協和(hé)林帶你認識機(jī)房隔離(lí)冷(熱)通道(dào)的(de)兩個基本原理(lǐ)

　　大家都知道(dào)，隔離(lí)冷(熱)通道(dào)是來源于TIA942《數據申心通信基礎架構标準》中要求機(jī)房內(nèi)計算機(jī)設備及機(jī)架采用 “冷熱通道(dào)”的(de)安裝方式，其核心指導思想就是我們(men)在上節所闡述的(de)“合理(lǐ)規劃數據中心氣流組織 ”，那麽在現實的(de)設計與實施過程中，遇到了問題怎麽辦?要以什麽為(wèi)基準來進行(xíng)分析與處理(lǐ)呢(ne)? 這也就是我下面要跟大家分享的(de)兩個基本原理(lǐ)。

1、 容器原理(lǐ)

a)名稱定義

　　把數據中心中的(de)靜電地(dì)闆以下的(de)部分靜壓倉定義為(wèi)容器體積(M);

　　把經過氣流組織規劃後的(de)冷通道(dào)區域定義為(wèi)容器體積(M1);

　　把精密空調送出的(de)冷風量定義為(wèi)(Q);

　　把單台機(jī)架所需的(de)冷風量定義為(wèi)(Q1);

　　把靜電地(dì)闆下靜壓倉的(de)送風速度定義為(wèi)(S);

b)原理(lǐ)闡述

　　當在機(jī)房中布置了冷(熱)通道(dào)後，單台機(jī)架所需的(de)冷風量(Q1)是不變的(de)，由于精密空調送出的(de)冷風經過了 M、M1不同的(de)兩個靜壓倉，這時我們(men)假設容器M及其送風速度 S 為(wèi)恒定不變，那麽容器M1的(de)壓力Pa1是否足夠就取決于容器 M1 的(de)大小了，也就是Pa1是與M1的(de)大小成反比的(de) ; 而當我們(men)假設精密空調的(de)送風量 Q為(wèi)恒定不變，那麽容器M1如(rú)果增加，就會得不到足夠的(de)壓力，也就不能快速給機(jī)架散熱。

c)結論得出

　　通過以上的(de)問題分析，我們(men)不難看出冷通道(dào)容器體積M1如(rú)果增加，那麽機(jī)架就不能得到足夠的(de)冷風風量Q1，也就可(kě)以這麽說，在機(jī)櫃高(gāo)度相同的(de)情況下，1200mm 寬的(de)冷通道(dào)要比1800mm寬的(de)冷通道(dào)所得到的(de)效果要好。

　　說到這裏了，似乎有(yǒu)人會問，那為(wèi)什麽我們(men)的(de)靜壓倉的(de)高(gāo)度會越來越高(gāo)呢(ne)?其實靜電地(dì)闆的(de)淨空高(gāo)度增加，是為(wèi)了減小送風的(de)壓力對IT設備所産生的(de)影響，因為(wèi)壓力越大，其送風速度也就快了很多，它們(men)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(de)冷卻，還是沒有(yǒu)達到滿意的(de)效果。

2、 混合原理(lǐ)

a)名稱定義

　　把經過氣流組織規劃後的(de)冷通道(dào)區域的(de)冷氣定義為(wèi)(C1);

　　把經過氣流組織規劃後的(de)熱通道(dào)區域的(de)熱氣定義為(wèi)(H1);

　　把由于地(dì)闆下開孔後流竄到熱通道(dào)區域的(de)冷氣定義為(wèi)(C2)

　　把由于未在機(jī)架前面安裝擋風闆從冷通道(dào)流竄到熱區域的(de)冷氣定義為(wèi)(C3)

　　把由于未在機(jī)架前面安裝擋風闆從熱通道(dào)流竄到冷區域的(de)熱氣定義為(wèi)(H3)

b)原理(lǐ)闡述

　　我們(men)大家都知道(dào)一(yī)個原理(lǐ)，就是在熱水中加入冷水或者在冷水中加入熱水，其水溫都會變化成其二者的(de)綜合溫度。那麽針對數據中心氣流變化也是一(yī)樣的(de)道(dào)理(lǐ)，當C1與H1與混合後，其CH1 的(de)溫度值就小于C1，為(wèi)保證設備得到同樣的(de)冷量，那制冷量在原來已經送出的(de)基礎上還需要增加，這勢必要增加空調的(de)壓縮機(jī)功耗。同理(lǐ)當C2流竄到 H2 ，C3流竄到H3， H3 流竄到 C3後都會出現這種情況。

c)結論得出

　　合理(lǐ)的(de)組織規劃，主要是為(wèi)了讓冷、熱空氣氣流回歸到屬于自(zì)己的(de)區域，防止冷熱空氣混合後，機(jī)房整體溫度上升，同時為(wèi)了降低(dī)數據中心的(de)溫度，而需要增加空調的(de)制冷功耗。同時也為(wèi)後面的(de)“論規劃冷通道(dào)應該注意些什麽問題”提供了很好的(de)理(lǐ)論依據。

