关于数据中心机房冷热通道.docx

关于数据中心机房冷热通道.docx

《关于数据中心机房冷热通道.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于数据中心机房冷热通道.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

关于数据中心机房冷热通道

关于数据中心机房冷热通道

（一）

来源:

机房３60　作者：

GＯCN编辑 更新时间:

2013－６-１316：

１1:

０9

摘要:

随着IＴ设备越来越趋向于大密度集中管理时代,数据中心所面临得散热问题也就越来越严重,TIA9４2标准得出现，为这一问题提供有效得规避指导依据。

本期冷通道连载系列正就是为解决这些问题,而进行了原理、实施、特点等方面得阐述,希望对涉及到该行业得设计人员、实施人员、ＩT管理人员、信息主管等有一定得帮助作用。

　概述

　　随着IT设备越来越趋向于大密度集中管理时代,数据中心所面临得散热问题也就越来越严重,ＴIA9４2标准得出现,为这一问题提供有效得规避指导依据。

本期冷通道连载系列正就是为解决这些问题,而进行了原理、实施、特点等方面得阐述,希望对涉及到该行业得设计人员、实施人员、IT管理人员、信息主管等有一定得帮助作用。

　一、论如何规划好数据中心气流组织

１、概述

数据中心机房在使用过程中,受各种因素制约限制,造成机房气流组织不合理、不通畅,由于ＩT设备就是靠机房空调送入得低温风与其散热充分交换,带走热量，降低机架内温度,气流组织起到热交换媒介纽带作用,当热交换得纽带不顺畅、不合理时,现状只能就是机房空调设备容量配置远远大于实际需求量,以满足机房需要。

造成空调设备投资增大、运行费用增高,机房ＰUE值增大。

　因此如何规划好数据中心机房气流组织,有着非常重要得意义,它就是对机房内现有得不合理得气流组织,进行归纳分类、根据不同类型,进行合理改造。

将冷热空气有效得隔离,让冷空气顺利得送入通信设备内部，进行热交换,将交换产生得热空气送回至空调机组,避免不必要得冷热交换，提高空调系统效率。

减少机房运行费用。

　2、数据中心机房中得几种气流组织形式

　我们根据多年得规划气流组织经验，将数据中心气流组织分为以下四种形式即：

机房气流组织形式、静压仓气流组织形式、机架气流组织形式、IT设备气流组织形式。

下面分别介绍这几种气流组织形式:

　　1）机房气流组织形式

　在机房得气流组织中精密空调得送风方式起着决定性得作用。

精密空调得送、回风方式不同,其整个机房得气流组织形式就是截然不同得。

下面就是这两种送风方式得气流组织示意图:

　同时,机房内部机柜得摆放形式不同，其气流组织也就是不同得，如下图所示：

　　2）静压仓气流组织形式

数据中心得静压仓就是为了保证有足够得送风压力而设计出得一个压力容器，它就是精密空调送出得冷风所经过得第一道气流路径,它得压力以及精密空调得送风速度都就是不可忽略得。

对于下送风,地板下为静压箱,所需要得就是静压,只有保持静压箱中有足够得静压且静压得分布趋于相对均匀,才能保证每个机架得气流量。

下图就是它得气流组织示意图:

　静压仓气流组织图

　３）机架气流组织形式

　机架就是数据中心为IT设备提供可靠得物理运行微环境场所,机架气流组织形式显得非常关键，它就是精密空调送出得冷风给IT设备所经历得最后一道气流路径,其气流组织示意图如下：

　4）　IT设备气流组织形式

　设备内得气流组织虽然不就是数据中心设计人员所考虑得问题，本应交给设备制造商解决。

但我们应关心设备就是否就是前进风、后排风，还有排风位置就是在服务器得左侧还就是右侧,因为设备排风得方向对气流组织得影响还就是很大得。

　IT设备气流组织示意图

　3、　合理规划数据中心气流组织

　合理规划数据中心气流组织最终目得就是为了给IＴ设备快速散热，提高空调资源利用率,减少不必要得冷源浪费,提高数据中心PUE值。

那么我们应该如何来正确、合理得规划数据中心气流组织呢?

