數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷熱通道封閉的應(yīng)用

汪海威　周愛武　楊杰

摘要：數(shù)據(jù)中心機(jī)房的特點就是使用高密度的機(jī)柜，因此解決高密度機(jī)柜的散熱是數(shù)據(jù)中心機(jī)房的重要功能，采用冷通道封閉或熱通道封閉的方案是解決中高熱密度機(jī)柜散熱的有效方案，該文在分析了冷熱通道封閉的各種應(yīng)用方式后，根據(jù)實踐經(jīng)驗，給出了數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷熱通道封閉的兩個典型案例。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心機(jī)房；冷通道封閉；熱通道封閉；行間空調(diào)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）35-0140-03

Abstract： The feature of data center computer room is the use of high density cabinet. Therefore， it is an important function to solve the heat releasing problem of the high density cabinet. Enclosed cold aisle or heat aisle is effective method to solve the problem. This article analysis the applications of enclosed cold aisle or heat aisle， then expounds two typical cases of the enclosed cold（hot） aisle.

Key words： Data Center Room； Enclosed cold aisle； Enclosed hot aisle； Inter-column Air Conditioning

1 概述

由于互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)和應(yīng)用的迅速發(fā)展，我們從IT時代進(jìn)入到DT時代，在這個發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)越來越普及，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)中需要使用高密度的機(jī)柜，高密度的機(jī)柜具有較大的功耗，使得機(jī)柜成為中高熱密度的機(jī)柜，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的精密空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用就是要解決中高熱密度機(jī)柜的散熱問題。同時，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)中，綠色、節(jié)能的要求越來越高，這樣在數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)冷通道封閉系統(tǒng)或熱通道封閉系統(tǒng)成為發(fā)展的趨勢，冷通道封閉系統(tǒng)或熱通道封閉系統(tǒng)會使精密空調(diào)系統(tǒng)具有更高的效能，使PUE值降低，可以節(jié)約能源。本文將對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的高密度機(jī)柜系統(tǒng)不采用冷熱通道封閉系統(tǒng)、采用冷通道封閉系統(tǒng)、采用熱通道封閉系統(tǒng)等各種情況進(jìn)行應(yīng)用分析，并結(jié)合分析給出我們的設(shè)計。

2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷熱通道封閉的應(yīng)用分析

2.1 不采用冷熱通道封閉和采用冷熱通道封閉的應(yīng)用分析

1）不采用冷熱通道封閉的氣流組織情況

機(jī)柜采用面對面或背對背的方式進(jìn)行擺放，精密空調(diào)冷氣流下送風(fēng)至高架地板下空間內(nèi)，地板下空間作為靜壓箱，由通風(fēng)地板輸送至機(jī)柜前端，再經(jīng)IT設(shè)備吸收，使IT設(shè)備溫度降低后，由機(jī)柜背部排出熱氣流。熱氣流上升至天花內(nèi)，經(jīng)精密空調(diào)吸收后再降低溫度。其優(yōu)點是：低溫空氣直接從底部送到IT設(shè)備內(nèi)，吸收IT設(shè)備的熱量后，從機(jī)房頂部回到空調(diào)機(jī)組頂部。冷熱氣流流動方向與空氣特性相一致，容易得到好的空調(diào)效果。氣流組織形式如下圖所示。

根據(jù)分析，采用冷通道封閉或熱通道封閉，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的冷、熱氣流得以分離。

具有以下優(yōu)點：

1）避免機(jī)房局部熱點產(chǎn)生。產(chǎn)生局部熱點的原因是在冷氣流離開精密空調(diào)設(shè)備到達(dá)機(jī)柜前的過程中，IT設(shè)備產(chǎn)生熱量被帶入冷風(fēng)引起溫升，致使距離制冷設(shè)備較遠(yuǎn)的IT設(shè)備無法得到有效制冷。采用冷通道封閉或熱通道封閉能阻止制冷設(shè)備輸出的冷氣流在到達(dá)機(jī)柜前的過程中與熱氣流混合。如此，冷氣流在離開制冷設(shè)備到達(dá)機(jī)房內(nèi)所有機(jī)柜的送風(fēng)溫度變化很小，即統(tǒng)一的IT設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度，從而避免了局部熱點產(chǎn)生。

2）精密空調(diào)的送風(fēng)溫度可以調(diào)整到較高的溫度，仍然可以滿足機(jī)房內(nèi)IT設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。未采用通道封閉的傳統(tǒng)下送風(fēng)的制冷方式所設(shè)置的送風(fēng)溫度要比IT設(shè)備所要求的溫度低得多，才可以防止機(jī)房內(nèi)某一機(jī)柜局部過熱。采用冷通道封閉或熱通道封閉的方式將冷熱氣流有效隔離，避免了冷熱氣流混合，可以提高送風(fēng)溫度，以及到達(dá)制冷設(shè)備的回風(fēng)溫度也會相應(yīng)得到提升?；仫L(fēng)溫度提升可以提升冷卻盤管的熱交換效率，從而提高制冷容量和整體的能效。

3）通過消除冷、熱氣流混合，設(shè)定較高的制冷系統(tǒng)送風(fēng)溫度，可以使制冷系統(tǒng)在高于露點溫度的工況下運行。當(dāng)送風(fēng)溫度高于露點溫度，空氣中的濕度就不會降低。如果濕度不降低，就不需要加濕，這樣就節(jié)約了電能和水。

4）在實現(xiàn)相同冷卻效果的前提下，采用通道封閉的方式都可減少室內(nèi)風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能。

