用于it环境的各种气流分配方案

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1、 用于IT环境的各种气流分配方案 版本 4 作者 Neil Rasmussen 简介 2 九种气流分配方案 2 推荐用于新建数据中心 的气流分配方案 5 结论 8 资源 9 点击内容即可跳转至具体章节 目录 第 55 号白皮书 在数据中心和网络机房，有九种基本的气流分配方案。 这些方法在性能、成本及实施的难易程度上各有差别。 我们阐述这些方案并对其各自的优势加以讨论。学会恰 当地运用这些气流分配技术，无论对设施管理人员还是 IT 从业人员都是非常必要的。 施耐德电气旗下 的白皮书现收录于施耐德电气白皮书资料库 由施耐德电气数据中心科研中心数据中心科研中心发表 DCSCSchneider-E 摘

2、要 用于 IT 环境的各种气流分配方案 施耐德电气 数据中心科研中心 第 55 号白皮书 版本 4 2 数据中心排热是所有关键 IT 环境处理中最为基本而又最少为人所了解的内容之一。由于最新的 计算设备变得越来越小，而耗电量则与其所替代的设备相同甚至更高，数据中心内会有更多热量 产生。精密空调和排热设备用于收集热量并将其输送至室外大气中。 本文讨论了九种气流分配方法。这些信息将为 IT 从业人员进行成功选型、安装以及运行 IT 环境 的制冷系统提供基础知识。对于本文所使用的各种术语的定义，请参考第 11 号白皮书IT 环境 中制冷和空调术语解释。 空调机的工作原理 第 57 号白皮书IT 设备

3、空调系统的基本原理提供了关于 IT 环境的热学特性，制冷循环的运 行，精密制冷以及室外散热设备基本功能的相关信息。 制冷架构 一种制冷架构可以从根本上描述成： 1. 一种特定的排热方法 2. 一种特定的气流分配方案（本文的主题） 3. 为 IT 设备直接提供冷风的冷却装置的位置 为了提供关于整个数据中心制冷系统的信息， 下文将对以上三个基本元素进行简单描述并附有 它们所参考的白皮书。 排热排热 排热系统提供了大量冷却能力并将热量从 IT 环境传递或泵送到室外去。第 59 号白皮书用于数 据中心的各种制冷技术描述了七种基本的冷却技术以及它们的组件。 气流分配气流分配 气流分配是本文的主题。 冷却

4、装置的摆放位置冷却装置的摆放位置 本文将冷却装置定义成为 IT 设备提供冷风的装置。冷却装置有四种基本摆放位置。通常，冷却 装置同其它的散热设备是分离的。有些时候，整个制冷架构是“集装箱式的”并且放置在室外， 紧靠数据中心。冷却装置的摆放位置在数据中心设计工程中起到重要的作用，包括总的制冷效 率，IT 功率密度（kW/机柜）以及 IT 机柜空间的使用。参考第 130 号白皮书数据中心行级和 机柜级制冷架构的优势可以获得更多的信息。 气流分配与电力分配不同，电力分配受线缆的约束并在设计过程中清晰可见，而气流分配则受到 房间设计的模糊约束。气流气流管理管理成为不同气成为不同气流分配流分配形式形式的

5、主要目标。的主要目标。数据中心制冷系统效力的数据中心制冷系统效力的不不 同同归根到底还是归根到底还是取决于取决于气流分配的不同。气流分配的不同。 数据中心分配气流有以下三种基本方案： 自然送回风 精确送回风 气流遏制送回风 简介 九种气流 分配方案 IT设备空调系统的基本原理 资源链接 第 57 号白皮书 IT环境中制冷和空调术语解释 资源链接 第 11 号白皮书 用于数据中心的各种制冷 技术 资源链接 第 59 号白皮书 数据中心房间级、行级和机柜级 制冷方式的选择 资源链接 第 130 号白皮书 用于 IT 环境的各种气流分配方案 施耐德电气 数据中心科研中心 第 55 号白皮书 版本 4

