热通道与冷通道气流遏制 对数据中心的影响

2017-05-26

 气流遏制系统的能效优势

制冷系统可以设置为更高的送风温度(因此能够节能和增加制冷容量)而仍然可满足负载的安全运行温度。不采用气流遏制系统的房间级制冷系统所设置的送风温度则要比 IT 设备所要求的温度低得多(约为 13°C/55°F),以防止局部过热点的产生。产生局部过热点的原因是在冷风离开制冷设备到达 IT 机柜前的过程中,热量被带入冷风引起温升。采用气流遏制系统允许提高冷风的送风温度,以及到达制冷装置回的风温度尽可能的高。较高的回风温度有助于提升冷却盘管的热交换,从而提高制冷容量和整体的能效。
 消除局部过热点。气流遏制系统能阻止冷风在离开制冷设备到达 IT 机柜前的过程中与废热的混合 。这意味着在制冷装置一侧的送风温度等于 IT 设备进风口温度,即统一 IT 设备进风口温度。当没有冷、热风混合,可以在不产生局部过热点的的前提下提高送风温度,从而延长节能冷却模式的运行时长。
 延长节能冷却模式运行时长。当室外温度低于室内温度时,就可以不通过制冷系统的压缩机工作来向室外排热,通过提高制冷系统的工作温度区间设定点可以大幅的延长制冷系
统中停用压缩机的时间,达到节能。

加湿/ 除湿成本降低。 通过消除冷、热风混合,设定较高的制冷系统送风温度,可以使制冷系统在高于露点温度的工况下运行。当送风温度高于露点温度,空气中的湿度就不会降低。如果湿度不降低,那么就不需要加湿,这样就节约了电能和水。
 更好的物理基础设施整体使用率,  适度规划带来的设备高效率运行。与适度选型的设备相比,越过度选型的设备具有的固定损耗越大,然而,由于高架地板下送风路径中的阻碍
和风道中增压的力要求额外的风机功率,所以无法避免对传统制冷系统过度规划。

冷通道气流遏制系统

冷通道气流遏制系统(CACS)使得数据中心的其余部分成为一个大的热回风压力通风系统。通过密闭冷通道,数据中心内的冷、热气流得以分隔。



热通道气流遏制系统

热通道气流遏制系统 (HACS) 将热通道密闭,以搜集 IT 设备的排出的废热,数据中心机房内的其余空间就形成一个巨大的充满冷空气的“冷池”。通过密闭热通道,数据中心内的冷、热气流得以分隔。


热通道气流遏制系统(HACS)  与房间及空调一起部署


作为独立区域运行的热通道气流遏制系统

热通道气流遏制系统 (HACS)风道连接至独立制冷模块


气流遏制系统对作业环境的影响

不去考虑气流遏制系统的种类,数据中心仍然需要有工作人员在其中工作。

• •  当采用冷通道气流遏制系统时,通常所说的开放的作业区域(包括通道,办公台等)的温度就会和热通道的温度一样


• •  而采用热通道气流遏制系统时,通常所说的开放的作业区域的温度就会和冷通道的温度相同


采用 冷通道封闭 时,热通道内的温度过高也会导致作业环境温度同样过高,对长期在数据中心机房内作业的 IT 人员产生不良影响。而采用 热通道封闭时,高温只存在于封闭的热通道之内,而不会影响到在机房内长时间作业的人员。

与人员的舒适性同等重要的还有 IT 设备的稳定运行。2008 年发布的 ASHRAE 标准 TC9.9 建议服务器进风温度区间为 18-27°C。采用 冷通道封闭,房间的其它部分(作业环境) 会相对较热 ,远超过 27°C(80°F),当采用高密度 IT 设备时 将会超过 38°C(100°F)。因此,任何进入数据中心的人在步入这种高温环境时都会产生不适,在这种环境下连基本的巡视都很不现实。采用冷通道封闭,需要调整人员的预期是他们明白这种较高的温度是“正常的”,而不是系统即将宕机的表现。这种观念上的变化也会因为技术人员不情愿进入数据中心在高温环境下作业而受到质疑。
不仅如此,在使数据中心的运行在较高的温度时,必须为非成行排列的 IT 设备(例如磁带库和大型主机)采取特殊的措施。采用 冷通道封闭时,房间作为一个充满热空气的“热池”,这些设备将需要通过定制的风管从密闭的冷通道获得冷风。在热环境中部署打孔地板虽然可以有助于冷却这种设备,但是破坏了使用气流遏制系统来减少冷、热风混合的初衷。此外,机房内的电源插排、照明、消防和其它系统将需要重新对温升后的可行性进行评估。

