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发布时间:2015-1-15
来自: 现代数据中心杂志

数据中心机房局部热点

   一、 概述

  随着大量采用的新型高热密度机架式服务器和刀片式服务器,目前国内数据中心的热密度每年成上升的趋势,且这种趋势还在继续,新型数据中心应具有“高效、节能、可管理”的优势。通过很多案例以及仪器(热成像仪)软件(CFD)模拟发现,局部热点的产生主要是因为,管理者没有对机房气流组织进行有效的管控,机房冷热气流紊乱产生的。局部热点的现象,造成IT设备运行环境恶劣,损坏设备,造成经济损失?杉芸鼗科魇窍植咳鹊愕墓丶,所以我们要对机房气流组织进行研究分析,明确其危害,掌握一些解决办法以及最佳实践。达到改善IT设备的运行环境,消除局部热点的目的。

  二、 数据中心机房局部热点

  在铺有高架地板的数据机房,空调的冷空气常透过地板底下的通道送达至每个机柜。然而,冷空气传达到远程的机柜时,风量已经减弱,再加上高架地板下通常也布满电缆线以及管路,更对冷空气的传送增加了阻碍,造成热点的重大问题,经过多个项目的现场测试发现,以及依据国内外相关标准及最佳实践,总结出产生局部热点的原因主要有以下6方面:

  1) 单个机柜对应的穿孔地板的送风量与机柜内IT设备所需的风量不匹配

  l 机柜内没有安装设备,对应的穿孔地板风阀没有完全关闭,或者穿孔地板完全关闭了也存在漏风现象,造成冷风量的损失,降低了整体制冷效率;

  l 机柜内安装了设备,对应的穿孔地板的送风量不足,无法满足设备的需求风量,造成设备无法吸入有效的冷量,使得设备进风温度升高。

  2) 机柜内空闲U位未安装盲板

  机柜内空闲U位是指,机柜内尚未安装IT设备的U位,所有U位的空间尺寸相同,均为1U的服务器的宽*高:48.26cm(19英寸)*4.445cm(1.75 英寸)。机柜内空闲U位未安装盲板,导致机柜内微环境气流紊乱,经检测,IT设备排出的热气流,经空闲U位回流至设备进风口,致使设备入口温度大于机柜进风温度,使得设备进风温度升高。

  3) 同列相邻机柜间空隙

  同列相邻机柜间空隙是指,两个机柜之间尚未布置机柜的空间或布置机柜后形成了机柜间无法再布置机柜的空间。同列相邻机柜间空隙的存在,使得冷热气流隔离效果不好,引起冷热气流混合的现象,造成冷量的浪费,热气流的回流使得机柜的进风温度升高。

  4) 机柜底部与静电地板间空间

  机柜底部与静电地板间空间是指,机柜支腿与静电地板间的空间,一般尺寸为0.6m*0.07m。机柜底部与静电地板间空间的存在,会出现热气流从该空间回流至冷通道的现象,冷热气流混合,使得设备进风温度升高。

  5) 热负荷与投入制冷量的匹配程度

  依据能量守恒定律,产生多少的热就需要多少的冷来抵消他,若机房制冷设备产生的总冷量,低于设备产生的总热量,将无法有效的带走设备产生的废热,出现局部热点,使得设备进风温度升高。

  6) 机柜孔密度与设备风量的匹配

  机柜孔密度小的机柜安装了大出风量的设备,设备排出的热气无法高效的被散出,造成机柜内涡流,致使机柜内压力高、温度高。

  三、 局部热点的危害

  局部热点会影响IT设备的运行可靠性,因为依据ASHRAE 2008 推荐的IT设备进风温度在18-27℃范围内为最佳,通过调查以及询问IT设备厂商,统计出数据中心机房各类IT设备对环境的要求(见下图),均满足ASHRAE 2008 推荐范围。目前,服务器机柜内温度过高是目前数据中心普遍存在的问题,由于服务器内温升过高导致服务器宕机的例子也不鲜见,有机构对数据中心服务器宕机的原因做过统计,发现除了服务器本身出现故障导致宕机外,另外两个最主要的原因分别是环境温度过高(占32%)和断电(占22%)。由此可见局部热点这是一个普遍问题。所以,当有局部热点现象存在时,会对设备的运行造成影响,过高的进风温度使得IT设备的运行环境恶劣,设备电源?橛捎谖露裙呷菀姿鸹,也降低了设备的运行可靠性,造成直接的经济损失。