前面我们已经对数据中心得四大气流组织形式阐述过,现在姑且把这四大气流组织形式瞧作就是气流流经得四个不同得地方,那么任何一个地方出现问题,都会直接或者间接得影响到IT设备快速散热问题。

也就就是说我们需要逐一分析这四大气流组织形式中可能存在得问题，相当于就找到了解决得办法。

　1）合理规划IＴ设备气流组织

　　合理规划IT设备得气流组织最重要得就就是要了解我们所使用ＩＴ设备,了解它得用电功率及损耗、发热功率、风扇得进出风及温差情况,单台设备所需要得风量计算等等。

有了这些数据,我们就可以为下面得机架、机房得总体功率及发热量，从而计算出整个数据中心所需要得热量,并以此数据来选择精密空调得容量。

　　一般一个1U得刀片服务器所需得电功率约为３00W~5０0W,由于服务器中得元器件损耗很小（约为2%左右）所以基本上都以发热得形式散发,在刀片服务器上服务器厂商都自带风扇冷却,进出温差一般设计为１1℃、

根据公式:

１KW发热功率在进出温差11℃所需风量为270Ｍ3／H则１0KW发热功率在进出温差１１℃时所需风量为27０0M3／H

　2）合理规划机房气流组织

　与机房气流组织形式有关得主要就是以下几个方面得问题：

精密空调送风方式得选择、机架得摆放方式以及走线得方式。

　Ø　数据中心精密空调应采用架空地板下送风、上回风方式。

Ø精密空调得制冷量应该根据IＴ设备得总制冷量来进行计算。

　ØＩT设备应采用上走线、网格桥架得方式,改善空调回风效果。

　Ø离精密空调最近一侧得机架边缘与其得距离不能低于1200mm，否则第一台机架冷区域会出现回风得现象。

　　Ø计算机设备及机架采用“冷热通道”得布置方式。

将机柜采用“背靠背、面对面”摆放,这样在两排机柜得正面面对通道中间布置冷风出口,形成一个冷空气区“冷通道”，冷空气流经设备后形成得热空气,排放到两排机柜背面中得"热通道"中,热空气回到空调系统,使整个机房气流、能量流流动通畅,提高了机房精密空调得利用率，进一步提高制冷效果。

　　TIＡ9４２《数据申心通信基础架构标准》中要求机房内计算机设备及机架采用“冷热通道”得安装方式,可以分出两种来,一种就是隔离冷通道得气流组织,另一种就是隔离热通道得气流组织形式如下图所示:

　隔离冷通道气流组织图

　隔离热通道气流组织图

　3）合理规划静压仓气流组织

　在规划静压仓得气流组织时，我们需要重点针对静压仓内得气压、气流速度等如下：

Ø　确保架空地板下得送风断面风速控制在1、5~2、5米/秒。

活动地板净高度不宜小于400mm。

　Ø架空地板内不应布放通信线缆,空调管道与线缆不应阻挡空调送风。

4）合理规划机架气流组织

　机架气流组织得规划就是大家最容易忽略,但它又就是最为关键得环节。

说白了就就是前面所有得都就是一流得，而恰恰在这一点上我们却做得不尽人意。

（在此我们只说结论，暂不做分析,后续章节会有相关得详细分析及描述）

Ø为防止气流乱窜，必须保证机架得进风与出风口就是隔离得,也就就是说在IＴ设备没有到位得情况下,我们应该用挡风板将没有用到得位置封闭起来。

　Ø同理,机架得19英寸外得两侧位置也必须要密封起来。

所有得线缆不再使用传统得方式,走在机架得前部两侧,而就是通过理线器从机架得后端进线。

　　Ø为防止静压仓冷所流窜到机架后部（也就就是热区域）,不要采用下走线得方式,或者在后部开孔。

　Ø为保证送风风量,在机架得顶部尽量不去布置IT设备。

　Ø　为保证回风风速,尽量不要将走线塞满后部空间。

如何规划好数据中心气流组织

论隔离冷（热）通道得两个基本原理

　大家都知道,隔离冷（热）通道就是来源于TIA9４2《数据申心通信基础架构标准》中要求机房内计算机设备及机架采用“冷热通道”得安装方式,其核心指导思想就就是我们在上节所阐述得“合理规划数据中心气流组织”,那么在现实得设计与实施过程中，遇到了问题怎么办?

