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(四) 数据中心六种气流遏制系统应用对比分析


      在上一期的论坛中,我们讨论了部署气流遏制系统能给数据中心带来哪些益处,部署气流遏制系统的两种基本方法——冷气流遏制与热气流遏制,以及对已有数据中心基础设施进行气流遏制系统部署前评估通常需要考虑的十大要素。冷热气流遏制共包括六种方法,本文将进一步探讨每种气流遏制方法在什么情况下推荐采用,又在什么情况下不推荐采用,以及在部署过程中需要考虑哪些因素。

一、冷通道气流遏制系统

 

本气流遏制方法适用于高架地板(房间级制冷的下送风设备)气流分配系统。冷通道气流遏制系统将冷通道进行封闭,使机房内的其它区域成为一个庞大的热回风通道。通过封闭冷通道,将冷热气流隔离开来,下图所示为采用房间级制冷的冷通道气流遏制系统的施耐德电气EcoAisle解决方案。

冷通道气流遏制系统在以下情况推荐采用:

  • 当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时

  • 当数据中心采用高架地板送风和自然回风气流分配方式时

  • 当数据中心周边没有独立IT设备(如存储)时

  • 当高密度机柜无法从高架地板获得足够冷风时

  • 当气流遏制项目必须快速完成时

冷通道气流遏制在以下情况不是最佳解决方案:

  • 未采用冷/热通道布局,而且也不可能升级为此布局时

  • 下送风制冷装置与硬地板配合使用时(即自然送风与自然回风)

  • 数据中心周边有独立IT设备(如存储)时

  • 因地板下的障碍(如布线和管网等),穿孔地板无法提供足够冷风时

  • 当人员经常长期位于数据中心时(热作业环境)

部署冷通道气流遏制系统时需要考虑的因素:

  • 因降低了制冷装置的送风温度,自然冷却时长将缩短(假设为降低员工可能驻留工作环境中的热通道温度,而降低制冷装置送风温度)

  • 应该在无气流遏制区域、暴露在高温下的周边IT设备(如存储、磁带库等)前面,安装隔离分区

  • 因为有建筑立柱的制约、使用的IT机柜来自多个不同厂商,或是机柜/设备行数目为单数等因素,可能需要一些定制化的气流遏制解决方案

  • 为使深度较浅的高架地板提供更多的风量,可能需要安装活化地板

  • 冷通道内可能需要安装额外的照明设备

  • 法规监管机构(AHJ)可能要求在冷通道内部署火灾探测和灭火装置

  • 穿孔地板或其它辅助制冷设备需要放置在位于数据中心周边的独立IT设备(如存储)附近,以防过热发生

  • 投资回收期从几个月到数年不等,具体取决于可关闭制冷装置数量以及是否需要活化地板

二、垂直风管热通道气流遏制系统

本气流遏制方法既可用于高架地板,也可用于硬地板(房间级制冷)气流分配系统。垂直风管热通道气流遏制系统将热通道封闭,使室内其它区域成为一个庞大的冷回风通道,下图所示为采用房间级制冷方法的垂直风管热通道气流遏制系统的施耐德电气EcoAisle解决方案。

垂直风管热通道气流遏制系统在以下情况推荐采用:

  • 当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时

  • 当数据中心采用吊顶作为热风回通道时

  • 当数据中心周边有独立IT设备(如存储系统)时

  • 人员经常位于数据中心时(不会在未部署气流遏制的区域造成热作业环境)

垂直风管热通道气流遏制系统在以下情况不是最佳解决方案:

  • 未采用冷/热通道布局,而且也不可能升级为此布局时

  • 无吊顶(因此需要特殊的回风管道系统),或室内净高不够(无法安装吊顶回风通道)

部署垂直风管热通道气流遏制系统时需要考虑的因素:

  • 垂直风管可能会与已有系统(如布线、照明、灭火系统等)相互干涉

  • 较长的每机柜部署时间(需要耗费更多的人力)

  • 因为有建筑立柱的制约、使用的IT机柜来自多个不同厂商,或是机柜/设备行数目为单数等因素,可能需要一些定制化的气流遏制解决方案

  • 热通道内可能需要安装额外的照明设备

  • 法规监管机构(AHJ)可能要求在冷通道内部署火灾探测和灭火装置

  • 与采用活化地板的冷通道气流遏制系统相比,投资回收期较短,而与不采用活化地板的冷通道气流遏制系统相比,则回收期稍长

三、垂直风管机柜气流遏制

本气流遏制方法最适用于零散分布的、采用前进后出气流模式的高密度机柜。这种方法就是将一根垂直风管安装到机柜后顶部,来封闭热风并将其输送至吊顶。通过封闭排风路径来隔离冷热气流,下图所示为垂直管道机柜气流遏制系统。

垂直风管机柜气流遏制在以下情况推荐采用:

