摘要：熱通道氣流遏制和冷通道氣流遏制均可顯著提高傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性和效率。盡管兩種方式均可消除冷、熱空氣的混合，但在實(shí)際的實(shí)施和運(yùn)營(yíng)中兩者仍存在差別，而且這種差別將對(duì)作業(yè)環(huán)境、PUE 和節(jié)能冷卻模式運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)生顯著的影響。因此采用讓熱通道氣流遏制系統(tǒng)可以采用熱通道氣流遏制的策略會(huì)比采用冷通道氣流遏制的策略多取得 43%節(jié)能效果，由此在年度 PUE 上有 15%的改善。本文將對(duì)兩種方法進(jìn)行研究，并著重闡述為什么熱通道氣流遏制系統(tǒng)是解決高密度和提高制冷效率的最佳方案。

前言：

較高的能源成本和激增的數(shù)據(jù)中心能耗率已迫使數(shù)據(jù)中心專家開始重新思考其數(shù)據(jù)中心制冷策略。 盡管傳統(tǒng)的制冷技術(shù)(如通過解放高架地板壓力通風(fēng)系統(tǒng)提供的傳統(tǒng)房間級(jí)制冷方式)仍然非常普遍，同時(shí)，熱通道和冷通道氣流遏制等新的技術(shù)正逐步取得顯著的進(jìn)展。除了能效方面的優(yōu)勢(shì)之外, 氣流遏制系統(tǒng)可以使眾多 IT 設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度保持一致，從而消除在不使用氣流遏制系統(tǒng)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)的局部過熱點(diǎn)。

對(duì)于所有新建和很多改建帶有高架地板的數(shù)據(jù)中心，熱通道氣流遏制系統(tǒng)是的首選解決方案，但 因?yàn)椴捎酶呒艿匕宥鴮?dǎo)致機(jī)房可用高度過低，使得實(shí)施起來會(huì)比較困難或者造成成本上升。在這 個(gè)時(shí)候，采用冷通道氣流遏制系統(tǒng)盡管并不是最佳的方式，但是在這種情況下卻是最可行的選項(xiàng)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的不僅型氣流遏制的部署方式，冷通道氣流遏制系統(tǒng)和熱通道氣流遏制系統(tǒng)都會(huì)帶來能源成本上的巨大節(jié)約。本文將分析和量化兩種氣流遏制方式的能耗，而且由于能夠更多的延長(zhǎng)節(jié)能冷卻模式運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)，采用熱通道氣流遏制的策略會(huì)比采用冷通道氣流遏制的策略多取得 43%節(jié)能效果。由此最終得出新建數(shù)據(jù)中心應(yīng)該首選熱通道氣流遏制系統(tǒng)，或者為今后部署熱通道氣流遏制系統(tǒng)做好準(zhǔn)備。

氣流遏制系統(tǒng)的能效優(yōu)勢(shì)

對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)的冷風(fēng)或者熱風(fēng)進(jìn)行遏制會(huì)產(chǎn)生以下能效方面的收益。值得特別注意的是機(jī)柜行采用冷通道/熱通道布局 1對(duì)二者而言都是必要的條件。 

• 制冷系統(tǒng)可以設(shè)置為更高的送風(fēng)溫度（因此能夠節(jié)能和增加制冷容量）而仍然可滿足負(fù)載的安全運(yùn)行溫度。不采用氣流遏制系統(tǒng)的房間級(jí)制冷系統(tǒng)所設(shè)置的送風(fēng)溫度則要比 IT 設(shè)備所要求的溫度低得多（約為 13°C/55°F）,以防止局部過熱點(diǎn)的產(chǎn)生。產(chǎn)生局部過熱點(diǎn)的原因是在冷風(fēng)離開制冷設(shè)備到達(dá) IT 機(jī)柜前的過程中，熱量被帶入冷風(fēng)引起溫升。采用氣流遏制系統(tǒng)允許提高冷風(fēng)的送風(fēng)溫度，以及到達(dá)制冷裝置回的風(fēng)溫度盡可能的高。較高的回風(fēng)為溫度有助于提升冷卻盤管的熱交換，從而提高制冷容量和整體的能效。這種影響對(duì)于幾乎所有的空調(diào)設(shè)備都是存在的。某些設(shè)備會(huì)存在最高回風(fēng)溫度的限制，但是總的來說，所有的制冷系統(tǒng)在較高的回風(fēng)溫度的時(shí)候都會(huì)具有更高的制冷容量。