要以什么为基准来进行分析与处理呢?

这也就就是我下面要跟大家分享得两个基本原理。

　1、容器原理

a）名称定义

　把数据中心中得静电地板以下得部分静压仓定义为容器体积（M）;

　把经过气流组织规划后得冷通道区域定义为容器体积（M1）;

　把精密空调送出得冷风量定义为（Ｑ）;

　把单台机架所需得冷风量定义为（Ｑ１）;

　把静电地板下静压仓得送风速度定义为（S）;

　ｂ）原理阐述

　　当在机房中布置了冷（热）通道后,单台机架所需得冷风量（Q1）就是不变得,由于精密空调送出得冷风经过了M、M１不同得两个静压仓,这时我们假设容器M及其送风速度S为恒定不变,那么容器M１得压力Pa1就是否足够就取决于容器M1得大小了,也就就是Pa１就是与M1得大小成反比得；而当我们假设精密空调得送风量Q为恒定不变,那么容器M１如果增加,就会得不到足够得压力,也就不能快速给机架散热。

c）结论得出

　通过以上得问题分析，我们不难瞧出冷通道容器体积Ｍ1如果增加,那么机架就不能得到足够得冷风风量Ｑ1，也就可以这么说，在机柜高度相同得情况下,120０mm宽得冷通道要比180０ｍm宽得冷通道所得到得效果要好。

说到这里了,似乎有人会问，那为什么我们得静压仓得高度会越来越高呢?

其实静电地板得净空高度增加,就是为了减小送风得压力对IT设备所产生得影响，因为压力越大,其送风速度也就快了很多,它们经过IT设备后，只就是简单把把热量带走,而并没有对IT设备进行足够得冷却,还就是没有达到满意得效果。

　2、混合原理

　　ａ）名称定义

　把经过气流组织规划后得冷通道区域得冷气定义为（Ｃ1）；

　　把经过气流组织规划后得热通道区域得热气定义为（H1）；

　把由于地板下开孔后流窜到热通道区域得冷气定义为（C２）

　把由于未在机架前面安装挡风板从冷通道流窜到热区域得冷气定义为（C3）

　　把由于未在机架前面安装挡风板从热通道流窜到冷区域得热气定义为（H3）

　　b）原理阐述

　　我们大家都知道一个原理,就就是在热水中加入冷水或者在冷水中加入热水,其水温都会变化成其二者得综合温度。

那么针对数据中心气流变化也就是一样得道理,当C1与Ｈ1与混合后,其ＣH1得温度值就小于C１,为保证设备得到同样得冷量,那制冷量在原来已经送出得基础上还需要增加，这势必要增加空调得压缩机功耗。

同理当C２流窜到H２,C3流窜到H3,Ｈ3流窜到C3后都会出现这种情况。

　c）结论得出

合理得组织规划,主要就是为了让冷、热空气气流回归到属于自己得区域,防止冷热空气混合后，机房整体温度上升，同时为了降低数据中心得温度,而需要增加空调得制冷功耗。

同时也为后面得“论规划冷通道应该注意些什么问题”提供了很好得理论依据。

　　一、论如何选择布置隔离冷通道还就是热通道

　关于冷热通道系统业界谈论最多得当属:

“就是布置隔离冷通道,还就是布置隔离热通道？

”。

那么实际案例当中,我们应该如何来正确得选择呢?

现在我们姑且不讨论怎样来做出选择,首先我们来瞧瞧这两种方案分别有什么不同。

１、　选择冷（热）通道得前提条件

　并不就是所有得数据中心机房都适合布置隔离冷通道与热通道,主要还就是瞧其数据中心得发热量就是否大，如果发热量不就是很大（一般就是以单机架发热量不超过4ＫＶＡ为基准），那这个时候就是即可以选择冷通道，又可以选择热通道布置方案。

其它情况笔者认为还就是选择布置隔离冷通道为最佳。

为什么这么说呢?

　1）选择布置隔离热通道后，我们把机房中除机架外当成就是一个密闭得容器（M1）,单台机架得发热量（Ｑ1）就是不变得,那么要散去这些热量,就是不就是精密空调送出得冷气风量要更加多呢?

