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借助良好的气流管理实现数据中心的灵活性
作者: litao984lt编译 2018-06-11 11:24 【机房360】

数据中心的灵活性意味着什么?企业组织可以充分利用市场条件的变化,灵活而及时地改变其业务计划,以顺应市场潮流需求。事实证明,一处灵活的数据中心包含了一系列重要的元素,而其自身可靠的气流管理规程则大大有助于增强这种灵活性。此外,数据中心的灵活性不仅仅只是学术方面的研究议题:其已然成为了帮助当前企业赢得市场竞争优势的源泉,甚至是帮助企业获得长期生存的源泉。因此,在我们深入展开关于数据中心的设计和操作运营灵活性的细节探讨之前,让我们先就“数据中心良好的气流管理”的一些基本面达成一致性的共识。为了深入展开本文的讨论,我所谈论的是:在数据中心的供气和回气之间实现最大的分离,以便能够从根本上使得这两个气流只能通过IT设备的路径连接。这种隔离可以是热通道密封、冷通道密封、烟囱机柜内部密封、反向密封室密封、后门热交换密封或机柜冷热密封——任何有效的隔离都足以实现数据中心灵活性的益处。

企业数据中心需要借助适当的气流管理解决方案,外部供应的空气进入服务器操作处理机房的具体方式并不重要,其是各种设计和空间布局灵活性的来源。在今天的数据中心气流管理规程出台之前,企业都曾被每台机架的热负荷需要依赖于通过最邻近的高架多孔地板砖输送的气流的理念所挟持。而通过适当的气流管理,企业数据中心可以不再需要高架穿孔地砖或活动地板了。

但是,即使使用高架活动地板,气流管理也可以提高灵活性。例如,标准和最佳实践方案坚持认为,精密的周边制冷装置不应该以相互正确的角度输送空气;换句话说,我们不希望这些冷却散热装置被安置在彼此毗邻的墙上。保持地板下的气流的平行,有助于防止供气中的尘埃碰撞和重新定向,使回风从其源头分离。这种解耦可能导致低效率,并且会产生回流空气低于设定点的热点,从而导致非冷却的供气。此外,这些地板下的尘埃碰撞也会造成涡流,产生低压区域,从而无法通过附近的穿孔地砖交付所需的气流。具有良好气流管理的数据中心由于不需要有针对性的送风而在这方面更加宽容;只要服务器操作运营机房或冷通道充满供气,所有的IT设备就会充分获得冷却。有了这种灵活性,冷却单元的安装位置可以适应更便宜的管道设计或更好的服务于托架安全问题。

比在相邻墙壁上放置周边冷却设备装置对标准化和最佳冷却实践方案智慧的冒犯更为严重的是:地板下的供气交付与服务器机柜排成直角。这种布局方案对供气和回气都是有害的。在供气方面,这样会大大增加冷却供气在到达离冷却设备最远的服务器机架之前就已经被耗尽的几率;或者相反,如果冷却供气的传输速度太快,那么,在供应的冷却空气吹过之前,我们可能无法保证最近的一排机柜获得足够的压力。而在回气方面,我们拖延了多个冷通道的回归,从而导致了热空气的再循环和热点。通过借助良好的气流管理,冷却供气将最终能够达到所需要冷却的地方,并且返回的热气将“绕过”我们的服务器入口风扇。灵活性的好处包括:能够为两种不同的数据处理大厅使用传统的机械服务区,以便能够安排机柜和冷却设备按照矩形数据处理大厅的长度平行排列。

良好的气流管理不仅仅是增加了与高架活动地板一起部署许多设计元素的灵活性,同时良好的气流分离管理还可以有助于增强设备的灵活性,让空气输送系统与某些省煤节能器相匹配,而不需要高架活动地板。当我们无需过度操心再循环、旁路或短期循环等问题时,我们可以将关注焦点放在让服务器机房(或冷通道)充满足够的空气量,以保持正压方面。该正压不一定要是相当大的数值。我已经运行过数百个受控制的数据中心实验室测试,测试结果均小于冷通道和热通道之间的正压差,而机柜内或相邻高密度和低密度机柜之间的入口差最多不过2˚F。关键在于:气流管理实现了冷却供气在头顶天花板内传输或通过边界墙的灵活性,而且这样的气流交付还促进了设计的其他方面的益处。

