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机柜气流分配单元

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2009-5-6 22:24:52

摘要:气流分配单元可以均匀地将冷空气送人高密度、高热量的机柜,最高可输送4kW冷量到一个机柜,确保分配到机柜顶部和底部的冷空气保持一致。

  气流分配单元可以均匀地将冷空气送人高密度、高热量的机柜,最高可输送4kW冷量到一个机柜,确保分配到机柜顶部和底部的冷空气保持一致。气流强排单元是从周围地板下吸人气流通过两个风扇将气流从底部吹向顶部,热气流排出依靠计算机设备自身风扇,每个单元可带走机柜4~8kW显热负荷。风扇将机柜内的热空气强排出去,并且克服线缆产生的阻力,排风管系统将热空气入天花板避免冷热空气在机房内的混合确保适当的冷空气送到机柜内,冷空气轻松达到机柜内。
  另外,在服务器的内部,每个发热部件上安装一个风扇,再配合合理的气流设计,服务器的散热问题就可以很好地得到解决,因此这也是多数服务器厂商所采用的方法。这种是比较传统的冷却方式。
  机柜安装盲板
  尽管机柜通常被认为只是一种机械支架,但它对于防止设备排除的热空气重新进入设备进气口至关重要。如图显示了机柜在安装盲板前热空气在出风口受到轻微增压后,再加上设备进气口的吸力,导致了热空气重新吸入设备进气口的情况,即短路循环。在安装盲饭后,热空气从设备排出,机柜及其盲板提供了屏障功能,截断了热空气短路循环的路径,进而降低了热空气进入进气口的可能。

   