• 消除局部過熱點(diǎn)。氣流遏制系統(tǒng)能阻止冷風(fēng)在離開制冷設(shè)備到達(dá) IT 機(jī)柜前的過程中與廢熱的混合 。這意味著在制冷裝置一側(cè)的送風(fēng)溫度等于 IT 設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度，即統(tǒng)一的 IT 設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度。當(dāng)沒有冷、熱風(fēng)混合，可以在不產(chǎn)生局部過熱點(diǎn)的的前提下提高送風(fēng)溫度，從而延長(zhǎng)節(jié)能冷卻模式的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

• 延長(zhǎng)節(jié)能冷卻模式運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)，就可以不通過制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)工作來向室外排熱。通過提高制冷系統(tǒng)的工作溫度區(qū)間設(shè)定點(diǎn)可以大幅的延長(zhǎng)制冷系統(tǒng)中停用壓縮機(jī)的時(shí)間，達(dá)到節(jié)能。

• 加濕/除濕成本降低。  通過消除冷、熱風(fēng)混合，設(shè)定較高的制冷系統(tǒng)送風(fēng)溫度，可以使制冷系統(tǒng)在高于露點(diǎn)溫度的工況下運(yùn)行。當(dāng)送風(fēng)溫度高于露點(diǎn)溫度，空氣中的濕度就不會(huì)降低。如果濕度不降低，那么就不需要加濕，這樣就節(jié)約了電能和水。

• 更好的物理基礎(chǔ)設(shè)施整體使用率， 適度規(guī)劃帶來的設(shè)備高效率運(yùn)行。與適度選型的設(shè)備相比，越過度選型的設(shè)備具有的固定損耗越大。然而，由于高架地板下送風(fēng)路徑中的阻礙和風(fēng)道中增壓的力要求額外的風(fēng)機(jī)功率，所以無法避免對(duì)傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)過度規(guī)劃。

冷通道氣流遏制系統(tǒng)

冷通道氣流遏制系統(tǒng)（CACS）使得數(shù)據(jù)中心的其余部分成為一個(gè)大的熱回風(fēng)壓力通風(fēng)系統(tǒng)。通過密閉冷通道，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的冷、熱氣流得以分隔。值得注意的是冷通道氣流遏制系統(tǒng)要求機(jī)柜行采用冷/熱通道布局 

如圖 1 所示是采用冷通道氣流遏制系統(tǒng)，高架地板下送風(fēng)方式和房間級(jí)制冷的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的基本原理。在這種數(shù)據(jù)中心中，可以通過封閉冷通道的頂部和兩端來部署 CACS。這樣做對(duì)于已有的數(shù)據(jù)中心改造是非常方便的。

一些用戶部署了自行開發(fā)的解決方案，數(shù)據(jù)中心操作人員采用各種類型的塑料材料作為門簾從建筑物結(jié)構(gòu)上垂下，以封閉冷通道（見圖 2）。有些廠商現(xiàn)在提供安裝在數(shù)據(jù)中心相鄰機(jī)柜行上的頂板和室門，以便將冷通道與在數(shù)據(jù)中心空間內(nèi)其余部分循環(huán)的熱空氣加以隔離。

圖1 以傳統(tǒng)房間級(jí)制冷方式部署的冷通道氣流遏制系統(tǒng)（CACS） 

圖2 自行搭建的冷通道氣流 遏制系統(tǒng)示例

熱通道氣流遏制系統(tǒng)

