摘要：本文中，我們將為廣大讀者朋友們介紹一種更為簡單、更符合成本效益、而且更容易部署實施的、被稱為模塊化密閉遏制(Modular Containment)的解決方案。
熱通道密封和冷通道密封已經在計算機房中使用多年了，以提高效率，增加機架密度和提高計算機房的總體利用率。到目前為止，整個數據中心行業主要使用硬墻密封遏制和軟簾密封遏制的解決方案來實現這些目標。本文中，我們將為廣大讀者朋友們介紹一種更為簡單、更符合成本效益、而且更容易部署實施的、被稱為模塊化密閉遏制(Modular Containment)的解決方案。
許多企業組織正在采取措施，以便在其計算機房內改進空氣流管理(AFM)。這些措施可能是出于希望改進IT設備的進氣溫度，提高設備的可靠性，增加冷卻能力或降低運行成本的動機。改進計算機機房AFM的第一步是部署實施開口具備墊圈的密封的活動地板和安裝擋板的基本實踐方案。然而，即使有了這些改進，許多企業組織仍然難以實現他們的目標。
有研究表明，一般的計算機機房所具備的冷卻能力比其安裝的IT負載所需的冷卻能力高3倍至4倍。通常，安裝這種過量的容量是為了用以克服由計算機機房的低效配置和操作導致的熱點。過度驅使冷卻系統以消除熱點，并克服糟糕的空氣流管理會導致能量的浪費，并同時也限制了計算機機房的冷卻利用率。
數據中心通常可以通過投資于過道密封遏制的解決方案來實現其冷卻能量開銷的顯著降低，釋放擱淺的能力，并能夠改善計算機機房的操作環境。與其他類型的密封遏制解決方案類似，模塊化密閉遏制解決方案可以消除熱點，提高冷卻能力利用率，并且通過一個未密封的計算機機房提供節能效果。模塊化密閉遏制解決方案所提供的關鍵優勢是快速的部署，不會中斷現有操作，并且能夠根據計算機機房的需要更改安裝。在許多配置中，模塊化密閉遏制解決方案代表了對于傳統的熱通道和冷通道遏制方法的一種簡單的替代方法。
將熱空氣和冷空氣實施物理分離的方法是提高數據中心的效率和利用率的最有效方法之一。在通道層面管理空氣流對于實現這些目標是至關重要的。在計算機機房中安裝AFM將能夠降低能量消耗(以及相關的能量成本)，并且在機架和機架行級水平上提高利用率，同時保持或改善計算機機房的操作環境。
傳統上，熱空氣和冷空氣的分離需要實施固定的、高度定制化的熱通道和冷通道密封遏制系統。這種方法需要詳細的工程規劃，需要額外的資金支持來實施，并會導致數據中心操作運營的中斷，而且會使得未來的機架配置更改也相當不容易。與硬和軟密封遏制設計不同，模塊化密封遏制解決方案提供了完全的靈活性，以適應當前的通道配置，而不需要在計算機機房內的工程服務或建筑。這意味著模塊化密封遏制可以輕松的實現，并可以增長和適應計算機房的變化。
具體來說，模塊化密封遏制解決方案可以實現：
· 通過在冷卻設備裝置上允許更高的供給/回溫設定點降低能源成本。其通過在單元內部的散熱線圈上實現更大的溫差而增加了冷卻設備裝置的效率。此外，這將有效地增加冷卻設備裝置的利用率和整個計算機室內的冷卻系統的總容量。
· 消除熱點。這可以通過提供較低的IT入口溫度和較少的部件上的熱應力來增加IT設備的可靠性。消除熱點還通過允許IT設備風扇以較慢的速度運行來降低能耗。
· 在這些站點節約設備裝置利用時長的增加有助于充分利用節約設備裝置。
· 降低加濕/除濕成本。增加冷卻設備裝置的溫度設定點可以減少線圈上的水分冷凝(潛在的冷卻)。這降低或消除了潛在的冷卻和加濕的成本。
