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“冷热通道气流遏制系统”在数据中心机房中的应用

对于采用冷热通道气流遏制系统与未采用气流遏制措施的传统数据中心相比,气流遏制解决方案能够消除热点,提高节能效果,对已有数据中心来说,最佳气流遏制解决方案取决于数据中心的约束条件,下面本文讲解“冷热通道气流遏制系统”在数据中心机房中的应用,以及数据中心的各种约束条件,提供了确定最佳气流遏制解决方案的建议。

作者:佚名来源:机房百科|2017-10-25 09:48

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前言:

对于采用冷热通道气流遏制系统与未采用气流遏制措施的传统数据中心相比,气流遏制解决方案能够消除热点,提高节能效果,对已有数据中心来说,最佳气流遏制解决方案取决于数据中心的约束条件,下面本文讲解“冷热通道气流遏制系统”在数据中心机房中的应用,以及数据中心的各种约束条件,提供了确定最佳气流遏制解决方案的建议。

对于热通道气流遏制系统,因为可以取得最好的节能效果,所以倍受青睐,而对于采用高架地板作为气流分配方式的已有数据中心,冷通道气流遏制系统则更简单易行、经济高效。数据中心气流遏制策略能够大幅提高传统数据中心制冷系统的可预测性和效率,事实上大多数已有数据中心由于受各种条件的制约,只能采用某些类型的气流遏制策略。

冷热通道气流遏制能为数据中心带来如下一些重要益处:

(1)通过防止热点的出现可以提高可靠性。气流遏制可以防止冷热气流混合,从而为IT设备提 供均匀的、更低的进气温度,从而减少热点的发生。

(2)通过消除热回风再循环,能够提高机柜功率密度。对于一个未采用气流遏制措施的传统高 架地板数据中心来说,机柜功率密度一般保持在平均6千瓦/机柜以下,以防止IT设备排出的热风再循环重新进入IT设备。通过采用气流遏制以及密封孔洞,切断了热风再循环的路径,因此机柜的功率密度可以提高,而且不必担心热点的威胁。

(3)通过增大经过冷却装置空气的“温差”(冷送风与热回风之间的温差)来提高制冷能力。 在一个未采用气流遏制措施的传统高架地板数据中心内,制冷装置所供应的冷风中,因为存在一些泄漏通道,其中50%以上的冷风会绕过IT设备直接返回制冷装置。在采用气流遏制系统后,供应的冷风将被直接直接送入IT设备,吸收热量并将这些热量输送到制冷装置。排气温度越高,制冷装置的温差将越大,可以将制冷能力提高20%,甚至更高。

(4)因为采用了气流遏制系统,可以有效隔离冷热气流,所以能够关闭多余的制冷装置,从而 提高了制冷系统的节能,另外,自然冷却的时间也得以延长,也就是说,当室外温度低于室内温度时,制冷系统的压缩机不必工作就能将热量排到室外。

部署气流遏制系统的两种方法:

冷气流遏制与热气流遏制是实施气流管理策略的两种方法,与未采用气流遏制的传统架构相比,它们都能够实现大幅节能。那么,我们为什么要从它们当中选择其一呢?为什么不能同时采用冷热气流遏制,并将设施的其它区域采用楼宇通风系统进行冷却呢?除了IT机柜位于比较恶劣的环境外(比如生产车间),同时采用冷热气流遏制并不会带来多少好处。采用其中一种就足以防止冷热气流的混合。

冷热气流遏制的各种类型。对于已有数据中心来说,哪种类型的气流遏制更为合适呢?这个问题在生产商、数据中心咨询人员和终端用户之间产生了激烈的争论。实际上,究竟哪种最好,主要取决于设施的制约条件。一些IT经理可以为数据中心在两种甚至多种气流遏制方法中进行选择,而另一些IT经理出于物理制约的原因,可能只能选择其中一种,冷气流遏制或热气流遏制。