熱通道氣流遏制系統(tǒng) (HACS) 將熱通道密閉，以搜集 IT 設(shè)備的排出的廢熱，數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)的其余空間就形成一個(gè)巨大的充滿冷空氣的“冷池”。通過密閉熱通道，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的冷、熱氣流得以分隔。值得注意的是冷通道氣流遏制系統(tǒng)要求機(jī)柜行采用冷/熱通道布局。如圖 1 所示是采用熱通道氣流遏制系統(tǒng)，行級(jí)水平送風(fēng)制冷的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的基本原理。圖 4 中的熱通道氣流遏制系統(tǒng)采用行級(jí)制冷以機(jī)柜行作為獨(dú)立的工作區(qū)域。

另一方面，HACS 可以通過風(fēng)管連接機(jī)房空氣處理裝置（CRAH）或者將整個(gè)熱通道圍成通向大型房間級(jí)空調(diào)單元的煙囪狀風(fēng)道（圖 5）。選用 HACS 的一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)就是可以使用現(xiàn)有的節(jié)能冷卻模式。這種 HACS 設(shè)計(jì)方案適用于大型專用數(shù)據(jù)中心設(shè)施，因?yàn)轱L(fēng)側(cè)節(jié)能冷卻模式效率上的優(yōu)勢(shì)。但這類系統(tǒng)會(huì)需要構(gòu)建大型的充氣空間和/或定制的建筑結(jié)構(gòu)來有效地處理所需的大量空氣。因此，這種 HACS 的變體設(shè)計(jì)非常適用于新建或者大型的數(shù)據(jù)中心。值得注意的是，上面提到的 HACS 選項(xiàng)也同樣適用于 CACS。但是本文將會(huì)在下文論證 HACS 的節(jié)能效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于 CACS。 

圖3 熱通道氣流遏制系統(tǒng)(HACS) 與房間及空調(diào) 一起部署

圖4 作為獨(dú)立區(qū)域運(yùn)行的 熱通道氣流遏制系統(tǒng)（HACS）

圖5 熱通道氣流遏制系統(tǒng) (HACS) 風(fēng)道連接至獨(dú)立制冷模塊

氣流遏制系統(tǒng)對(duì)作業(yè)環(huán)境的影響

不去考慮氣流遏制系統(tǒng)的種類，數(shù)據(jù)中心仍然需要有工作人員在其中工作。事實(shí)上，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)封閉通道外的開放空間內(nèi)放置人員工作臺(tái)是非常普遍的。這種開放區(qū)域，稱之為作業(yè)環(huán)境，必須保持在一個(gè)合理的溫度而不能違反OSHA的法規(guī)條例或者ISO 7243（在中國請(qǐng)參見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4200/2008）中對(duì)濕球黑球溫度（WBGT）5范圍的指導(dǎo)原則。請(qǐng)注意封閉通道外的開放空間在采用不同氣流遏制系統(tǒng)是的區(qū)別：

• 當(dāng)采用冷通道氣流遏制系統(tǒng)時(shí)，通常所說的開放的作業(yè)區(qū)域（包括通道，辦公臺(tái)等）的溫度就會(huì)和熱通道的溫度一樣，如圖 6 中紅色陰影部分所示。

• 而采用熱通道氣流遏制系統(tǒng)時(shí)，通常所說的開放的作業(yè)區(qū)域的溫度就會(huì)和冷通道的溫度相同，如圖 6 中藍(lán)色陰影部分所示。

圖6 采用冷通道氣流遏制 和熱通道氣流遏制的 作業(yè)環(huán)境

采用 CACS 時(shí)，熱通道內(nèi)的溫度過高也會(huì)導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境溫度同樣過高，對(duì)長(zhǎng)期在數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)作業(yè)的 IT 人員產(chǎn)生不良影響。而采用 HACS，高溫只存在于封閉的熱通道之內(nèi)，而不會(huì)影響到在機(jī)房?jī)?nèi)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的人員。