6、 3 所谓自然送回风气流分配系统，就是仅利用房间的墙壁，天花板以及地板对送回风气流进行限 制。这导致了冷风和热风的严重混合。 所谓精确送回风气流分配系统，一套机械装置（如通风管道，穿孔地板砖，放置在机柜行的冷却 装置）直接将送回风控制在离 IT 设备进出风口三米以内的距离（10 英尺）。 所谓气流遏制送回风气流分配系统，IT 设备的送回风气流被完全封闭并隔离，以此消除冷风和热 风间的混合。 这三种形式中的任何一种：自然送回风，精确送回风或气流遏制送回风，都可以使用在送风路径 或回风路径。这就构成了九种可能的组合，或气流分配形式。所有这些形式都已经在不同的环境 下使用，有时在同一个数据中心混合使

7、用不同形式。 这九种气流分配形式见表表 1。表中描述的是传统房间级制冷的运用，不一定能够支持所描述的最 大功率密度。表表 2 描述的是非传统房间级制冷的运用，在当今数据中心中使用越来越普遍。气流 分配的实施以及气流管理的实际应用在以上九种气流分配方案中大大影响可支持的功率密度。例 如，冷却装置可以放置在房间周边（表表 1），或者它们可以被放置在机柜行中或室外（表表 2）。 一般情况下，气流分配实现的成本，复杂性以及功率密度（kW/机柜）容量在表的左上角是最低 的，随着向下和向右的方向逐渐增大。 用于 IT 环境的各种气流分配方案 施耐德电气 数据中心科研中心 第 55 号白皮书 版本 4 4

8、自然回风 精确回风 气流遏制回风 自 然 送 风 小型小型网络网络机房（功耗低于机房（功耗低于 40kW） 绝大多数数据中心不推荐使用 成本低，安装简单 在所有气流分配架构中能效最低，原 因是所有的冷送风气流将与热回风进 行混合。送风温度难以预测。 可冷却功耗最高为 3kW的机架 一般用途一般用途 绝大多数数据中心不推荐使用 成本低，安装方便 较自然回风更节能，原因是 40 -70%的 IT 热 回风将被捕获并输送回制冷设备。由于较 少的热风与冷风混合，送风温度较自然送 风更可预测。 可冷却功耗最高为 6kW的机架 大型或托管数据中心大型或托管数据中心 可升级的（依厂商而定） 在所有气流分配架

9、构中能效最高，原 因是这种架构允许较高的制冷设备送 风温度，从而增加了自然冷却的时 长。70 -100%的 IT 排出的热风将被捕获 并输送回制冷设备。由于热风不与冷 风混合，送风温度最可预测。 可冷却功耗最高为 30kW的机架 精 确 送 风 功率密度相对恒定的数据中心功率密度相对恒定的数据中心 对新建数据中心不推荐使用 无法满 足可预测的功率密度 较自然送风更节能，原因是更多的热 风被送回制冷设备。 可冷却功耗最高为 6kW的机架 小到中型数据中心小到中型数据中心 较自然回风更节能，原因是 60-80%的 IT 热 回风将被捕获并输送回制冷设备。由于较 少的热风与冷风混合，送风温度较自然更

10、 可预测。 可冷却功耗最高为 8kW的机架 适合解决高热机架问题适合解决高热机架问题 可升级的（依供应商而定） 较精确送回风能效更高，原因是 70- 100%的 IT 热风将被捕获并输送回制冷 设备。由于热风不与冷风混合，送风 温度最可预测。 允许较高的制冷设备送风温度，从而 增加了自然冷却的时长。 可冷却功耗最高为 30kW的机架 气 流 遏 制 送 风 大型机或垂直气流机架大型机或垂直气流机架 较精确送风更节能，但与气流遏制回 风相比效率较低。采用气流遏制送 风，导致房间其它区域成为热通道， 这限制了自然冷却的时长。由于较少 的热空气与冷送风混合，送风温度更 可预测。 可冷却功耗最高为 3

