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數據中心機房冷熱通道優化設計經驗談
更新時間:2021-01-09 10:49:21 字號:T|T
數據中心機房在使用過程中受各種因素制約限制,造成機房氣流組織不合理、不通暢,由于IT設備是靠機房空調送入的低溫風與其散熱充分交換,帶...
 
數據中心機房在使用過程中受各種因素制約限制,造成機房氣流組織不合理、不通暢,由于IT設備是靠機房空調送入的低溫風與其散熱充分交換,帶走熱量,降低機架內溫度,氣流組織起到熱交換媒介紐帶作用,當熱交換的紐帶不順暢、不合理時,現狀只能是機房空調設備容量配置遠遠大于實際需求量,以滿足機房需要。造成空調設備投資增大、運行費用增高,機房PUE值增大。
 
因此如何規劃好數據中心機房氣流組織,有著非常重要的意義,它是對機房內現有的不合理的氣流組織,進行歸納分類、根據不同類型,進行合理改造。將冷熱空氣有效的隔離,讓冷空氣順利的送入通信設備內部,進行熱交換,將交換產生的熱空氣送回至空調機組,避免不必要的冷熱交換,提高空調系統效率。減少機房運行費用。
一  數據中心機房中的幾種氣流組織形式
我們根據多年的規劃氣流組織經驗,將數據中心氣流組織分為以下四種形式即:機房氣流組織形式、靜壓倉氣流組織形式、機架氣流組織形式、IT設備氣流組織形式。下面分別介紹這幾種氣流組織形式:
 
一、機房氣流組織形式
 
在機房的氣流組織中精密空調的送風方式起著決定性的作用。精密空調的送、回風方式不同,其整個機房的氣流組織形式是截然不同的。下面是這兩種送風方式的氣流組織示意圖:
機房氣流組織形式
 
同時,機房內部機柜的擺放形式不同,其氣流組織也是不同的,如下圖所示:
機房氣流組織形式
 
 
2靜壓倉氣流組織形式
 
數據中心的靜壓倉是為了保證有足夠的送風壓力而設計出的一個壓力容器,它是精密空調送出的冷風所經過的首道氣流路徑,它的壓力以及精密空調的送風速度都是不可忽略的。對于下送風,地板下為靜壓箱,所需要的是靜壓,只有保持靜壓箱中有足夠的靜壓且靜壓的分布趨于相對均勻,才能保證每個機架的氣流量。
下圖是它的氣流組織示意圖:
機房氣流組織形式
 
3機架氣流組織形式
 
機架是數據中心為IT設備提供可靠的物理運行微環境場所,機架氣流組織形式顯得非常關鍵,它是精密空調送出的冷風給IT設備所經歷的zui后一道氣流路徑,其氣流組織示意圖如下:
 
機房氣流組織形式
 
 
 
4IT設備氣流組織形式
 
設備內的氣流組織雖然不是數據中心設計人員所考慮的問題,本應交給設備制造商解決。但我們應關心設備是否是前進風、后排風,還有排風位置是在服務器的左側還是右側,因為設備排風的方向對氣流組織的影響還是很大的。
機房氣流組織形式
 
二 、合理規劃數據中心氣流組織
 
合理規劃數據中心氣流組織目的是為了給IT設備快速散熱,提高空調資源利用率,減少不必要的冷源浪費,提高數據中心PUE值。那么我們應該如何來正確、合理的規劃數據中心氣流組織呢?

前面我們已經對數據中心的四大氣流組織形式闡述過,現在姑且把這四大氣流組織形式看作是氣流流經的四個不同的地方,那么任何一個地方出現問題,都會直接或者間接的影響到IT設備快速散熱問題。也就是說我們需要逐一分析這四大氣流組織形式中可能存在的問題,相當于就找到了解決的辦法。

1合理規劃IT設備氣流組織
 
合理規劃IT設備的氣流組織重要的就是要了解我們所使用IT設備,了解它的用電功率及損耗、發熱功率、風扇的進出風及溫差情況,單臺設備所需要的風量計算等等。有了這些數據,我們就可以為下面的機架、機房的總體功率及發熱量,從而計算出整個數據中心所需要的熱量,并以此數據來選擇精密空調的容量。

一般一個1U的刀片服務器所需的電功率約為300W~500W,由于服務器中的元器件損耗很小(約為2%左右)所以基本上都以發熱的形式散發,在刀片服務器上服務器廠商都自帶風扇冷卻,進出溫差一般設計為11℃.

根據公式:1KW發熱功率在進出溫差11 ℃所需風量為270M3/H則10KW發熱功率在進出溫差11 ℃時所需風量為2700M3/H。
 
2合理規劃機房氣流組織
 
與機房氣流組織形式有關的主要是以下幾個方面的問題:
 
精密空調送風方式的選擇、機架的擺放方式以及走線的方式。
數據中心精密空調采用架空地板下送風、上回風方式。
精密空調的制冷量應該根據IT設備的總制冷量來進行計算。
IT設備采用上走線、網格橋架的方式,改善空調回風效果。
離精密空調近一側的機架邊緣與其的距離不能低于1200mm,否則首臺機架冷區域會出現回風的現象。
計算機設備及機架采用“冷熱通道”的布置方式。將機柜采用“背靠背、面對面”擺放,這樣在兩排機柜的正面面對通道中間布置冷風出口,形成一個冷空氣區“冷通道”,冷空氣流經設備后形成的熱空氣,排放到兩排機柜背面中的"熱通道"中,熱空氣回到空調系統,使整個機房氣流、能量流流動通暢,提高了機房精密空調的利用率,進一步提高制冷效果。
 
機房氣流組織形式
 
 
TIA942《數據中心通信基礎架構標準》中要求機房內計算機設備及機架采用“冷熱通道”的安裝方式,可以分出兩種來,一種是隔離冷通道的氣流組織,另一種是隔離熱通道的氣流組織形式,如下圖所示:
 
 隔離冷通道氣流組織圖
 隔離冷通道氣流組織圖
 
 
 隔離熱通道氣流組織圖
隔離熱通道氣流組織圖

 
3合理規劃靜壓倉氣流組織
 
在規劃靜壓倉的氣流組織時,我們需要重點針對靜壓倉內的氣壓、氣流速度等如下:
確保架空地板下的送風斷面風速控制在1.5~2.5米/秒?;顒拥匕鍍舾叨炔灰诵∮?00mm。
架空地板內不應布放通信線纜,空調管道和線纜不應阻擋空調送風。
 
4合理規劃機架氣流組織
 
機架氣流組織的規劃是大家容易忽略,但它又是非常關鍵的環節。說白了就是前面所有的都是一流的,而恰恰在這一點上我們卻做的不盡人意。
為防止氣流亂竄,必須保證機架的進風與出風口是隔離的,也就是說在IT設備沒有到位的情況下,我們應該用擋風板將沒有用到的位置封閉起來。
同理,機架的19英寸外的兩側位置也必須要密封起來。所有的線纜不再使用傳統的方式,走在機架的前部兩側,而是通過理線器從機架的后端進線。
為防止靜壓倉冷所流竄到機架后部(也就是熱區域),不要采用下走線的方式,或者在后部開孔。
為保證送風風量,在機架的頂部盡量不去布置IT設備。
為保證回風風速,盡量不要將走線塞滿后部空間。


 

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