目前數據中心的平均制冷量幾乎是IT熱負荷的四倍。本文將介紹一個簡單實用的標準――制冷量系數(CCF)，說明如何通過將CCF作為參照衡量數據中心冷卻效率的標準，從而實現降低成本的機會。

制冷量系數(CCF)計算公式：

CCF通過將制冷量設備總額定制冷量(千瓦)除以IT設備關鍵負載(千瓦)的110%來計算。

在 Uptime調研的45個數據中心中，平均運行制冷量是IT熱負荷的3.9倍(390%)。其中一個案例中，制冷量是熱負荷的30倍(3000%)。很難相信已經如此，數據中心依然低效的。

當運行制冷量遠遠大于需要制冷量時，可以通過關閉精密空調、選擇直接變速風扇或帶變頻器(VFD)的精密空調可以降低室外機風扇轉速，從而降低運營成本。

很多數據中心都將很關注如何提高、改善制冷效率，但卻不知道僅僅通過改進氣流組織( AFM)平均每年就可以減少運營費用約32,000美元。

改善氣流組織不僅能夠提高制冷效率、節約運行成本，同時還能提高IT設備運行的可靠性。由于制冷設備的成本投入占是整個基礎設施成本的一半，對此，做好氣流組織管理，不僅碳排放減少，制冷效率提高，PUE值也隨之降低，這是運維人員以及管理人員最樂于看到的場面。

(PUE(Power Usage Effectiveness)：能耗使用效率，PUE值是指數據中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源之比。即PUE = 數據中心總設備能耗/IT設備能耗，PUE是一個比率，基準是2，越接近1表明數據中心的能效水平越好，能效越低。)

改善氣流組織同樣也可以有效地利用冗余制冷量，企業可以無需增加添置制冷設備的投入，而提高服務器的密度。制冷量利用率得到改善還可以延長數據中心的壽命，延遲構建新數據中心所需的資本支出。

提高冷卻效率解決方案有很多，比如安裝在機柜里的盲板，簡單卻有效。當涉及每一項新的“最佳方法”潛在利益宣傳比比皆是時，要能分辨出來哪些方法是真正可以發揮作用的呢?使用此方法，能在數據中心部署更多的IT設備嗎?能為數據中心消除熱點或降低PUE值嗎?改進氣流組織可以給數據中心帶來哪些的變化?要做出是增加制冷設備還是進行氣流組織改造，需要首先明確當前資源的利用程度。

計算CCF是確定制冷基礎設施利用率的最快、最有效的方法，通過改善氣流組織可以獲得更低的CCF，從而降低運營成本。

1)過去數據中心都是“傳統”的設備布局方式――所有IT設備都面向同一個方向放置。這樣布局雖美觀，但是會導致精密空調送風回風氣流組織的混合，使得數據中心內有非常差的氣流循環，為解決局部熱點問題，過去的運維人員會將精密空調溫度調低并使用額外的精密空調來解決局部熱點問題。

2)通常當數據中心投入使用時，即使其熱負荷并不高，也會啟用所有精密空調，保持運行狀態。即使服務器負載逐漸增加，數據中心總負載依舊比運行的制冷量低。

3)運維人員難以冷卻房間內的某個角落時，他們經常去咨詢精密空調制造商。由于沒有把運行的制冷量與熱負荷進行比較，簡單認為問題是由于缺乏制冷量造成的。氣流組織不理想的真正原因還沒有找到，就要購買新的精密空調。

現場調查結果――幾乎每個數據中心都有改善的機會

從45個數據中心的評估收集的現場數據顯示，有些統計結果是非常令人驚訝的。圖1顯示各種形式和規格的數據中心具備的明顯可以改進的機會。

　　圖1

45個數據中心的CCF平均值為3.9 ，也就是說運行制冷量是數據中心熱負荷的3.9倍( 390%)。運行意味著在計算中僅考慮運行的(沒有考慮備份)精密空調的數量。許多數據中心已經關閉房間里一些多余的精密空調。

　　圖2理想的平均制冷量系數(CCF)

圖2顯示所調研的45個數據中心中每個數據中心的CCF數據。制冷量過度的問題不是小型、不太成熟的數據中心所獨有的。調研中的五個最大的數據中心CCF的平均值為2.4 ，顯著優于總體平均水平3.9，但仍然超過所需制冷量的兩倍。