· 增加機架密度。改進的AFM為機架帶來了冷卻能力的增加，并且因此潛在的提升了機架密度。模塊化密封遏制更好地管理機架的空氣流，減少了熱空氣和冷空氣的混合，并減少旁路和再循環空氣。這允許機架密度增加，而不超過ASHRAE TC9.9指南的機架入口溫度。
本文的剩下的部分還將關注組成模塊化密封遏制的組件，從這些組件創建模塊化密封遏制解決方案，顯示解決方案的預期優勢的模型，以及模塊化密封遏制解決方案的部署所帶來的現場數據結果。
模塊化密封遏制
管理計算機房中的空氣流是增加利用率，降低能量使用和實現計算機機房更有效的運營的關鍵。模塊化密封遏制系統中的組件允許數據中心操作人員通過尋找數據中心中的五大最重要的熱空氣和冷空氣的混合區域來更好地管理空氣流量：
· 在冷通道中控制冷空氣。防止空氣流超過機架頂部。
· 控制和引導熱空氣到達冷卻設備裝置。
· 在設備行中填充機架間的間隙。
· 防止空調或廢氣流過設備列的末端。
通過模塊化密封遏制解決方案進行空氣流管理的四個主要優勢是：
1、減少空氣流量的供應，這降低了運行成本和旁路空氣流量。對于具備固定驅動冷卻設備裝置的數據中心而言，可能意味著其能夠在任何時間減少所運行的冷卻設備裝置的數量。對于具有變頻驅動冷卻設備裝置的數據中心而言，其將允許顯著的減小鼓風機速度，從而減少能量的使用和成本。
2、防止熱空氣超過機架頂部從背面到正面再循環。這將減少在機架頂部的機架入口溫度，并且能夠增加冷卻設備裝置上的溫度設定點。
3、防止熱空氣纏繞在機架行的末端再循環。這將沿著機架的高度減小機架的入口溫度，并且還可以增加冷卻設備裝置上的溫度設定點。
4、在機架行的間隙之間防止旁路和空氣再循環。旁路空氣簡單地返回到冷卻設備裝置，而不在冷卻的IT設備中執行任何工作。這是低效率和能量的浪費。圍繞機架側面進入的再循環空氣與冷的供給空氣混合并增加機架的入口溫度。減少或消除混合也將有助于增加冷卻設備裝置的溫度設定點。
模塊化密封遏制解決方案有四個空氣流管理組件。
1、弧度機架頂部擋板。
2、垂直機架頂部擋板。
3、雙向門。
4、可調節的機架間隙面板。
如下，我們將為您詳細介紹。
弧度機架頂部擋板
圖1 弧度機架頂部擋板
通常安裝在冷通道中IT機架的頂部前邊緣。機架頂部擋板從機架的前邊緣延伸到通道中，減小了通道的開放區域，并相對于周圍區域稍微加壓冷通道。此外，機架頂部擋板顯著減少了從機架設備穿過機架頂部并回到機架的前進口的熱廢氣再循環。
垂直機架頂部擋板
圖2 垂直機架頂部擋板
通常安裝在IT機架的頂部后邊緣。這些機架頂部擋板進一步限制熱/冷空氣的混合。它們將機架后部的熱排氣與機架前部的冷空氣分離，并產生一個煙囪效應，將熱空氣引向天花板室和冷卻設備裝置的返回。實際上消除了機架頂部上的空氣再循環。垂直機架頂部擋板也可以安裝在冷通道機架的前部。在一些計算機機房的配置中，這可以提供比弧度擋板更好的空氣分離解決方案。
雙向門
圖3 雙向門
在過道末端的門是進一步隔離計算機房中的熱空氣和冷空氣混合的第三個部件。在大多數計算機機房中，熱排氣流在通道的末端纏繞在機架的側面。這導致熱空氣和冷空氣的顯著混合，以及這些機架中的IT設備的入口溫度的提高。
通常，對于此的補償是添加多孔磚，增加冷卻裝置的空氣流量，或降低溫度設定點。雖然這些部署通常是奏效的，但其使用的是強力的方法。增加風扇速度或降低溫度設定點對電氣使用和能量成本具有顯著的影響。為了幾臺機架而產生這些低效率是資源的浪費，并損害了利用率。
