冷通道封閉技術在數(shù)據(jù)機房中的應用及其模擬探討

徐慧姣

（山西信息規(guī)劃設計院有限公司，山西 太原 030000）

0 引 言

隨著IT設備的高精密度化發(fā)展，數(shù)據(jù)機房面臨的散熱問題成為了人們的關注熱點，數(shù)據(jù)機房是進行數(shù)據(jù)集中處理的重要場所，全年不間斷的運行會使數(shù)據(jù)機房中的設備消耗大量電量和熱量。針對數(shù)據(jù)中心機房高能耗的問題，引入了多種節(jié)能降耗的方案對數(shù)據(jù)中心進行降溫，在眾多方案中，冷通道封閉能夠將冷熱空氣進行隔離，利用冷量的優(yōu)勢降低熱量，將冷空氣封閉在冷通道中，逐漸升高冷量利用率，從而實現(xiàn)降溫和節(jié)能的雙重效果。

1 冷通道封閉技術

1.1 應用冷通道封閉技術的緣由

數(shù)據(jù)機房在運行過程中容易受到外部或者內部因素的條件制約，造成機房中氣流組織不流通。數(shù)據(jù)機房中的設備主要依靠空調的冷風和散熱交換，將熱量驅散，以降低機架中的溫度。當熱交換不夠流暢時，數(shù)據(jù)機房中空調設備的容量配置要高于現(xiàn)有需求量才能夠滿足機房散熱需求，這種不合理地規(guī)劃會增加運行成本，需要增加多臺空調設備才能夠達到一定的降溫效果[1]?；诖?，利用冷通道封閉技術，將機房中的冷熱空氣進行隔離，讓冷空氣能夠順利進入設備的內部與熱量進行交換，從而將產(chǎn)生的熱空氣送至空調機組中。該技術可以有效預防冷熱氣流在運行中發(fā)生短路的情況，提高了空調系統(tǒng)的冷量利用率。

1.2 冷通道封閉技術的優(yōu)勢

在數(shù)據(jù)機房中應用冷通道技術，可以將機房中冷熱氣流進行隔離，避免機房內部產(chǎn)生熱點，機房內部發(fā)生熱點的原因是當冷氣流離開空調設備到達機柜前易造成冷量損耗，使得距離較遠的機柜無法得到制冷，沒有充足的冷量進行降溫。而使用冷通道封閉技術能夠減少冷量的流失，讓冷量能夠均勻的進入到機柜內部，杜絕機房內部產(chǎn)生熱點的可能性；提高冷量利用率，降低機房能耗[2]；提高機房中設備的安全性與穩(wěn)定性；技術成熟，施工簡單。機房設備中的尺寸和機柜的間距都有明確標準，因此冷通道技術可以進行模塊化安裝，施工簡潔，冷通道封閉技術還可以與消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、空調系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)進行聯(lián)動控制，是一種非常成熟的技術。

2 冷通道封閉技術在數(shù)據(jù)機房中的應用

2.1 空調散熱與冷通道封閉散熱的氣流組織情況對比

2.1.1 空調散熱

機柜的擺放方式一般為面對面，或者背對背?？照{的冷氣流將冷風送到地板下空間作為靜壓箱，通風底板將冷風送到機柜的前端，設備吸收冷氣后溫度會降低，熱氣流會從機柜的背面排出，升到天花內，空調將熱氣流吸收后進行降溫。使用空調進行降溫的好處是，低溫氣流從底部將冷空氣送到設備中，設備吸收足夠的熱量后會回到空調機組頂端，冷熱氣流的流動方向保持一致，從而得到較好的空調效果，如圖1所示。

2.1.2 冷通道封閉技術散熱

數(shù)據(jù)中心機房中的設備擺放方式不變，使用通道門或者頂棚等裝置將面對面擺放的機柜進行封閉，讓冷熱空氣進行分離[3]。如圖2所示。

使用冷通道封閉的方式，可以將數(shù)據(jù)中心的冷空氣與熱空氣進行隔離，防止機房的內部發(fā)生熱點。采用冷通道封閉的方式將冷氣流隔離后，避免與熱氣流發(fā)生混合，從而提高送風的溫度，提升制冷設備的回風溫度，回風溫度的提升可以將冷卻盤管的熱交換效率提高，從而保持整體較好的性能。冷通道封閉可以將冷熱氣流混合的發(fā)生概率消除，對制冷系統(tǒng)的送風溫度進行設置，讓制冷系統(tǒng)在正常的工況下運行。送風溫度高于露點溫度的情況下，空氣中的濕度將會保持一個良好的狀態(tài)，濕度穩(wěn)定則不需要采取措施進行加濕，可以節(jié)約電能，節(jié)省運行成本，實現(xiàn)節(jié)能[4]。