高架活動地板旁通開放區域是由未密封的電纜出口和開孔以及放置在冷通道或開放區域的風口地板組成。旁通開放區域的面積百分比等于旁通開放區域的面積除以高架活動地板上的總開放面積。這個百分比應該小于10%。

數據中心中最重要的指標是熱點(最高進風溫度)與冷點(最低進風溫度)的百分比，該指標數值應該為零。計算包括至少一組需要冷卻的IT設備的機柜數量以及設定進風溫度，通過這些數據可以準確的算出熱點與冷點的百分比。在45個數據中心中，只有9個數據中心( 20%)沒有發現局部熱點。調研的最后8個數據中心收集的冷點的數據表明，只有一個數據中心沒有冷點。

　　圖3顯示每個數據中心中包含熱點或冷點的機柜百分比的數據。

數據中心制冷基礎設施比任何其它基礎設施組成部分的設備都更耗電。到目前為止，使用風口地板是最簡單和最廉價的管理氣流組織和制冷資源的方式，只有77%風口地板被正確放置的。在這次調研中，只有6個數據中心正確放置它們所有的風口地板。風口地板不應放在開放空間或熱通道。

數據中心的共性：忽視氣流組織改善效果

隨著行業的不斷發展，運維人員面臨著前所未有的挑戰――不斷增加的IT設備的負載，以及降低運營費用的壓力。通常，管理人員會尋求先進的氣流組織解決方案，比如通道遏制系統。但在許多情況下，由于忽視氣流組織基本原理，這些努力并沒有達到預期目標。除非同時設法解決氣流組織基本原理應用的問題，否則即使去做，也無法達到改善的目標。

　　(備注：1華氏度(℉)=-17.2222222攝氏度(℃)

機柜底部溫度51.5華氏度=10.6攝氏度

機柜頂部溫度80.7華氏度=27攝氏度)

圖4顯示位于機柜底部的IT設備的進風溫度與完全遏制冷通道頂部的進風溫度的明顯差異

冷卻氣流是通過冷通道內的風口地板被傳送機柜正面，氣流量的不足，造成圖上顯示的溫度差異。再加上，遏制通道內在機柜內IT設備之間有開放空間，冷卻氣流和廢氣都涌入該空間，這也是造成溫度差異的原因。因此即使安裝冷通道密封，數據中心的CCF值仍然達到3.8 ( 380 )，IT設備進風溫度并沒有得到改善。事實上，更具有改觀的氣流組織解決方案應該系統的從上至下解決氣流組織系統中所有的問題，而不是認為解決某一點的問題，就可以達到解決全部問題的效果。

數據中心另一種通常不恰當地解決方案是采用帶有軸流風扇的風口地板，采用這種風口地板的劣勢在于當你解決熱點問題后，其余相鄰設備會出現氣流組織不好的問題，同時會增加一定的電力負荷。在大多數情況下，處理好高架活動地板開口問題就可以使現有風口地板滿足IT設備制冷。當高架活動地板高度或障礙物限制房間內某一區域的冷風量時，或高密機柜需要更多冷量比標準風口地板或格柵風口地板提供的還要的多的時候，此時，可以適當采用幾塊這種地板并收到較好的效果的。計算數據中心CCF值和進行基本的氣流組織改善還是有很多優勢。這些優勢通過下面這個面積為9000平房英尺的數據中心案例中就可以看到。(1平方英尺大約為0.0929平方米，9000平房英尺約為：836m2)

該數據中心共有170個機柜，總負荷為240KW，這些熱負荷由7臺制冷量為70 KW的精密空調和一臺制冷量為85KW的精密空調來制冷。電費是0.10美元/千瓦小時。該數據中心運維人員正在努力調整IT設備的進風溫度，數據中心的CCF值為2.2。換句話說，運行的制冷量是數據中心熱負荷的兩倍，這說明該數據中心的制冷問題是由于氣流組織不理想而導致的制冷量不足。

為了“合理地”規劃冷卻基礎設施，對數據中心進行簡單的改善，包括：

1、 密封電纜出口

2、 安裝機柜盲板

3、 調整風口地板數量、位置

4、 調整部分機柜的位置

5、 密封未放置機柜的空間(將未擺放機柜位置的冷通道地板用蓋板蓋上 達到密封效果)

