摘要:
在過(guò)去的十年中,許多企業(yè)都已經(jīng)意識(shí)到:具備密封系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心氣流管理實(shí)踐方案的相關(guān)優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在,人們對(duì)于“隨著每臺(tái)機(jī)柜的平均熱負(fù)荷的增加,簡(jiǎn)單地將機(jī)柜安置在傳統(tǒng)開放的熱/冷通道中的配置方案并不是有效的方法”這一點(diǎn)也非常容易理解了。相關(guān)的行業(yè)協(xié)會(huì)已經(jīng)推薦將間接和直接的液體冷卻作為高密度應(yīng)用程序的解決方案,但是,對(duì)于今天的平均機(jī)架密度和未來(lái)十年預(yù)期的機(jī)架密度而言,使用具有周邊冷卻的密封遏制系統(tǒng)仍然是非常有效的解決方案。此外,密封遏制系統(tǒng)還能夠?yàn)闊嵬ǖ?冷通道、省煤器應(yīng)用程序和免費(fèi)的自然空氣冷卻方案的翻新改造提供相應(yīng)的支持。
在本文中,來(lái)自Chatsworth Products公司(CPI)的相關(guān)專家將為我們對(duì)三款數(shù)據(jù)中心密封遏制系統(tǒng)分別進(jìn)行分析和比較,并為我們具體分析其中一款系統(tǒng)較之其他系統(tǒng)的重要區(qū)別。希望本文能夠?yàn)閺V大讀者朋友們?cè)诖_定符合貴公司數(shù)據(jù)中心要求和業(yè)務(wù)目標(biāo)的最佳密封遏制選項(xiàng)時(shí)提供相關(guān)的參考借鑒。
數(shù)據(jù)中心密封遏制的三種方案
關(guān)于數(shù)據(jù)中心完全的密封遏制,有三種基本的方法。如下,我們將為您分別介紹每種系統(tǒng),并為您列出采用每種系統(tǒng)所需考慮的相關(guān)益處和挑戰(zhàn)。
一、管道式排氣機(jī)柜(立式排氣管)
管道排氣柜是帶有垂直排氣管的封閉式服務(wù)器機(jī)柜。
圖1:幾臺(tái)帶有垂直排氣管道的管道排氣機(jī)柜剖視圖,如圖顯示了通過(guò)機(jī)柜和服務(wù)器機(jī)房的氣流情況。注意:熱排氣通過(guò)垂直排氣管被隔離,并從服務(wù)器機(jī)房中排出。
如上圖1所示,由服務(wù)器所排出的熱排氣被封閉在機(jī)柜內(nèi),完全與機(jī)房?jī)?nèi)的空氣隔絕。熱空氣通過(guò)架空垂直排氣管被排出機(jī)柜,該排氣管將熱空氣引導(dǎo)至天花板吊頂上方的集氣室,并返回到冷卻單元(如圖)或外部通風(fēng)口。
關(guān)于管道式排氣柜架構(gòu)的相關(guān)考慮因素(立式排氣管):
優(yōu)點(diǎn):
是基于機(jī)柜的最簡(jiǎn)單的部署和更改方案
最具成本效益的部署方法
排氣管即“熱通道”
整個(gè)服務(wù)器機(jī)房是“冷通道”,并提供供氣
機(jī)柜可安置在機(jī)房的任何地方、任何方向,推薦為使用傳統(tǒng)的熱通道/冷通道配置,以便最好的利用空間,但并不需要嚴(yán)格的“熱過(guò)道/冷過(guò)道”機(jī)架行
無(wú)需額外的過(guò)道通道以部署管道式排氣柜,數(shù)據(jù)中心建筑內(nèi)的承重墻的位置和結(jié)構(gòu)并不影響部署
消除了對(duì)于活動(dòng)高架地板的需求
冷空氣可以從機(jī)房的任何地方傳送,無(wú)需實(shí)施嚴(yán)格的“機(jī)柜前” 冷空氣供應(yīng)
輔助設(shè)備可以安置在任何地方,并且仍然可以實(shí)現(xiàn)充分的冷卻,因?yàn)闄C(jī)房很涼爽
如果存在活動(dòng)高架地板,通過(guò)瓷磚滲漏的大部分空氣將進(jìn)入“冷通道”,而不會(huì)浪費(fèi)旁路空氣
