徐慧姣

（山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000）

0 引 言

隨著IT設(shè)備的高精密度化發(fā)展，數(shù)據(jù)機(jī)房面臨的散熱問(wèn)題成為了人們的關(guān)注熱點(diǎn)，數(shù)據(jù)機(jī)房是進(jìn)行數(shù)據(jù)集中處理的重要場(chǎng)所，全年不間斷的運(yùn)行會(huì)使數(shù)據(jù)機(jī)房中的設(shè)備消耗大量電量和熱量。針對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房高能耗的問(wèn)題，引入了多種節(jié)能降耗的方案對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行降溫，在眾多方案中，冷通道封閉能夠?qū)⒗錈峥諝膺M(jìn)行隔離，利用冷量的優(yōu)勢(shì)降低熱量，將冷空氣封閉在冷通道中，逐漸升高冷量利用率，從而實(shí)現(xiàn)降溫和節(jié)能的雙重效果。

1 冷通道封閉技術(shù)

1.1 應(yīng)用冷通道封閉技術(shù)的緣由

數(shù)據(jù)機(jī)房在運(yùn)行過(guò)程中容易受到外部或者內(nèi)部因素的條件制約，造成機(jī)房中氣流組織不流通。數(shù)據(jù)機(jī)房中的設(shè)備主要依靠空調(diào)的冷風(fēng)和散熱交換，將熱量驅(qū)散，以降低機(jī)架中的溫度。當(dāng)熱交換不夠流暢時(shí)，數(shù)據(jù)機(jī)房中空調(diào)設(shè)備的容量配置要高于現(xiàn)有需求量才能夠滿足機(jī)房散熱需求，這種不合理地規(guī)劃會(huì)增加運(yùn)行成本，需要增加多臺(tái)空調(diào)設(shè)備才能夠達(dá)到一定的降溫效果[1]?；诖?，利用冷通道封閉技術(shù)，將機(jī)房中的冷熱空氣進(jìn)行隔離，讓冷空氣能夠順利進(jìn)入設(shè)備的內(nèi)部與熱量進(jìn)行交換，從而將產(chǎn)生的熱空氣送至空調(diào)機(jī)組中。該技術(shù)可以有效預(yù)防冷熱氣流在運(yùn)行中發(fā)生短路的情況，提高了空調(diào)系統(tǒng)的冷量利用率。

1.2 冷通道封閉技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在數(shù)據(jù)機(jī)房中應(yīng)用冷通道技術(shù)，可以將機(jī)房中冷熱氣流進(jìn)行隔離，避免機(jī)房?jī)?nèi)部產(chǎn)生熱點(diǎn)，機(jī)房?jī)?nèi)部發(fā)生熱點(diǎn)的原因是當(dāng)冷氣流離開(kāi)空調(diào)設(shè)備到達(dá)機(jī)柜前易造成冷量損耗，使得距離較遠(yuǎn)的機(jī)柜無(wú)法得到制冷，沒(méi)有充足的冷量進(jìn)行降溫。而使用冷通道封閉技術(shù)能夠減少冷量的流失，讓冷量能夠均勻的進(jìn)入到機(jī)柜內(nèi)部，杜絕機(jī)房?jī)?nèi)部產(chǎn)生熱點(diǎn)的可能性；提高冷量利用率，降低機(jī)房能耗[2]；提高機(jī)房中設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性；技術(shù)成熟，施工簡(jiǎn)單。機(jī)房設(shè)備中的尺寸和機(jī)柜的間距都有明確標(biāo)準(zhǔn)，因此冷通道技術(shù)可以進(jìn)行模塊化安裝，施工簡(jiǎn)潔，冷通道封閉技術(shù)還可以與消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，是一種非常成熟的技術(shù)。