圖1 立面氣流組織

圖2 冷通道封閉立面氣流組織

2.2 采用冷通道封閉和熱通道封閉的效果對比

不管是冷通道封閉還是熱通道封閉都有各自的優(yōu)缺點。采用熱通道封閉技術，可以在較高的熱通道溫度下，不影響機房中其他的通道空間。機房管理人員在機房中工作時，如果是在冷通道封閉的狀態(tài)下，冷通道的外部空間溫度過高會讓工作在數(shù)據(jù)中心機房中的工作人員感到不舒服。采用熱通道封閉，高溫只存在封閉的空間內，不會影響到工作人員。在數(shù)據(jù)中心機房中，除了IT設備，還有其他的一些設備，冷通道封閉需要增加環(huán)境空調獲得冷氣流，以保證其他的設備能夠正常工作，熱通道則不需要。忽略人員的舒適性，采用熱通道封閉時，如果空間較大，冷空氣將會流失在大空間中，從而降低利用效率。如果機房的面積較小，采用熱通道封閉的損失會減小。但是，需要注意送風口的送風問題，如果熱量集聚，會影響IT設備的正常運行。

2.3 冷通道封閉技術在數(shù)據(jù)機房中的具體實施

以某機房改造項目為例，采用冷通道封閉技術對機房進行改造。該機房總面積120 m2，機柜3排，每排15個，擺放方式面對面或背靠背，排間距1.2 m。該機房采用精密空調下送風的方式，在機柜通道中設置開孔地板，根據(jù)設備的散熱量對風量進行調節(jié)。機房中要安裝防靜電地板，通道兩側安裝封閉門，將整個冷卻區(qū)域進行封閉，以達到制冷的效果。

機房的封閉裝置中，冷通道封閉門采用8 mm的防火剝離[5]，在機柜外側安裝門導軌和導輪，在關閉和推開的位置安裝擋頭。頂板支架長寬高為6 mm×25 mm×20 mm，頂板固定在支桿上，頂板之間用金屬扣、金屬絲進行連接，在機房中設置監(jiān)控室，如果機房中的設備出現(xiàn)異常，值班人員可以及時將頂蓋掀起，讓冷通道充滿整個機房。推拉門采用透明玻璃，保證冷通道的亮度，為減少冷風量的流失，可以在機架上設置盲板。緊密空調產(chǎn)生的冷風會通過格柵送風地板將風量吹入整個發(fā)熱區(qū)，根據(jù)發(fā)熱負荷調節(jié)出風量。對整個送風區(qū)域進行封閉處理，避免冷熱空氣混合。

3 冷通道封閉前后的CFD模擬

為了對比數(shù)據(jù)中心機房安裝冷通道封閉前后的環(huán)境變化，對其進行了CFD模擬實驗。

3.1 排風溫度模擬

圖3是冷通道封閉前后的圖像對比，左側的溫度在27 ℃[6]，右側為封閉后的通道溫度，明顯低于封閉前，由此可見，封閉通道可以降低出風的溫度。

圖3 冷通道封閉前后機柜溫度的變化

3.2 回風氣流模擬

圖4 中左側的氣流組織雜亂，空調送風氣流有短路情況，空調送出的冷風沒有經(jīng)過服務器就直接到了空調回風口，降低了空調的制冷效率；右側的氣流流向清晰，回風的溫度有了明顯改善，且沒有短路情況的發(fā)生。

3.3 機房溫度模擬

當對數(shù)據(jù)中心機房進行冷通道封閉后，機房中的設備會得到充分冷量，機會的排熱溫度也會有所降低，空調回風溫度的升高可以提高空調的制冷效率。冷量都聚集在通道中，會減少空調的送風量，降低空調運行的時間，節(jié)省運行成本。如圖5所示，當對機房進行冷通道封閉后，能夠為機房中的設備提供足夠冷量，讓服務器得到冷卻減少短路的發(fā)生。

圖4 空調回風氣流模擬

圖5 機房溫度封閉前后溫度模擬結果

4 結 論

綜上所述，采用冷通道封閉技術可以起到一定的降溫效果，保證了機房空調的送風溫度，降低了發(fā)生氣流短路的概率，讓服務器可以得到更好的運行性能。冷通道封閉技術施工簡單，成本較低，能夠有效改善機房能耗問題，降低因設備過熱而造成的熱點，降低了發(fā)生消防事故的幾率，非常適用于小型機房改造。