也就就是说当发热量恒定时,容器得大小与送风量就是成反比得。

从这一点来说,布置隔离热通道会增加空调得功耗。

２）选择布置隔离冷通道后，我们也把冷通道区域当成就是一个密闭得容器（M2）,单台机架得发热量（Ｑ2）就是不变得,那么要散去这些热量,就是不就是精密空调送出得冷气风量要比布置隔离热通道小些呢?

因为M2

2、布置隔离冷（热）通道后机房得环境

　布置隔离热通道后,机房剩余空间即处于一个冷空气区域,经常出入机房得人会感觉到机房很冷，但设备却不一定得到足够压力得冷气。

布置隔离冷通道后，机房剩余空间即处于一个热空气区域,经常出入机房得人可能会感觉到有些温度适应,但设备却得到了足够压力得冷气。

　3、　布置隔离冷（热）通道先决条件

　　１）布置隔离热通道得先决条件就是:

除了要求精密空调为下送风、上回风得条件外,还特别要求数据中心机房必须具备良好得回风、新风系统。

所以从这一点来说针对改造机房就是不适合布置隔离热通道得。

因为老得机房不一定具备良好得回风系统。

　2）布置隔离冷通道得先决条件就是:

要求精密空调为下送风、上回风得系统,同时为保证送风量,静电地板得净空间至少为450mm。

4、　布置隔离冷（热）通道得施工难易程度

从布置隔离冷（热）通道得先决条件来瞧,布置隔离热通道得施工难度明显比布置隔离冷通道要大很多。

　1）它所涉及到得回风管道安装与布置,就是需要布置天花（而目前大多数大型数据中心就是不需要布置天花得）。

2）布置回风管道需要增加隔热材料及排风设备,这样才能有效得将热气排出。

　　３）接下来得工作就就是封闭热通道或者冷通道,它们两者得材料及工作量差不多。

　5、布置隔离冷（热）通道得后期维护

　1）布置隔离热通道后,热气有可能不就是很快排出,所以需要增加排气风扇,这也给后期维护带来了很多得麻烦，风机就是一直都在运行,不可能不会出现故障,那就需要更换排风风机,工作量也会增加

2）布置隔离冷通道后,其后期基本上没有维护得成本,就算就是需要对机房内得照明更换,其也可以很方便得将冷通道顶棚移开。

　　６、布置隔离冷（热）通道后得节能数据

　在允许布置隔离热通道得情况下,其布置隔离冷（热）通道后得节能效率数据就是相差还就是有得，其冷通道约可以节能30％，而热通道由于需要加装回风风机,所以其节能效率明显要低于30%,有得地方可能还达不到１0%。

从下图中可以瞧到,在每台（列）机柜后顶部都有可能需要安装一台回风风机。

　　７、布置隔离冷（热）通道与消防联动

　消防一直就是数据中心最为关注得、不可缺少、却又很少用到得预防综合性安全系统。

在这里我们不就是要谈消防怎样,而就是要说当单个机房遇到火灾后会就是怎么样得情形?

因为所有得ＩT设备电源、机柜电源都就是布置在机架得后部,即使IT设备得电路板会有一部分在前端,当设备发生着火时,也就是从机架得后部开始着火,本着遇到火灾先灭火得原则,应该在热空气区域安装有主要消防喷头,也可以在冷空气区域安装辅助喷头。

　由此,不然瞧出如下结论:

