隨著計算設(shè)備密度的增加，數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的冷卻問題已經(jīng)凸顯出來，成為一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一些服務(wù)器合并計劃，以及服務(wù)器和存儲系統(tǒng)物理體積上的縮小，已經(jīng)導(dǎo)致功率密度和熱量密度大大提高。盡管在數(shù)據(jù)中心中，每個機(jī)柜通常的能耗保持在 1kW 的量級上，但設(shè)備經(jīng)過配置后，每個機(jī)柜的能耗可能會超過15kW。這超出了一般數(shù)據(jù)中心的冷卻能力，因?yàn)榘凑赵O(shè)計,它們只能可靠地冷卻每個機(jī)柜2-3kW的能耗。此外，在數(shù)據(jù)中心中引入高密度機(jī)柜可能會導(dǎo)致機(jī)房內(nèi)出現(xiàn)“熱點(diǎn)”區(qū)域，制冷系統(tǒng)可能無法應(yīng)對這種情況，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的冷卻設(shè)計假定：在數(shù)據(jù)中心中，冷卻模式是相對均勻分布的。
網(wǎng)絡(luò)機(jī)房或數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)由計算機(jī)房空氣調(diào)節(jié) (CRAC) 裝置和相關(guān)的空氣分配系統(tǒng)組成。在規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心中，也可以用計算機(jī)房空氣處理 (CRAH) 裝置來取代 CRAC。所有的制冷系統(tǒng)都使用某種類型的CRAC或CRAH裝置，或二者并用，它們在性能上各有不同，但作用都是帶走機(jī)房中的熱量。然而，影響制冷系統(tǒng)性能的z*根本因素在于空氣分配系統(tǒng)。正是由于空氣制冷系統(tǒng)的配置不同，從而決定了不同數(shù)據(jù)中心將采用不同類型的制冷系統(tǒng)。這正是本章將要討論的中心話題。
制冷系統(tǒng)的九種類型
所有制冷系統(tǒng)都由送風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)組成。送風(fēng)系統(tǒng)把冷氣從CRAC裝置分配到負(fù)載，而回風(fēng)系統(tǒng)把負(fù)載排出的熱氣抽回CRAC裝置。無論是送風(fēng)系統(tǒng)還是回風(fēng)系統(tǒng)，在CRAC 裝置與負(fù)載之間輸送空氣都有以下三 種基本方式：
開啟方式
局部管道方式
全管道方式
所謂開啟方式，即 CRAC 和負(fù)載直接從房間吸入或排出大量空氣，中間不用任何專門的管道來引導(dǎo)。所謂局部管道方式，即通過管道送風(fēng)或回風(fēng)，管道的通風(fēng)孔位于靠近負(fù)載處。而在全管道方式中，空氣直接通過管道進(jìn)出負(fù)載。
以上三種方式，都可以用在送風(fēng)路線和回風(fēng)路線中。因此，共有9種組合，即9種空氣分配系統(tǒng)類型。所有類型都已在不同場合中得到應(yīng)用，有時還在同一數(shù)據(jù)中心混合使用不同類型。其中有些類型需要安裝高架地板，而有些類型即可以使用硬地板，也可以使用高架地板。這9種類型的示意圖見表 1。
注 1：術(shù)語“管道”指任何可用于送風(fēng)或回風(fēng)的強(qiáng)制通風(fēng)裝置。全管道回風(fēng)系統(tǒng)中的管道把排出的熱氣從機(jī)柜尾部抽走。
注 2：在本白皮書中，假設(shè)冷卻每千瓦功耗需要 160cfm(立方英尺/分鐘)氣流，該值是根據(jù)當(dāng)今 IT 服務(wù)器的典型氣流量估計出來的。
表 1 圖釋了送風(fēng)方式和回風(fēng)方式的各種組合。總體而言，位于該表左上角的冷卻系統(tǒng)z*為簡單，成本z*低;越往下往右，管道系統(tǒng)越來越復(fù)雜，冷卻系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性都在提高。
對于數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)而言，其關(guān)鍵目標(biāo)之一是把進(jìn)出設(shè)備的空氣分離，以防止設(shè)備過熱。這種分離同時大大提高了冷卻系統(tǒng)的效率和性能。當(dāng)設(shè)備功率密度增加時，排出和吸入的空氣量也相應(yīng)增加，這時要阻止設(shè)備吸入自身或鄰近設(shè)備排出的空氣變得更加困難。因此，隨著功率密度的增加，采用部分管道或全部采用管道將空氣引入或引出設(shè)備就顯得十分必要。