一(yī)、 論如(rú)何選擇布置隔離(lí)冷通道(dào)還是熱通道(dào)

　　關于冷熱通道(dào)系統業界談論最多的(de)當屬：“是布置隔離(lí)冷通道(dào)，還是布置隔離(lí)熱通道(dào)?”。那麽實際案例當中，我們(men)應該如(rú)何來正确的(de)選擇呢(ne)? 現在我們(men)姑且不讨論怎樣來做(zuò)出選擇，首先我們(men)來看看這兩種方案分别有(yǒu)什麽不同。

1、 選擇冷(熱)通道(dào)的(de)前提條件

　　并不是所有(yǒu)的(de)數據中心機(jī)房都适合布置隔離(lí)冷通道(dào)與熱通道(dào)，主要還是看其數據中心的(de)發熱量是否大，如(rú)果發熱量不是很大(一(yī)般是以單機(jī)架發熱量不超過 4KVA為(wèi)基準) ，那這個時候是即可(kě)以選擇冷通道(dào)，又可(kě)以選擇熱通道(dào)布置方案。其它情況筆(bǐ)者認為(wèi)還是選擇布置隔離(lí)冷通道(dào)為(wèi)最佳。為(wèi)什麽這麽說呢(ne)?

1)選擇布置隔離(lí)熱通道(dào)後，我們(men)把機(jī)房中除機(jī)架外當成是一(yī)個密閉的(de)容器(M1)，單台機(jī)架的(de)發熱量(Q1) 是不變的(de)，那麽要散去(qù)這些熱量，是不是精密空調送出的(de)冷氣風量要更加多呢(ne)?也就是說當發熱量恒定時，容器的(de)大小與送風量是成反比的(de)。從這一(yī)點來說，布置隔離(lí)熱通道(dào)會增加空調的(de)功耗。

2)選擇布置隔離(lí)冷通道(dào)後，我們(men)也把冷通道(dào)區域當成是一(yī)個密閉的(de)容器(M2)，單台機(jī)架的(de)發熱量(Q2) 是不變的(de)，那麽要散去(qù)這些熱量，是不是精密空調送出的(de)冷氣風量要比布置隔離(lí)熱通道(dào)小些呢(ne)?因為(wèi)M2比較小。

2、 布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)後機(jī)房的(de)環境

　　布置隔離(lí)熱通道(dào)後，機(jī)房剩餘空間即處于一(yī)個冷空氣區域，經常出入機(jī)房的(de)人會感覺到機(jī)房很冷，但設備卻不一(yī)定得到足夠壓力的(de)冷氣。

　　布置隔離(lí)冷通道(dào)後，機(jī)房剩餘空間即處于一(yī)個熱空氣區域，經常出入機(jī)房的(de)人可(kě)能會感覺到有(yǒu)些溫度适應，但設備卻得到了足夠壓力的(de)冷氣。

3、 布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)先決條件

1)布置隔離(lí)熱通道(dào)的(de)先決條件是：除了要求精密空調為(wèi)下送風、上回風的(de)條件外，還特别要求數據中心機(jī)房必須具備良好的(de)回風、新風系統。所以從這一(yī)點來說針對改造機(jī)房是不适合布置隔離(lí)熱通道(dào)的(de)。因為(wèi)老的(de)機(jī)房不一(yī)定具備良好的(de)回風系統。

2)布置隔離(lí)冷通道(dào)的(de)先決條件是：要求精密空調為(wèi)下送風、上回風的(de)系統，同時為(wèi)保證送風量，靜電地(dì)闆的(de)淨空間至少為(wèi)450mm。

4、 布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)的(de)施工難易程度

　　從布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)的(de)先決條件來看，布置隔離(lí)熱通道(dào)的(de)施工難度明顯比布置隔離(lí)冷通道(dào)要大很多。