  • 当数据中心采用吊顶作为回风通道时

  • 当数据中心零散分布着高密度机柜时(比如功率密度超过6kW/机柜)

  • 当机柜行长度不一致时

  • 当机柜采用前进后出气流模式时

  • 未采用冷/热通道布局,而且也不可能升级为此布局时

  • 人员经常位于数据中心(垂直风管机柜气流遏制不会在通道或未部署气流遏制的区域造成热作业环境)

  • 当立柱与通道气流遏制解决方案相互冲突并妨碍其部署时

垂直风管机柜气流遏制在以下情况不是最佳解决方案:

  • 当机柜设计采用其它气流模式时(如侧进侧出)

  • 无吊顶(需要特殊的回风管道系统)或室内净高过低(无法安装回风通道)

  • 部署的IT机柜来自不同厂商,因此尺寸和风管连接接口都各不相同

部署垂直风管机柜气流遏制时需要考虑的因素:

  • 为了与所连机柜相匹配,可能需要一些定制化的风管

  • 需要密封机柜后门并更换顶面板,以确保气流封闭

  • 架空线缆可能与风管干涉

  • 每个机柜需要较长的部署时间(密封机柜后门,更换顶面板等)

  • 如果为一个机柜或机柜行部署风管,可能会遮挡不同机柜行间的照明

  • 法规监管机构(AHJ)要求风管内安装火灾或烟雾探测器

  • 垂直风管机柜气流遏制的广泛使用,可能会导致吊顶内部或邻近机柜间的风压失衡

  • 投资回收期基本与垂直风管HACS相当(从几个月到3年)

四、行级制冷热通道气流遏制系统

本气流遏制解决方案适用于已部署行级制冷装置的数据中心,也可用于已部署周边制冷装置的数据中心。对于已部署行级制冷装置的数据中心,只需在通道上添加顶棚面板,就能实现气流遏制。对于已部署周边制冷装置的数据中心,该气流遏制解决方案需要在机柜间添加制冷装置,下图所示为预制行级制冷热通道气流遏制系统的施耐德电气EcoAisle解决方案。该气流遏制方法应用于在低密度数据中心添加高密度机柜,并且所有机柜都采用某种形式的热通道部署时。

行级制冷热通道气流遏制系统在以下情况推荐采用:

  • 当已经部署了行级制冷装置时

  • 当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时

  • 当冷通道气流遏制和垂直风管热通道气流遏制都不是最佳解决方案时(比如架空电缆与垂直风管气流遏制面板相冲突)

  • 当在已有低密度数据中心添加高密度机柜时

  • 当需要节省地板空间时(所占空间相当于两行低密度机柜所占地板面积)

  • 当人员需要经常驻扎在数据中心时(不会在未部署气流遏制的区域造成热作业环境)

  • 当气流遏制部署项目需要快速完成时(预制解决方案能够缩短部署时间)

行级制冷热通道气流遏制系统在以下情况不是最佳解决方案:

  • 未采用冷/热通道布局,而且也不可能升级为此布局时

  • 无法在机柜行中间移动IT机柜来插入行级制冷装置

  • 没有可以部署新机柜模块所需的机房内部额外地板空间

部署行级制冷热通道气流遏制系统时需要考虑的因素:

  • 添加行级制冷装置将提高成本

  • 因为有建筑立柱的制约、使用的IT机柜来自多个不同厂商,或是机柜/设备行数目为单数等因素,可能需要一些定制化的气流遏制解决方案

  • 热通道内可能需要安装额外的照明设备

  • 法规监管机构(AHJ)可能要求在冷通道内部署火灾探测和灭火装置

  • 如果已有行级制冷装置,投资回收期大约在6个月到2年,而如果需要添加行级制冷装置,则可能需要数年

五、机柜气流遏制系统

本气流遏制方法对于极高密度的机柜是一个理想的解决方案,通过将行级制冷装置与机柜集成在一起,限制气流仅在此气流遏制系统内部循环,下图所示为单个机柜或多机柜气流遏制系统。

机柜气流遏制系统在以下情况推荐采用:

  • 当零散分布高密度机柜,或需要隔绝噪声时

  • 当需要在独立开放数据中心环境,或混合部署环境实现完全隔离,或防止暴露于热通道时

  • 在缺乏任何制冷,直接暴露于高温环境的高密度设备的配线间

机柜气流遏制系统在以下情况不是最佳解决方案:

  • 需要频繁将机柜移入或移出已有的机柜行时

  • 需要对多行机柜行进行气流遏制时

  • 当机柜、制冷装置等的尺寸互不相同时

  • 当通道宽度过窄而无法添加气流遏制系统时(气流遏制系统会加大机柜深度)

部署机柜气流遏制系统时需要考虑的因素:

  • 不建议在配备加湿器的行级制冷系统部署带前门的RACS,因为如果发生加湿器故障,会导致湿空气直接进入服务器

  • 因为需要的制冷装置较多,所以初始成本最高

  • 为实现冗余,需要部署更多制冷装置,这会进一步提高初始成本

  • 机柜气流遏制系统将增加机柜的深度

  • 因为有立柱的制约、使用的IT机柜来自多个不同厂商,或是机柜/设备行数目为单数等因素,可能需要一些定制化的气流遏制解决方案

  • 如果需要为每个机柜安装制冷装置和气流遏制系统(将制冷装置与机柜集成在一起),则部署时间最长

  • 如果行级制冷装置已经存在,则投资回收期大约在6个月到2年,而如果需要添加行级制冷装置,则该解决方案的投资回收期最长。

六、行级制冷冷通道气流遏制系统

本气流遏制解决方案适用于配备周边制冷装置,且所有机柜都采用某种形式的冷通道部署的数据中心。此解决方案需要在机柜间添加制冷装置。冷通道被封闭,气流遏制系统作为一个区域模块部署,下图所示为行级制冷冷通道气流遏制系统的施耐德电气EcoAisle解决方案。

 

行级制冷冷通道气流遏制系统在以下情况推荐采用:

  • 当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时

  • 所有IT机柜都可部署成某种形式的冷通道气流遏制系统,以避免排出的热风从前面进入未进行气流遏制的机柜

  • 当高架地板因高度或阻塞,达到最高制冷气流极限时

  • 当无法通过添加更多周边制冷装置来提高制冷能力时

  • 当部署气流遏制项目需要快速完成时(预制解决方案能够缩短部署时间)

行级制冷冷通道气流遏制系统在以下情况不是最佳解决方案:

  • 未采用冷/热通道布局,而且也不可能升级为此布局时

  • 预算有限时(行级制冷装置需要高的投资成本)

  • 无法为插入行级制冷装置而在行内移动IT机柜时

  • 数据中心布满了IT机柜(难以隔离)

部署行级制冷冷通道气流遏制系统时需要考虑的因素:

  • 添加行级制冷装置将增加投资成本

  • 为插入行级制冷装置,需要在行内移动IT机柜

  • 因为有立柱的制约、使用的IT机柜来自多个不同厂商,或是机柜/设备行数目为单数等因素,可能需要一些定制化的气流遏制解决方案

  • 冷通道内可能需要安装额外的照明设备

  • 法规监管机构(AHJ)可能要求在冷通道内部署火灾探测和灭火装置

  • 如果行级制冷装置已经,投资回收期大约在6个月到2年,而如果需要添加行级制冷装置,则该解决方案的投资回收期可能需要数年

 七、气流遏制方法的选择

一旦充分了解了已有设施的约束条件,审查并比较了气流遏制解决方案,就能很容易地在冷热气流遏制方法中作出选择。此时,大多数人会发现,对他们来说,只有一到两种可行的气流遏制解决方案。鉴于物理约束通常是对气流遏制系统部署的主要约束,所以将根据物理约束来选择气流遏制解决方案。冷气流遏制和热气流遏制两种类型永远不能混合部署,但是,同时可以部署两种类型的冷气流遏制系统,或多种类型的热气流遏制系统。如果混合部署冷、热气流遏制系统,制冷系统的效率很可能低于仅部署其中一种系统的效率。气流分配方法和制冷装置的位置是物理约束的两个主要考虑因素。下表所示为两种常见气流分配方法的气流遏制建议(X表示不建议或不可行);

下表所示则提供了几种较少采用的气流分配方法可以选择的气流遏制系统(X表示不建议或不可行)。

 

八、结论

数据中心气流遏制策略能够给数据中心带来巨大的益处。冷气流遏制和热气流遏制是部署气流遏制系统的两种方法。对于某个特定的部署来说,确定最佳解决方案的步骤应该是:先评估设施的制约条件,再审查所有可行的解决方案,然后选择合适的气流遏制硬件。

冷通道气流遏制和垂直风管热通道气流遏制对于已有周边制冷装置的数据中心是两种最常见的解决方案。将高架地板作为送风通道的数据中心最好选择冷通道气流遏制,而将吊顶作为热回风通道的数据中心则最好选择垂直风管热通道气流遏制。对于已有行级制冷装置的数据中心,行级制冷热通道气流遏制是最佳选择。其它气流遏制解决方案应根据特殊要求进行选择。

 

      通过本文的探讨,我们得知在已有数据中心进行气流遏制系统部署时,每种气流遏制系统在什么情况下推荐使用,在什么情况下不推荐使用,以及在部署过程中需要考虑哪些因素。这其中包括三种吊顶回风气流遏制系统(垂直风管机柜气流遏制有主动与被动两种方式),那么这三种气流遏制系统冷却能力范围有什么区别呢?敬请关注下一期:施耐德数据中心论坛 | 气流管理专题(五)吊顶回风热通道气流遏制系统在数据中心的应用。

 



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| 发布时间:2017.05.23    来源:    查看次数:

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