值得注意的是在IT人員需要進(jìn)入熱通道進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候，還可以在作業(yè)之前打開門使冷風(fēng)中和掉熱通道的高溫（在機(jī)柜后部）。 即使保持熱通道關(guān)閉，仍然符合作業(yè)環(huán)境的法規(guī)，兩點(diǎn)原因如下： 1）人員并不是在高溫環(huán)境（熱通道）內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)期作業(yè)，采用CACS則不然，而且 2）絕大部分的作業(yè)都發(fā)生在IT機(jī)柜的前部。這樣就遵守了在WBGT6 為 32.2°C（90°F）時(shí)OSHA所要求的 25%工作和 75%休息的勞逸比例。這就意味著采用HACS的熱通道溫度最高可達(dá) 47°C

（117°F）。HACS允許較高的熱通道溫度而不影響到機(jī)房?jī)?nèi)的其它空間是HACS和CACS之間最關(guān)鍵的區(qū)別，因?yàn)檫@樣可以使機(jī)房空氣處理裝置（CRAH）更高效的運(yùn)行。 

與人員的舒適性同等重要的還有 IT 設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。2008 年發(fā)布的 ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn) TC9.9 建議服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度區(qū)間為 18-27°C（64.4-80.6°F）。采用 CACS，房間的其它部分(作業(yè)環(huán)境) 會(huì)相對(duì)較熱 ，遠(yuǎn)超過 27°C（80°F），當(dāng)采用高密度 IT 設(shè)備時(shí) 將會(huì)超過 38°C（100°F）。因此，任何進(jìn)入數(shù)據(jù)中心的人在步入這種高溫環(huán)境時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不適，在這種環(huán)境下連基本的巡視都很不現(xiàn)實(shí)。采用 CACS，需要調(diào)整人員的預(yù)期是他們明白這種較高的溫度是“正常的”，而不是系統(tǒng)即將宕機(jī)的表現(xiàn)。這種觀念上的變化也會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)人員不情愿進(jìn)入數(shù)據(jù)中心在高溫環(huán)境下作業(yè)而受到質(zhì)疑。

不僅如此，在使數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行在較高的溫度時(shí)，必須為非成行排列的 IT 設(shè)備（例如磁帶庫和大型主機(jī)）采取特殊的措施。采用 CACS 時(shí)，房間作為一個(gè)充滿熱空氣的“熱池”，這些設(shè)備將需要通過定制的風(fēng)管從密閉的冷通道獲得冷風(fēng)。在熱環(huán)境中部署打孔地板雖然可以有助于冷卻這種設(shè)備，但是破壞了使用氣流遏制系統(tǒng)來減少冷、熱風(fēng)混合的初衷。此外，機(jī)房?jī)?nèi)的電源插排、照明、消防和其它系統(tǒng)將需要重新對(duì)溫升后的可行性進(jìn)行評(píng)估。

熱通道氣流遏制與冷通道氣流遏制對(duì)比分析

在不考慮氣流遏制系統(tǒng)冷、熱空氣泄漏的情況下，我們通過理論性分析來比較 CACS 和 HACS各自的最佳狀態(tài)下的性能。而通常高架地板泄露比例約為 25-50%，氣流遏制系統(tǒng)的泄露約為 3- 10%。用于本分析的的假設(shè)如附錄中所列。節(jié)能冷卻模式的運(yùn)行時(shí)間（以小時(shí)計(jì)）和 PUE 是通過對(duì)節(jié)能冷卻模式時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行建模和對(duì)數(shù)據(jù)中心 PUE 進(jìn)行建模估算得到的。在此也同時(shí)對(duì)無氣流遏制系統(tǒng)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析，作為分析 CACS 和 HACS 影響的基準(zhǔn)值。