1)它所涉及到的(de)回風管道(dào)安裝與布置，是需要布置天花(而目前大多數大型數據中心是不需要布置天花的(de)) 。

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(de)将熱氣排出。

3)接下來的(de)工作就是封閉熱通道(dào)或者冷通道(dào)，它們(men)兩者的(de)材料及工作量差不多。

5、 布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)的(de)後期維護

1)布置隔離(lí)熱通道(dào)後，熱氣有(yǒu)可(kě)能不是很快排出，所以需要增加排氣風扇，這也給後期維護帶來了很多的(de)麻煩，風機(jī)是一(yī)直都在運行(xíng)，不可(kě)能不會出現故障，那就需要更換排風風機(jī)，工作量也會增加

2)布置隔離(lí)冷通道(dào)後，其後期基本上沒有(yǒu)維護的(de)成本，就算是需要對機(jī)房內(nèi)的(de)照明更換，其也可(kě)以很方便的(de)将冷通道(dào)頂棚移開。

6、 布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)後的(de)節能數據

　　在允許布置隔離(lí)熱通道(dào)的(de)情況下，其布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)後的(de)節能效率數據是相差還是有(yǒu)的(de)，其冷通道(dào)約可(kě)以節能30% ，而熱通道(dào)由于需要加裝回風風機(jī)，所以其節能效率明顯要低(dī)于30%，有(yǒu)的(de)地(dì)方可(kě)能還達不到10%。從下圖中可(kě)以看到，在每台 ( 列)機(jī)櫃後頂部都有(yǒu)可(kě)能需要安裝一(yī)台回風風機(jī)。

7、 布置隔離(lí)冷(熱)通道(dào)與消防聯動

　　消防一(yī)直是數據中心最為(wèi)關注的(de)、不可(kě)缺少、卻又很少用到的(de)預防綜合性安全系統。在這裏我們(men)不是要談消防怎樣，而是要說當單個機(jī)房遇到火災後會是怎麽樣的(de)情形?因為(wèi)所有(yǒu)的(de)IT設備電源、機(jī)櫃電源都是布置在機(jī)架的(de)後部，即使 IT設備的(de)電路闆會有(yǒu)一(yī)部分在前端，當設備發生着火時，也是從機(jī)架的(de)後部開始着火，本着遇到火災先滅火的(de)原則，應該在熱空氣區域安裝有(yǒu)主要消防噴頭，也可(kě)以在冷空氣區域安裝輔助噴頭。

　　由此，不然看出如(rú)下結論：布置隔離(lí)冷通道(dào)與消防聯動似乎關系不是很大，而如(rú)果要布置隔離(lí)熱通道(dào)，那就與聯防聯動有(yǒu)莫大的(de)關系。

　　也就是說，我們(men)在布置冷通道(dào)的(de)時候為(wèi)了能與消防進行(xíng)聯動，而采用磁力鎖封閉頂闆的(de)做(zuò)法是不妥的(de)。這樣不僅對消防起不到什麽關鍵性的(de)作用，而且還增加了能量的(de)損耗。

　　當然具體的(de)我們(men)還會在下一(yī)期的(de)文章(zhāng)中進行(xíng)詳細的(de)闡述。

二、 論規劃冷通道(dào)應該注意些什麽問題

　　前面的(de)三個章(zhāng)節分别講述了有(yǒu)關冷通道(dào)的(de)相關問題，那麽從這一(yī)章(zhāng)節開始，我們(men)來講講一(yī)些實際項目中會面臨到的(de)一(yī)些問題。也可(kě)以說，我們(men)在設計及布置隔離(lí)冷通道(dào)時應該考慮、注意的(de)一(yī)些細節性問題。

　　下面我會分别從方案的(de)兩種不同角度來闡述這些我們(men)需要注意的(de)問題。

Ø 未布置冷/熱通道(dào)之前

　　傳統機(jī)房冷氣得不到有(yǒu)效控制，冷氣亂竄，所以有(yǒu)了機(jī)櫃機(jī)房如(rú)冬，機(jī)櫃如(rú)夏的(de)感覺。傳統機(jī)房散熱示意圖

Ø 布置冷熱通道(dào)之後，未隔離(lí)冷通道(dào)之前

　　當數據中心按照氣流組織的(de)方式進行(xíng)機(jī)櫃擺放時，其冷通道(dào)與熱通道(dào)的(de)氣流就會有(yǒu)互相流竄的(de)可(kě)能性發生，而影響空調機(jī)組的(de)制冷效率，更為(wèi)嚴重的(de)熱空氣流竄到機(jī)櫃的(de)正面與冷空氣混合後再給IT設備制冷，這樣一(yī)來，本應該是冷空氣制冷，現在卻變成了冷熱混合空氣給IT設備制冷，明顯滿足不了當今高(gāo)負荷下的(de)制冷要求。左邊是出現這種情況的(de)氣流組織圖：