這樣做可以數據中心內全部IT設備熱點，同時還可以關掉兩臺精密空調，從而每年節省21,900美元，投資回收期不到8個月。

CCF的好處――在進入氣流組織系統另一層級改善(比如遏制)之前，企業常常忽視“合理規模”冷卻IT負荷或無法完成氣流組織基本原理應用(密封高架活動地板孔和機柜中的開口，管理風口地板等)。解數據中心的CCF值在氣流組織改善進行的所有階段都很重要，它可以幫助區分氣流組織改善規劃的優先次序。跟蹤CCF對數據中心進行的改善效果，可以證明在效率方面的投資與降低PUE相聯系的重要性。

如果很少或還沒有做氣流組織管理，計算CCF值可以幫助需要做什么，以此提高利用率,顯示潛在投資回報以及投資回收期。如果改善氣流組織，CCF將能表現出可以繼續改善的地方。

CCF是數據中心冗余制冷量的直接指標。大部分數據中心，在IT設備得不到充分冷卻的同時卻運行著過剩的制冷量。冷卻不充分是指IT設備的進風溫高于或低于由ASHRAE為主要任務設備制定的標準溫度。由ASHRAE制定的IT設備推薦允許的進風溫度范圍如圖5所示。ASHRAE明確指出，推薦的范圍適用于傳統設備。確定CCF值，找到進風溫度不良的根本原因是缺乏制冷量還是氣流組織管理不理想。

(ASHRAE：美國采暖，制冷與空調工程師學會)

冗余制冷量產生的最主要原因是旁通氣流(這在其它文章已作出詳細說明)：精密空調提供的冷卻氣流在返回精密空調之前未通過IT設備的那部分氣流。最小化旁通氣流對于優化冷卻基礎設施至關重要。另一種估計旁通氣流的方法是將UPS負荷乘以120 ，IT負荷的行業平均值用CFM/kW表示。(CFM是氣體流量單位)這是IT負荷所需的氣流量。將這個量與運行的精密空調提供的氣流量進行比較，可能會發現該數據中心存在明顯的過多供給的冷卻氣流。(制造商說明書可以提供精密空調氣流量的數據。)另一個低效率指標是將精密空調的送風溫度與一些最高機架進風溫度相比。溫度升高是IT負荷污染供應的冷卻氣流產生的廢氣造成的。

“合理規模”制冷量可提供以下優勢:

1. 通過提高回風溫度提高精密空調的效率

2. 通過消除熱點和冷點提高IT設備的可靠性

3. 通過提高制冷的有效性和效率降低運營成本

4. 釋放冗余制冷量來增加數據中心制冷量

5. 通過提高制冷量冷卻更多的IT設備來實現業務增長

6. 推遲增加冷卻基礎設施資本支出，或者可以建立一個新的數據中心

7. 降低冷卻負荷改進PUE

8. 通過減少公用設施的使用減少碳排放

無論數據中心是否有進風溫度問題，CCF都適用

數據中心目的之一是為IT設備提供穩定和適當的進風溫度。由此，將數據中心分為兩類，

1、 具有進風溫度問題的數據中心

2、 沒有進風溫度問題的數據中心

對于沒有進風溫度問題的數據中心，計算CCF可以更有效幫助數據中心更有效運行，同時可以降低運營成本，還可以為后期IT設備增長釋放更多制冷量。

對于具有進風溫度問題的數據中心或保持適當進風溫度，第一個要解決的問題是：是不是由于缺乏冷卻能力或氣流組織差而引起的問題?計算CCF可以明確回答這個問題。

計算制冷量系數(CCF)

CCF通過將總運行的額定制冷量(千瓦)除以IT設備關鍵負載(千瓦)的110%來計算。

總制冷量是運行精密空調額定制冷量的總和。如果所有精密空調都正在運行,則這將與總安裝的精密空調的額定制冷量相同。例如，如果安裝10臺制冷量為30冷噸精密空調，運行其中的7臺，則總制冷量為739千瓦( 7 x 30 = 210冷噸, 210x 3.52 =739KW)。將冷噸換算成千瓦，乘以常數3.52。

(備注：1美國冷噸=3024千卡/小時(kcal/h)=3.517千瓦(KW))

數據中心的IT負載等于數據中心的UPS輸出。確保使用的UPS輸出僅用于數據中心內設備。如果UPS向其它數據中心提供輸出，則必須從UPS總輸出中減去這些負載。要計算UPS輸出中未反映的數據中心典型負荷(照明、建筑圍層、人員等)需要添加10%。