2.2 采用熱通道封閉與冷通道封閉的應(yīng)用分析

采用熱通道封閉和采用冷通道封閉各有優(yōu)缺點，具體分析如下：

根據(jù)分析：熱通道封閉允許較高的熱通道溫度而不影響到機(jī)房內(nèi)的其他空間是熱通道封閉和冷通道封閉之間最主要的區(qū)別。

具體分析如下：

1）機(jī)房管理人員在機(jī)房操作時，采用冷通道封閉時，冷通道外部空間的溫度過高將會導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境溫度過高，對經(jīng)常在數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)作業(yè)的IT管理人員會感覺不舒適，而采用熱通道封閉，高溫只存在于封閉的熱通道之內(nèi)，而不會影響到在機(jī)房內(nèi)經(jīng)常作業(yè)的人員。

2）機(jī)房內(nèi)除了IT設(shè)備還有其他的設(shè)備時，冷通道封閉仍需要增加環(huán)境空調(diào)或通過定制的風(fēng)管從密閉的冷通道獲得冷氣流來保證這些設(shè)備的良好運行。而熱通道封閉則不需要。

3）在忽略人員舒適性以及獨立設(shè)備安全性的情況下。在機(jī)房面積較大時，若采用熱通道封閉，由于空間較大，空調(diào)發(fā)出的冷氣流部分流失大空間內(nèi)，利用效率相對降低。此種情況冷通道封閉的效果優(yōu)于熱通道封閉。

4）在機(jī)房面積相對較小時且墻頂?shù)孛孀龊帽?，采用熱通道封閉冷氣流在空間內(nèi)損失較小，封閉熱通道直接將冷風(fēng)與設(shè)備散熱面進(jìn)行對流降溫，其制冷效果比較明顯，且IT設(shè)備產(chǎn)生的熱量集中收集，熱通道的溫度可以提高，而不影響通道外的環(huán)境溫度，空調(diào)的送風(fēng)溫度相應(yīng)得到提高，節(jié)能效果相比冷通道更為明顯。但需注意的是，如果送風(fēng)口送風(fēng)出現(xiàn)問題，可能出現(xiàn)熱量快速積聚的問題，影響IT設(shè)備的運用。

2.3 采用行間空調(diào)與采用一般下送風(fēng)房間精密空調(diào)的應(yīng)用分析

針對冷熱通道的封閉，采用行間空調(diào)和采用房間空調(diào)相比，行間空調(diào)具有性能的優(yōu)勢，也具有其他方面的缺點。具體分析如下：

優(yōu)點：

1）行間精密空調(diào)直接放置在機(jī)柜設(shè)備之間，貼近熱源設(shè)計，冷氣流可以在最短的路徑送達(dá)至機(jī)柜內(nèi)部。降溫效果大大提高。

2）空調(diào)緊靠機(jī)柜的布置方式可解決機(jī)柜中的高密度散熱，空調(diào)能提供機(jī)柜需求的冷風(fēng)送風(fēng)量要求，熱風(fēng)能最短最快返回空調(diào)機(jī)組，

3）前送風(fēng)后回風(fēng)，冷熱氣流由機(jī)柜物理隔離，可以有效地防止冷熱氣流混合，提高制冷效率。

4）對地板的架高高度無特殊要求，適用更多機(jī)房建設(shè)場地。

缺點：

1）造價相對較高。

3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房冷熱通道封閉應(yīng)用的設(shè)計案例

在我們的應(yīng)用實踐中，針對不同情況的數(shù)據(jù)中心，我們進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計。具體如下：

3.1 主機(jī)房面積（S≤120㎡）較小的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)計

采用行間精密空調(diào)，并采用熱通道封閉氣流遏制。精密空調(diào)數(shù)量按偶數(shù)進(jìn)行配置，防止局部熱交換不足。

3.2 主機(jī)房面積（S≥120㎡）較大的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)計

面積較大的數(shù)據(jù)中心，分為一次性全部建成和分期建設(shè)兩種建設(shè)方案。若一次性建設(shè)完成，設(shè)計可采用房間空調(diào)，采用下送風(fēng)上回風(fēng)的氣流組織形式，并采用冷通道封閉。當(dāng)然，也可以采用行間空調(diào)的設(shè)計。若采用分期建設(shè)，則建議采用行間空調(diào)進(jìn)行建設(shè)，同時進(jìn)行冷通道封閉。在采用行間空調(diào)和冷通道封閉進(jìn)行設(shè)計時，需將行間空調(diào)分散布置在機(jī)柜列中，不宜將兩臺空調(diào)面對面擺放。這樣設(shè)計可以方便地分期建設(shè)各組機(jī)柜系統(tǒng)，建議同時采用模塊化機(jī)房建設(shè)的方案。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)是數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)的核心之一，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)冷通道封閉系統(tǒng)或熱通道封閉系統(tǒng)是發(fā)展的趨勢，如何將冷熱通道封閉系統(tǒng)與模塊化機(jī)房的建設(shè)，以及先進(jìn)、節(jié)能、綠色、環(huán)保的精密空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)更好的結(jié)合起來，是我們在實際的數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)和應(yīng)用中需要不斷研究和探索的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李洪珠. 數(shù)據(jù)中心封閉冷熱通道數(shù)值模擬對比分析[J]. 制冷， 2014（9）.

[2] 孫育河. 智能冷通道封閉系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心PUE的影響分析[J]. 電信技術(shù)， 2012（11）.