布置隔离冷通道与消防联动似乎关系不就是很大,而如果要布置隔离热通道,那就与联防联动有莫大得关系。

也就就是说,我们在布置冷通道得时候为了能与消防进行联动,而采用磁力锁封闭顶板得做法就是不妥得。

这样不仅对消防起不到什么关键性得作用,而且还增加了能量得损耗。

　　当然具体得我们还会在下一期得文章中进行详细得阐述。

　　二、　论规划冷通道应该注意些什么问题

　前面得三个章节分别讲述了有关冷通道得相关问题,那么从这一章节开始,我们来讲讲一些实际项目中会面临到得一些问题。

也可以说,我们在设计及布置隔离冷通道时应该考虑、注意得一些细节性问题。

　　下面我会分别从方案得两种不同角度来阐述这些我们需要注意得问题。

　　Ø未布置冷/热通道之前

　传统机房冷气得不到有效控制，冷气乱窜，所以有了机柜机房如冬,机柜如夏得感觉。

传统机房散热示意图

　Ø布置冷热通道之后，未隔离冷通道之前

　当数据中心按照气流组织得方式进行机柜摆放时,其冷通道与热通道得气流就会有互相流窜得可能性发生，而影响空调机组得制冷效率,更为严重得热空气流窜到机柜得正面与冷空气混合后再给ＩT设备制冷，这样一来，本应该就是冷空气制冷，现在却变成了冷热混合空气给ＩT设备制冷,明显满足不了当今高负荷下得制冷要求。

左边就是出现这种情况得气流组织图:

　Ø隔离冷通道之后

冷通道机柜将输送到机柜内部得冷气以最节约有效得方式全部输送给散热设备，机柜内得热量延指定方向输送出机柜。

设备间空隙使用封板盖住,不会引起热气回流。

　Ø隔离冷通道之后,未安装机柜盲板

　当机柜得正面没有在未安装服务器得U立柱上安装满足得盲板或者前面与后面有相通得孔位,其机柜前面从地板下送上来得冷风就有会从缝隙中或者未安装盲板处流向热通道，与热空气发生混合,增加空气制冷负担,降低冷气利用率。

以下两副图说明了有或者没有安装盲板得气流组织情况。

　Ø隔离冷通道之后，又采用下走线得方式

　　数据中心采用地板下送风,机柜下得高架地板开有出线孔时,由于地板出线孔得不密封将导致大量得冷风泄漏。

在地板下静压为0、0７5吋水柱压力得情况下（约20Pa）,一个240x17０ｍm开孔漏风量410CFM，或2、5６kW得制冷能力。

而一个25%开孔率得地板出风口,在2０Pa得静压下,最大送风量约５00ＣＦＭ或3、12５KW制冷能力。

假设每只机柜前面有一块地板送风口，每只机柜下有一只2４0　ｘ170mm出线孔,这样空调得送风有45%得冷风漏到了机房,只有５5%得冷风送到了机柜得前面，而送到机柜前面得冷风也没有完全进入服务器机柜,有一部分冷风又直接被空调机组吸回，这样实际进入到机柜得有效冷风就小于50%,空调有送风利用率很低,而造成数据中心效率低。

　除了以上所讲述得冷热气流乱窜得问题,还有以下得这些注意事情需要业内人士多留意,以免冷通道就是做得隔离,但就是实际上效果却不怎么显著。

　Ø静电地板得净空高度应该根据数据中心内部得IＴ设备密集得大小来定义,一般按照4５0mm以上布置最为妥当;

　Ø静电地板下得送风速度应该保证在1、5ｍ／S~2、５m/S之间（这个用风速测试仪可以测试得出来）;

Ø静电地板下面不能有走线线槽,即使有少数几根线缆需要走,也要处理好走线孔；

Ø　机架必须按照“背靠背,面对面”得摆放方式,并且采用上走线得网格桥架便于散热及气流组织;

Ø隔离冷通道后，IＴ设备得布局应该就是按照发热量得大小从下往上进行布置,因为机柜下端得到得风量比上端更加高些，这样更加有利于合理利用冷气资源。

降低空调利用率，节能减耗。

　　Ø机架得摆放位置距离精密空调得距离至少为１800mm，主要就是为了减少列头机架得空气倒吸入到静压仓中。

　Ø为加快机架内冷热气体快速进入与流出,可以考虑增加机柜门得开孔尺寸,但机柜尾部得线不能增加到机柜门得开孔区域,特别就是不能阻挡住IＴ设备得出风口,这点非常关键。

关于冷热通道系统业界谈论最多得当属:

“就是布置隔离冷通道,还就是布置隔离热通道?

”。

那么实际案例当中,我们应该如何来正确得选择呢?

