜内部的cpu模块散热；包括：
8.进气模块；所述进气模块将多个所述cpu模块与外界连通；
9.排风模块；所述排风模块安装在所述数据中心建筑的内部；
10.排气模块；所述排气模块将多个所述cpu模块与所述排风模块连通，所述排气模块与所述排风模块之间通过避振件连接；
11.无动力风帽组；所述无动力风帽组安装在所述数据中心建筑的外顶面上；所述无动力风帽组与所述排风模块连通。
12.通过上述技术方案，本发明提出一种近零能耗的无振动源的数据中心散热系统，在排气模块外侧加设排风模块，并用避振件连接排气模块与排风模块，以此实现无振动源式的风扇外置；独特的风道模式，避免了传统风扇散热产生的振动对硬盘工作效率的影响，最大限度地保证了硬盘的工作效率；通过无动力风帽组和排风模块的配合，能够实现无动力散热和电力驱动散热联合切换的多种散热模式。
13.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述
进气模块包括子进气管和主进气管；所述子进气管将多个所述cpu模块并联和/或串联；所述主进气管将多根所述子进气管汇总，并与外界连通。每个所述cpu模块左侧和/或下侧联通子进气管，所有的子进气管的进气端口与竖直设置的主进气管相通。
14.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述排气模块包括子排气管和主排气管；所述子排气管将多个所述cpu模块并联；所述主排气管将多根所述子排气管汇总，并与所述排风模块连通；所述主排气管内壁安装有温度传感器。每个cpu模块上侧联通子排气管，所有的子排气管出气端口与竖直设置的主排气管相通。温度传感器能够检测主排气管内温度，以根据散热需求启动排风模块。
15.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述主排气管内壁和所述cpu模块内均安装有温度传感器，检测精度更高。
16.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述主排气管外侧安装有温差发电片组。主排气管外侧的温差发电片的串、并联个数与外置排风模块所需的运行电压和电流相匹配，还可以通过配置逆变器，将直流电逆变成轴流风机所需的交流电。通过温差发电技术，cpu模块在运行过程中产生热量，从而与室内空气形成温度差，这部分热量通过塞贝戈效应进行热电转换，转化的电能储存在蓄电池内，用于排风模块的运行，从而使整个系统可以实现近零能耗的循环。
17.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述排风模块为轴流风机；所述轴流风机的抽风口与所述主排气管连通，所述轴流风机的排气口与所述无动力风帽组连通。能够满足排风需求。
18.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述轴流风机固定在所述数据中心建筑的内顶壁，且材质为钢制、玻璃钢、pvc或不锈钢。能够满足结构强度需求。
19.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述无动力风帽组包括多个风力推动旋转的无动力风帽；多个所述无动力风帽通过管道并联后汇总，并与所述轴流风机的排气口连通。所述无动力风帽的外形为圆形。无动力风帽利用自然界空气对流原理，可将任意方向的空气流动，加速并转变为由下而上的垂直空气流动，从而具有良好的气流组织形式，可以更加充分地将室内侧的热空气排放至大气中。
20.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述避振件为帆布或橡胶材质的软管，所述软管一端与所述主排气管连通，另一端与所述轴流风机的抽风口连通。避震软管的设置有效解决传统风冷散热技术风扇运行所引起的振动，从而使整个系统实现无振动源，从根本上解决了由于风扇振动引起的计算效率和硬盘读写速度下降的问题。
21.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述进气模块和所述排气模块采用的管道的材质为树脂、镀锌铁皮、无机玻璃钢，酚醛铝箔复合板、聚氨酯铝箔复合板、复合玻纤板或纤维布袋。能够满足结构强度需求。
22.优选的，在上述一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，所述进气模块和所述排气模块采用的管道内壁贴合固定有保温层。能够防止温度向外传递。
23.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统中，具有以下有益效果：
24.1、本发明是一种风能驱动的无振动源的数据中心散热系统，通过在数据中心建筑屋顶布置无动力风帽，既避免了由于内置风扇所引起的振动，又可以直接利用风能实现高效无动力散热，增加了服务器的使用寿命，减少了计算效率和硬盘读写速度的下降。
25.2、本发明屋顶设置的无动力风帽，使得整个散热系统实现无动力循环，直接利用风能，即在有风时无须电力，便可实现连续高速运转，具有高效、节能、环保等特点。
26.3、本发明屋顶设置的无动力风帽，其利用自然界空气对流原理，可将任意方向的空气流动，加速并转变为由下而上的垂直空气流动，从而具有良好的气流组织形式，可以更加充分地将室内侧的热空气排放至大气中。
27.4、本发明屋顶设置的无动力风帽，依靠其独特的圆形外观和支撑结构，可以保证涡轮免受台风的袭击且可抵抗室内腐蚀气体的侵蚀。