表1 無氣流遏制、HACS 和CACS 的結(jié)果 

對(duì) CACS 和HACS 都比較了以下三種溫度狀況：   

1.IT進(jìn)風(fēng)溫度維持恒定的 27°C（80.6°F） – ASHARE 推薦的進(jìn)風(fēng)溫度的最大值 7

1. CACS – 未封閉的區(qū)域（熱通道）無溫度限制會(huì)影響人員的舒適性和獨(dú)立 IT 設(shè)備的安全性

2. HACS – 未封閉的區(qū)域（冷通道）的溫度限制在與 IT 進(jìn)風(fēng)溫度相同

2.未封閉的開放作業(yè)區(qū)域溫度維持恒定的 27°C（80.6°F） – ASHARE 推薦的進(jìn)風(fēng)溫度的最大值

1. CACS – 需大幅降低 IT 進(jìn)風(fēng)溫度以保持未封閉區(qū)域（熱通道）的溫度

2. HACS –IT 進(jìn)風(fēng)溫度限制在與未封閉的區(qū)域（冷通道）的溫度相同

3.未封閉的開放作業(yè)區(qū)域保持 24°C（75°F） – 標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度

1. CACS – 需大幅降低 IT 進(jìn)風(fēng)溫度以保持未封閉區(qū)域（熱通道）的溫度

2. HACS – IT 進(jìn)風(fēng)溫度限制在與未封閉的區(qū)域（冷通道）的溫度相同

表 1 總結(jié)分析的結(jié)果, 所使用的參數(shù)如下： 

• IT 進(jìn)風(fēng)干球溫度

• 數(shù)據(jù)中心作業(yè)環(huán)境，即未封閉空間干球溫度和濕球黑球溫度（WBGT）

• 節(jié)能冷卻模式運(yùn)行時(shí)間 – 一年內(nèi)不需要冷水機(jī)工作的時(shí)間

• 立方米每秒（m³/s）立方英尺每分鐘 （CFM） – 由 CRAH 裝置所提供的總風(fēng)量與 IT 設(shè)備需要的風(fēng)量之比

• PUE – 數(shù)據(jù)中心行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)效率參數(shù)

下表中第一行提供的無氣流遏制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的基準(zhǔn)值。

情況 #1 結(jié)果：

在這種情況下，CACS 在最佳狀態(tài)運(yùn)行時(shí)可以獲得 6,218 小時(shí)的節(jié)能冷卻模式運(yùn)行時(shí)間，PUE約為 1.65。在忽略人員健康與舒適性以及獨(dú)立 IT 設(shè)備安全性的情況下，CACS 和 HACS 的效率是相當(dāng)?shù)?。但是在這種狀態(tài)下的作業(yè)環(huán)境干球溫度達(dá)到不現(xiàn)實(shí)的 41°C（106°F），相對(duì)濕度21%。 這相當(dāng)于濕球黑球溫度（WBGT） 為 28°C（83°F），幾乎達(dá)到 OSHA 所允許的濕球黑球溫度 WBGT 的最大上限 30°C（86°F）。這對(duì) IT 人員的作業(yè)環(huán)境和獨(dú)立 IT 設(shè)備來說是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)際上，這種高溫會(huì)加劇冷空氣的泄露。這種泄露的影響將在之后的“氣流泄露對(duì)理論分析的影響”章節(jié)中加以討論。

情況 #2 結(jié)果：

在這種情況下，作業(yè)環(huán)境溫度保持在 27°C（81°F），會(huì)導(dǎo)致 CACS 的年度節(jié)能冷卻時(shí)間降低為2,075 小時(shí)，PUE 與情況#1 相比變差而升高 13%。相應(yīng)的 IT 進(jìn)風(fēng)溫度變?yōu)?13°C（56°F）。采用 HACS 的結(jié)果在情況#2 下與情況#1 的相同，因?yàn)閮烧叩倪M(jìn)風(fēng)溫度相同。情況#2 中的 CACS和 HACS 都可以保證一個(gè)可以接受的 IT 設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度在 ASHRAE 推薦的范圍之內(nèi)，但是作業(yè)環(huán)境溫度與人員舒適性的要求還有一定差距。HACS 系統(tǒng)可以提供 4,143 小時(shí)的年度自然冷卻運(yùn)行時(shí)間，以及 PUE 優(yōu)于采用 CACS 時(shí) 11%。 