  尽管主要的IT设备制造商均强烈建议使用盲板,但实际上90%或更高比例的机房都忽略了这一点。热空气再循环问题可能导致IT设备的问题上升8℃。安装盲板是一个极其简单的过程,可以用非常低的成本应用于几乎所有的数据机房。
  还有一些机柜配置暴露出了一些其它缺陷,可能造成与没有安装盲板类似的结果。例如,使用超宽机柜将可能使得热空气通过设备侧面进行短路循环。另外,使用托盘安装IT设备会造成相关位置盲板的无法安装,从而为热空气的短路循环提供了完全开放的条件。
  在一些标准的19英寸机柜中,导轨周围、机柜顶部和底部同样存在空气短路循环路径。在这种情况下,安装盲板也不能完全控制空气的短路循环。这些机柜的设计并不能适用于高负载密度的机房环境中。
  通过使用盲板和选择可以有效控制短路循环的机柜能够降低机房热点的温度,并显著提高系统可用性。此外,还有一些优势虽然不太明显,但却非常重要,需要进行说明。
  1)短路循环对制冷系统的影响
  与理想的系统相比,存在短路循环的机柜系统会导致制冷系统的性能大幅降低。短路循环将造成回流到制冷系统的空气温度较低,可能导致制冷系统以较低的性能工作,进而无法满足制冷量的需求。
  2)短路循环对总拥有成本的影响
  为了解决短路循环所造成的温度过高和制冷性能的降低,总拥有成本增加最为突出。与制冷效率相关的最大寿命周期成本是运行制冷设备和风扇需要消耗的电力成本。机房制冷消耗的电力不受短路循环的影响,但制冷系统的效率却会受到明显的负面影响。这意味着短路循环将会增加与电力相关的成本。
  两个解决热点最常用的方案是降低制冷系统出风口的空气温度和增强制冷系统性能。这两种方案都需要消耗大量不可预知的成本。空气流通的限制使得设备无法获得足够的冷空气,进而导致温度升高。此外,机柜前端或后端对气流的限制还会加重在没有盲板的机柜空间内的空气短路循环情况。因此,至关重要的一点是需要使用具有良好通风效果并在其后端拥有足够空间的机柜,以避免电缆阻碍空气的流通。
  除了上述控制机柜空气流通的被动方案外,带有风扇系统的机柜也可用来控制机柜内空气的流通。但是一些顶部安装风扇的机柜系统,具有的优势微乎其微。而其它一些风扇系统,如将底层空气输向机柜前端的系统或从机柜后端主动排除热空气的系统,都可以有效改进机柜内的空气流通,减少短路循环和提供机柜利用率。
  机柜布局
  上一部分介绍了合理控制机柜空气流通对于制冷效果的重要性,但离达到目标还有一定距离。机柜空间的合理布局对于确保机柜拥有适当温度和足够的冷空气同样非常重要。合理的机柜布局目标是控制空气循环,即避免冷空气在到达设备进气口前与热空气混合。这一间题的解决方案应用甚广。通过将机柜按行排列,冷热通道的技术,可以大幅降低短路循环现象。同时按照背靠背的方式布局,采用根据有关调查显示,大约25%的机房将每排机柜面向统一的方向。将机柜置于统一方向可以导致严重的短路循环问题,几乎肯定会出现"热点",同时系统运行成本也将大幅提高。对于机柜朝向统一方向、且没有采用冷热通道技术的环境,根据调查显示大多数均是按照管理层指示放置的,目的是保持机房的美观。如果只是没有能够使用冷热通道技术,那么解决这一环境中热点问题的一个有效方法是为受影响的机柜提供一个额外的制冷设备。
  合理的负载分布
  不合理的设备安装位置,特别是高功率密度设备的安装位置,可能明显的增加机房的工作压力。当高负载密度、高功率服务器被组合成一个或多个机柜时,便会出现高负载密度设备群。这种情况可能导致数据机房出现热点,并要求操作员采取相应措施,如降低空气温度设置点等。
  和谐的制冷设置
  前面讨论了降低制冷系统空气温度设置点的负面影响,也就是说,当制冷系统输出空气温度设定值越高,其性能也越高。理想状态下,如果没有设备散热输出,制冷系统输出气体温度将与计算机设备的温度一致。然而实际中,制冷系统输出气体温度通常比设备运行所需要的温度略低。然而,如果能够遵循本文介绍的空气分配原则,则可以尽量提高制冷系统温度设置值。为了最大限度的提高容量和优化效率,设置点不应低于维持设备迸气温度所需的数值。
  尽管制冷系统温度设置点由空气分配系统决定,然而湿度却可以调整到任意最佳值。如果湿度设定值高出需求,可能导致严重的后果。首先,制冷系统将导致水分凝结,空气湿度降低,并且制冷效率降低。然而更糟的是,加湿器需要补充空气中损失的水分。同时加湿器也是一个主要的散热源,从而更加降低了制冷系统的制冷效率。当存在气流短路循环时,情况将更加严重,因为较低温度的空气进入制冷系统更容易结露。因此,非常重要的一点是,切勿使得机房湿度值高于需求。
  对于采用带有加湿器的多个制冷设备的机房而言,可能还会发生其它问题。在此类环境中,最常见的问题就是多个制冷设备相抵触运行。当以下条件具备时,便可能发生上述情况:两个制冷系统回流气体温度不一致,或两个设备的湿度传感器校准不一致,或两个设备设定的湿度值不同。制冷系统抵触运行将导致一台制冷设各会降低空气湿度,另外一个则会增加空气湿度。这一运行模式极其浪费资源,而且机房管理员也不容易发现。
  无意义的制冷系统湿度抵触运行间题可通过以下方式解决:a使用中央湿度控制;b协调制冷设备之间的湿度值;c关闭制冷系统中的一个或多个加湿器;d使用浮动数值设定。
  以上这些技术各具自已的优势,通常最可行的办法是确认系统设定是否相同,校准是否相同,并且扩大浮动数值设定范围。一般情况下,将浮动数值范围设定为士5%,便可以纠正这一问题。
  其他的几种冷却方式
  (1)水冷方式。这种方法的起源可以追溯到大型机时代。大型机内自带水冷盘管,机柜内热量通过冷却水带走,这种方式冷却效率高、成本低,但还要配备一套制冷系统。缺点是机房内有许多水管,形成水患。目前,主要的计算机制造商都在研究这种技术,对一些计算量大、机房散热环境不好的数据交换中心,可以考虑IBM的伪CoolBlue水冷系统。CoolBlue附带101.6mm(4in)厚的安装挡板,可以安装在符合工业标准的42U服务器内,不仅是IBM公司的服务器设备,同样还可以良好兼容其他品牌。内置的伪CoolBlue可以很大程度上吸收数据交换服务器释放量热量,对后者的稳定工作非常有帮助。
  (2)二氧化碳处理刀片式
  服务器散热问题,其主要原理是采用了热吸收而非传统上使用的冷却技术-创造出一种更有弹性而节能的解决方案。这一冷却柜设备系统旨在面向"高密度冷却,尤其是每机柜的能耗量可能会超过20kW的刀片式服务器"。它被安装在服务器机柜的后方,能够捕获风扇排放出来的热量,由于采用了二氧化碳,这一系统具有容量大、耗能量低等优点。
  新风量确定与处理
  (一)新风量计算
  电子计算机机房新风系统要保证工作人员健康,另外电子计算机设备对环境洁净度提出较高要求,机房内必须保持正压。根据《电子计算机机房设计规范》规定,新风量应取下列三项中最大值:
  (1)室内总送风量的5%。
  (2)按工作人员每人40m3/h。
  (3)维持室内正压所需风量。
  新风量应是补偿室内局部排风、全面排风和保持室内正压所需的新风量之和。局部排风、全面排风按实际发生计算,保持房间正压的风量按房间的门缝、窗缝和其他缝隙中渗漏的风量之和。
  A、按换气次数计算:Q=换气次数*房间容积m3/h
  B、按人数计算:Q=同时最多人数*(30—50)m3/h
  国家标准(JBJ10—83)规定每人每小时需要新风量为30—50m3,故按一般按照机房空间换气2-4次数来计算所需新风量。
  为了节能,建议把机房围护结构做得尽可能密闭,可以减少新风补充量。为了保持机房内正压,如果机房内同时有送风和排风时,要求送风大于排风,送风机与排风机一般要连锁,通过压差计控制风机启停。系统开机时,应先开启送风机,再开启排风机;系统关机时,应先关闭排风机,再关闭送风机。
  (二)新风净化处理
  进大机房的新风必须经过初效、中效、亚高效三级过滤,房间内新风质量要求较高时,还应安装紫外线灭菌装置。经过处理后的新风送人专用空调回风口,与一次回风混合以后进大专用空调机组,经专用空调机处理后进人房间。为了节能,新风最好经过温湿度预处理至室内工况后再与回风混合,可以避免专用空调机组为除湿先降温,然后再加热至送风工况,造成能源浪费。
  

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