消防滅火系統(tǒng)僅需要進(jìn)行最少的更改或無(wú)需更改——噴淋頭必須覆蓋整個(gè)數(shù)據(jù)中心操作空間
缺點(diǎn):
該系統(tǒng)需要一個(gè)高架空間,并且需要在空氣處理器單元上額外增加一個(gè)套環(huán)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)完全封閉的回路
該系統(tǒng)要求將管道安置在每臺(tái)機(jī)柜的上方;且管道還必須能夠延伸到高架空間
某些設(shè)備并不提供垂直排氣管的選項(xiàng),要求第三方提供送風(fēng)管道;某些供應(yīng)商可能會(huì)提供一款定制化的解決方案
空氣處理機(jī)上的風(fēng)扇速度應(yīng)調(diào)整至與設(shè)備的要求密切相符;而這可能需要關(guān)閉一些單位或升級(jí)變速風(fēng)扇
優(yōu)化操作條件可能需要添加一些儀器或HVAC控制
二、熱通道密封遏制(HAC)
熱通道密封遏制(HAC)是數(shù)據(jù)中心業(yè)界目前所使用的最為普遍的密封遏制解決方案。該這種方法中,在熱通道上設(shè)置管道的工作和擋板的配置,門的任一端都堵住通道入口。
圖2:HAC解決方案的剖視圖,在熱通道上構(gòu)建有管道,如圖顯示了通過(guò)容器通道和機(jī)房的氣流。注意:排出的熱空氣被隔離,并通過(guò)熱通道上的管道從機(jī)房中排出。
如上圖2所示,HAC解決方案包含并隔離了室內(nèi)的熱排氣,防止其到達(dá)相鄰的冷通道并與冷空氣混合。然后,熱通道中的熱廢氣將返回到冷卻單元,通常通過(guò)天花板吊頂?shù)募瘹馐摇?/p>
關(guān)于HAC架構(gòu)的相關(guān)考慮因素:
優(yōu)點(diǎn):
密閉通道即“熱通道”
整個(gè)操作機(jī)房(除了密閉熱通道外)是“冷通道”,并提供供氣
消除了對(duì)高架活動(dòng)地板的需求
冷空氣可以從操作機(jī)房的任何地方輸送;無(wú)需嚴(yán)格實(shí)施在“機(jī)柜前”輸送
輔助設(shè)備可以放置在任何地方,并且仍然充分冷卻,因?yàn)椴僮骺臻g足夠涼爽
如果存在活動(dòng)高架地板,通過(guò)瓷磚滲漏的大部分空氣將進(jìn)入“冷通道”,而不會(huì)浪費(fèi)旁路空氣
消防滅火系統(tǒng)僅需要進(jìn)行最少的更改或無(wú)需更改——噴淋頭必須覆蓋整個(gè)數(shù)據(jù)中心操作空間
缺點(diǎn):
較之管道式排氣柜(立式排氣管),其配置和更換更為復(fù)雜
較之管道式排氣柜(立式排氣管),其部署方法的成本更昂貴
機(jī)柜必須放置在相鄰的熱通道/冷通道行中,并成對(duì)配置以形成“熱通道”
該系統(tǒng)可能需要長(zhǎng)度均勻的機(jī)架行,平行且對(duì)齊的排列安置;
每個(gè)通道兩端的門可能需要額外的過(guò)道通道;
該系統(tǒng)需要一個(gè)高架空間,并且需要在空氣處理器單元上額外增加一個(gè)套環(huán)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)完全封閉的回路
該系統(tǒng)需要在熱通道上建造一個(gè)通風(fēng)管道;該管道必須能夠延伸到頂部的通風(fēng)道
高架路徑可能穿透HAC,需要做額外的工作來(lái)緩解氣流泄漏
數(shù)據(jù)中心所在當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能要求在管道和天花板之間要設(shè)置較大的間隙
密閉的通道可能會(huì)給讓操作運(yùn)營(yíng)的員工們感到室內(nèi)溫度“不舒適”
