協和林帶你(nǐ)認識機房(fáng)隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)的兩個(gè)基本原理(lǐ)

　　大(dà)家(jiā)都知道(dào)，隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)是來(lái)源于TIA942《數(shù)據申心通(tōng)信基礎架構标準》中要求機房(fáng)內(nèi)計(jì)算(suàn)機設備及機架采用 “冷熱通(tōng)道(dào)”的安裝方式，其核心指導思想就是我們在上(shàng)節所闡述的“合理(lǐ)規劃數(shù)據中心氣流組織 ”，那(nà)麽在現實的設計(jì)與實施過程中，遇到了問題怎麽辦?要以什麽為(wèi)基準來(lái)進行(xíng)分析與處理(lǐ)呢? 這也就是我下面要跟大(dà)家(jiā)分享的兩個(gè)基本原理(lǐ)。

1、 容器(qì)原理(lǐ)

a)名稱定義

　　把數(shù)據中心中的靜電地闆以下的部分靜壓倉定義為(wèi)容器(qì)體(tǐ)積(M);

　　把經過氣流組織規劃後的冷通(tōng)道(dào)區(qū)域定義為(wèi)容器(qì)體(tǐ)積(M1);

　　把精密空(kōng)調送出的冷風量定義為(wèi)(Q);

　　把單台機架所需的冷風量定義為(wèi)(Q1);

　　把靜電地闆下靜壓倉的送風速度定義為(wèi)(S);

b)原理(lǐ)闡述

　　當在機房(fáng)中布置了冷(熱)通(tōng)道(dào)後，單台機架所需的冷風量(Q1)是不變的，由于精密空(kōng)調送出的冷風經過了 M、M1不同的兩個(gè)靜壓倉，這時(shí)我們假設容器(qì)M及其送風速度 S 為(wèi)恒定不變，那(nà)麽容器(qì)M1的壓力Pa1是否足夠就取決于容器(qì) M1 的大(dà)小(xiǎo)了，也就是Pa1是與M1的大(dà)小(xiǎo)成反比的 ; 而當我們假設精密空(kōng)調的送風量 Q為(wèi)恒定不變，那(nà)麽容器(qì)M1如果增加，就會(huì)得(de)不到足夠的壓力，也就不能快速給機架散熱。

c)結論得(de)出

　　通(tōng)過以上(shàng)的問題分析，我們不難看出冷通(tōng)道(dào)容器(qì)體(tǐ)積M1如果增加，那(nà)麽機架就不能得(de)到足夠的冷風風量Q1，也就可(kě)以這麽說，在機櫃高(gāo)度相同的情況下，1200mm 寬的冷通(tōng)道(dào)要比1800mm寬的冷通(tōng)道(dào)所得(de)到的效果要好。

　　說到這裏了，似乎有(yǒu)人(rén)會(huì)問，那(nà)為(wèi)什麽我們的靜壓倉的高(gāo)度會(huì)越來(lái)越高(gāo)呢?其實靜電地闆的淨空(kōng)高(gāo)度增加，是為(wèi)了減小(xiǎo)送風的壓力對IT設備所産生(shēng)的影(yǐng)響，因為(wèi)壓力越大(dà)，其送風速度也就快了很(hěn)多(duō)，它們經過 IT設備後，隻是簡單把把熱量帶走，而并沒有(yǒu)對IT設備進行(xíng)足夠的冷卻，還(hái)是沒有(yǒu)達到滿意的效果。

2、 混合原理(lǐ)

a)名稱定義

　　把經過氣流組織規劃後的冷通(tōng)道(dào)區(qū)域的冷氣定義為(wèi)(C1);

　　把經過氣流組織規劃後的熱通(tōng)道(dào)區(qū)域的熱氣定義為(wèi)(H1);

　　把由于地闆下開(kāi)孔後流竄到熱通(tōng)道(dào)區(qū)域的冷氣定義為(wèi)(C2)

　　把由于未在機架前面安裝擋風闆從冷通(tōng)道(dào)流竄到熱區(qū)域的冷氣定義為(wèi)(C3)