11、0kW的机架 大型机或垂直气流机架大型机或垂直气流机架 较精确送风更节能，但与气流遏制回风相 比效率较低。采用气流遏制送风，导致房 间其它区域成为热通道，这限制了自然冷 却的时长。由于较少的热风与冷风混合， 送风温度更可预测。 可冷却功耗最高为 30kW的机架 严格的非数据中心环境严格的非数据中心环境 由于风扇能耗较高，比采用自然送风 或精确送风和气流遏制回风的方案效 率稍低。 允许较高的制冷设备送风温度，从而 增加了自然冷却的时长。 可冷却功耗最高为 30kW的机架 表 1 气流分配的九种方案 （运用在传统房间级制冷中） 用于 IT 环境的各种气流分配方案 施耐德电气 数据中心科研中心 第

12、55 号白皮书 版本 4 5 自然回风 精确回风 气流遏制回风 自 然 送 风 硬地板环境，制冷设备位于室外硬地板环境，制冷设备位于室外 绝大多数数据中心不推荐使用 由于气流混合妨碍 IT入口温度的可预测 性，造成低效。 硬地板环境，制冷设备位于室外硬地板环境，制冷设备位于室外 绝大多数数据中心不推荐使用 由于气流混合妨碍 IT入口温度的可预测 性，造成低效。 硬地板环境，制冷设备位于室外硬地板环境，制冷设备位于室外 推荐用于新建数据中心 由 IT 温度控制制冷设备的变频风机 精 确 送 风 与传统房间级制冷方案相同与传统房间级制冷方案相同 见表表 1中精确送风/自然回风方案 硬地板环境，行级

13、制冷设备硬地板环境，行级制冷设备 推荐用于 1MW以下的数据中心 由 IT 温度控制制冷设备的变频风机 硬地板环境，行级制冷设备硬地板环境，行级制冷设备 推荐用于 1MW以下的数据中心 由 IT 温度控制制冷设备的变频风机 气 流 遏 制 送 风 高架地板环境，制冷设备位于周边高架地板环境，制冷设备位于周边 不推荐用于新建数据中心 已有数据中心中较好的解决方案 由压力控制制冷设备的变频风机，由 IT 温度控制活化地板 高架地板环境，制冷设备位于室外高架地板环境，制冷设备位于室外 由于采用气流遏制送风，精确回风价值 不大，因此不推荐使用 由压力控制制冷设备的变频风机，由 IT 温度控制活化地板

14、硬地板环境，行级制冷设备硬地板环境，行级制冷设备 仅推荐用于对环境需要严格控制或某一 行机柜需要气流遏制的已有数据中心 （例如在已有热通道中强制添加一行机 柜） 由 IT 温度控制制冷设备的变频风机 数据中心气流分配系统的一个关键目标就是将 IT 设备的出风与进风隔离开以防止 IT 设备过热。 出风与进风的分离也大大提高了排热系统的效率与能力。根据制冷设备的位置（例如：周边布置 或行级摆放），随着设备功率密度的增加，出风量与进风量也相应增加，这需要气流分配的方案 能够减少送回风气流混合的这种趋势。因此，随着功率密度的增加，采用精确送回风或气流遏制 送回风（根据制冷设备的位置）是必要的。更多信息

15、请参考第 135 号白皮书热通道与冷通道气 流遏制对数据中心的影响。 随着计算设备功率密度的提高以及 IT 负载的动态变化，数据中心与网络机房的冷却面临重大挑 战。服务器的整合与虚拟化，以及服务器与存储系统物理尺寸的缩小导致高功率密度与高发热量 的产生。尽管数据中心中每机柜的典型功耗还维持在 3kW 这样一个水平，但设备可以被配置成 每机柜消耗 30kW 。这造成传统高架地板自然气流回风系统的搁浅容量，由于高架地板设计只能推荐用于新建数 据中心的气流分 配方案 热通道与冷通道气流遏制对 数据中心的影响 资源链接 第 135 号白皮书 表 2 非传统房间级制冷方案的运用 室外 制冷 单元室外 制冷 单元室外 制冷 单元室外 制冷 单元用于 IT 环境的各种气