28.5、本发明的轴流风机与cpu模块之间连接的避震软管，可以起到良好的减振作用，有效解决了cpu风冷散热技术内置风扇所引起的计算效率和硬盘读写效率低的问题，且通过外置轴流风机使整个系统无需停机即可替换故障风机模块，保证了数据中心的稳定高效运行。
29.6、本发明利用温差发电技术可以进一步帮助数据中心实现近零能耗，利用温差发电片贴附在主排气管外侧，cpu在运行的过程中主排气管与室内空气之间形成温度差，将cpu运行产生的热量通过塞贝戈效应进行热电转换，转化的电能储存在蓄电池内，通过逆变器对轴流风机供电。
30.7、本发明采用智能控制方式，在外界风速无法驱动无动力风帽正常工作的情况下，此时，通过设在主排气管和cpu模块内部的温度传感器将此温度信号转化为电信号，传给设在主排气管道上的轴流风机，当温度达到轴流风机的启动温度时，轴流风机启动，从而将数据中心运行产生的热量带走。
31.8、本发明可以实现零能耗运行，具有重量轻、绿色环保、无噪声、寿命长、安装简单、适用性广泛等优点，对于解决现有风冷散热技术存在的不足具有重要理论指导意义。
32.9、本发明适用于有效风能稳定区、较稳定区和中等稳定区。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
34.图1附图为本发明提供的结合风能驱动的智能化数据中心散热系统的示意图。
35.其中：
[0036]1‑
cpu模块；
[0037]2‑
避振件；
[0038]3‑
子进气管；
[0039]4‑
主进气管；
[0040]5‑
子排气管；
[0041]6‑
主排气管；
[0042]7‑
温差发电片组；
[0043]8‑
轴流风机；
[0044]9‑
无动力风帽。
具体实施方式
[0045]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
参见附图1，本发明实施例公开了一种结合风能驱动的无振动源智能化数据中心散热系统，与数据中心建筑内部的多个机柜连接，用于对机柜内部的cpu模块1散热；包括：
[0047]
进气模块；进气模块将多个cpu模块1与外界连通；
[0048]
排风模块；排风模块安装在数据中心建筑的内部；
[0049]
排气模块；排气模块将多个cpu模块1与排风模块连通，排气模块与排风模块之间通过避振件2连接；
[0050]
无动力风帽组；无动力风帽组安装在数据中心建筑的外顶面上；无动力风帽组与排风模块连通。
[0051]
为了进一步优化上述技术方案，进气模块包括子进气管3和主进气管4；子进气管3将多个cpu模块1并联和/或串联；主进气管4将多根子进气管3汇总，并与外界连通。
[0052]
为了进一步优化上述技术方案，排气模块包括子排气管5和主排气管6；子排气管5将多个cpu模块1并联；主排气管6将多根子排气管5汇总，并与排风模块连通；主排气管6内壁安装有温度传感器。
[0053]
为了进一步优化上述技术方案，主排气管6外侧安装有温差发电片组7。
[0054]
为了进一步优化上述技术方案，排风模块为轴流风机8；轴流风机8的抽风口与主排气管6连通，轴流风机8的排气口与无动力风帽组连通。
[0055]
为了进一步优化上述技术方案，轴流风机8固定在数据中心建筑的内顶壁，且材质为钢制、玻璃钢、pvc或不锈钢。
[0056]
为了进一步优化上述技术方案，无动力风帽组包括多个风力推动旋转的无动力风帽9；多个无动力风帽9通过管道并联后汇总，并与轴流风机8的排气口连通。轴流风机8、无动力风帽9的排气量以及数量由主排气管6所承载的最大散热量所决定。
[0057]
为了进一步优化上述技术方案，避振件2为帆布或橡胶材质的软管，软管一端与主排气管6连通，另一端与轴流风机8的抽风口连通。软管的尺寸大小与主排气管6所能承载的最大散热量相匹配。
[0058]
为了进一步优化上述技术方案，进气模块和排气模块采用的管道的材质为树脂、镀锌铁皮、无机玻璃钢，酚醛铝箔复合板、聚氨酯铝箔复合板、复合玻纤板或纤维布袋。管道孔径大小为保证管道壁强度的最大尺寸。
[0059]
为了进一步优化上述技术方案，进气模块和排气模块采用的管道内壁贴合固定有保温层。保温层可以为泡沫材质。
[0060]
本发明的具体运行模式为：
[0061]
1)直接利用风能模式：当环境风速满足散热要求时，布置在数据中心建筑屋顶处的无动力风帽9依靠自然风能将cpu模块1运行产生的热量传输到自然界。
[0062]
2)无动力风帽9联合轴流风机8运行模式：当环境风速不能满足散热需求时，轴流风机8开启以弥补散热风量的不足。
[0063]
3)轴流风机模式：当环境风速无法驱动无动力风帽9正常工作时，此时可启用轴流风机8进行散热。
[0064]
具体的：
[0065]
cpu模块1运行过程中产生热量，产生的热量经子排气管5汇总后进入主排气管6。当外界环境风速满足散热要求时，数据中心建筑屋顶上部的无动力风帽9在风能的驱动下运转，将主排气管6内积存的热量排放至大气中，从而在实现无动力循环的同时释放热量；当外界环境风速导致无动力风帽9无法正常工作时，温度传感器将此温度信号转化为电信号，传给轴流风机8，当温度达到轴流风机8的启动温度时，轴流风机8启动，从而将cpu模块1运行产生的热量带走，同时轴流风机8与主排气管6之间设有避振件2，可以起到良好的减振作用。
[0066]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0067]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。