关于数据中心机房制冷机房冷热通道系统运作

随着信息技术越来越趋向于大密度集中管理时代，数据中心所面临的散热问题也就显得越来越重要了。

一、什么是冷热通道？

“冷/热通道”封闭系统是一项应用于降低因工作而发热的设备温度的技术。主要应用于数据中心机房。中心机房因设备较多，普遍面临设备发热密度高电力能耗大、机房及机柜的空间不足，机房规划跟不上业务需求的增长。冷热通道系统的建立满足数据中心机房不断上升的散热要求，改善机房内部仍然存在局部热岛问题，避免冷空气与热空气直接混合，减少冷量的浪费。当机柜得到需求的冷量，整体机房的能耗PUE值就可以保持正常范围。

二、冷热通道的工作原理又是什么？

冷/热通道封闭系统是基于冷热空气分离有序流动的原理，冷空气由高架地板下吹出，进入密闭的冷池通道，机柜前端的设备吸入冷气，通过给设备降温后，形成热空气由机柜后端排出至热通道。热通道的气体迅速返回到空调回风口。

机柜密闭式涡轮后门，把热气汇集，通过垂直风管与天花板无缝联接。热回风与冷量完全隔离。因此提高内部的冷气利用率，带走更多设备产生热量，降低设备温度。

三、冷热通道存在的问题

1．自身原理存在弊端

因冷热通道的原理所致，需要对整个送风区域进行封闭处理（冷通道封闭），虽然大幅减少或避免风量和冷量的损耗，最终大幅提高制冷的效率，而对于此冷热通道封闭的方案，一直以来阻碍此方案大规模推广的首要问题就是消防问题，由于数据中心里运行的都是IT设备，所以通常的消防会采用气体灭火。由于封闭了冷通道，一旦冷通道内设备起火，消防气体无法在规定时间内到达封闭区域内，势必会造成更大的损失。

2.过于依赖精密空调

因冷热通道主要因依赖精密空调调节温度，冷热通道的气流周转全需要经过精密空调的调节，又由于需要建设冷热通道时，要求对送风区域进行封闭处理，管理人员很难察觉精密空调的故障，从而导致出现许多问题。

四、如何规划好冷热通道气流组织

如何规划好数据中心机房气流组织，有着非常重要的意义，它是对机房内现有的不合理的气流组织，进行归纳分类、根据不同类型，进行合理改造。将冷热空气有效的隔离，让冷空气顺利的送入通信设备内部，进行热交换，将交换产生的热空气送回至空调机组，避免不必要的冷热交换，提高空调系统效率。减少机房运行费用。

 

1、针对数据中心机房中的几种气流组织形式解析

我们根据多年的规划气流组织经验，将数据中心气流组织分为以下四种形式即：机房气流组织形式、静压仓气流组织形式、机架气流组织形式、IT设备气流组织形式。下面分别介绍这几种气流组织形式：

（1）机房气流组织形式

由于机房本身的结构，或机房内其它设备已确定了的位置，要求空调设备只能按一定的送、回风方式以获得最佳效果。SD、BEDA和EDA系列机组可根据机房的结构和用户要求提供4种不同的送、回风方案。

上送风、前回风方案其送、回风方式

上送风、下回风方案

若机房采用静电地板，也采用了吊顶，静电地板和吊顶均可作为气流通道，则可选用SD、BEDA和EDA…V型机组，其送、回风方式

上送风、后回风方案

若机房采用了吊顶，静电地板和吊顶均可作为气流通道，不同的是用户要求机房空调与其它设备隔离，则可选择EDA…B型机组，其送、回风方式

下送风、上回风方案

若机房采用了静电地板，静电地板与地面之间高度为300～350mm，且其空间内无阻隔物，可以形成送风通道并作为静压箱，那么可选择EDA…D型机组，其送、回风方式

同时，机房内部机柜的摆放形式不同，其气流组织也是不同的，如下图所示：

（2）静压仓气流组织形式

数据中心的静压仓是为了保证有足够的送风压力而设计出的一个压力容器，它是精密空调送出的冷风所经过的第一道气流路径，它的压力以及精密空调的送风速度都是不可忽略的。对于下送风，地板下为静压箱，所需要的是静压，只有保持静压箱中有足够的静压且静压的分布趋于相对均匀，才能保证每个机架的气流量。下图是它的气流组织示意图：

（3）机架气流组织形式

机架是数据中心为IT设备提供可靠的物理运行微环境场所，机架气流组织形式显得非常关键，它是精密空调送出的冷风给IT设备所经历的最后一道气流路径，其气流组织示意图如下：