根據(jù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部溫度的不同,數(shù)據(jù)中心所在當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)認(rèn)為密閉的熱通道是危險(xiǎn)位置,并且要求對(duì)其安裝額外的安全設(shè)備或標(biāo)牌
空氣處理機(jī)上的風(fēng)扇速度應(yīng)調(diào)整至與設(shè)備要求密切相符;而這可能需要關(guān)閉一些單位或升級(jí)變速風(fēng)扇
優(yōu)化操作條件可能需要添加一些儀器或HVAC控制
三、冷通道密封遏制
冷通道遏制(CAC)配置通常用于改造已有高架地板冷卻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心環(huán)境。
圖3:一款CAC解決方案的剖視圖,在冷通道上構(gòu)建天花板,顯示氣流進(jìn)入所密閉通道,通過(guò)機(jī)柜并通過(guò)操作機(jī)房返回到冷卻單元。注:熱排風(fēng)在操作機(jī)房?jī)?nèi)由天花板被隔離在冷通道內(nèi)。
如上圖3所示,在冷通道上設(shè)置了一個(gè)屋頂和/或隔墻,兩端都有門。這隔離了冷通道內(nèi)的冷空氣,使其與相鄰熱通道中的熱空氣隔離分開。熱的排氣在熱通道中自由升起,并通過(guò)操作機(jī)房返回空氣處理機(jī)。
關(guān)于CAC架構(gòu)的相關(guān)考慮因素:
優(yōu)點(diǎn):
對(duì)于現(xiàn)有的熱通道/冷通道數(shù)據(jù)中心環(huán)境,該系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單翻新改造,特別是對(duì)于活動(dòng)高架地板供氣通風(fēng)系統(tǒng)
密閉過(guò)道即“冷通道”,并提供供氣
缺點(diǎn):
較之管道式排氣柜(立式排氣管),其配置和更換更為復(fù)雜;
較之管道式排氣柜(立式排氣管),其部署方法的成本更昂貴;
操作機(jī)房即是“熱通道”;
機(jī)柜必須被安置在相鄰的熱通道/冷過(guò)道行中,并成對(duì)布置,以形成“熱通道”;
該系統(tǒng)可能需要長(zhǎng)度均勻的機(jī)架行,平行且對(duì)齊的排列安置;
每個(gè)通道兩端的門可能需要額外的過(guò)道通道;
冷空氣必須通過(guò)高架活動(dòng)地板或高架管道被輸送到密閉的“冷通道”中
該系統(tǒng)通常使用高架活動(dòng)地板設(shè)計(jì)
可用氣流難以控制,無(wú)法很好滿足設(shè)備的要求
密閉冷通道上的防護(hù)天花板結(jié)構(gòu)必須圍繞數(shù)據(jù)中心建筑的承重立柱和其他承重的建筑構(gòu)造
可能需要移動(dòng)架空通道,并將其提升至機(jī)柜上方,以便為密閉天花板結(jié)構(gòu)提供足夠的空間
需要將消防滅火系統(tǒng)擴(kuò)展到所密閉的操作空間(這些更改可能是需要花費(fèi)很高成本的項(xiàng)目)
操作環(huán)境的溫度可能會(huì)讓工作運(yùn)營(yíng)人員感到“不舒服”
輔助設(shè)備將處于“熱通道”空間,可能會(huì)降低性能
如果存在高架活動(dòng)地板,通過(guò)瓷磚滲漏的大部分氣流將進(jìn)入“熱通道”,進(jìn)而降低回流到冷卻裝置的空氣的溫度,這可能降低冷卻機(jī)組的效率
空氣處理機(jī)上的風(fēng)扇速度應(yīng)調(diào)整至與設(shè)備要求密切相符; 這可能需要關(guān)閉一些單位或升級(jí)變速風(fēng)扇
優(yōu)化操作條件可能需要添加一些儀器或HVAC控制
企業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)選擇使用哪種類型的密封遏制方案?