　　把由于未在機架前面安裝擋風闆從熱通(tōng)道(dào)流竄到冷區(qū)域的熱氣定義為(wèi)(H3)

b)原理(lǐ)闡述

　　我們大(dà)家(jiā)都知道(dào)一個(gè)原理(lǐ)，就是在熱水(shuǐ)中加入冷水(shuǐ)或者在冷水(shuǐ)中加入熱水(shuǐ)，其水(shuǐ)溫都會(huì)變化成其二者的綜合溫度。那(nà)麽針對數(shù)據中心氣流變化也是一樣的道(dào)理(lǐ)，當C1與H1與混合後，其CH1 的溫度值就小(xiǎo)于C1，為(wèi)保證設備得(de)到同樣的冷量，那(nà)制(zhì)冷量在原來(lái)已經送出的基礎上(shàng)還(hái)需要增加，這勢必要增加空(kōng)調的壓縮機功耗。同理(lǐ)當C2流竄到 H2 ，C3流竄到H3， H3 流竄到 C3後都會(huì)出現這種情況。

c)結論得(de)出

　　合理(lǐ)的組織規劃，主要是為(wèi)了讓冷、熱空(kōng)氣氣流回歸到屬于自己的區(qū)域，防止冷熱空(kōng)氣混合後，機房(fáng)整體(tǐ)溫度上(shàng)升，同時(shí)為(wèi)了降低(dī)數(shù)據中心的溫度，而需要增加空(kōng)調的制(zhì)冷功耗。同時(shí)也為(wèi)後面的“論規劃冷通(tōng)道(dào)應該注意些(xiē)什麽問題”提供了很(hěn)好的理(lǐ)論依據。

一、 論如何選擇布置隔離冷通(tōng)道(dào)還(hái)是熱通(tōng)道(dào)

　　關于冷熱通(tōng)道(dào)系統業界談論最多(duō)的當屬：“是布置隔離冷通(tōng)道(dào)，還(hái)是布置隔離熱通(tōng)道(dào)?”。那(nà)麽實際案例當中，我們應該如何來(lái)正确的選擇呢? 現在我們姑且不討(tǎo)論怎樣來(lái)做出選擇，首先我們來(lái)看看這兩種方案分别有(yǒu)什麽不同。

1、 選擇冷(熱)通(tōng)道(dào)的前提條件

　　并不是所有(yǒu)的數(shù)據中心機房(fáng)都适合布置隔離冷通(tōng)道(dào)與熱通(tōng)道(dào)，主要還(hái)是看其數(shù)據中心的發熱量是否大(dà)，如果發熱量不是很(hěn)大(dà)(一般是以單機架發熱量不超過 4KVA為(wèi)基準) ，那(nà)這個(gè)時(shí)候是即可(kě)以選擇冷通(tōng)道(dào)，又可(kě)以選擇熱通(tōng)道(dào)布置方案。其它情況筆者認為(wèi)還(hái)是選擇布置隔離冷通(tōng)道(dào)為(wèi)最佳。為(wèi)什麽這麽說呢?

1)選擇布置隔離熱通(tōng)道(dào)後，我們把機房(fáng)中除機架外當成是一個(gè)密閉的容器(qì)(M1)，單台機架的發熱量(Q1) 是不變的，那(nà)麽要散去這些(xiē)熱量，是不是精密空(kōng)調送出的冷氣風量要更加多(duō)呢?也就是說當發熱量恒定時(shí)，容器(qì)的大(dà)小(xiǎo)與送風量是成反比的。從這一點來(lái)說，布置隔離熱通(tōng)道(dào)會(huì)增加空(kōng)調的功耗。

2)選擇布置隔離冷通(tōng)道(dào)後，我們也把冷通(tōng)道(dào)區(qū)域當成是一個(gè)密閉的容器(qì)(M2)，單台機架的發熱量(Q2) 是不變的，那(nà)麽要散去這些(xiē)熱量，是不是精密空(kōng)調送出的冷氣風量要比布置隔離熱通(tōng)道(dào)小(xiǎo)些(xiē)呢?因為(wèi)M2比較小(xiǎo)。

