| 摘要：位于Georgia理工学院系统生物学研究中心的刀片式高性能计算群组案例研究，阐明了两个挑战性参数的解决方案:空间利用和冷却。采用水冷机架级换热器能在一个提供大量冷量受到限制的既有设施中有助于解决极高功率密度1300W/ft²(3.2kW/m²)]供冷问题。 |
对于计算机房空气处理机组，在回风断面18个点处测得温度值，然后进行平均。送风温度由机组控制盘上的显示装置记录。机组风量由设置在顶部回风口上的风量测试罩测得。
每台刀片式服务器机架的每个区域的平均温度如表3所示。设备入换热器的温降。后门换热器消除了57%~63%刀片式服务器的热负荷。口温度非常低[57.5~60.4oF(14.2~15.8℃)]。需注意，表3中的每个数值都是18个温度测点的平均值。在设备入口，18个温度测试值比较均匀(即97%的测试值与平均值的偏差在0.5℃范围内)，偏离平均值最大为2.l摄氏度，这证明本冷却方案在防止机架顶部与机架侧面热空气再循环是有效的。
随着空气离开服务器刀片盘，它被加热到86.9~92.loF(30.5~33.4。C)。当这部分被加热空气经过后门换热器时，一部分热量传递给冷水，使离开换热器的空气的温度范围更适中，在70.5一72.9oF(21.4~22.7℃)范围内。
温度变化与能量计算数据见表4。通过刀片服务器的空气温升范围为27.4~32.9oF(15.2~18.3℃)，通过后门换热器的空气温降范围为16.2~20.7oF(9.0~11.5℃)。根据刀片式服务器制造商公布的每一个刀片盘的风量为255cfm(7.2m³/min)，通过每台机架的风量估计为153Ocfm(43.3m³/min)。如温升和风量已知，则刀片式服务器的热量Q(W)可由Q=风量·ρ·Cp·△T计算。式中:ρ=l.25kg/m³;Cp=l003J/(kg·K)。同样，由后门换热器排除的热量也可用相同的公式计算，式中为通过后门换热器的降温。后门换热器消除了57%~63%刀片式服务器的热负荷。
支持性设备机架的温度数据列在表5中。机架入口温度与刀片式服务器测量值相同，这是所预计的。通过支持性设备的温开出刀片式机架小，这证明无需在支持性设备机架上设置后门换热器。
表6提供了有关计算机房空气处理机组的信息。这里，△T为回风和送风温差。机组除去的热量可由上述相同的公式计算。按此分析方法，总消除热量为89.8kW。作为参考，可用3台额定冷量20冷吨的机组，设计风量为30000cfm(849.5m³/min)。
如表3~表5所示，设备入口温度均低于ASHRAE推荐的温度范围68~77oF(20~25℃)，因此可建议将计算机房空调机组的送风温度设定值升高几度。这将提高设备的入口温度，进而提高设备出口/换热器的入口温度，导致后门换热器去除热量的百分比更大，这是由于这种换热形式强烈地受空气/水温差的影响，所以还要说:用水与空气传热更为有效。
表7提供了机架热负荷和除热量计算值汇总。案例研究时，实际热负荷是规划负荷的67%。计算机房空调机组的除热量由实际热负荷减去后门换热器除热量计算得到。依据质量流量与温差，计算机房空调机组总除热量与表6中的计算数据接近一致。
3.结论
在Georgia理工学院系统生物学研究中心，不断增长的热密度和期望让更大的计算用功率进入较小的空间内以应用功能强大的计算机，于是催生出许多挑战。该设施被要求有示范的质量、充分利用楼面空间和尽可能降低噪声和空气流动带来的不舒适感。具有以水为基础、后门换热器为特点的混合式冷却解决方案，被证明在给定参数范围内能提供最优解决方案的最有效方法。该装置能消除机架内热量的50%~60%，能使计算群组内的刀片服务器接纳最大热密度，并提供l000ft²(93m²)最佳需求的楼面空间。空调总需求几乎减半，便空调机组与空气流动设备最少。该冷却解决方案对终端用户从今天的数据中心设施过渡到未来设计时怎样获得高密度冷却方案可作为一个有效的模式。
最佳实践总结:
(1)将热通道与冷通道完全隔离;
(2)采用水冷技术使净空间需要减少;
(3)获得最大风量的地板块设计与布局;
(4)在架空可检视地板静压箱内消除气流障碍物;
(5)将高密度区域与数据中心内的其他区域隔离。
责任编辑：Honey
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