| 摘要：本案例研究介绍一个尺寸约为53ft×9Oft(16.2m×27.5m)、面积为4770ft²(445m²)的数据中心热环境性能。该数据中心拥有各类服务器，有小型机架安装的服务器、大型独立分隔式服务器及刀片式服务器。房间内有属于服务器产品应用所需的网络电缆架和存储区域网络 (SAN)架构。 |
冷风以下述两种方式之一离开地板静压箱:通过受控孔口或通过非受控孔口。在该数据中心中，受控孔口是服务器机柜基底上的可调孔和独立服务器区域内的大风量穿孔地板块。非受控孔口有硬件处的电缆穿孔、PDUs下的电缆穿孔和架空地板块间的渗漏。
通过受控孔口的送风量依赖于呈现的静压，在数据中心内以网格式测试地板下的静压值，其结果见图2。
图2地板下静压值——北侧/南侧
如果静压值已知，则通过受控孔的风量便可预测。
用在近大型独立服务器的大风量穿孔地板块的性能曲线显示，在呈现的静压范围内，每块穿孔地板块的预期送风量为945cfm（26.8m³/min）。
服务器机柜基底的可调孔在各个位置和各种静压下的风量由机柜制造商进行测试。数据显示，在数据中心呈现的静压值下，每台机柜的静压箱平均送风量为540cfm(l5.3m³/min)。
通过所有受控孔口的总风量由所有大风量穿孔地板块与所有机柜基底孔口相加计算而得。结果显示总受控风量为81286cfm(2301.8m³/min)，与总送风量105000cfm(2932.2m³/min)比较，77.4%的供冷量由受控孔口送出，22.6%的供冷量以其他方式进人房间。
通过服务器机柜的风量由6台设置在机柜顶部的风扇产生。每台风扇全速运转时的额定风量为225cfm(6.4m³/min)，机柜总风量为1350cfm(38.4m³/min)。因此，进入机柜的总风量是来自架空可检视地板静压箱通过机柜底孔送入的风量和通过前、后门上的孔口被吸入机柜的室内空气的混合空气。风扇全速运行时，导致了540cfm(I5.3m³/min)静压箱空气与8l0cfm(23.1m³/min)室内空气混合。进人机柜前门的空气提高了来自静压箱的空气温度，产生了一个在推荐范围内的机柜入口温度，而进人机柜后门的空气降低了排出机柜之前的排风温度。通过机柜前、后门的风量随机柜风扇的转速而变化，以维持排风温度设定值。进入机柜基底的静压箱风量可通过关小可调孔而减少。
图3回风量——北侧/南侧
所有回风通过安装在硬件上面的吊平顶格栅风口回到计算机房空调机组。为了验证回风量是否平衡，在回风格栅处进行风量测试(见图3)。结果显示，不存在低风速或无风量区域，所有回风区域都呈现出良好的气流速度，这表明热排风回到了计算机房空调机组，没有再循环到机柜或大型服务器入口。在三个PDUs正上方测试了最小回风量。如果数据中心运行人员想改变房间内回风分布，则可重新定位吊平顶栅格回风口。
(3)温度测试
数据中心内最重要的温度是机柜入口空气温度。可以证实，若按照ASHRAE推荐的入口温度值(ASHRAE2004)，就可提供足够的冷量。数据中心内第二个最重要的温度是计算机房空调机组的回风温度。该温度值可证实计算机硬件是否能连续获得足够的供冷量。
在本案例研究中，对每排机柜中许多有代表性的机柜和独立设备的硬件入口处进行了温度测试。除了仅从底部或较低位置抽吸空气的独立机柜外，其他机柜的温度读数取自机柜底部、中部和顶部，所选机柜的位置位于每排端头和中部。
4.热环境性能与分析
(1)热密度
该数据中心的面积相对较小，热密度范围很大。服务器机柜负荷范围为1.7~5.5ZkW。依据机柜的基底面积，产生的热密度范围为208~675W/ft²。在一个单一围护范围内，独立设备产生的负荷范围为2.0~23.lkW，依据机柜机底面积，它产生最高功率密度为1604W/ft²。
整个机房内的功率密度分布并不均匀。机房东端布置着独立大型服务器、刀片服务器，这些机柜虽占房间面积的40%，但耗用功率为60%，导致的热密度为15OW/ft²(1600W/m²)。机房西端主要布置服务器机柜和网络机架，占机房面积的60%，但耗用功率为40%，产生的热密度为73.2W/ft²(788W/m²)。