2、 布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)後機房(fáng)的環境

　　布置隔離熱通(tōng)道(dào)後，機房(fáng)剩餘空(kōng)間(jiān)即處于一個(gè)冷空(kōng)氣區(qū)域，經常出入機房(fáng)的人(rén)會(huì)感覺到機房(fáng)很(hěn)冷，但(dàn)設備卻不一定得(de)到足夠壓力的冷氣。

　　布置隔離冷通(tōng)道(dào)後，機房(fáng)剩餘空(kōng)間(jiān)即處于一個(gè)熱空(kōng)氣區(qū)域，經常出入機房(fáng)的人(rén)可(kě)能會(huì)感覺到有(yǒu)些(xiē)溫度适應，但(dàn)設備卻得(de)到了足夠壓力的冷氣。

3、 布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)先決條件

1)布置隔離熱通(tōng)道(dào)的先決條件是：除了要求精密空(kōng)調為(wèi)下送風、上(shàng)回風的條件外，還(hái)特别要求數(shù)據中心機房(fáng)必須具備良好的回風、新風系統。所以從這一點來(lái)說針對改造機房(fáng)是不适合布置隔離熱通(tōng)道(dào)的。因為(wèi)老的機房(fáng)不一定具備良好的回風系統。

2)布置隔離冷通(tōng)道(dào)的先決條件是：要求精密空(kōng)調為(wèi)下送風、上(shàng)回風的系統，同時(shí)為(wèi)保證送風量，靜電地闆的淨空(kōng)間(jiān)至少(shǎo)為(wèi)450mm。

4、 布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)的施工難易程度

　　從布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)的先決條件來(lái)看，布置隔離熱通(tōng)道(dào)的施工難度明(míng)顯比布置隔離冷通(tōng)道(dào)要大(dà)很(hěn)多(duō)。

1)它所涉及到的回風管道(dào)安裝與布置，是需要布置天花(huā)(而目前大(dà)多(duō)數(shù)大(dà)型數(shù)據中心是不需要布置天花(huā)的) 。

2)布置回風管道(dào)需要增加隔熱材料及排風設備，這樣才能有(yǒu)效的将熱氣排出。

3)接下來(lái)的工作就是封閉熱通(tōng)道(dào)或者冷通(tōng)道(dào)，它們兩者的材料及工作量差不多(duō)。

5、 布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)的後期維護

1)布置隔離熱通(tōng)道(dào)後，熱氣有(yǒu)可(kě)能不是很(hěn)快排出，所以需要增加排氣風扇，這也給後期維護帶來(lái)了很(hěn)多(duō)的麻煩，風機是一直都在運行(xíng)，不可(kě)能不會(huì)出現故障，那(nà)就需要更換排風風機，工作量也會(huì)增加

2)布置隔離冷通(tōng)道(dào)後，其後期基本上(shàng)沒有(yǒu)維護的成本，就算(suàn)是需要對機房(fáng)內(nèi)的照明(míng)更換，其也可(kě)以很(hěn)方便的将冷通(tōng)道(dào)頂棚移開(kāi)。

6、 布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)後的節能數(shù)據

　　在允許布置隔離熱通(tōng)道(dào)的情況下，其布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)後的節能效率數(shù)據是相差還(hái)是有(yǒu)的，其冷通(tōng)道(dào)約可(kě)以節能30% ，而熱通(tōng)道(dào)由于需要加裝回風風機，所以其節能效率明(míng)顯要低(dī)于30%，有(yǒu)的地方可(kě)能還(hái)達不到10%。從下圖中可(kě)以看到，在每台 ( 列)機櫃後頂部都有(yǒu)可(kě)能需要安裝一台回風風機。