2 冷通道封閉技術(shù)在數(shù)據(jù)機(jī)房中的應(yīng)用

2.1 空調(diào)散熱與冷通道封閉散熱的氣流組織情況對(duì)比

2.1.1 空調(diào)散熱

機(jī)柜的擺放方式一般為面對(duì)面，或者背對(duì)背。空調(diào)的冷氣流將冷風(fēng)送到地板下空間作為靜壓箱，通風(fēng)底板將冷風(fēng)送到機(jī)柜的前端，設(shè)備吸收冷氣后溫度會(huì)降低，熱氣流會(huì)從機(jī)柜的背面排出，升到天花內(nèi)，空調(diào)將熱氣流吸收后進(jìn)行降溫。使用空調(diào)進(jìn)行降溫的好處是，低溫氣流從底部將冷空氣送到設(shè)備中，設(shè)備吸收足夠的熱量后會(huì)回到空調(diào)機(jī)組頂端，冷熱氣流的流動(dòng)方向保持一致，從而得到較好的空調(diào)效果，如圖1所示。

2.1.2 冷通道封閉技術(shù)散熱

數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的設(shè)備擺放方式不變，使用通道門(mén)或者頂棚等裝置將面對(duì)面擺放的機(jī)柜進(jìn)行封閉，讓冷熱空氣進(jìn)行分離[3]。如圖2所示。

使用冷通道封閉的方式，可以將數(shù)據(jù)中心的冷空氣與熱空氣進(jìn)行隔離，防止機(jī)房的內(nèi)部發(fā)生熱點(diǎn)。采用冷通道封閉的方式將冷氣流隔離后，避免與熱氣流發(fā)生混合，從而提高送風(fēng)的溫度，提升制冷設(shè)備的回風(fēng)溫度，回風(fēng)溫度的提升可以將冷卻盤(pán)管的熱交換效率提高，從而保持整體較好的性能。冷通道封閉可以將冷熱氣流混合的發(fā)生概率消除，對(duì)制冷系統(tǒng)的送風(fēng)溫度進(jìn)行設(shè)置，讓制冷系統(tǒng)在正常的工況下運(yùn)行。送風(fēng)溫度高于露點(diǎn)溫度的情況下，空氣中的濕度將會(huì)保持一個(gè)良好的狀態(tài)，濕度穩(wěn)定則不需要采取措施進(jìn)行加濕，可以節(jié)約電能，節(jié)省運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能[4]。

圖1 立面氣流組織

圖2 冷通道封閉立面氣流組織

2.2 采用冷通道封閉和熱通道封閉的效果對(duì)比

不管是冷通道封閉還是熱通道封閉都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。采用熱通道封閉技術(shù)，可以在較高的熱通道溫度下，不影響機(jī)房中其他的通道空間。機(jī)房管理人員在機(jī)房中工作時(shí)，如果是在冷通道封閉的狀態(tài)下，冷通道的外部空間溫度過(guò)高會(huì)讓工作在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的工作人員感到不舒服。采用熱通道封閉，高溫只存在封閉的空間內(nèi)，不會(huì)影響到工作人員。在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中，除了IT設(shè)備，還有其他的一些設(shè)備，冷通道封閉需要增加環(huán)境空調(diào)獲得冷氣流，以保證其他的設(shè)備能夠正常工作，熱通道則不需要。忽略人員的舒適性，采用熱通道封閉時(shí)，如果空間較大，冷空氣將會(huì)流失在大空間中，從而降低利用效率。如果機(jī)房的面積較小，采用熱通道封閉的損失會(huì)減小。但是，需要注意送風(fēng)口的送風(fēng)問(wèn)題，如果熱量集聚，會(huì)影響IT設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.3 冷通道封閉技術(shù)在數(shù)據(jù)機(jī)房中的具體實(shí)施

以某機(jī)房改造項(xiàng)目為例，采用冷通道封閉技術(shù)對(duì)機(jī)房進(jìn)行改造。該機(jī)房總面積120 m2，機(jī)柜3排，每排15個(gè)，擺放方式面對(duì)面或背靠背，排間距1.2 m。該機(jī)房采用精密空調(diào)下送風(fēng)的方式，在機(jī)柜通道中設(shè)置開(kāi)孔地板，根據(jù)設(shè)備的散熱量對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。機(jī)房中要安裝防靜電地板，通道兩側(cè)安裝封閉門(mén)，將整個(gè)冷卻區(qū)域進(jìn)行封閉，以達(dá)到制冷的效果。

