数据中心高效制冷之道
摘要:数据中心可以采用的制冷方案,按照冷却方式进行划分,可以分为直接膨胀式以及冷冻水,以及双冷源系统、乙二醇自然冷却系统等。其中,直接膨胀式系统又可以分为风冷式和水冷式。
实现数据中心高效制冷,就需要了解数据中心制冷的原理。本刊特约专家中科院计算所教授唐玛俐在接受采访时表示,有些用户由于对暖通空调不够了解,既不知道数据中心热负荷如何估算,也不了解空调送风和回风阻力。曾经有一个数据中心用户,为了追求美观,用玻璃隔断对数据中心装修,恰恰阻断回风通路,导致数据中心设备报警不断。
数据中心制冷在暖通空调领域只是一个想对比较小的市场。但确实一个要求比较高的市场,数据中心要求恒温恒湿,按照2008年11月12日发布,1009年6月1日实施的电子信息系统机房设计规范(GB50174-2008)的要求,开机时主机房温度为23℃±1℃,湿度为40%~55%。
数据中心可以采用的制冷方案,按照冷却方式进行划分,可以分为直接膨胀式以及冷冻水,以及双冷源系统、乙二醇自然冷却系统等。其中,直接膨胀式系统又可以分为风冷式和水冷式。由于暖通空调行业涉及很多传热传质、流体、环境、大气、温湿度等复杂知识,而数据中心IT设备需求有其独特的特点,因此数据中心制冷,跨暖通和IT两个行业,需要复合型的人才。
水与风的博弈
以往IT业界对空调知识不够重视,了解有限。IT业内经常把风冷和水冷进行对比,特别是刀片服务器的应用,对数据中心机架散热提出了更高要求,液冷门散热方式更多被讨论。但是实际上,除了液冷门方式之外,行级制冷,也就是InRow也是被提及最多的技术。行级制冷空调直接被放置机柜排列中,紧邻高密度机架放置。行级制冷采用水平送风方式,送风距离短、循环风阻小,具有更高的效率。但也经常可以看到针对行级制冷的一些非议,最典型的就是,行级制冷采用水冷方式,由于贴近IT设备摆放,一旦漏水,会危及IT设备可靠稳定运行。在有关机房管理标准中,明令禁止水进入机房。
水冷、风冷这并不是一个非常严谨的描述。水冷式、风冷式以及冷冻水方式,其实都是依靠冷风对数据中心设备提供制冷的。以行级制冷为例,其实也可以采用风冷的方式。
选择数据中心精密空调,并不在于水冷、风冷,还是冷冻水。精密空调有室外机和室内机的分别,其中,IT设备运新所产生的热量是通过室内机空气循环带走的,精密空调产生冷空气,吹过机架之后成为热空气,热空气形成热会风,回到精密空调。
室外机需要负责带走热回风的热量,并生成制冷所需要的冷风(冷空气)。如果是通过压缩机配合冷媒(如氟里昂等),这就是直接膨胀式的原理。冷媒带走的热量,最终也是要散布到室外空气中的,用风带走冷媒热量,就是风冷式,如果采用水,就是水冷式。其中,水冷式有开式和闭式的分别,前者采用冷却塔,后者采用干冷器。
如果不采用冷媒,而是直接采用冷水代替压缩机和冷媒,这就是冷冻水的方案,这里冷水被称为冷冻水。在直接膨胀式的方案中的冷水,被称为冷却水。冷冻水由冷冻机组来提供。
从以上分析可以看出,所谓水不能够进入机房是想对而言。水不进机房,仅仅是不进入部署IT设备的空间,水还是要进入到室内机,除非室外机也采用风冷的方式。如果室外机也采用风冷的方式,就需要具有相应的室外空间来摆放风机。在以往的采访中,记者就曾经接触过这样的案例,中石油川庆物探华阳数据中心机房就是因为受限制于室外空间,导致空调制冷不足,限制了数据中心机房的计算能力。所以,室外机采用风冷对空间有一定的要求。
采用风冷、水冷还是冷冻水方案,需要根据实际情况进行判定。但有一点可以肯定,水和风并不是数据中心制冷的焦点。除了液冷门方式之外,IT设备运行所产生的热量,还是需要通过冷空气带走的,这才是重点。
制冷先“治气”
数据中心用户需要关注的是,数据制冷不仅与温度相关,还与风量有关。经常可以看到有些数据中心用户,特别是一些中小机房用户,会选用家用空调设备对数据中心设备进行制冷,这就是只注意了温度,而没有注意风量。
家用空调与机房专业的精密空调的最大差别就在于风量。家用空调风量比较小,以人感觉舒适为宜。与之相比,精密空调风量就比较大。风量是精密空调的很重要的指标。
对于数据中心机房IT设备而言,要带走设备所产生的热量,与两个因素有关风量、以及风的温度。
某个机柜/机架所需要的风量,与该机柜的功耗、空气的比热容、空气密度以及机柜出风口与进风口的温度差有关,其中,机柜的功耗、空气的比热容、空气密度在房内基本上是不变的,因此,所需要的风量就只与机柜出风口与进风口的温度差有关。对IBM服务器而言,所要求的进出风温差为11℃。
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