7、 布置隔離冷(熱)通(tōng)道(dào)與消防聯動

　　消防一直是數(shù)據中心最為(wèi)關注的、不可(kě)缺少(shǎo)、卻又很(hěn)少(shǎo)用到的預防綜合性安全系統。在這裏我們不是要談消防怎樣，而是要說當單個(gè)機房(fáng)遇到火(huǒ)災後會(huì)是怎麽樣的情形?因為(wèi)所有(yǒu)的IT設備電源、機櫃電源都是布置在機架的後部，即使 IT設備的電路闆會(huì)有(yǒu)一部分在前端，當設備發生(shēng)着火(huǒ)時(shí)，也是從機架的後部開(kāi)始着火(huǒ)，本着遇到火(huǒ)災先滅火(huǒ)的原則，應該在熱空(kōng)氣區(qū)域安裝有(yǒu)主要消防噴頭，也可(kě)以在冷空(kōng)氣區(qū)域安裝輔助噴頭。

　　由此，不然看出如下結論：布置隔離冷通(tōng)道(dào)與消防聯動似乎關系不是很(hěn)大(dà)，而如果要布置隔離熱通(tōng)道(dào)，那(nà)就與聯防聯動有(yǒu)莫大(dà)的關系。

　　也就是說，我們在布置冷通(tōng)道(dào)的時(shí)候為(wèi)了能與消防進行(xíng)聯動，而采用磁力鎖封閉頂闆的做法是不妥的。這樣不僅對消防起不到什麽關鍵性的作用，而且還(hái)增加了能量的損耗。

　　當然具體(tǐ)的我們還(hái)會(huì)在下一期的文章中進行(xíng)詳細的闡述。

二、 論規劃冷通(tōng)道(dào)應該注意些(xiē)什麽問題

　　前面的三個(gè)章節分别講述了有(yǒu)關冷通(tōng)道(dào)的相關問題，那(nà)麽從這一章節開(kāi)始，我們來(lái)講講一些(xiē)實際項目中會(huì)面臨到的一些(xiē)問題。也可(kě)以說，我們在設計(jì)及布置隔離冷通(tōng)道(dào)時(shí)應該考慮、注意的一些(xiē)細節性問題。

　　下面我會(huì)分别從方案的兩種不同角度來(lái)闡述這些(xiē)我們需要注意的問題。

Ø 未布置冷/熱通(tōng)道(dào)之前

　　傳統機房(fáng)冷氣得(de)不到有(yǒu)效控制(zhì)，冷氣亂竄，所以有(yǒu)了機櫃機房(fáng)如冬，機櫃如夏的感覺。傳統機房(fáng)散熱示意圖

Ø 布置冷熱通(tōng)道(dào)之後，未隔離冷通(tōng)道(dào)之前

　　當數(shù)據中心按照氣流組織的方式進行(xíng)機櫃擺放時(shí)，其冷通(tōng)道(dào)與熱通(tōng)道(dào)的氣流就會(huì)有(yǒu)互相流竄的可(kě)能性發生(shēng)，而影(yǐng)響空(kōng)調機組的制(zhì)冷效率，更為(wèi)嚴重的熱空(kōng)氣流竄到機櫃的正面與冷空(kōng)氣混合後再給IT設備制(zhì)冷，這樣一來(lái)，本應該是冷空(kōng)氣制(zhì)冷，現在卻變成了冷熱混合空(kōng)氣給IT設備制(zhì)冷，明(míng)顯滿足不了當今高(gāo)負荷下的制(zhì)冷要求。左邊是出現這種情況的氣流組織圖：

Ø 隔離冷通(tōng)道(dào)之後

　　冷通(tōng)道(dào)機櫃将輸送到機櫃內(nèi)部的冷氣以最節約有(yǒu)效的方式全部輸送給散熱設備，機櫃內(nèi)的熱量延指定方向輸送出機櫃。設備間(jiān)空(kōng)隙使用封闆蓋住，不會(huì)引起熱氣回流。

