本文來(lái)自微信公眾號(hào)“數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理”。
隨著新一代計(jì)算機(jī)設(shè)備的不斷提升，數(shù)據(jù)中心面臨了增加每機(jī)柜功率密度的需求。虛擬計(jì)算、內(nèi)存系統(tǒng)、多核CPU、CPU速度和GPGPU等技術(shù)的快速發(fā)展，極大地提高了計(jì)算能力，但同時(shí)也帶來(lái)了更高的能耗和散熱問(wèn)題。為了適應(yīng)這種變化，數(shù)據(jù)中心需要致力于提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，以有效地減少能源消耗和降低碳排放。據(jù)預(yù)測(cè)，全球數(shù)據(jù)中心平均每機(jī)柜的熱密度將會(huì)迅速提升，這強(qiáng)調(diào)了對(duì)可持續(xù)發(fā)展和綠色解決方案的迫切需求。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心需要不斷創(chuàng)新，探索新的能源節(jié)約和環(huán)境友好的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高效的制冷方式和降低能源消耗的目標(biāo)。
方案一為冷池和熱池，為了提高制冷效率，數(shù)據(jù)中心可以采用熱通道封閉即熱池（HAC）或冷通道封閉即冷池（CAC）技術(shù)。熱通道封閉將熱通道密封，并通過(guò)回風(fēng)管將熱回風(fēng)送回?cái)?shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)。冷通道封閉則將冷通道隔離起來(lái)。這兩種技術(shù)都有效地隔離了空調(diào)系統(tǒng)的冷送風(fēng)和熱回風(fēng)，提高了空調(diào)的制冷效率。它們的區(qū)別在于可擴(kuò)展性、散熱管理以及適宜的工作環(huán)境。
圖1標(biāo)準(zhǔn)熱池方案
冷池的可擴(kuò)展性主要受限于地板下送風(fēng)和將冷風(fēng)送入多個(gè)冷池的方式。目前業(yè)界存在一些誤解，認(rèn)為空調(diào)機(jī)的出風(fēng)量可以滿足設(shè)備的散熱需求即可，卻忽視了高架地板下送風(fēng)對(duì)多個(gè)冷池的壓力和空間的影響。相反，熱池通過(guò)利用整個(gè)數(shù)據(jù)中心作為冷通道來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，擴(kuò)大了冷通道的空間。與冷池相比，熱池具有更多的空調(diào)冗余性能，多余的熱通道空間在空調(diào)系統(tǒng)故障時(shí)可以提供更多維修時(shí)間。此外，隨著服務(wù)器散熱能力的提高，服務(wù)器所需的散熱風(fēng)量大大減少。現(xiàn)在許多服務(wù)器的熱風(fēng)出風(fēng)溫度可以達(dá)到55℃。冷池未隔離部分的溫度將比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心高，這提高了工作人員的舒適度并延長(zhǎng)了其他設(shè)備的使用壽命。綜上所述，盡管這兩種方法都可以提高每臺(tái)機(jī)柜的熱密度，但合理使用熱池時(shí)，熱池的效率更有效可靠。
通過(guò)以上對(duì)比，我們可以看出熱池相比冷池有更多優(yōu)勢(shì)。此外，當(dāng)數(shù)據(jù)中心斷電時(shí)，冷池?cái)?shù)據(jù)中心的冷空氣只存在于高架地板下和封閉冷通道中，而熱池?cái)?shù)據(jù)中心的冷空氣分布在高架地板下和整個(gè)房間內(nèi)，因此冷池?cái)?shù)據(jù)中心的冷空氣體積遠(yuǎn)小于熱池中的熱空氣體積。當(dāng)數(shù)據(jù)中心斷電或空調(diào)故障時(shí)，冷池?cái)?shù)據(jù)中心的IT設(shè)備可能在幾秒鐘內(nèi)失效。因此在有可能的情況下，我們應(yīng)該盡量選擇熱池而不是冷池。使用部分密閉的熱池或冷池?cái)?shù)據(jù)中心可能仍然存在熱點(diǎn)問(wèn)題，并且需要額外注意消防設(shè)施的位置，但相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，它們大大提高了每個(gè)機(jī)柜的熱密度。
另一種解決方案是機(jī)柜級(jí)的冷熱風(fēng)隔離系統(tǒng)，。這種系統(tǒng)通常作為機(jī)柜的延伸部分，最常見(jiàn)的系統(tǒng)是機(jī)柜垂直排風(fēng)管系統(tǒng)，也稱為煙囪機(jī)柜系統(tǒng)。垂直排風(fēng)管系統(tǒng)將密閉機(jī)柜內(nèi)的熱回風(fēng)導(dǎo)入到天花板上方。與冷池或熱池相比，煙囪機(jī)柜系統(tǒng)有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：首先，對(duì)于機(jī)柜而言，煙囪機(jī)柜隔離冷熱空氣系統(tǒng)比冷池或熱池系統(tǒng)隔離整個(gè)機(jī)柜行更簡(jiǎn)單有效，并且煙囪機(jī)柜是所有解決方案中最簡(jiǎn)單的全密閉系統(tǒng)。此外，煙囪機(jī)柜系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)分離，因此可以根據(jù)需求隨意增加機(jī)柜，實(shí)現(xiàn)更高的可擴(kuò)展性。最后，該系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的獨(dú)立性確保數(shù)據(jù)中心可以使用大型空調(diào)系統(tǒng)來(lái)提高制冷效率和節(jié)能。垂直排風(fēng)管系統(tǒng)可以通過(guò)高架地板傳送冷空氣（常用的送風(fēng)方法），或者直接將冷風(fēng)吹入數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，結(jié)合使用空氣節(jié)能器可以達(dá)到更佳的節(jié)能效果。
圖3垂直排風(fēng)管系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的應(yīng)用
垂直排風(fēng)管系統(tǒng)機(jī)柜面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是必須安裝天花吊頂或使用回風(fēng)管，這會(huì)增加數(shù)據(jù)中心的高度需求。第二個(gè)挑戰(zhàn)是要確保機(jī)柜前后存在風(fēng)壓差，以確保冷風(fēng)能夠進(jìn)入機(jī)柜并散熱。這個(gè)挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在機(jī)柜前部的送風(fēng)口壓力，機(jī)柜后部的熱回風(fēng)壓力，以及機(jī)柜后部的理線等功能區(qū)對(duì)風(fēng)壓的影響，以及垂直排風(fēng)管的尺寸和長(zhǎng)度。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意，確保垂直排風(fēng)管系統(tǒng)不會(huì)造成不正確的壓力差。
為了克服這個(gè)挑戰(zhàn)，我們可以通過(guò)控制機(jī)柜內(nèi)部的空氣流速來(lái)控制機(jī)柜內(nèi)部的空氣壓力。即使在沒(méi)有任何主動(dòng)散熱設(shè)備的情況下，利用自然的壓力差可以更多地引入冷送風(fēng)進(jìn)入機(jī)柜，并將熱回風(fēng)排出至天花板上部。