在为特定数据中心选择适合的气流遏制解决方案时,评估设施现状是十分重要的,而且应该提前完成。评估时,应将制约因素记录下来。制约是指那些无法克服的障碍,或者只有花费巨额费用才能改变或导致不可接受的结果。例如,提高已有数据中心室内净高是不现实的,因此被认为是一种制约,气流遏制可能会导致已有火灾探测/灭火系统故障,而这就是不可接受的后果,因此这也被视作制约。

每个制约都必须仔细检查,以确定其对气流遏制解决方案部署的影响,以及考虑成本因素,它是否适合,或者拆除它是否会有其它负面影响,对于复杂的项目,专家的审查十分必要,他们能够审查成本和制约造成的后果,而这些是最终用户可能无法意识到的。一旦某些制约的后果可以肯定、清晰明了,那么关键是审查它们,从而来判断它们能否改进或调整,以期达到更好的整体效果。已有数据中心设施有各种环境制约因素,而且并未在客户的控制之中。这些制约包括设施制约、法规制约或不可更改的业务需求等。


以下是一些制约的实例:

(1)IT设备布局

数据中心缺乏统一一致的冷/热通道布局,这严重制约了可选的气流遏制解决方案。有着合理宽度的冷/热通道布局是通道气流遏制解决方案部署的重要条件。从长远来看,建议用户最终将其IT设备转化成冷/热通道布局,以便拓宽气流遏制解决方案的选择范围。

(2)室内净高

这个制约可能体现在室内净高不够,无法安装吊顶来用作回风通道。这通常是采用垂直风管热通道气流遏制或垂直风管机柜气流遏制解决方案的必要条件。

(3)高架地板深度

当高架地板深度过小时,将无法为任何高密度机柜提供足够冷风量,这被认为是一个制约。这主要是因为高架地板设计不佳,或因为高架地板下面的布线、和管网造成的阻碍。这将限制冷通道气流遏制解决方案的部署。

(4)房间立柱位置

在数据中心,支撑立柱一般有两个主要位置(在一行机柜中间或与机柜通道对齐),这可能出现支撑立柱与通道气流遏制面板出现相互干涉的情况。

(5)布线

架空电缆可能会与垂直风管气流遏制面板相互干涉。鉴于这个制约因素,就可能无法部署垂直风管热通道气流遏制解决方案或垂直风管机柜气流遏制解决方案。但如果布线只是穿过通道的某一位置,垂直风管解决方案仍然可行。

(6)气流分配类型

通常较难改变已有数据中心的气流分配类型,而在确定部署某种特定气流遏制方法的投资额和复杂度时,气流分配类型非常关键。例如,对于采用自然送风与精确回风的数据中心来说,部署热气流遏制解决方案较为简单且经济高效,而对于采用精确送风与自然回风的数据中心来说,部署冷气流遏制解决方案则较为简单和经济高效。

对照明的考虑

在已有数据中心创建一个气流遏制区域,可能会导致该区域的照明效果不佳。尽管一些气流遏制解决方案已使用透明或半透明的顶棚让已有光线照入,但它还是会降低光照强度,特别是在面板脏的时候。

对火灾探测和灭火系统的考虑

在部署气流遏制系统后,大量气流将在IT设备处被收集并输送回制冷装置。这种气流的高速流动模式能够稀释烟雾,因此,对需要必要烟气浓度的火灾探测和灭火构成了严重的挑战。火灾探测器的启动受到局部气流模式和烟雾稀释的影响,而灭火剂喷射则受空气流量以及用于部署气流遏制系统设备相关障碍的影响。

对制冷系统运行中断期间的考虑

在发生制冷系统运行中断时,气流遏制解决方案会对此期间剩余的可用时间产生一定的影响。

对IT设备周边工作环境的考虑

在部署冷气流遏制系统后,房间的其它区域事实上将成为一个巨大的热回风通道,其温度与热通道相当。对始终坐在位于数据中心办公桌旁工作的IT人员来说,这是个问题。除了影响人体舒适度外,任何位于数据中心周边的IT设备的可靠性也会受到负面影响。