情況 #3 結(jié)果：

當(dāng)作業(yè)環(huán)境溫度限制在 24°C（75°F）時(shí)，可滿足人員舒適性的要求。這個(gè)溫度會(huì)導(dǎo)致 CACS 的年度節(jié)能冷卻時(shí)間降低為 0，PUE 與情況#2 相比變差而升高 6%。相應(yīng)的 IT 進(jìn)風(fēng)溫度變?yōu)?10°C （50°F）。這時(shí)，HACS 的節(jié)能冷卻模式的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)降低至 5,319 小時(shí)，PUE 為 1.69。情況#3中的 CACS 和 HACS 都可以保證一個(gè)可以接受的作業(yè)環(huán)境溫度和 IT 設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度在 ASHRAE推薦的范圍之內(nèi)。與采用 CACS 相比，HACS 系統(tǒng)可以提供 5,319 小時(shí)的年度自然冷卻運(yùn)行時(shí)間，以及 PUE 優(yōu)于采用 CACS 時(shí) 15%。 

表2 CACS 和 HACS 的成本明細(xì)，最高作業(yè)環(huán)境溫度為24°C（75°F）

表2 對(duì)上述情況#2 和情況#3 中的 CACS 和 HACS 兩種情況的能耗進(jìn)行細(xì)化和量化。能源成本被細(xì)化為 IT，供電，制冷和數(shù)據(jù)中心總體能耗。   

• IT 能耗包括所有 IT 設(shè)備，為恒定的 700kW

• 供電能耗包括開關(guān)柜、發(fā)電機(jī)、UPS、主要和關(guān)鍵輔助設(shè)備、照明以及關(guān)鍵配電等系統(tǒng)所產(chǎn)生的的損耗

• 制冷能耗包括冷水機(jī)、冷卻塔、冷水泵、冷凝水泵和機(jī)房空氣處理裝置（CRAH）所使用的能量。

• 總體能耗包括 IT、供電、制冷的能耗之和，并與 PUE 直接相關(guān)

典型數(shù)據(jù)中心中，按 50%的負(fù)載率算，IT 能耗在總體能源成本中占有最大的比例，其次是制冷系統(tǒng)的能源成本。圖 2 顯示，降低未封閉的作業(yè)區(qū)域的溫度時(shí)，采用 CACS 的能耗上升（6%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用 HACS 的能耗上升（2%）。這是因?yàn)楫?dāng)未封閉的作業(yè)區(qū)域的溫度保持恒定時(shí)，采用 CACS 的的冷凍水溫度設(shè)定總是低于采用 HACS 時(shí)的設(shè)定。事實(shí)上，采用 CACS 時(shí)冷凍水設(shè)定溫度和服務(wù)器的溫升有著直接的關(guān)系。如果提高服務(wù)器溫升幅度，那么采用 CACS 而受到的損失就會(huì)更大。

現(xiàn)在再來研究情況#3 下的節(jié)約比例，HACS 可以減少 43%的制冷能源成本。最大的節(jié)約是停用冷水機(jī)時(shí)運(yùn)行在節(jié)能冷卻模式貢獻(xiàn)的，如圖 7 所示。在此作業(yè)環(huán)境溫度下，受制于低的冷凍水供水溫度（2.4°C /36°F），CACS 則不能受益于任何節(jié)能冷卻模式。CACS 系統(tǒng)中冷水機(jī)額外運(yùn)行時(shí)間造成的開關(guān)柜上的損耗也略有增加，造成在電力系統(tǒng)上的微小的差異。

將傳統(tǒng)的無氣流遏制系統(tǒng)的機(jī)房作為基層準(zhǔn)來進(jìn)行比較，采用 CACS 會(huì)讓制冷系統(tǒng)多消耗 25%的能源，而讓整個(gè)數(shù)據(jù)中心多消耗 8%的能源。將傳統(tǒng)的無氣流遏制系統(tǒng)的機(jī)房作為基層準(zhǔn)來進(jìn)行比較，采用 HACS 會(huì)減少制冷系統(tǒng)消耗 28%的能源，從而減少整個(gè)數(shù)據(jù)中心消耗 8%的能源。 

