在已有数据中心部署冷热气流 遏制系统 作者 Paul Lin Victor Avelar John Niemann 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。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。本白皮书探讨了已有数据中心的 各种约束条件，审查了所有可行的气流遏制方法，提供 了确定最佳气流遏制解决方案的建议。 版本 0 第 153 号白皮书 施耐德电气旗下 的白皮书现收录于施耐德电气白皮书资料库 由施耐德电气数据中心科研中心发表 DCSCSchneider-Electric.com 摘要 在已有数 据中 心部署冷 热气 流遏制系 统 施耐德电气 数据中心科研中心 版本 0 2 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，绿色网 格组织（The Green Grid）将气流管理策略称作“实施数据中心节能计划的起点” 1 。但是，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。请注意本白皮书 是专门针对已有数据中心的。如果需要了解有关新建数据中心气流遏制解决方案的信息，请参见 第 135号白皮书热通道与冷通道气流遏制对数据中心的影响。 一般来说，气流遏制能为已有数据中心带来如下一些重要益处： 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。 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。 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。 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。 本白皮书介绍了当前可行的气流遏制方法，探讨了已有数据中心的制约条件和用户偏好，为确定 适合的气流遏制解决方案提供了指导方针，并强调进行后续气流管理维护的重要性。 从大的方面来说，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。如需了解更多有关气流分配的信息，请参见第 55号白皮书 用于IT环境的各种气流分配方案。 气流遏制方法 热气流遏制 垂直风管 机柜 气流遏制 垂直风管 热通道 气流遏制 行级制冷 热通道 气流遏制 机柜 气流遏制 冷气流遏制 冷通道 气流遏制 行级制冷 冷通道 气流遏制1 http:/www.thegreengrid.org/media/WhitePapers/White_Paper_11_- Seven_Strategies_to_Cooling_21_October_2008.ashx?lang=en (于 2012年 5月 23日访问) 简介 部署气流遏制系 统的两种方法 图 1 气流遏制方法分类 在已有数 据中 心部署冷 热气 流遏制系 统 施耐德电气 数据中心科研中心 版本 0 3 图 1 所示的是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。 以下章节将介绍如何确定部署哪种气流遏制解决方案的步骤，从评估设施现状开始，到审查所有 可行解决方案，直至最终选出适合的气流遏制解决方案。 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： 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。 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。 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。 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。 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。 评估设施现状 在已有数 据中 心部署冷 热气 流遏制系 统 施耐德电气 数据中心科研中心 版本 0 4 气流分配类型 2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。 自然送风与精确回风 精确送风与自然回风 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。如 需了解更多有关此问题的信息，请参见第 179 号白皮书数据中心在制冷系统中断期间的温升。 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。而且，这些区域可能会 违反 OSHA 法规或 ISO 7243指南对于超过湿球黑球温度的规定。 可能的评估结果及解决方案 下面各点总结了部分可能的评估结果和推荐的解决方案。 数据中心采用冷/热通道布局。高架地板用作送风通道。机柜顶部和天花板之间的距离不足 508毫米（20英寸）。如果所评估的数据中心情况如上，请阅读下文名为“冷通道气流遏 制系统”的解决方案部分。需要注意的是，如果高密度机柜不能从高架地板下获得足够的 冷风，则可能需要安装活化地板或气流分配单元。活化地板能够对特定机柜进行气流流量 调节（见边栏）。 2 如需了解更多有关此问题的信息，请参见第 55号白皮书用于IT环境的各种气流分配方案. 活化地板 活化地板是提高高架地板效用的 一种措施。它能够根据排风温 度，通过调节风扇的 RPM（每分 钟转速），来控制气流流量。借 助它，在未部署气流遏制系统的 情况下，可通过提高气流流量， 可支持高达 12kW的机柜功率密 度。下图所示为一个应用示例。 气流分配单元 气流分配单元（ADU）安装在机 柜底部的 U型空间实现垂直送 风，在前门和服务器间形成了一 个冷气流“风幕”。它能支持高 达每机柜4kW的机柜功率密度。 在已有数 据中 心部署冷 热气 流遏制系 统 施耐德电气 数据中心科研中心 版本 0 5 数据中心采用冷/热通道布局。无高架地板。吊顶用作回风通道，机柜顶部和天花板之间的 距离超过 508毫米（20英寸）。如果所评估的数据中心情况如上，请阅读下文名为“垂 直风管热通道气流遏制系统”的解决方案部分。 数据中心未采用冷/热通道布局。吊顶用作回风通道，机柜顶部和天花板之间的距离超过 508毫米（20英寸）。零星分布着高密度机柜。如果所评估的数据中心情况如上，请阅读 下文名为“垂直风管机