六种气流遏制方法的优缺点

六种气流遏制方法进行了全面的比较。可以注意到全部四种通道气流遏制方法都可能需要在通道内部添加额外照明设备、火灾探测和灭火装置(由法规监管机构决定)。

气流遏制方法选择:

了解了已有设施的约束条件,审查并比较了气流遏制解决方案,就能很容易地在冷热气流遏制方法中作出选择。此时,大多数人会发现,对他们来说,只有一到两种可行的气流遏制解决方案。鉴于物理约束通常是对气流遏制系统部署的主要约束,所以将根据物理约束来选择气流遏制解决方案。冷气流遏制和热气流遏制两种类型永远不能混合部署,但是,同时可以部署两种类型的冷气流遏制系统,或多种类型的热气流遏制系统。如果混合部署冷、热气流遏制系统,制冷系统的效率很可能低于仅部署其中一种系统的效率。

气流分配方法和制冷装置的位置是物理约束的两个主要考虑因素,下图所示所示为两种常见气流分配方法的气流遏制建议。根据常见气流分配方法选择气流遏制系统(X表示不建议或不可行)

下图则提供了几种较少采用的气流分配方法可以选择的气流遏制系统,根据不经常使用气流分配方法选择气流遏制系统(X表示不建议或不可行)。

气流遏制系统硬件选择

大多数气流遏制方法在部署时都需要考虑以下常见因素:如果存在不同类型的IT机柜,就可能需要定制化气流遏制解决方案 ,对于通道气流遏制或垂直风管机柜气流遏制,可能需要安装额外的照明设备,AHJ可能要求在通道气流遏制系统内安装灭火装置 ,寻找能够与已有设施环境相集成的硬件解决方案,是气流遏制系统部署成功的关键。

此类解决方案的示例包括:

(1)灵活性

气流遏制解决方案应该能够适应各种通道宽度、机柜高度、支持冷/热通道气流遏制的机柜深度、甚至单行机柜。可以让用户轻松移动通道上方某块顶板来进行布线和维护。

(2)照明

采用能透过90%光线的顶板。此外,具有自动开关感应功能的高效LED照明能够与气流遏制解决方案相集成(如右图所示)。

(3)灭火

气流遏制解决方案能够根据温度或烟雾探测器,向工作人员发出报警信号并 自动撒落顶板,让灭火系统扑灭火灾。下面说明了这一灭火方法,一些解决方案还提供了应急自动打开滑动门,以便在发生紧急事件时人员快速离开通道。


气流遏制系统部署完成后,并非一劳永逸,为了在最优化部署基础上取得并保持最佳效果,数据中心运营管理经理必须制定流程来监控气流模式和温度,以确保气流遏制的可靠性。 对于冷通道气流遏制,气流平衡和控制气流是一个大的挑战。

唯一可用来冷却IT设备温度的气流就是送入冷通道中的的空气。冷通道气流遏制系统应根据通道的压差来控制气流,还必须对处于无气流遏制区的非机柜式IT设备进行监控,以确保提供足够的冷量。

总结:

数据中心气流遏制策略能够给数据中心带来巨大的益处,冷气流遏制和热气流遏制是部署气流遏制系统的两种方法, 对于某个特定的部署来说,确定最佳解决方案的步骤应该是:先评估设施的制约条件,再审查所有可行的解决方案,然后选择合适的气流遏制硬件。

冷通道气流遏制和垂直风管热通道气流遏制对于已有周边制冷装置的数据中心是两种最常见的解决方案。将高架地板作为送风通道的数据中心最好选择冷通道气流遏制,而将吊顶作为热回风通道的数据中心则最好选择垂直风管热通道气流遏制。对于已有行级制冷装置的数据中心,行级制冷热通道气流遏制是最佳选择。其它气流遏制解决方案应根据特殊要求进行选择。

【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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