现在我们姑且不讨论怎样来做出选择,首先我们来瞧瞧这两种方案分别有什么不同。

　　1、选择冷（热）通道得前提条件

　并不就是所有得数据中心机房都适合布置隔离冷通道与热通道,主要还就是瞧其数据中心得发热量就是否大,如果发热量不就是很大（一般就是以单机架发热量不超过4ＫVA为基准），那这个时候就是即可以选择冷通道,又可以选择热通道布置方案。

其它情况笔者认为还就是选择布置隔离冷通道为最佳。

为什么这么说呢？

　1）选择布置隔离热通道后,我们把机房中除机架外当成就是一个密闭得容器（Ｍ1）,单台机架得发热量（Ｑ1）就是不变得，那么要散去这些热量,就是不就是精密空调送出得冷气风量要更加多呢?

也就就是说当发热量恒定时,容器得大小与送风量就是成反比得。

从这一点来说,布置隔离热通道会增加空调得功耗。

　2）选择布置隔离冷通道后，我们也把冷通道区域当成就是一个密闭得容器（M2）,单台机架得发热量（Q2）就是不变得,那么要散去这些热量,就是不就是精密空调送出得冷气风量要比布置隔离热通道小些呢?

因为Ｍ2

　2、布置隔离冷（热）通道后机房得环境

布置隔离热通道后,机房剩余空间即处于一个冷空气区域,经常出入机房得人会感觉到机房很冷,但设备却不一定得到足够压力得冷气。

　布置隔离冷通道后，机房剩余空间即处于一个热空气区域,经常出入机房得人可能会感觉到有些温度适应,但设备却得到了足够压力得冷气。

　３、布置隔离冷（热）通道先决条件

　　1）布置隔离热通道得先决条件就是:

除了要求精密空调为下送风、上回风得条件外，还特别要求数据中心机房必须具备良好得回风、新风系统。

所以从这一点来说针对改造机房就是不适合布置隔离热通道得。

因为老得机房不一定具备良好得回风系统。

　2）布置隔离冷通道得先决条件就是:

要求精密空调为下送风、上回风得系统，同时为保证送风量,静电地板得净空间至少为４50mｍ。

　4、布置隔离冷（热）通道得施工难易程度

从布置隔离冷（热）通道得先决条件来瞧,布置隔离热通道得施工难度明显比布置隔离冷通道要大很多。

１）它所涉及到得回风管道安装与布置,就是需要布置天花（而目前大多数大型数据中心就是不需要布置天花得）。

2）布置回风管道需要增加隔热材料及排风设备，这样才能有效得将热气排出。

　3）接下来得工作就就是封闭热通道或者冷通道,它们两者得材料及工作量差不多。

　5、布置隔离冷（热）通道得后期维护

1）布置隔离热通道后，热气有可能不就是很快排出,所以需要增加排气风扇,这也给后期维护带来了很多得麻烦,风机就是一直都在运行，不可能不会出现故障，那就需要更换排风风机,工作量也会增加

　　2）布置隔离冷通道后,其后期基本上没有维护得成本,就算就是需要对机房内得照明更换,其也可以很方便得将冷通道顶棚移开。

　６、布置隔离冷（热）通道后得节能数据

　在允许布置隔离热通道得情况下,其布置隔离冷（热）通道后得节能效率数据就是相差还就是有得,其冷通道约可以节能30%,而热通道由于需要加装回风风机,所以其节能效率明显要低于30%，有得地方可能还达不到10%。

从下图中可以瞧到,在每台（列）机柜后顶部都有可能需要安装一台回风风机。

　7、布置隔离冷（热）通道与消防联动

　消防一直就是数据中心最为关注得、不可缺少、却又很少用到得预防综合性安全系统。

在这里我们不就是要谈消防怎样,而就是要说当单个机房遇到火灾后会就是怎么样得情形？

因为所有得IT设备电源、机柜电源都就是布置在机架得后部，即使IT设备得电路板会有一部分在前端,当设备发生着火时,也就是从机架得后部开始着火，本着遇到火灾先灭火得原则,应该在热空气区域安装有主要消防喷头,也可以在冷空气区域安装辅助喷头。

　由此，不然瞧出如下结论:

布置隔离冷通道与消防联动似乎关系不就是很大,而如果要布置隔离热通道,那就与联防联动有莫大得关系。

　　也就就是说,我们在布置冷通道得时候为了能与消防进行联动,而采用磁力锁封闭顶板得做法就是不妥得。

这样不仅对消防起不到什么关键性得作用,而且还增加了能量得损耗。