该机房总面积为4770ft²(443m²)，电力输配装置的总负荷为504kW，导致的平均热密度为105.6W/ft²(1136.7W/m²)。
(2)温度
离开机柜的排风温度受控于每个机柜的一个设定值，此设定值控制着机柜顶部风扇的转速。该数据中心内大多数机柜的排风温度保持在8loF(27.2℃)。大型独立设备的排风温度较高，大多数在88一95oF(31·1~35℃)范围内。然而，有一台刀片式机柜的排风温度为112.2oF(45.5℃)。
对于服务器机柜，比较机柜入口温度与机柜排风温度，两者之温差小于20oF(l1℃)，这是由于从后门进入的室内空气降低了机柜排风温度。
对于独立式设备，比较其入口温度与排风温度后可知，两者温差大于40oF(22.2℃)。不管排风温度如何高，在吊平顶回风格栅处测得的回风温度低于80oF(26.7℃)。在所有情况下，来自架空可检视地板通过非受控孔口进入房间的空气与来自机柜和独立设备的排风混合，导致回风温度完全在计算机房空调机组的能力范围内。
在每机柜排和独立设备排的末端和中间位置记录了服务器的如口空气温度。几乎在所有情况下，较低读数值稍低于ASHRAE(2004)推荐范围值，较高读数值全部低于高限值。这表明可以采用调节手段来提高这些温度值。对于服务器机柜，可减小机底孔口尺寸来减少架空可检视地板的送风量。对于独立设备，可通过封闭穿孔地板块孔口来减少进入机柜的冷风量。如有必要，也可提高送风温度。
(3)静压
通过静压测试确认静压最高的区域是在数据中心的东端，与之相应的是该区域的机柜功率最大。根据上述情况，数据中心运行人员有信心能冷却比机房平均设计功率更高的功率密度。静压值从机房的西端往东端增加，但在房间中部计算机房空调机组前静压值稍有下降。这是中间机组正前方风速增加的缘故。最低静压值在机房西端接近计算机房空调机组和低功率密度网络电缆柜处测得。在机房西端，从北到南测得的静压值不是一致的。检查了地板静压箱后发现，在北面计算机房空调机组正下游处有大量、集中的网络电缆，由它导致的堵塞足以形成末能预见的高静压。
总之，该数据中心的静压值相当高，这是由于包括冗余机组在内所有741高密度数据中心案例研究与最佳实践计算机房空调机组都在运行。进一步的研究是，通过逐台关闭计算机房空调机组的六种不同运行模式观察地板下的静压值，可使数据中心运行人员了解在各种冗余模式下数据中心的供冷量是否足够。
(4)回风温度
回风温度图显示，从机房西端至东端回风温度在增加。这符合机房东端功率是增加的情况。由于回风温度在计算机房空调机组的范围内，这是完全可以接受的。若机房东端的功率密度迸一步增加，则该端的高静压能使数据中心运行人员从架空可检视地板引人更多的冷风，将回风温度维持在可接受的范围内。
通过机架入口温度的测试显示，机柜排末端机架的入口温度没有升高。吊平顶回风设计能防止热排风再循环到服务器入口。
(5)能量平衡
为了验证数据的精确性，根据能量平衡原理，通过测量功率、温差来计算风量，并与实测风量进行比较，看它们是否匹配。机柜基底孔口风量、高风量穿孔地板块和电缆穿孔处风量三者的数据中心总风量计算值为97641cfm(2765m³/min)。采用计算机房空调机组平均温差[送风:52.8oF(11.6℃);回风:72.8oF(22.7℃)]及房间总热负荷(504kW)，预计风量为92888cfm(2630m³/min)，在计算值的4.9%以内。这两个数值均小于计算机房空调机组回风处测得的风量1050OOcfm(2973m³/min)。通过对地板情况的检查，发现机房周边墙上有一些孔口。尽管末经测量，但根据这些孔口的大小可以算出计算值与计算机房空调机组测试值之间的风量差为735gcfm(208m³/min)。
5.结论
本案例研究提供了一份采用架空可检视地板静压箱送风和吊平顶静压箱回风的高密度数据中心资料。该研究采用了对绝大多数数据中心运行人员有用的信息，如机柜与独立装置级的详细功率和温度读数、静压测试值和风量读数。通过了解数据中心何处供冷量最大，运行人员便可设计机柜布局来利用高密度装置。
责任编辑：Honey
评论表单加载中...
