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合理的设计数据中心制冷系统

来源:机房360 作者:小柯 更新时间:2010-6-2 21:44:41

摘要:对于数据中心的冷却系统而言,其关键目标之一是把进出设备的空气分离,以防止设备过热。这种分离同时大大提高了冷却系统的效率和性能。当设备功率密度增加时,排出和吸入的空气量也相应增加,这时要阻止设备吸入自身或邻近设备排出的空气变得更加困难。

  机房专用空调中的基本制冷系统主要有四大部件构成:压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀、为了改善制冷系统的性能,达到更好的使用效果,通常还有不少辅助器件,如液体管路电磁阀、液视镜、液体管道干燥过滤器、高低压力控制器等。
  
  在整个循环过程中,压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气,并产生蒸发器中的低压力,冷凝器中的高压力的作用,这也是整个系统的心脏;节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量;蒸发器是输出冷量的设备,制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量,从而达到制取冷量的目的;冷凝器是输出热量的设备,从蒸发器中吸取的热量连压缩机消耗的功率转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走。
  
  这个过程可以简单解释为,制冷剂在压力、温度下沸腾,低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气,并将它压缩到冷凝压力,然后送往冷凝器,在压力下等压冷却和冷凝成液体,制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质,与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度,冷凝后的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器。
  
  在这个过程中,送风系统和回风系统形成了制冷系统。送风系统把冷气从CRAC(计算机房空气调节)装置分配到负载,而回风系统把负载排出的热气抽回CRAC(计算机房空气调节)装置。无论是送风系统还是回风系统,在CRAC装置与负载之间输送空气都有以下三种基本方式:
  
  1、开启方式
  2、局部管道方式  
  3、全管道方式
  
  所谓开启方式,即CRAC和负载直接从房间吸入或排出大量空气,中间不用任何专门的管道来引导。所谓局部管道方式,即通过管道送风或回风,管道的通风孔位于靠近负载处。而在全管道方式中,空气直接通过管道进出负载。
  
  以上三种方式,都可以用在送风路线和回风路线中。因此,共有9种组合,即9种空气分配系统类型。所有类型都已在不同场合中得到应用,有时还在同一数据中心混合使用不同类型。其中有些类型需要安装高架地板,而有些类型即可以使用硬地板,也可以使用高架地板。
  
  对于数据中心的冷却系统而言,其关键目标之一是把进出设备的空气分离,以防止设备过热。这种分离同时大大提高了冷却系统的效率和性能。当设备功率密度增加时,排出和吸入的空气量也相应增加,这时要阻止设备吸入自身或邻近设备排出的空气变得更加困难。因此,随着功率密度的增加,采用部分管道或全部采用管道将空气引入或引出设备就显得十分必要。
  
  以下对这9种冷却系统进一步给出了概括性的陈述。全管道送风系统一般用于活动地板环境,在这种环境中,地板下面的障碍物会导致低静压问题,使冷气无法到达机柜前端,全管道送风系统还应用于具有直接送风管道的专门设备,如大型计算机中。全管道回风系统主要与其他系统组合使用,并可用于混合密度环境。
  
  开启方式和局部管道方式的四种组合,占据了冷却系统的绝大部分。为进一步评估这些方法各自的优势和局限性,下文将按以下两大类进行论述:使用活动地板的环境和不使用活动地板的环境。
  
  硬地板环境中冷却系统的类型
  
  虽然一般认为数据中心应使用活动地板,但任何规模的数据中心都可以且常常没有活动地板。绝大多数局域网机房和网络机房都没有采用活动地板。许多较新的大功率数据中心也未使用活动地板。在现代数据中心中,以前那些需要采用活动地板的理由已不复存在,而且使用活动地板还存在许多重大缺陷,诸如专业工程设计、成本、设计时间、净高度要求、抗震性、安全隐患、保密隐患、地板载荷、不便操作以及其他问题。出于这些原因,新建造的数据中心常常使用硬地板,对于小型数据中心和网络机房则一直如此。
  
  在硬地板环境中,安装局部管道送风系统需要借助架空管道和通风装置。局部管道送风系统和局部管道回风系统的组合貌似很复杂,但实际上这是商业建筑最常用的冷却方式,在商业建筑里,安装在屋顶的送风栅格和回风栅格散布于冷却空间中。

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