一、 概述

隨著大量采用的新型高熱密度機架式服務器和刀片式服務器，目前國內數據中心的熱密度每年成上升的趨勢，且這種趨勢還在繼續，新型數據中心應具有“高效、節能、可管理”的優勢。通過很多案例以及儀器(熱成像儀)軟件(CFD)模擬發現，局部熱點的產生主要是因為，管理者沒有對機房氣流組織進行有效的管控，機房冷熱氣流紊亂產生的。局部熱點的現象，造成IT設備運行環境惡劣，損壞設備，造成經濟損失。可見管控機房氣流是消除局部熱點的關鍵所在，所以我們要對機房氣流組織進行研究分析，明確其危害，掌握一些解決辦法以及最佳實踐。達到改善IT設備的運行環境，消除局部熱點的目的。

二、 數據中心機房局部熱點

在鋪有高架地板的數據機房，空調的冷空氣常透過地板底下的通道送達至每個機柜。然而，冷空氣傳達到遠程的機柜時，風量已經減弱，再加上高架地板下通常也布滿電纜線以及管路，更對冷空氣的傳送增加了阻礙，造成熱點的重大問題，經過多個項目的現場測試發現，以及依據國內外相關標準及最佳實踐，總結出產生局部熱點的原因主要有以下6方面：

1) 單個機柜對應的穿孔地板的送風量與機柜內IT設備所需的風量不匹配

機柜內沒有安裝設備，對應的穿孔地板風閥沒有完全關閉，或者穿孔地板完全關閉了也存在漏風現象，造成冷風量的損失，降低了整體制冷效率;

機柜內安裝了設備，對應的穿孔地板的送風量不足，無法滿足設備的需求風量，造成設備無法吸入有效的冷量，使得設備進風溫度升高。

2) 機柜內空閑U位未安裝盲板

機柜內空閑U位是指，機柜內尚未安裝IT設備的U位，所有U位的空間尺寸相同，均為1U的服務器的寬*高：48.26cm(19英寸)*4.445cm(1.75 英寸)。機柜內空閑U位未安裝盲板，導致機柜內微環境氣流紊亂，經檢測，IT設備排出的熱氣流，經空閑U位回流至設備進風口，致使設備入口溫度大于機柜進風溫度，使得設備進風溫度升高。

3) 同列相鄰機柜間空隙

同列相鄰機柜間空隙是指，兩個機柜之間尚未布置機柜的空間或布置機柜后形成了機柜間無法再布置機柜的空間。同列相鄰機柜間空隙的存在，使得冷熱氣流隔離效果不好，引起冷熱氣流混合的現象，造成冷量的浪費，熱氣流的回流使得機柜的進風溫度升高。

4) 機柜底部與靜電地板間空間

機柜底部與靜電地板間空間是指，機柜支腿與靜電地板間的空間，一般尺寸為0.6m*0.07m。機柜底部與靜電地板間空間的存在，會出現熱氣流從該空間回流至冷通道的現象，冷熱氣流混合，使得設備進風溫度升高。

5) 熱負荷與投入制冷量的匹配程度

依據能量守恒定律，產生多少的熱就需要多少的冷來抵消他，若機房制冷設備產生的總冷量，低于設備產生的總熱量，將無法有效的帶走設備產生的廢熱，出現局部熱點，使得設備進風溫度升高。

6) 機柜孔密度與設備風量的匹配

機柜孔密度小的機柜安裝了大出風量的設備，設備排出的熱氣無法高效的被散出，造成機柜內渦流，致使機柜內壓力高、溫度高。

三、 局部熱點的危害

局部熱點會影響IT設備的運行可靠性，因為依據ASHRAE 2008 推薦的IT設備進風溫度在18-27℃范圍內為最佳，通過調查以及詢問IT設備廠商，統計出數據中心機房各類IT設備對環境的要求(見下圖)，均滿足ASHRAE 2008 推薦范圍。目前，服務器機柜內溫度過高是目前數據中心普遍存在的問題，由于服務器內溫升過高導致服務器宕機的例子也不鮮見，有機構對數據中心服務器宕機的原因做過統計，發現除了服務器本身出現故障導致宕機外，另外兩個最主要的原因分別是環境溫度過高(占32%)和斷電(占22%)。由此可見局部熱點這是一個普遍問題。所以，當有局部熱點現象存在時，會對設備的運行造成影響，過高的進風溫度使得IT設備的運行環境惡劣，設備電源模塊由于溫度過高容易損毀，也降低了設備的運行可靠性，造成直接的經濟損失。