英特爾和德國(guó)電信旗下的T-Systems公司曾于2010年在T-Systems公司位于慕尼黑Euro Industriepark的總部進(jìn)行過(guò)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)(見注釋1)。該實(shí)驗(yàn)表明,一種形式的密封遏制方案較之另一種并不存在明顯的效率優(yōu)勢(shì)。所有三種系統(tǒng)的相對(duì)冷卻性能都大致相同。然而,最近由CPI公司所建立的CFD模型則表明,在一定的條件下,管道式排氣柜(立式排氣管)和HAC則具有效率優(yōu)勢(shì)。
貴公司數(shù)據(jù)中心所選擇的密封遏制系統(tǒng)的類型應(yīng)該基于您企業(yè)自己的業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)中心建筑的架構(gòu)。無(wú)論使用哪種方法,都必須充分隔離數(shù)據(jù)中心內(nèi)的冷空氣。在每種情況下,您都需要考慮以下幾點(diǎn)。
1、有效的密封是至關(guān)重要的
為了盡可能地實(shí)現(xiàn)冷送風(fēng)和熱廢氣之間的充分隔離,在密閉系統(tǒng)中使用良好的密封是非常重要的。這包括機(jī)柜內(nèi)和機(jī)柜周圍的密封,以及機(jī)柜和密閉系統(tǒng)組件之間的密封。
有效的密封所帶來(lái)的好處包括:
防止機(jī)柜內(nèi)的空氣再循環(huán)和旁路氣流;
允許冷卻系統(tǒng)空氣處理程序進(jìn)行調(diào)整,以支持操作機(jī)房?jī)?nèi)最小的壓力變化,并保持開放空間和密閉空間之間的輕微壓力差;
最大限度地提高能源使用效率。密封越好,就越能更好的控制風(fēng)扇的速度,使其與服務(wù)器的供氣需求量密切相符。這樣,返回的排氣以較高的溫度輸送到冷卻機(jī)組;
提供節(jié)能方面的最低運(yùn)營(yíng)成本;
企業(yè)數(shù)據(jù)中心在選擇密封遏制解決方案時(shí),務(wù)必要考慮密封性。密封遏制解決方案供應(yīng)商們通常會(huì)在氣流的泄漏方面描述系統(tǒng)的密封性能,通常是基于在特定操作壓力下對(duì)于每臺(tái)機(jī)柜的特定氣流量的百分比進(jìn)行描述。比較這些值時(shí),請(qǐng)注意條件可能不匹配的情況。在運(yùn)行期間,氣流量應(yīng)該是整個(gè)機(jī)房在計(jì)劃內(nèi)的靜態(tài)壓力下的最大可持續(xù)容積。例如,CPI公司在測(cè)試時(shí)就將其密封遏制系統(tǒng)性能定義為:每臺(tái)機(jī)柜0.05英寸水柱(0.01 kPa)的排氣流量為3000 CFM(5097 CMH),泄漏量小于5%。
2、防止機(jī)柜內(nèi)部及周圍的氣流再循環(huán)和旁路氣流
有效的氣流管理和冷卻成本的降低需要消除機(jī)柜內(nèi)或機(jī)柜周圍的旁路氣流,我們推薦采用以下最佳實(shí)踐方案,如下圖4所示。
圖4:顯示設(shè)備周圍的旁路氣流的機(jī)柜剖視圖(左圖);良好的氣流管理指導(dǎo)通過(guò)設(shè)備,并阻止氣流的再循環(huán)(右圖)。利用機(jī)柜內(nèi)的擋板和下料板密封空氣旁路設(shè)備的開口是至關(guān)重要的。所有通過(guò)機(jī)柜的空氣都應(yīng)該通過(guò)設(shè)備,并將熱量從設(shè)備中傳出,排出機(jī)柜。
使用適當(dāng)?shù)臋C(jī)架技術(shù)來(lái)阻止機(jī)架安裝設(shè)備周圍的氣流;
使用擋板密封所有未使用的機(jī)架安裝空間,以阻止機(jī)架安裝設(shè)備之間的氣流;
在機(jī)架安裝設(shè)備周圍使用空氣擋板和密封件,以防止設(shè)備周圍的熱空氣再循環(huán);
在機(jī)柜和高架活動(dòng)地板的電纜開口周圍使用密封件;
使用機(jī)柜之間的密封來(lái)阻止機(jī)柜之間的空氣流入所密封的空間;
使用擋板阻止機(jī)柜下的氣流進(jìn)入所密封的空間
在執(zhí)行任何進(jìn)一步的密封遏制項(xiàng)目之前,應(yīng)該采取上述這些步驟。阻止旁路通過(guò)機(jī)柜的氣流(以及用于氣流輸送的高架入口地板的開口)是任何有效的氣流管理解決方案的關(guān)鍵組成部分,其可以暫時(shí)解決散熱問(wèn)題,而無(wú)需額外的管道排氣或通道密封。此外,在拆除設(shè)備時(shí)安裝下檔板和在新的地板開口形成時(shí)安裝密封件也需要嚴(yán)格按照程序執(zhí)行。