制冷量系數=總運行制冷量/ PUS輸出x 1.1

精密空調通常涉及到額定制冷量(如30冷或20冷噸精密空調)。如果額定制冷量未知，請記錄精密空調銘牌上的型號

　　(圖6 )，并在線搜索或致電制造商。

額定制冷量是指精密空調在標準條件下總的制冷量，解精密空調的額定制冷量是很重要的，它涉及返回精密空調氣流的溫度和相對濕度。通常標準條件是75 ℉( 24℃)和45%的相對濕度( RH)。如果回風條件不同，設備將有不同的制冷量。如果回風溫度比低于標準狀態，設備將輸送小于額定的制冷量。如果回風溫度高于標準狀態，設備將超過的額定制冷量。

如果數據中心規劃、配置合理，使用精密空調額定制冷量計算CCF，精密空調至少可以提供額定制冷量。事實上，在數據中心運行狀態下，許多精密空調設定的回風溫度都比標準值要低，這兩者的差別在于運行狀態下實際提供的制冷量與在理想狀態下提供的潛在制冷量或者設定回風溫度高，這都是制冷量過剩的一種表現。

如何理解CCF值，合理改善數據中心

CCF值為1.0到1.1的數據中心，又恨少或沒有冗余制冷量。主要是在這些數據中心中在透徹了解AFM基本原理基礎上，進行改善，盡可能提供冗余制冷量。根據自身情況需要，增加精密空調來產生冗余制冷量。氣流組織的改善會改變IT設備進風溫度，并為提高精密空調進風溫度提高創造條件，這樣可以提高精密空調的效率和制冷量。在CCF值為1.0-1.1的條件下，不能關閉精密空調或降低風扇轉速。

CCF值為1.1至1.2的數據中心，運行精密空調的數量與數據中心的熱負荷密切相關。IT設備的進風溫度沒有超出ASHRAE推薦的范圍，而且氣流組織管理相應做到位。每10臺精密空調約有一臺冗余(10+1)。在大多數情況下,如果有一個精密空調發生故障，足以保持數據中心的制冷。除非數據中心內有24小時全天候的監控和人員配置，否則不應關閉空調。

CCF值為1.2至1.5的數據中心，有適度機會關閉精密空調實現降低運營成本。這通常只能在氣流組織得打充分改善后才能成功。降低成本并不需要全面的遏制策略，但是需要徹底密封高架活動地板的開放區域和機架間的開放空間，并且將風口地板和格柵風口地板放置在最佳位置。

CCF值為1.5到3.0的數據中心是最常見的。這些數據中心有大量機會可以降低運營成本、改善IT環境并增加能被有效冷卻的IT負荷。在這一范圍內的數據中心通常有明顯的可以通過改善氣流組織從而釋放過剩制冷量。

CCF值大于3.0的數據中心有很大的改善潛力，因為運行精密空調的總額定制冷量至少是IT負荷的110%的三倍。

CCF值的最理想范圍

有幾個因素影響數據中心最佳情況下的CCF值。良好的數據中心平面規劃對達到理想CCF值有很大的影響。如果機柜面向同一方向(傳統布局)并且大量獨立設備，這樣的氣流組織能效比是很不理想的，并且制冷量與IT負載也是有著密切的關系。此時，CCF在1.8左右。沒有做氣流遏制系統的數據中心將比做氣流遏制系統的數據中心擁有更高的CCF值。更多的應用氣流遏制系統的數據中心能實現最低CCF值。根據精密空調的規格和數量，采用集裝箱或模塊化應用的數據中心CCF值看可以降低至1.2。

其它重要指標

如果不需要計算數據中心CCF值，其它指標也有助于準確算出氣流組織在數據中心的有效性和效率:

1、 熱點與冷點的數值是制冷效果的重要衡量指標。

2、 從精密空調到IT機柜進風溫度的變化表明在進入機柜的冷風與多少其它氣流混合(比如與回風混合等)。

3、 從IT設備進風溫度到從機柜熱通道返回到精密空調的回風溫度表明,在從風口地板向機柜進風開始就有多少氣流與之混合，回風的時候又與多少氣流與之混合。

此外，PUE值已成為確定數據中心基礎設施總體效率的最普遍的指標。事實上，PUE顯示出來的是冷卻基礎設施是數據中心電力的最大消耗因素。

因此，提高冷卻基礎設施的效率將對降低PUE能產生顯而易見的效果。然而，PUE雖是一個很好的總體指標，但它并不能帶我們找到改善數據中心問題的根源與機會。業界人士需進一步對數據中心CCF進行分析和論證，從而幫助改善自身數據中心得到改善。