從此分析中可以清楚地得出，在實(shí)際作業(yè)環(huán)境溫度限制和溫暖的氣候下，熱通道氣流遏制系統(tǒng)提供比冷通道氣流遏制系統(tǒng)更長(zhǎng)的自然冷卻時(shí)長(zhǎng)和更低的 PUE。不管采用何種制冷架構(gòu)和排熱方式（無論 房間級(jí)還是行級(jí)，冷凍水還是直膨式)，最終結(jié)果都是如此。 

圖7 情況#3 年度制冷能耗明細(xì) 

氣流泄露對(duì)理論分析的影響

在之前的分析中假設(shè) CACS 和 HACS 封閉良好，所以不存在氣流泄漏的。通過這種超現(xiàn)實(shí)的假設(shè)可以按 CRAH 裝置的最大效率進(jìn)行計(jì)算，這樣可以將 CACS 和 HACS 進(jìn)行公平的比較。在現(xiàn)實(shí)中，CACS 和 HACS 總會(huì)存在冷空氣泄漏的問題，這就需要 CRAH 的風(fēng)機(jī)提供比 IT 設(shè)備所需要的更大的風(fēng)量。即使 CRAH 使用的是可調(diào)速的風(fēng)機(jī)，也不例外。所提供的風(fēng)量必須等于 IT 設(shè)備所需的風(fēng)量 加上從氣流遏制系統(tǒng)以及送風(fēng)環(huán)節(jié)中，例如高架地板，泄漏掉的風(fēng)量。例如，如果 CRAH 裝置提供 47m3/s (100,000 CFM)的冷風(fēng)，而 IT 設(shè)備只需要 38m3/s (80,000 CFM)的冷風(fēng)， 那么其余的 9m3/s (20,000 CFM)的冷風(fēng)就一定是從其它途徑回到 CRAH 裝置。 

任何沒有被用于冷卻 IT 設(shè)備的的冷風(fēng)都意為著能源的浪費(fèi)。這種能源浪費(fèi)存在于以下兩種形式：1）風(fēng)機(jī)用于送回風(fēng)的能耗，以及 2）水泵用于推動(dòng)冷凍水通過換熱盤管的能耗。不僅如此，冷熱風(fēng)混合還會(huì)降低 CRAH 的容量。在需要排出的熱量相同的情況下，冷、熱風(fēng)混合越嚴(yán)重，就需要越多的 CRAH 裝置來移除熱量，以保持 IT 設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度。 

為了理解氣流泄露的影響，引入不同的氣流泄露比例來重新再進(jìn)行一次進(jìn)行分析。由于添加額外的 CRAH 裝置意味著風(fēng)機(jī)的能耗上升，但是 CACS 的能耗上升要高于 HACS。這是因?yàn)橛捎贑ACS 泄露而導(dǎo)致的冷熱風(fēng)混合要多于由于 HACS 泄露而導(dǎo)致的冷熱風(fēng)混合。采用 HACS 的熱通道只會(huì)受到來自機(jī)柜進(jìn)線口泄露的影響。而采用 CACS 的熱通道則會(huì)受到來自機(jī)柜的進(jìn)線切口、地板周邊的的進(jìn)線切口以及配電柜頂部和底部的進(jìn)線口等的泄漏的影響。這就意味 CACS的冷空氣泄漏高于 HACS 超過 50%。HACS 在制冷上的能效節(jié)約仍然存在且有效。 

CACS 和 HACS 的比較總結(jié) 

表3 基于本文中所述的特性對(duì) CACS 和 HACS 進(jìn)行總結(jié)。綠色陰影部分顯示針對(duì)特定特性的最佳選擇。

表3 冷通道氣流遏制和熱通道氣流遏制對(duì)比總結(jié)