  各类IT设备对环境的要求

  四、 局部热点的解决方法

  传统局部热点的解决方法多数都是加大整个房间的制冷量,这样不但能耗加大,而且局部热点还会时不时出现。另外,还有增加点对点的主动制冷方式,即机架式精确送风空调,但这种方式,投资大,部署周期长,部署也比较空难。中科依据多年的项目经验,以及国内外相关标准及最佳实践,对于局部热点现象的解决方法主要有以下7方面。

  1) 使用Tate DirectPerf导向型通风板和手动风阀,对冷气流进行导流,使90%的冷量直接吹向设备,而且安装方便、简单,不影响设备的正常运行。

  2) 对没有安装盲板的空闲U位加装盲板,阻止气流的紊乱现象;

  3) 封堵同列相邻机柜间空隙,有效隔离冷热通道;

  4) 封堵机柜底部与静电地板间空间,阻止热气流回流的现象。

  5) 热负荷与投入制冷量的匹配程度,依据能量守恒定律,空调实际输出的制冷量与区域热量应是守恒的,安全角度考虑要配备一定的制冷余量,以单台空调出现散热失效不影响区域内设备正常运行为准。

  6) 风量供给与设备需求的匹配程度,该指标从微观上讲应保证机柜不出现因风量不足而引起局部过热,宏观上讲区域总供风量应控制在需求总量的 90% - 110%之间。

  7) 匹配调整穿孔地板开孔率,测量出风量,按设备需求量供给;

  五、 成果案例

  2014年9月12号博悦能工程有限公司对位于微软研发集团总部1号楼18层和2号楼15层的两个机房进行了现场测试。本次测试意在消除机房局部热点、节约成本的目的,通过测量,博悦能公司提出了将现有送风口改用Tate DirectPerf导向型通风板和手动风阀(有实际负载区域完全打开风阀,没有实际负载区域完全关闭风阀)、机柜没有IT设备的区域加装盲板、封堵相邻机柜间空隙、封堵机柜底部与静电地板间空间等节能改造措施,不仅可以减少机房空调系统的能耗,还能避免局部热点的现象,消除IT设备故障隐患。经上述改造后,微软两个机房每年共节省耗电4005072KWH,共节约电费3204057元,共减少1784180kg的CO2排放量。

  1) 使用 Tate DirectPerf导向型通风板和手动风阀替换普通穿孔地板。风口前有运行负载的区域,按需求量打开风阀;风口前没有负载的区域,完全关闭风阀,防止漏风。经测量、分析,对两种地板的送风量、支持负载功率进行分析比较,明显看出,机柜前安装导向型通风板后,机柜获得的风量大,满足高热密度机柜对大风量的需求。

  2) 机柜内空闲U位加装盲板,消除气流紊乱现象,消除局部热点。下图是使用盲板封堵空闲U位前后,用热成像仪拍摄的图,以及对应点温度的变换情况。

  封堵前    封堵后

  3) 同列相邻机柜间空隙进行封堵,有效隔离冷热气流混合。下图是相邻机柜间空隙进行封堵前后,用热成像仪拍摄的图,以及对应点温度的变换情况。

  封堵前                              封堵后

  4) 机柜底部与静电地板间空间进行封堵,阻止热气流回流的现象。下图为机柜底部与静电地板间空间封堵前后,用热成像仪拍摄的图,以及对应点温度的变换情况。

  封堵前                                            封堵后

  六、 小结

  通过以上论述,了解了热点的产生、危害以及解决办法,明确气流组织的优劣直接影响设备的运行可靠性,并对制冷系统能效和费用成本产生直接影响。那么,如何在保持高可靠性的前提下,建设安全、稳定、高效、节能的数据中心,作为管理者我们应主动的去研究机房气流、管控气流,为IT设备营造优良、舒适的工作环境,进而提高设备的工作稳定性和使用寿命。

 
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