尽管液体冷却已成为一种趋势,但空气冷却仍然是大多数数据中心的主要冷却方法。要使空气冷却有效,有两个目标:最大限度地增加IT设备的空气输送量,并使从IT排出的热空气与进入的冷空气分开。

有多种冷却类型来分离热空气和冷空气,但并非每个数据中心都采用相同的方法。管理员必须了解不同类型的空气冷却方法以及控制回风以最大程度地提高冷却效率的重要性。

如何通过控制气流最大化数据中心冷却效率?

空气分离的好处

分离不同温度的空气可完成两项任务:

● 它使到达ITE的数量最大化。
● 它通过机械冷却最大程度地提高空调的性能,并在使用外部空气时最大程度地延长免费冷却时间。

空气混合类型

空气在通过设备机架中设备之间的开口时,或在机柜排的顶部和末端周围循环时会混合。这些方法分为旁路空气和再循环空气。

有了旁通空气,冷却空气就会绕过ITE,而不是穿过它。冷空气与排出的热空气混合,从而降低返回空调的空气温度,并降低冷却能力。

在循环空气中,ITE排出的热空气会返回到前端并与冷却的供应空气混合。这会升高进入ITE的空气温度,降低冷却效率并缩短ITE的使用寿命。

分离冷热空气


通过冷热通道设计,机柜面对面和背对背布置。卡入式填充面板覆盖机架和机柜中ITE设备之间的开放空间以填补缝隙。然而,使用这种方法,空气仍然会从机柜顶部和排尾处泄漏。

过道封闭形式


通道遏制系统使用屏障将两种空气温度隔开。这包括热通道、冷通道、完全遏制系统和部分遏制系统:

热通道封闭:封闭ITE排出的空气,使房间的其余部分保持送风温度。这种方法在新建筑中通常是最容易实施的,而且节能。这种方法确实会为房间的其余部分使用一些冷却空气。

冷通道封闭:封闭ITE送风,使房间其余部分保持热通道温度。如果空气平衡得到控制,这可以最大限度地利用冷空气。除非已经有回风室天花板,否则在现有房间中改造冷通道更容易。

全封闭:封闭通道两端均设有门,柜顶与天花板之间设有实心面板。柜底的填充物可防止空气在下方流动。

部分封闭:使用塑料条封闭代替门和面板。它们可能只位于过道末端,而不是机柜上方。在现有数据中心,部分封闭通常比完全封闭更有效、更便宜且更容易实施。

所有形式都可改善空气控制和能源效率。主要注意事项是防火。全封闭要求每个过道都有排气头。现有数据中心可能在备用过道有排气头。部分封闭可避免在工作ITE周围重新铺设管道。所有门和面板都应按照国家消防协会75标准进行防火。

数据中心的三种冷却方法取决于架构:架空地板、高架冷却和紧密耦合冷却。

空地板


架空地板上布满了孔洞——气流面板上的孔洞,以及电缆和管道通道上的孔洞。带有整体或附加叶片的气流面板可用于控制空气量并将空气引导至正确的机柜,通常比传统地砖更有效。高流量地砖很有用,但不要使用太多。输送到ITE的空气不能多于地板下的空气。

这些地板按照制造商的空气静压室地板标准输送空气。它们会漏气,而且当人们在上面行走以及管理员移除和更换面板时,漏气会更多。为了限制泄漏,每隔几年请专业人员清洁地板下空间,并在清洁过程中重新找平瓷砖。

每次拆除的瓷砖不得超过两块,以免破坏地板的稳定性,并且拆除的瓷砖数量要尽可能少,以保持整个地板的最大气流。将瓷砖完全按照拆除时的样子放回原处,以保持密封。

房间周边和大型设备(如空调和不间断电源)周围会发生严重泄漏。用闭孔泡沫密封所有边缘。此外,用防火材料密封管道通道。地板电缆开口也是泄漏点。新旧电缆均可使用垫圈或刷式密封件。不要使用玻璃纤维、矿棉或任何其他可能剥落并进入空气和设备的产品。

顶部冷却


许多较新的数据中心,无论是否设有架空地板,都使用架空冷却。管道系统将空气从传统的周边空调输送到冷通道,或将空气从安装在通道中、机柜顶部或机柜正上方的单个冷却装置中分配出来。这种方法的工作原理是密度较大的冷空气下落,取代较暖的空气并将其向上推。

如果管理人员选择并提供扩散器以最大限度地提高空气输送量,管道系统可以在整个过道内提供相当均匀的温度。空调风扇还必须能够抵抗管道静压。节能且已成为相对标准的电子换向风扇可能无法通过长管道供应足够的空气。

直接顶置冷却需要特殊的制冷剂管道,提供显热冷却,没有湿度控制。它通常用于机柜的高密度点冷却。

紧密耦合冷却


采用这种方法,冷却装置将空气输送到尽可能靠近ITE进气口的位置,并将热废气从附近的机柜中拉回自身,然后才能离开热通道。通常的形式是行内冷却器,尽管直接架空装置也被归类为紧密耦合。

控制回风的重要性


计算机房空调(CRAC)根据回风温度控制送风量和送风温度。旁通空气可降低回风温度,因此CRAC控制器测量到需要的冷却量较少。ITE入口温度随后上升,回风温度也随之升高,因此CRAC装置现在提供更多冷风,直到回风温度回落并重复此循环。这称为短循环,会导致冷却效果不佳、湿度控制不佳和设备磨损加快。

控制良好的回风的一个好处是其热力学特性,这让大多数IT专家感到惊讶。当更热的空气返回到线圈时,空调可以提供更多的冷却。以下是两个示例,使用同一台空调,冷却能力提高了65%:

回风温度为75华氏度(23.9摄氏度)时,空调的额定制冷量为20吨(t)或75千瓦(kW)。

回风温度为95华氏度(35摄氏度)时,空调的额定制冷量为33吨或114千瓦。

提高回风温度需要提高ITE入口温度,这样也能节省冷却能源。

传统数据中心的运行温度为55华氏度(12.8摄氏度)。通过ITE的温升(称为deltaT、DT或ΔT)为20华氏度(11.1摄氏度)是标准值,这使得排放温度为75华氏度(23.9摄氏度)。

将入口温度升高到75华氏度(23.9摄氏度),出口温度应升高到95华氏度(35摄氏度)。

ASHRAE建议的ITE入口温度范围最高为80.6华氏度(27摄氏度)。因此,75华氏度(23.9摄氏度)完全符合参数要求。即使过道内的温度存在差异,机柜温度也不会超过最大值。空调现在具有更高的制冷能力,从而节省了能源。