消防系統(tǒng)考量

根據(jù)數(shù)據(jù)中心的位置，在 HACS 或 CACS 的密閉區(qū)域內(nèi)可能需要有火災(zāi)檢測(cè)和/或滅火設(shè)備。首選的滅火機(jī)構(gòu)通常是由溫度激活的噴淋器。氣體滅火劑通常是輔助系統(tǒng)，可由煙感器啟動(dòng)。美國國家消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) NFPA 75 并未表達(dá)在 HACS 或 CACS 內(nèi)是否應(yīng)配備噴淋器或氣體滅火劑的觀點(diǎn)。然而，NFPA 75 卻表述了可適用于 HACS / CACS 的以下兩項(xiàng)要求： 

• 自動(dòng)化信息存儲(chǔ)系統(tǒng)（AISS）單元（包含可燃介質(zhì)，總存儲(chǔ)容量超過 0.76 m3）應(yīng)在每一單元內(nèi)由自動(dòng)噴淋系統(tǒng)或配有延長(zhǎng)噴射裝置的氣體滅火劑滅火系統(tǒng)加以保護(hù)（注：此信息非常重要，因?yàn)樗?guī)定了在數(shù)據(jù)中心的密閉空間內(nèi)設(shè)置火災(zāi)檢測(cè)和滅火裝置的先例）。

• 保護(hù) ITE 機(jī)房或 ITE 區(qū)域的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)應(yīng)根據(jù) NFPA 25“水基消防系統(tǒng)的檢查、測(cè)試和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行維護(hù)。

在實(shí)踐中，HACS 和 CACS 已在多處現(xiàn)場(chǎng)成功安裝噴淋器和氣體滅火劑滅火裝置，并通過了論證。 施耐德電氣旗下 APC 的 第 159 號(hào)應(yīng)用說明提供了更加詳細(xì)的信息說明和討論在熱通道封閉環(huán)境內(nèi)部署消防系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)和普遍的實(shí)踐操作。關(guān)于給定地點(diǎn)的特定要求，應(yīng)與 AHJ聯(lián)系。

值得注意的是任何風(fēng)道 (例如，高架地板或下沉的天花板) 都要按照空氣分配進(jìn)行額定分級(jí)。

結(jié)論

防止冷、熱空氣混合是所有高效數(shù)據(jù)中心制冷策略的關(guān)鍵所在。與傳統(tǒng)制冷方式相比 HACS 和CACS 都有助于提升功率密度和能效。熱通道氣流遏制系統(tǒng)（HACS）是一種比冷通道氣流遏制系統(tǒng)（CACS）更高效的方式，因?yàn)槠湓试S更高的作業(yè)環(huán)境溫度，提高冷凍水供回水溫度區(qū)間設(shè)定 ，從而延長(zhǎng)節(jié)能冷卻模式的的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，最終帶來巨大的電力成本節(jié)約。將制冷溫度設(shè)定點(diǎn)提高的同時(shí)，保持舒適的作業(yè)環(huán)境溫度（即未進(jìn)行封閉的區(qū)域的溫度）。

文中的分析顯示在數(shù)據(jù)中心安裝 HACS 的制冷系統(tǒng)會(huì)比安裝 CACS 的制冷系統(tǒng)能夠保持作業(yè)環(huán)境溫度在 24°C /75°F 同時(shí)，多取得 43%節(jié)能效果，由此在年度 PUE 上有 15%的改善。綜上所述，本白皮書認(rèn)為 HACS 應(yīng)該作為新建數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案的首選氣流遏制策略。即使在初期不需要部署氣流遏制系統(tǒng)，新建數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案應(yīng)該為將來 HACS 的部署作出預(yù)留。在現(xiàn)有的高架地板和房間級(jí)制冷的布局中部署 CACS 是更加容易和經(jīng)濟(jì)的。

本文標(biāo)題：熱通道與冷通道氣流遏制對(duì)數(shù)據(jù)中心的影響

本文鏈接：http://www.yangziriver.cn/faq3/1066.html
[版權(quán)聲明]除非特別標(biāo)注，否則均為本站原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載時(shí)請(qǐng)以鏈接形式注明文章出處。