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IDC機房雖然也屬于通信機房,但其高功耗、高集成度、高熱密度、高保障要求的特點明顯區(qū)別于傳統(tǒng)機房,IDC機房的機架排列方式和機架內(nèi)發(fā)熱特點也與傳統(tǒng)機房不同,因此氣流組織的問題在IDC機房中至關重要,將直接影響到機房的可靠性、可用性和經(jīng)濟性。
IDC機房在國外發(fā)展了20多年,在國內(nèi)也發(fā)展了10多年,隨著計算機技術的進一步發(fā)展和刀片式服務器的推廣應用,IDC機房在功率密度上還將大幅提升,屆時目前IDC機房的常規(guī)配置標準和建設手段儼然無法滿足需求。多年的經(jīng)驗教訓告訴我們,解決好氣流組織問題則IDC機房成功了一半。就目前國內(nèi)外的一些研究情況來看,氣流組織仍是探索和爭議的焦點。因此,深入探討這一問題,并在實踐中不斷進步,對于IDC機房的發(fā)展具有重要意義。
數(shù)據(jù)中心通過約束空調(diào)送出的冷氣流或者約束數(shù)據(jù)設備排出的熱氣流,讓冷氣流直接進入數(shù)據(jù)設備或讓熱氣流順利返回機房空調(diào),避免氣流在輸送過程發(fā)生泄漏和混風。一方面有效避免數(shù)據(jù)設備出現(xiàn)高溫或局部過熱,另一方面保證較低的送風溫度和較高的回風溫度,最大限度地利用空調(diào)送出的冷量和風量,提高了空調(diào)的制冷效率,達到降耗節(jié)能的目的。
目前IDC機房建設規(guī)模不斷擴大,服務器的集成度不斷提高,給數(shù)據(jù)設備的功率提升和其部署方式帶來了新的冷卻問題,這使得IDC機房內(nèi)的制冷空調(diào)問題已經(jīng)超越電源存在的問題,成為電信運營IDC的首要問題。
從現(xiàn)在IDC的運行情況來看,IDC機房空調(diào)電源中斷,空調(diào)冷量設計、機房大環(huán)境氣流組織不合理、機柜內(nèi)部小環(huán)境氣流組織不合理、機柜熱量過大、機柜布置不合理等問題是導致機房過熱的主要原因和問題。對于這些熱點問題,應該從空調(diào)電源保障、空調(diào)的配置、氣流組織和高密服務器布置等方面進行探討和解決。
1、IDC機房空調(diào)解決方案
IDC機房內(nèi)發(fā)熱厲害,溫度梯度變化也大,通風降溫復雜,而空調(diào)使用的是市電,一旦停電,就會造成機房溫度躥升。在一般的通信機房,由于功率密度低,柴油發(fā)電機起動延遲和常規(guī)的電源倒閘操作是沒有問題的,但是對IDC機房來說,在電源中斷的這段時間內(nèi)是難以接受的,空調(diào)會停止制冷,特別是空調(diào)風機的停機導致了氣流循環(huán)的中斷。據(jù)測試,在單機柜 5kW 負載情況下,機房溫度會在發(fā)電機起動延遲和電源倒換過程中升高5~20℃;如果電源中斷時間過長,就會演變?yōu)橐粓鰹碾y。可見,保障IDC機房空調(diào)的電源可靠性和提升可用性是重中之重,必須制定可靠的空調(diào)電源保障方案,以防止空調(diào)電源中斷或盡量縮短電源中斷時間。另外,IDC的空調(diào)配電可以采用以下兩種方法。
1. IDC空調(diào)雙電源方案
對于IDC機房,同一個機房的空調(diào)電源最好不要同時使用同一路電源,以防止一路電源中斷就會導致機房溫升過高。IDC機房的空調(diào)配電屏,進線電源必須有兩路,兩路電源必須來自不同的低壓配電系統(tǒng),兩路電源間可以手動切換或者采用ATS自動倒換,如果采用ATS,那么最好設置成不同的主路(但是在油機供電下,要注意ATS的自動切換可能會引起部分油機的過載);一且電源中斷,可以縮短中斷時間并減小影響面。
2. 空調(diào)配電屏接線方法
相鄰的空調(diào)應該從不同的空調(diào)配電屏引出,如果1個機房布置16臺空調(diào),兩塊空調(diào)配電屏,那么1、3、5、7等奇數(shù)空調(diào)就從配電屏1引入(主要使用市電1),2、4、6、8等偶數(shù)空調(diào)從配電屏2引入(主要使用市電2)。這樣即使一路電源發(fā)生異常,也只影響到部分空調(diào),恢復的時間很快。
一個大型的IDC機房最好有兩塊以上的空調(diào)配電屏,以方便上述方法的空調(diào)接線,如果僅采用一塊空調(diào)配電屏,空調(diào)配電屏內(nèi)部的斷路器要有備份和冗余。
可以將以上方法進行綜合應用,既采用單ATS方案,又采用雙ATS電源屏方案。
2、空調(diào)配置
機房空調(diào)的冷量要大于機房的最大熱負荷并有富余??照{(diào)的配置原則是根據(jù)機房總熱量總體規(guī)劃空調(diào)設計,按照N+1原則配置空調(diào)數(shù)量的。可是我們會遇到這樣一個問題:空調(diào)已經(jīng)按照N+1配置,為什么IDC機房溫度會降不下來?