機(jī)房的封閉裝置中，冷通道封閉門(mén)采用8 mm的防火剝離[5]，在機(jī)柜外側(cè)安裝門(mén)導(dǎo)軌和導(dǎo)輪，在關(guān)閉和推開(kāi)的位置安裝擋頭。頂板支架長(zhǎng)寬高為6 mm×25 mm×20 mm，頂板固定在支桿上，頂板之間用金屬扣、金屬絲進(jìn)行連接，在機(jī)房中設(shè)置監(jiān)控室，如果機(jī)房中的設(shè)備出現(xiàn)異常，值班人員可以及時(shí)將頂蓋掀起，讓冷通道充滿整個(gè)機(jī)房。推拉門(mén)采用透明玻璃，保證冷通道的亮度，為減少冷風(fēng)量的流失，可以在機(jī)架上設(shè)置盲板。緊密空調(diào)產(chǎn)生的冷風(fēng)會(huì)通過(guò)格柵送風(fēng)地板將風(fēng)量吹入整個(gè)發(fā)熱區(qū)，根據(jù)發(fā)熱負(fù)荷調(diào)節(jié)出風(fēng)量。對(duì)整個(gè)送風(fēng)區(qū)域進(jìn)行封閉處理，避免冷熱空氣混合。

3 冷通道封閉前后的CFD模擬

為了對(duì)比數(shù)據(jù)中心機(jī)房安裝冷通道封閉前后的環(huán)境變化，對(duì)其進(jìn)行了CFD模擬實(shí)驗(yàn)。

3.1 排風(fēng)溫度模擬

圖3是冷通道封閉前后的圖像對(duì)比，左側(cè)的溫度在27 ℃[6]，右側(cè)為封閉后的通道溫度，明顯低于封閉前，由此可見(jiàn)，封閉通道可以降低出風(fēng)的溫度。

圖3 冷通道封閉前后機(jī)柜溫度的變化

3.2 回風(fēng)氣流模擬

圖4 中左側(cè)的氣流組織雜亂，空調(diào)送風(fēng)氣流有短路情況，空調(diào)送出的冷風(fēng)沒(méi)有經(jīng)過(guò)服務(wù)器就直接到了空調(diào)回風(fēng)口，降低了空調(diào)的制冷效率；右側(cè)的氣流流向清晰，回風(fēng)的溫度有了明顯改善，且沒(méi)有短路情況的發(fā)生。

3.3 機(jī)房溫度模擬

當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房進(jìn)行冷通道封閉后，機(jī)房中的設(shè)備會(huì)得到充分冷量，機(jī)會(huì)的排熱溫度也會(huì)有所降低，空調(diào)回風(fēng)溫度的升高可以提高空調(diào)的制冷效率。冷量都聚集在通道中，會(huì)減少空調(diào)的送風(fēng)量，降低空調(diào)運(yùn)行的時(shí)間，節(jié)省運(yùn)行成本。如圖5所示，當(dāng)對(duì)機(jī)房進(jìn)行冷通道封閉后，能夠?yàn)闄C(jī)房中的設(shè)備提供足夠冷量，讓服務(wù)器得到冷卻減少短路的發(fā)生。

圖4 空調(diào)回風(fēng)氣流模擬

圖5 機(jī)房溫度封閉前后溫度模擬結(jié)果

4 結(jié) 論

綜上所述，采用冷通道封閉技術(shù)可以起到一定的降溫效果，保證了機(jī)房空調(diào)的送風(fēng)溫度，降低了發(fā)生氣流短路的概率，讓服務(wù)器可以得到更好的運(yùn)行性能。冷通道封閉技術(shù)施工簡(jiǎn)單，成本較低，能夠有效改善機(jī)房能耗問(wèn)題，降低因設(shè)備過(guò)熱而造成的熱點(diǎn)，降低了發(fā)生消防事故的幾率，非常適用于小型機(jī)房改造。