以下對這 9 種冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步給出了概括性的陳述。全管道送風(fēng)系統(tǒng)一般用于活動地板環(huán)境，在這種環(huán)境中，地板下面的障礙物會導(dǎo)致低靜壓問題，使冷氣無法到達(dá)機(jī)柜前端，如圖 1B 所示。全管道送風(fēng)系統(tǒng)還應(yīng)用 于具有直接送風(fēng)管道的專門設(shè)備，如大型計算機(jī)中。全管道回風(fēng)系統(tǒng)主要與其他系統(tǒng)組合使用，并可用于混合密度環(huán)境。開啟方式和局部管道方式的四種組合，占據(jù)了冷卻系統(tǒng)的絕大部分。為進(jìn)一步評估這些方法各自的優(yōu)勢和局限性，下文將按以下兩大類進(jìn)行論述：使用活動地板的環(huán)境和不使用活動地板的環(huán)境
硬地板環(huán)境中冷卻系統(tǒng)的類型
雖然一般認(rèn)為數(shù)據(jù)中心應(yīng)使用活動地板，但任何規(guī)模的數(shù)據(jù)中心都可以且常常沒有活動地板。絕大多數(shù)局域網(wǎng)機(jī)房和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房都沒有采用活動地板。許多較新的大功率數(shù)據(jù)中心也未使用活動地板。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中，以前那些需要采用活動地板的理由已不復(fù)存在，而且使用活動地板還存在許多重大缺陷，諸如專業(yè)工程設(shè)計、成本、設(shè)計時間、凈高度要求、抗震性、安全隱患、保密隱患、地板載荷、不便操作以及其他問題。這些問題在APC的19號白皮書“重新考察活動地板對于數(shù)據(jù)中心的適用性”中有更詳細(xì)的討論。出于這些原因，新建造的數(shù)據(jù)中心常常使用硬地板，對于小型數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房則一直如此。表2列出了硬地板環(huán)境中的9種冷卻系統(tǒng)。
在硬地板環(huán)境中，安裝局部管道送風(fēng)系統(tǒng)需要借助架空管道和通風(fēng)裝置，如表2第2行所示。局部管道送風(fēng)系統(tǒng)和局部管道回風(fēng)系統(tǒng)的組合貌似很復(fù)雜，但實(shí)際上這是商業(yè)建筑z*常用的冷卻方式，在商業(yè)建筑里，安裝在屋頂?shù)乃惋L(fēng)柵格和回風(fēng)柵格散布于冷卻空間中。
為硬地板環(huán)境選擇合適的制冷系統(tǒng)類型
要判斷各種制冷類型適用于哪種具體環(huán)境，s*先應(yīng)了解這些系統(tǒng)。雖然應(yīng)對具體問題進(jìn)行具體分析，不過仍可就每種類型何時適用給出一般性的指導(dǎo)原則。對于規(guī)模較大或功率密度需求較高的系統(tǒng)，其制冷系統(tǒng)的設(shè)計一般較為復(fù)雜，常常需要使用管道。
以下是進(jìn)行有效設(shè)計的一個重要原則：根據(jù)所需平均功率密度設(shè)計制冷系統(tǒng)，并使其冷卻能力可適應(yīng)高密度機(jī)柜所在的位置。雖然高密度機(jī)柜一般只占總負(fù)載的一小部分，但事先無法準(zhǔn)確預(yù)測它們在數(shù)據(jù)中心的位置。在很多使用傳統(tǒng)活動地板的數(shù)據(jù)中心中，由于擔(dān)心不能充分冷卻潛在“熱點(diǎn)”，而把制冷設(shè)備和空氣分配系統(tǒng)設(shè)計得過大，這樣不僅會導(dǎo)致資金和運(yùn)行費(fèi)用飆升，而且往往仍不能達(dá)到預(yù)期效果。如果使用管道輸送空氣或冷卻冷氣，則不僅能冷卻高熱密度區(qū)域，同時還可避免因制冷系統(tǒng)過大導(dǎo)致的額外成本。
表 3 說明了如何為硬地板環(huán)境選擇合適的冷卻系統(tǒng)。規(guī)模越大、密度越高，管道系統(tǒng)越復(fù)雜。有些高密度機(jī)架的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出平均水平，每種冷卻系統(tǒng)中都給出了相應(yīng)的解決方法。
網(wǎng)友評論
條評論
最新評論