热通道气流遏制与冷通道气流遏制对比分析

在对采用热通道气流遏制、冷通道气流遏制和采用高架地板且无气流遏制的传统数据中心进行分
析时,所作出的假设如下:
• •  数据中心规模:11m x 22.6m x 3m(36ft x 74ft x 10ft)
• •  数据中心容量:1,400 kW (未计入冗余)
• •  地点:美国伊利诺伊州芝加哥市
• •  平均电价:每千瓦时 0.12 美元
• •  总 IT 容量:700 kW
• •  功率密度:平均每机柜 7 kW
• •  IT 机柜数量:100
• •  房间级制冷系统采用 61cm (24 英寸)深的高架地板
• •  通过服务器的气流的平均温升为 14°C(25°F)
• •  服务器进风的相对湿度为 45%
• •  采用高架地板且不采用气流遏制系统的冷风泄露混合: 40%
• •  不采用气流遏制系统的冷风泄露混合:20%
• •  采用高架地板和冷通道气流遏制系统的冷风泄露混合: 0%
• •  采用高架地板和热通道气流遏制系统的冷风泄露混合: 0%
• •  CRAH 盘管换热效率:0.619
• •  节能冷却模式换热器效率:0.7
• •  冷冻水设定温升: 6.7°C(12°F)
• •  数据中心使用专属冷站
• •  冷水机 COP:4(50%负载)
• •  冷站负载率:49-52%(取决于何种情况)
• •  冷却塔最低水温: 4.4°C(40°F)采用加热器以防止结冻
• •  冷却塔设计温度区间: 5.6°C(10°F)
• •  IT 设备采用定速风机(当进风温度升高至超出预设的区间值,风机速度变化增加 IT 功耗)
• •  100%精确制冷 (例如,不需要加湿或者除湿)


对 冷通道封闭 和热通道封闭  比较以下三种温度状况:
1.  IT进风温度维持恒定的 27°C(80.6°F) – ASHARE 推荐的进风温度的最大值
a.  冷通道封闭 – 未封闭的区域(热通道)无温度限制会影响人员的舒适性和独立 IT 设备的安全性
b. 热通道封闭 – 未封闭的区域(冷通道)的温度限制在与 IT 进风温度相同
2.  未封闭的开放作业区域温度维持恒定的 27°C(80.6°F) – ASHARE 推荐的进风温度的最大值
a.  冷通道封闭 – 需大幅降低 IT 进风温度以保持未封闭区域(热通道)的温度
b.  热通道封闭 –IT 进风温度限制在与未封闭的区域(冷通道)的温度相同
3.  未封闭的开放作业区域保持 24°C(75°F) – 标准的室内设计温度
a.  冷通道封闭– 需大幅降低 IT 进风温度以保持未封闭区域(热通道)的温度
b. 热通道封闭 – IT 进风温度限制在与未封闭的区域(冷通道)的温度相同

能源成本被细化为 IT,供电,制冷和数据中心总体能耗。
• •  IT 能耗包括所有 IT 设备,为恒定的 700kW
• •  供电能耗包括开关柜、发电机、UPS、主要和关键辅助设备、照明以及关键配电等系统所产生的的损耗
• •  制冷能耗包括冷水机、冷却塔、冷水泵、冷凝水泵和机房空气处理装置(CRAH)所使用的能量。
• •  总体能耗包括 IT、供电、制冷的能耗之和,并与 PUE 直接相关



从此分析中可以清楚地得出,在实际作业环境温度限制和温暖的气候下,热通道气流遏制系统提供比冷通道气流遏制系统更长的自然冷却时长和更低的 PUE。