如何在已有数据中心部署冷热气流遏制系统

前言。

在已有数据中心部署冷热气流遏制系统与未采用气流遏制措施的传统数据中心相比，气流遏制解决方案能够消除热点，提高节能效果。对已有数据中心来说，最佳气流遏制解决方案取决于数据中心的约束条件。对于热通道气流遏制系统，因为可以取得最好的节能效果，所以倍受青睐。而对于采用高架地板作为气流分配方式的已有数据中心，冷通道气流遏制系统则更简单易行、经济高效。

一般来说，气流遏制能为已有数据中心带来如下一些重要益处：

• 通过防止热点的出现可以提高可靠性。气流遏制可以防止冷热气流混合，从而为 IT 设备提

供均匀的、更低的进气温度，从而减少热点的发生。

• 通过消除热回风再循环，能够提高机柜功率密度。对于一个未采用气流遏制措施的传统高

架地板数据中心来说，机柜功率密度一般保持在平均 6 千瓦/机柜以下，以防止 IT 设备排

出的热风再循环重新进入 IT 设备。通过采用气流遏制以及密封孔洞，切断了热风再循环的

路径，因此机柜的功率密度可以提高，而且不必担心热点的威胁。

• 通过增大经过冷却装置空气的“温差”（冷送风与热回风之间的温差）来提高制冷能力。

在一个未采用气流遏制措施的传统高架地板数据中心内，制冷装置所供应的冷风中，因为

存在一些泄漏通道，其中 50%以上的冷风会绕过 IT 设备直接返回制冷装置。在采用气流

遏制系统后，供应的冷风将被直接直接送入 IT 设备，吸收热量并将这些热量输送到制冷装

置。排气温度越高，制冷装置的温差将越大，可以将制冷能力提高 20%，甚至更高。

• 因为采用了气流遏制系统，可以有效隔离冷热气流，所以能够关闭多余的制冷装置，从而

提高了制冷系统的节能。另外，自然冷却的时间也得以延长。也就是说，当室外温度低于

室内温度时，制冷系统的压缩机不必工作就能将热量排到室外。

部署气流遏制系统的两种方法

从大的方面来说，冷气流遏制与热气流遏制是实施气流管理策略的两种方法，与未采用气流遏制的传统架构相比，它们都能够实现大幅节能。那么，我们为什么要从它们当中选择其一呢？为什么不能同时采用冷热气流遏制，并将设施的其它区域采用楼宇通风系统进行冷却呢？除了I机柜位于比较恶劣的环境外（比如生产车间），同时采用冷热气流遏制并不会带来多少好处。采用其中一种就足以防止冷热气流的混合。如需了解更多有关气流分配的信息，请参见第 55 号白皮书《用于 IT 环境的各种气流分配方案》。

在已有数据中心部署冷热气流遏制系统

图 1 所示的是冷热气流遏制的各种类型。对于已有数据中心来说，哪种类型的气流遏制更为合适呢？这个问题在生产商、数据中心咨询人员和终端用户之间产生了激烈的争论。实际上，究竟哪种最好，主要取决于设施的制约条件。一些 IT 经理可以为数据中心在两种甚至多种气流遏制方法中进行选择，而另一些 IT 经理出于物理制约的原因，可能只能选择其中一种，冷气流遏制或 热气流遏制。

以下章节将介绍如何确定部署哪种气流遏制解决方案的步骤，从评估设施现状开始，到审查所有可行解决方案，直至最终选出适合的气流遏制解决方案。

评估设施现状

在为特定数据中心选择适合的气流遏制解决方案时，评估设施现状是十分重要的，而且应该提前完成。评估时，应将制约因素记录下来。制约是指那些无法克服的障碍，或者只有花费巨额费用才能改变或导致不可接受的结果。例如，提高已有数据中心室内净高是不现实的，因此被认为是一种制约。气流遏制可能会导致已有火灾探测/ 灭火系统故障，而这就是不可接受的后果，因此这也被视作制约。每个制约都必须仔细检查，以确定其对气流遏制解决方案部署的影响，以及考虑成本因素，它是否适合，或者拆除它是否会有其它负面影响。

对于复杂的项目，专家的审查十分必要，他们能够审查成本和制约造成的后果，而这些是最终用户可能无法意识到的。一旦某些制约的后果可以肯定、清晰明了，那么关键是审查它们，从而来判断它们能否改进或调整，以期达到更好的整体效果。已有数据中心设施有各种环境制约因素，而且并未在客户的控制之中。这些制约包括设施制约、法规制约或不可更改的业务需求等。

以下是一些制约的实例：

IT 设备布局

数据中心缺乏统一一致的冷/热通道布局，这严重制约了可选的气流遏制解决方案。有着合理宽度的冷/热通道布局是通道气流遏制解决方案部署的重要条件。从长远来看，建议用户最终将其IT 设备转化成冷/热通道布局，以便拓宽气流遏制解决方案的选择范围。