1. 分區(qū)配王原則
傳統(tǒng)的配置是以機房為單位的;采用的是房間級制冷,空調(diào)以機房為單位進行制冷,但這種方法的配置和冗余并不適用于大型的IDC機房。
現(xiàn)在的IDC機房由于建設規(guī)模大、面積大和機柜功率密度高,因此不宜設計為正方形而應為長條形,這樣有利于空調(diào)布置,并減少空調(diào)的送風距離。而且如果按照房間級配置空調(diào),一臺空調(diào)發(fā)生故障,由于冗余的空調(diào)相距過遠,氣流組織無法送達,會造成局部機柜設備過熱。因此,大型IDC機房的空調(diào)要進行分區(qū)配置,即把一個大型的DC機房劃分為若干個分區(qū),然后保證每一個分區(qū)內(nèi)的空調(diào)均有冗余,這樣空調(diào)發(fā)生故障后,每一塊區(qū)域內(nèi)的服務器才是安全的。例如,某電信的DC機房,就以四列的機柜為一個分區(qū),然后按照每個分區(qū)都滿足N+1的冗余方式配置,是一種比較安全的辦法。
2. 空調(diào)冷量取值要合理
機房空調(diào)的冷量計算要采用顯冷量,而不是空調(diào)全冷量。要保證機房空調(diào)的總顯冷量始終大于機房的熱負荷,但是機房空調(diào)的顯冷量是一個變值,它標注的顯冷量是在23℃、50%下測定的,隨著機房濕度的增高,機房空調(diào)的顯熱比會下降。例如,一臺制冷量標注100kW的機房空調(diào),測試工況下顯冷量90 kW,當機房相對濕度達到65% 以上時,空調(diào)的顯冷量只有80 kW,20% 的冷量消耗在除濕過程中。設計過程中如果按90 kW或者100 kW的數(shù)據(jù)設計,在夏季高溫高濕環(huán)境下,機房的冷量就會不夠。另外,在較大的IDC機房里面,由于混風情況的存在,導致空調(diào)的冷量進一步下降。因此,在確定空調(diào)的制冷總容量時,必須加大30% 以上,目前經(jīng)驗認為,空調(diào)的總制冷量必須是機房熱負荷的1.3~1.5倍,大型的IDC必須取上限.
3. 合理的N值
從IDC運行情況來看,N+1的N數(shù)值要合適,N大了,冗余度不夠,機房不安全;N小了,機房會安全,但投資大且造成空調(diào)運行的能效比過小,如果采用冷備用空調(diào)(停機),部分冷風也會從停機的空調(diào)回風口跑出來,造成氣流短路或者氣流倒灌,影響機房的原有氣流組織,如果能夠以低速或者低風量運行備用空調(diào),那么總體風機功率就可以下降,效率提升;IDC機房空調(diào)的N取值4~5是比較合理的,這與分區(qū)配置的道理是一樣的。
另外,對于部分新建和擴建機房,由于負荷的不確定,空調(diào)無法一步安裝到位,隨設備的增加而陸續(xù)增加的,這種情況要統(tǒng)一規(guī)劃好空調(diào)的位置,并跟蹤機房熱負荷的變化情況,適時增配空調(diào),確保機房始終滿足N+1原則。
空調(diào)配置多,可以提高機房的安全性,但會降低空調(diào)的能效比,導致耗電量上升。如何以較少的備用機房空調(diào)在高密度機房情況下實現(xiàn)冗余,是機房空調(diào)運行的一個難題。
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