各類IT設備對環境的要求

四、 局部熱點的解決方法

傳統局部熱點的解決方法多數都是加大整個房間的制冷量，這樣不但能耗加大，而且局部熱點還會時不時出現。另外，還有增加點對點的主動制冷方式，即機架式精確送風空調，但這種方式，投資大，部署周期長，部署也比較空難。中科依據多年的項目經驗，以及國內外相關標準及最佳實踐，對于局部熱點現象的解決方法主要有以下7方面。

1) 使用Tate DirectPerf導向型通風板和手動風閥，對冷氣流進行導流，使90%的冷量直接吹向設備，而且安裝方便、簡單，不影響設備的正常運行。

2) 對沒有安裝盲板的空閑U位加裝盲板，阻止氣流的紊亂現象;

3) 封堵同列相鄰機柜間空隙，有效隔離冷熱通道;

4) 封堵機柜底部與靜電地板間空間，阻止熱氣流回流的現象。

5) 熱負荷與投入制冷量的匹配程度，依據能量守恒定律，空調實際輸出的制冷量與區域熱量應是守恒的，安全角度考慮要配備一定的制冷余量，以單臺空調出現散熱失效不影響區域內設備正常運行為準。

6) 風量供給與設備需求的匹配程度，該指標從微觀上講應保證機柜不出現因風量不足而引起局部過熱，宏觀上講區域總供風量應控制在需求總量的 90% - 110%之間。

7) 匹配調整穿孔地板開孔率，測量出風量，按設備需求量供給;

五、 成果案例

2014年9月12號博悅能工程有限公司對位于微軟研發集團總部1號樓18層和2號樓15層的兩個機房進行了現場測試。本次測試意在消除機房局部熱點、節約成本的目的，通過測量，博悅能公司提出了將現有送風口改用Tate DirectPerf導向型通風板和手動風閥(有實際負載區域完全打開風閥，沒有實際負載區域完全關閉風閥)、機柜沒有IT設備的區域加裝盲板、封堵相鄰機柜間空隙、封堵機柜底部與靜電地板間空間等節能改造措施，不僅可以減少機房空調系統的能耗，還能避免局部熱點的現象，消除IT設備故障隱患。經上述改造后，微軟兩個機房每年共節省耗電4005072KWH，共節約電費3204057元，共減少1784180kg的CO2排放量。

1) 使用 Tate DirectPerf導向型通風板和手動風閥替換普通穿孔地板。風口前有運行負載的區域，按需求量打開風閥;風口前沒有負載的區域，完全關閉風閥，防止漏風。經測量、分析，對兩種地板的送風量、支持負載功率進行分析比較，明顯看出，機柜前安裝導向型通風板后，機柜獲得的風量大，滿足高熱密度機柜對大風量的需求。

2) 機柜內空閑U位加裝盲板，消除氣流紊亂現象，消除局部熱點。下圖是使用盲板封堵空閑U位前后，用熱成像儀拍攝的圖，以及對應點溫度的變換情況。

3) 同列相鄰機柜間空隙進行封堵，有效隔離冷熱氣流混合。下圖是相鄰機柜間空隙進行封堵前后，用熱成像儀拍攝的圖，以及對應點溫度的變換情況。

4) 機柜底部與靜電地板間空間進行封堵，阻止熱氣流回流的現象。下圖為機柜底部與靜電地板間空間封堵前后，用熱成像儀拍攝的圖，以及對應點溫度的變換情況。

六、 小結

通過以上論述，了解了熱點的產生、危害以及解決辦法，明確氣流組織的優劣直接影響設備的運行可靠性，并對制冷系統能效和費用成本產生直接影響。那么，如何在保持高可靠性的前提下，建設安全、穩定、高效、節能的數據中心，作為管理者我們應主動的去研究機房氣流、管控氣流，為IT設備營造優良、舒適的工作環境，進而提高設備的工作穩定性和使用壽命。