可調節的機架間隙面板
圖4 可調節的機架間隙面板
模塊化密封遏制系統的最終組件是可調節的機架間隙面板。當它們不彼此相鄰時，可調節的機架間隙面板將密封機架之間的空間。在許多計算機機房中，機柜在機架行中不連續。間隙通常由于障礙物，例如支撐柱，可變寬度的機柜，機柜被移除和未更換，或許多其他原因造成。機架排中的開口允許排氣的顯著的旁路或再循環。防止這種情況提高了整個計算機機房的效率，并減少了機架級別的熱點。
模塊化密封遏制系統
下圖5顯示了模塊化密封遏制系統的基本原理。當存在結構化的熱通道/冷通道布局時，能夠最佳地在任何計算機房中實現密封遏制。具體地，當每個設備排具有相等的長度時，使得通道的端部可以用一對雙向門有效地密封。盡管這是理想的配置，但是可以通過在其它配置中安裝而實現顯著的益處，例如單排過道、獨立設備、傳統布局、不同長度的行等。
模塊化密封遏制解決方案被設計為用于冷熱通道密封的非密封架構。非密封架構是有益的，因為IT設備所需的空氣體積存在相當大的變化。即使具有高度精細的氣流管理，稍微過量的空氣調節也會被輸送到冷通道。這主要是為了適應IT設備空氣流量需求的變化。稍微過量的氣流量也是在機房中運行的冗余冷卻能力的結果，因此當冷卻設備裝置失效時，仍有足夠量的調節空氣可用。如果沒有用于過量氣體逸出的開口，則可能在冷通道中產生過大的壓力。當這種情況發生時，比設備實際所需的更多的空氣被迫通過IT設備。 ASHRAE明確建議避免冷通道過壓的這種情況。模塊化密封遏制解決方案的開放密封結構通過將冷空氣容納到所需水平來解決這個問題，同時允許任何過量空氣流在需要時逸出。
圖5 模塊化密封遏制系統
機架頂部擋板和雙向門安裝快速而輕松，無需使用工具。移動或重新配置這些組件很簡單，不需要特殊技能。機架頂部垂直面板在傳統的高架地板計算機房中工作良好，但也可以在具有專用冷通道供應管道的板地板環境中提供類似的益處。在淹沒的供給/回流的環境中，在安裝模塊化密封遏制解決方案時，或存在計算機房內的空氣流有任何類型的屏障的情況下，應當謹慎使用。在這種情況下，空氣流的中斷可能會導致機架入口空氣溫度升高。
火災煙霧探測和抑制系統的影響
模塊化密封遏制解決方案利用弧形擋板將從上方部分地包圍通道。雙向門將從末端封閉通道。在通道中部分地密封空氣可能影響計算機房中的火災煙霧探測模式，并且因此可能影響再檢測系統的有效性。此外，通過安裝機架頂部擋板和雙向門產生的障礙物可能阻礙滅火劑的擴散。 與任何密封遏制解決方案的情況一樣，具有管轄權的地方主管部門(AHJ)將做出關于系統是否滿足防火和安全代碼的最終確定，以及是否需要進行任何修改以使系統符合監管規定。
模塊化密封遏制的CFD分析
由Upsite公司和第三方共同進行的計算流體動力學(CFD)分析表明，模塊化密封遏制解決方案可以實現傳統封閉的許多核心優勢，例如降低入口溫度，節能和增加機架密度，但沒有當前的密封遏制選項的成本或操作的不便。模塊化密封遏制解決方案的主要優點是其能夠通過簡單且具有成本效益的設計達到類似水平的功效。
無通道密封遏制(前視圖)
圖6 機架正面圖
CFD模型顯示了排氣空氣在機架頂部的再循環。紅色表示溫度超過了ASHRAE TC 9.9所推薦的80.6華氏度的溫度。
模塊化密封遏制(前視圖)
圖7 機架正面圖