Ø 隔離(lí)冷通道(dào)之後

　　冷通道(dào)機(jī)櫃将輸送到機(jī)櫃內(nèi)部的(de)冷氣以最節約有(yǒu)效的(de)方式全部輸送給散熱設備，機(jī)櫃內(nèi)的(de)熱量延指定方向輸送出機(jī)櫃。設備間空隙使用封闆蓋住，不會引起熱氣回流。

Ø 隔離(lí)冷通道(dào)之後，未安裝機(jī)櫃盲闆

　　當機(jī)櫃的(de)正面沒有(yǒu)在未安裝服務器的(de)U立柱上安裝滿足的(de)盲闆或者前面與後面有(yǒu)相通的(de)孔位，其機(jī)櫃前面從地(dì)闆下送上來的(de)冷風就有(yǒu)會從縫隙中或者未安裝盲闆處流向熱通道(dào)，與熱空氣發生混合，增加空氣制冷負擔，降低(dī)冷氣利用率。以下兩副圖說明了有(yǒu)或者沒有(yǒu)安裝盲闆的(de)氣流組織情況。

Ø 隔離(lí)冷通道(dào)之後，又采用下走線的(de)方式

　　數據中心采用地(dì)闆下送風，機(jī)櫃下的(de)高(gāo)架地(dì)闆開有(yǒu)出線孔時，由于地(dì)闆出線孔的(de)不密封将導緻大量的(de)冷風洩漏。在地(dì)闆下靜壓為(wèi)0.075吋水柱壓力的(de)情況下(約20Pa) ，一(yī)個240 x 170mm開孔漏風量 410 CFM, 或 2.56kW 的(de)制冷能力。而一(yī)個 25%開孔率的(de)地(dì)闆出風口，在20Pa的(de)靜壓下，最大送風量約500CFM 或3.125KW 制冷能力。假設每隻機(jī)櫃前面有(yǒu)一(yī)塊地(dì)闆送風口，每隻機(jī)櫃下有(yǒu)一(yī)隻240 x 170mm出線孔，這樣空調的(de)送風有(yǒu) 45% 的(de)冷風漏到了機(jī)房，隻有(yǒu)55% 的(de)冷風送到了機(jī)櫃的(de)前面，而送到機(jī)櫃前面的(de)冷風也沒有(yǒu)完全進入服務器機(jī)櫃，有(yǒu)一(yī)部分冷風又直接被空調機(jī)組吸回，這樣實際進入到機(jī)櫃的(de)有(yǒu)效冷風就小于 50% ，空調有(yǒu)送風利用率很低(dī)，而造成數據中心效率低(dī)。

　　除了以上所講述的(de)冷熱氣流亂竄的(de)問題，還有(yǒu)以下的(de)這些注意事情需要業內(nèi)人士多留意，以免冷通道(dào)是做(zuò)的(de)隔離(lí)，但是實際上效果卻不怎麽顯著。

Ø 靜電地(dì)闆的(de)淨空高(gāo)度應該根據數據中心內(nèi)部的(de)IT設備密集的(de)大小來定義，一(yī)般按照450mm以上布置最為(wèi)妥當 ;

Ø 靜電地(dì)闆下的(de)送風速度應該保證在1.5m/S～2.5m/S之間 (這個用風速測試儀可(kě)以測試的(de)出來);

Ø 靜電地(dì)闆下面不能有(yǒu)走線線槽，即使有(yǒu)少數幾根線纜需要走，也要處理(lǐ)好走線孔;

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

Ø 隔離(lí)冷通道(dào)後，IT設備的(de)布局應該是按照發熱量的(de)大小從下往上進行(xíng)布置，因為(wèi)機(jī)櫃下端得到的(de)風量比上端更加高(gāo)些，這樣更加有(yǒu)利于合理(lǐ)利用冷氣資源。降低(dī)空調利用率，節能減耗。

Ø 機(jī)架的(de)擺放位置距離(lí)精密空調的(de)距離(lí)至少為(wèi)1800mm,主要是為(wèi)了減少列頭機(jī)架的(de)空氣倒吸入到靜壓倉中。

Ø 為(wèi)加快機(jī)架內(nèi)冷熱氣體快速進入與流出，可(kě)以考慮增加機(jī)櫃門的(de)開孔尺寸，但機(jī)櫃尾部的(de)線不能增加到機(jī)櫃門的(de)開孔區域，特别是不能阻擋住IT設備的(de)出風口，這點非常關鍵。

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