室内净高这个制约可能体现在室内净高不够，无法安装吊顶来用作回风通道。这通常是采用垂直风管热通道气流遏制或垂直风管机柜气流遏制解决方案的必要条件。

高架地板深度

当高架地板深度过小时，将无法为任何高密度机柜提供足够冷风量，这被认为是一个制约。这主要是因为高架地板设计不佳，或因为高架地板下面的布线、和管网造成的阻碍。这将限制冷通道气流遏制解决方案的部署。

房间立柱位置

在数据中心，支撑立柱一般有两个主要位置（在一行机柜中间或与机柜通道对齐），这可能出现支撑立柱与通道气流遏制面板出现相互干涉的情况。

布线

架空电缆可能会与垂直风管气流遏制面板相互干涉。鉴于这个制约因素，就可能无法部署垂直风,管热通道气流遏制解决方案或垂直风管机柜气流遏制解决方案。但如果布线只是穿过通道的某一位置，垂直风管解决方案仍然可行。

通常较难改变已有数据中心的气流分配类型，而在确定部署某种特定气流遏制方法的投资额和复杂度时，气流分配类型非常关键。例如，对于采用自然送风与精确回风的数据中心来说，部署热气流遏制解决方案较为简单且经济高效，而对于采用精确送风与自然回风的数据中心来说，部署冷气流遏制解决方案则较为简单和经济高效。

对照明的考虑

在已有数据中心创建一个气流遏制区域，可能会导致该区域的照明效果不佳。尽管一些气流遏制，解决方案已使用透明或半透明的顶棚让已有光线照入，但它还是会降低光照强度，特别是在面板脏的时候。

对火灾探测和灭火系统的考虑

活化地板

在部署气流遏制系统后，大量气流将在 IT 设备处被收集并输送回制冷装置。这种气流的高速流 活化地板是提高高架地板效用的一种措施。它能够根据排风温度，通过调节风扇的 RPM（每分钟转速），来控制气流流量。借助它，在未部署气流遏制系统的动模式能够稀释烟雾，因此，对需要必要烟气浓度的火灾探测和灭火构成了严重的挑战。火灾探

测器的启动受到局部气流模式和烟雾稀释的影响，而灭火剂喷射则受空气流量以及用于部署气流遏制系统设备相关障碍的影响。这情况下，可通过提高气流流量，可支持高达 12kW 的机柜功率密度。

对制冷系统运行中断期间的考虑

在发生制冷系统运行中断时，气流遏制解决方案会对此期间剩余的可用时间产生一定的影响。如 需了解更多有关此问题的信息，请参见第 179 号白皮书《数据中心在制冷系统中断期间的温升》。对 IT 设备周边工作环境的考虑在部署冷气流遏制系统后，房间的其它区域事实上将成为一个巨大的热回风通道，其温度与热通气流分配单元道相当。对始终坐在位于数据中心办公桌旁工作的 IT 人员来说，这是个问题。除了影响人体舒适度外，任何位于数据中心周边的 IT 设备的可靠性也会受到负面影响。而且，这些区域可能会气流分配单元（ADU）安装在机柜底部的 U 型空间实现垂直送风，在前门和服务器间形成了违反 OSHA 法规或 ISO 7243 指南对于超过湿球黑球温度的规定。

下面各点总结了部分可能的评估结果和推荐的解决方案。

• 数据中心采用冷/热通道布局。高架地板用作送风通道。机柜顶部和天花板之间的距离不足

508 毫米（20 英寸）。如果所评估的数据中心情况如上，请阅读下文名为“冷通道气流遏

制系统”的解决方案部分。需要注意的是，如果高密度机柜不能从高架地板下获得足够的

冷风，则可能需要安装活化地板或气流分配单元。活化地板能够对特定机柜进行气流流量

调节（见边栏）。

• 数据中心采用冷/热通道布局。无高架地板。吊顶用作回风通道，机柜顶部和天花板之间的

距离超过 508 毫米（20 英寸）。如果所评估的数据中心情况如上，请阅读下文名为“垂

直风管热通道气流遏制系统”的解决方案部分。

• 数据中心未采用冷/热通道布局。吊顶用作回风通道，机柜顶部和天花板之间的距离超过

508 毫米（20 英寸）。零星分布着高密度机柜。如果所评估的数据中心情况如上，请阅读

下文名为“垂直风管机柜气流遏制”的解决方案部分。

• 数据中心未采用冷/热通道布局。机柜顶部和天花板之间的距离不足 508 毫米（20 英寸）。

零星分布着高密度机柜。如果所评估的数据中心情况如上，请阅读下文名为“机柜气流遏

制系统”的解决方案部分。