Ø 隔離冷通(tōng)道(dào)之後，未安裝機櫃盲闆

　　當機櫃的正面沒有(yǒu)在未安裝服務器(qì)的U立柱上(shàng)安裝滿足的盲闆或者前面與後面有(yǒu)相通(tōng)的孔位，其機櫃前面從地闆下送上(shàng)來(lái)的冷風就有(yǒu)會(huì)從縫隙中或者未安裝盲闆處流向熱通(tōng)道(dào)，與熱空(kōng)氣發生(shēng)混合，增加空(kōng)氣制(zhì)冷負擔，降低(dī)冷氣利用率。以下兩副圖說明(míng)了有(yǒu)或者沒有(yǒu)安裝盲闆的氣流組織情況。

Ø 隔離冷通(tōng)道(dào)之後，又采用下走線的方式

　　數(shù)據中心采用地闆下送風，機櫃下的高(gāo)架地闆開(kāi)有(yǒu)出線孔時(shí)，由于地闆出線孔的不密封将導緻大(dà)量的冷風洩漏。在地闆下靜壓為(wèi)0.075吋水(shuǐ)柱壓力的情況下(約20Pa) ，一個(gè)240 x 170mm開(kāi)孔漏風量 410 CFM, 或 2.56kW 的制(zhì)冷能力。而一個(gè) 25%開(kāi)孔率的地闆出風口，在20Pa的靜壓下，最大(dà)送風量約500CFM 或3.125KW 制(zhì)冷能力。假設每隻機櫃前面有(yǒu)一塊地闆送風口，每隻機櫃下有(yǒu)一隻240 x 170mm出線孔，這樣空(kōng)調的送風有(yǒu) 45% 的冷風漏到了機房(fáng)，隻有(yǒu)55% 的冷風送到了機櫃的前面，而送到機櫃前面的冷風也沒有(yǒu)完全進入服務器(qì)機櫃，有(yǒu)一部分冷風又直接被空(kōng)調機組吸回，這樣實際進入到機櫃的有(yǒu)效冷風就小(xiǎo)于 50% ，空(kōng)調有(yǒu)送風利用率很(hěn)低(dī)，而造成數(shù)據中心效率低(dī)。

　　除了以上(shàng)所講述的冷熱氣流亂竄的問題，還(hái)有(yǒu)以下的這些(xiē)注意事情需要業內(nèi)人(rén)士多(duō)留意，以免冷通(tōng)道(dào)是做的隔離，但(dàn)是實際上(shàng)效果卻不怎麽顯著。

Ø 靜電地闆的淨空(kōng)高(gāo)度應該根據數(shù)據中心內(nèi)部的IT設備密集的大(dà)小(xiǎo)來(lái)定義，一般按照450mm以上(shàng)布置最為(wèi)妥當 ;

Ø 靜電地闆下的送風速度應該保證在1.5m/S～2.5m/S之間(jiān) (這個(gè)用風速測試儀可(kě)以測試的出來(lái));

Ø 靜電地闆下面不能有(yǒu)走線線槽，即使有(yǒu)少(shǎo)數(shù)幾根線纜需要走，也要處理(lǐ)好走線孔;

Ø 機架必須按照“背靠背，面對面”的擺放方式，并且采用上(shàng)走線的網格橋架便于散熱及氣流組織 ;

Ø 隔離冷通(tōng)道(dào)後，IT設備的布局應該是按照發熱量的大(dà)小(xiǎo)從下往上(shàng)進行(xíng)布置，因為(wèi)機櫃下端得(de)到的風量比上(shàng)端更加高(gāo)些(xiē)，這樣更加有(yǒu)利于合理(lǐ)利用冷氣資源。降低(dī)空(kōng)調利用率，節能減耗。

Ø 機架的擺放位置距離精密空(kōng)調的距離至少(shǎo)為(wèi)1800mm,主要是為(wèi)了減少(shǎo)列頭機架的空(kōng)氣倒吸入到靜壓倉中。

Ø 為(wèi)加快機架內(nèi)冷熱氣體(tǐ)快速進入與流出，可(kě)以考慮增加機櫃門(mén)的開(kāi)孔尺寸，但(dàn)機櫃尾部的線不能增加到機櫃門(mén)的開(kāi)孔區(qū)域，特别是不能阻擋住IT設備的出風口，這點非常關鍵。

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