借助模塊化密封遏制解決方案，機架入口溫度從頂部到底部變得非常一致，并且都低于ASHRAE TC9.9推薦的80.6華氏度的溫度。機架入口溫度的最大降低為10.3華氏度，并且機架入口溫度的平均降低為3.7華氏度。值得注意的是，機架現在具有均勻的入口溫度。這使得能夠進一步優化冷卻磚空氣流和冷卻設備裝置操作設定點溫度。
無過道的密封遏制(終端視圖)
圖8 機架的終端視圖
CFD模型顯示在機架通道末端上從后向前的顯著再循環。來自機架后部的熱廢氣被纏繞并被拉入機架前部的設備入口。紅色表示溫度超過了ASHRAE TC 9.9所推薦的80.6華氏度的溫度。
模塊化密封遏制(終端視圖)
圖9 機架的終端視圖
隨著雙向門的安裝，阻止了圍繞通道端部的空氣再循環。所有IT設備入口溫度現在都滿足ASHRAE TC 9.9所推薦的80.6華氏度的溫度。對于過道終端機柜，機柜入口溫度的最大降低為10.2華氏度，支架入口溫度的平均降低為6.2華氏度。支架入口溫度的均勻性使得能夠進一步優化冷卻磚氣流和冷卻設備裝置操作設定點溫度。
模塊化密封遏制解決方案現場的結果
在全球金融機構的基本計算機機房架構
· 計算機機房活動高架地板。
· 在四英尺寬的冷通道具備25%的開放區域穿孔瓷磚。
· 下行外圍CRAH單元。
· 在冷通道的弧形機架頂部擋板。
· 冷通道的雙向門。
最大機架入口溫度
下圖10顯示了終端通道機柜顯示了隨著雙向門的安裝所帶來的最大機架入口溫度的顯著減少。最大進口溫度發生在機架的頂端前部。在機架頂部和端架周圍從后向前的再循環排氣是增加入口溫度的主要原因。
圖10 最大機架入口溫度
平均機架入口溫度
在機架前部從頂部到底部均勻間隔的四個位置處測量溫度。這些溫度的平均值被用于下圖11中的每個機架，其展示出了模塊化密封遏制解決方案的應用如何降低了整個板上的平均機架入口溫度。對于這個站點，機架頂部擋板和雙向門在機架行的中心的影響較少，而最戲劇性的變化是在過道的末端。
圖11 平均機架入口溫度
最小機架進口溫度
當檢查模塊化密封遏制解決方案對最小機架入口溫度的影響時，結果進一步重申，溫度最劇烈的變化發生在過道的末端。
圖12 最小機架進口溫度
結論
預防冷熱空氣的混合是所有高效計算機房冷卻策略的關鍵。實施模塊化密封遏制解決方案有效地減少了熱空氣和冷空氣的混合，并創造了可以實現成本的顯著降低的環境，同時還允許增加機架，排和基礎設施的利用率。模塊化密封遏制解決方案還允許優化計算機室的冷卻基礎設施的配置和操作。這包括改變冷卻系統，例如提高冷凍水的溫度設定點，增加水和空氣側的節約設備裝置的利用時間，降低風扇速度，循環CRAC/CRAH設備裝置等。
模塊化密封遏制解決方案的實施還意味著顯著降低了安裝的復雜性和成本，在不中斷操作的情況下安裝在現有計算機房間中的容量能力以及改變模塊化密封遏制解決方案配置的靈活性。并能夠隨著計算機房基礎設施的需要而改變。密封熱通道和冷通道的其它方式還包括硬墻壁密封遏制，軟簾密封遏制，以及市場上的其他產品。雖然這些產品工作良好，但是它們通常需要復雜的引用，設計，定制化和專業化安裝的過程，并且對于典型的計算機機房中所存在的密度通常是不必要的。
模塊化密封遏制解決方案提供了實現類似的密封遏制解決方案效果的手段，但卻沒有全面密封遏制系統的成本和復雜性。
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