（4） IT设备气流组织形式

设备内的气流组织虽然不是数据中心设计人员所考虑的问题，本应交给设备制造商解决。但我们应关心设备是否是前进风、后排风，还有排风位置是在服务器的左侧还是右侧，因为设备排风的方向对气流组织的影响还是很大的。

2、 合理规划数据中心气流组织

合理规划数据中心气流组织最终目的是为了给IT设备快速散热，提高空调资源利用率，减少不必要的冷源浪费，提高数据中心PUE值。那么我们应该如何来正确、合理的规划数据中心气流组织呢?前面我们已经对数据中心的四大气流组织形式阐述过，现在姑且把这四大气流组织形式看作是气流流经的四个不同的地方，那么任何一个地方出现问题，都会直接或者间接的影响到IT设备快速散热问题。也就是说我们需要逐一分析这四大气流组织形式中可能存在的问题，相当于就找到了解决的办法。

（1）合理规划IT设备气流组织

合理规划IT设备的气流组织最重要的就是要了解我们所使用IT设备，了解它的用电功率及损耗、发热功率、风扇的进出风及温差情况，单台设备所需要的风量计算等等。有了这些数据，我们就可以为下面的机架、机房的总体功率及发热量，从而计算出整个数据中心所需要的热量，并以此数据来选择精密空调的容量。

一般一个1U的刀片服务器所需的电功率约为300W~500W,由于服务器中的元器件损耗很小(约为2%左右)所以基本上都以发热的形式散发，在刀片服务器上服务器厂商都自带风扇冷却,进出温差一般设计为11℃.

根据公式：1KW发热功率在进出温差11 ℃所需风量为270M3/H则10KW发热功率在进出温差11 ℃时所需风量为2700M3/H

（2）合理规划机房气流组织

与机房气流组织形式有关的主要是以下几个方面的问题：精密空调送风方式的选择、机架的摆放方式以及走线的方式。

Ø 数据中心精密空调应采用架空地板下送风、上回风方式。

Ø 精密空调的制冷量应该根据IT设备的总制冷量来进行计算。

Ø IT设备应采用上走线、网格桥架的方式，改善空调回风效果。

Ø 离精密空调最近一侧的机架边缘与其的距离不能低于1200mm,否则第一台机架冷区域会出现回风的现象。

Ø 计算机设备及机架采用“冷热通道”的布置方式。将机柜采用“背靠背、面对面”摆放，这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口， 形成一个冷空气区“冷通道”，冷空气流经设备后形成的热空气，排放到两排机柜背面中的"热通道"中，热空气回到空调系统，使整个机房气流、能量流流动通畅，提高了机房精密空调的利用率，进一步提高制冷效果。

TIA942《数据申心通信基础架构标准》中要求机房内计算机设备及机架采用“冷热通道”的安装方式，可以分出两种来，一种是隔离冷通道的气流组织，另一种是隔离热通道的气流组织形式如下图所示：

隔离冷通道气流组织图

隔离热通道气流组织图

（3）合理规划静压仓气流组织

在规划静压仓的气流组织时，我们需要重点针对静压仓内的气压、气流速度等如下：

Ø 确保架空地板下的送风断面风速控制在1.5～2.5米/秒。活动地板净高度不宜小于400mm。

Ø 架空地板内不应布放通信线缆，空调管道和线缆不应阻挡空调送风。

（4）合理规划机架气流组织

机架气流组织的规划是大家最容易忽略，但它又是最为关键的环节。说白了就是前面所有的都是一流的，而恰恰在这一点上我们却做的不尽人意。(在此我们只说结论，暂不做分析，后续章节会有相关的详细分析及描述)

Ø 为防止气流乱窜，必须保证机架的进风与出风口是隔离的，也就是说在IT设备没有到位的情况下，我们应该用挡风板将没有用到的位置封闭起来。

Ø 同理，机架的19英寸外的两侧位置也必须要密封起来。所有的线缆不再使用传统的方式，走在机架的前部两侧，而是通过理线器从机架的后端进线。

Ø 为防止静压仓冷所流窜到机架后部(也就是热区域)，不要采用下走线的方式，或者在后部开孔。

Ø 为保证送风风量，在机架的顶部尽量不去布置IT设备。

Ø 为保证回风风速，尽量不要将走线塞满后部空间。

五、总结

节能环保成为当今的社会主题，机房的正常运作也是不可忽略的。冷通道系统解决方案，大大改善了节能环保和机房正常运作之间的矛盾，但是其解决方案自身存在一些不足之处，让人忧心于此。面对这些矛盾，机房动力环境监控可以完美的解决，机房动力环境监控能全方位、实时性监控机房设备以及机房环境，从而根本上保障机房正常运作。

文章来源：精密空调 /