3、壓力管理
在您數(shù)據(jù)中心的密封系統(tǒng)中建立“良好的密封”不僅僅是密封以防止氣流泄漏的問(wèn)題。其還要求對(duì)密封環(huán)境進(jìn)行全面的壓力管理,特別是對(duì)于CAC而言。完整的密封遏制結(jié)構(gòu)應(yīng)包括一套有效的壓差管理系統(tǒng)。這可能包括更新或引入HVAC控制。
4、利用工程分析
一旦實(shí)現(xiàn)了阻止機(jī)柜內(nèi)旁路氣流的基本步驟,并決定實(shí)施完整的密封遏制系統(tǒng),就可以創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型來(lái)演示添加密封方案的結(jié)果了。
一些密封遏制方案的供應(yīng)商可以提供一些基本的分析,其中可能包括一個(gè)操作空間的CFD模型來(lái)描述條件變化前后的相對(duì)供應(yīng)和返回溫度。也可以用來(lái)估計(jì)冷卻系統(tǒng)能量需求降低的一部分。
或者,一項(xiàng)正式的工程研究將考慮整個(gè)冷卻系統(tǒng),單個(gè)部件的貢獻(xiàn)以及該部分的節(jié)約所帶來(lái)的年度具體影響。還可以考慮在各種條件下的性能,例如,在《ASHRAE數(shù)據(jù)通信系列:數(shù)據(jù)處理環(huán)境的熱指導(dǎo)方針》RP-1499中所推薦和允許的范圍(見注釋2)。一項(xiàng)工程研究可以提供更詳細(xì)的估計(jì),以包括任何數(shù)據(jù)中心站點(diǎn)實(shí)施遏制解決方案時(shí)所需進(jìn)行的升級(jí)或更改。
密封遏制系統(tǒng)之間的主要差異
下表列出了每種密封遏制系統(tǒng)的主要考慮事項(xiàng)清單,并總結(jié)了密封遏制系統(tǒng)之間的主要差異。基于上文所介紹的各自的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn),并對(duì)各自的相關(guān)性能,復(fù)雜性和成本差異進(jìn)行了對(duì)比,對(duì)解決方案進(jìn)行排名以滿足您數(shù)據(jù)中心的要求。
注釋:
1、個(gè)別密封遏制系統(tǒng)的氣流泄漏情況取決于安裝和修改時(shí)用于密封開口的護(hù)理程度的不同而有所差異。然而,任何系統(tǒng)都可以創(chuàng)建一套類似的密封。 5%的方案被列為一套優(yōu)秀的密封方案。這表明了密封遏制系統(tǒng)的基本概念具有類似的性能,正如T-Systems和英特爾的研究所提出的那樣。但是,整體性能應(yīng)該考慮通過(guò)活動(dòng)高架地板或吊頂天花板充氣室的額外泄漏情況,這對(duì)于每款系統(tǒng)是不同的,并且可能影響整體的成本。較高的泄漏需要增加空氣量,這意味著要運(yùn)行更多的冷卻裝置/空氣處理機(jī)。
2、當(dāng)使用平板地板時(shí),“良好的密封方案預(yù)計(jì)能夠?qū)饬餍孤?rdquo;下降到0%。借助CAC,冷空氣通過(guò)活動(dòng)高架地板或高架管道輸送到封閉空間。雖然高架管道的泄漏量會(huì)下降到0%,但管道需要非常大的空間來(lái)處理氣流量,數(shù)據(jù)中心的建筑空間必須能夠適應(yīng)管道的物理尺寸和支撐結(jié)構(gòu)。同樣地,如果CAC用于機(jī)架行冷卻,則泄漏將為0%,但是為行列式冷卻機(jī)組部署和供電的首要成本以及冷卻機(jī)組的操作成本通常將超過(guò)基于房間的周長(zhǎng)的散熱設(shè)計(jì)。
結(jié)論
您企業(yè)數(shù)據(jù)中心所選擇的密封遏制系統(tǒng)的類型應(yīng)該基于您企業(yè)的業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)中心建筑架構(gòu)的限制。正如本文中所介紹的,不同的系統(tǒng)包含不同的組件和相對(duì)成本的組合,故而您需要根據(jù)您企業(yè)數(shù)據(jù)中心所處的具體地點(diǎn)、具體的需求進(jìn)行不同部署選擇。而無(wú)論您選擇哪種系統(tǒng),您企業(yè)的數(shù)據(jù)中心站點(diǎn)所消耗的冷卻能量的減少都可能會(huì)是相當(dāng)顯著的。