免费的自然冷却是一种设计元素,其灵活性来自适当的气流管理带给数据中心建筑和运营管理策略上的灵活性。在数据中心建筑设计方面,我们经常看到安装在建筑物屋顶上的空气侧节能器或间接蒸发冷却器。由此,设计方面的复杂性,更不用说还可能涉及到的设计剩余容量的需要,均通过消除了大多数的管道系统而大大减少,因为可以将供应的冷却空气直接压入数据中心,并将返回的热空气从数据中心直接排出到节能器中或疏散到建筑物外。同样,诸如能量再使用的回收轮或集装箱化的模块化节能器之类的冷却系统通常位于数据中心墙外侧的垫上或靠近数据大厅的相当大的机械服务台中。在任何一种情况下,相关的风扇墙都可以消除目标输送所需的管道系统和过度设计的容量,来补偿管道的损失。

从战略的角度而言,良好的气流管理可实现积极的设定点管理,这有助于区分某些商业案例投资于免费散热是否有效是影响的。下表1显示了一些在其数据中心实施了良好的气流管理的城市示例,对比了干球系统和湿球系统所获得的额外的全天免费冷却时长。气流管理所带来的另一个战略促进方面的考虑是关于新的数据中心的选址。有鉴于在大多数城市都能够获得长达半年时间的免费自然冷却,因此选址地的气候条件因素现在已经开始在从企业数据中心选址计划战略的优先级排名上下滑了。此外,尽管表1中所列出的所有数据中心都在ASHRAE建议的操作环境范围内,但企业更多的则是渴求可以实现数据中心在允许的范围内实现更多的操作灵活性。例如,几年前,戴尔计算机公司宣布,他们的3级服务器产品线可以在美国90%的城市中实现完美的运行,使得数据中心完全不再需要制冷剂机械冷却。

表1:良好的气流管理所带来的额外的免费自然冷却时长

数据中心良好的气流管理也支持更大的操作运营灵活性。例如,适当的气流管理允许服务器、交换机和存储在相同的空间内良好地共存,而不会影响效率或布局。由于此前交换机只能够以从前到后的方式散热,部署交换机历来意味着会危及邻近的其他IT设备的散热,由此会浪费大量过冷的旁路气流的能量,以补偿除了交换机安置区域以外的其余部分的空间或者需要为交换机建造单独的房间,从而增加了布线安装人员加班检查的工作量。同样,带有顶部风扇托盘的专用机柜中的大容量存储系统也会妨碍数据中心的运行,并且通常需要大量的补偿温度和旁路浪费或移除来分隔空间。借助可行的气流管理解决方案可将交换机和存储全面集成到任何空间的气流管理策略中。这种集成提供了最终的灵活性,不仅可以定位交换机和存储空间,使其对空间的技术使命具有逻辑意义,而且可以随业务需求的变化而平滑扩展。表1:良好的气流管理所带来的额外的免费自然冷却时长

良好的数据中心气流管理不仅为部署交换机和存储提供了灵活性,而且可以灵活地部署IT设备。不久之前,当增加工作负载时,无论是战略升级还是布局密集类型改变的情况都意味着需要重新调整整个数据中心的布局。有时候,这种重新调整不仅仅是调整机械设备以适应增加的工作负载,以及相关设备需要在不同开口率的多孔地板上迁移,而且可能还意味着必须迁移IT负载以将负载分散到可以充分冷却的地方。通过适当的气流管理,密度改变不需要在门上安装一个千瓦保护装置,而只需推出一个5千瓦的机柜,并在一个20千瓦的机柜中滚动即可。当然,这一新的机柜可能会要求操作处理空间提供另外2325 CFM的冷却空气进入操作环境空间(CFM = 3.1W÷ΔT)。基于长远的目的,如果我们将这款20kW的机柜放入一个500kW的小机房空间,我们只需要散热量提供少于3%的附加气流,这应该很容易在冗余储备中得到弥补。在一个2MW的操作空间里,这个密度的增加要求气流量增加不到1% - 对于我们大多数数据中心来说,这处于我们谨慎保守的误差范围内。

曾几何时,我们要么需要让所有的设计和运营决策都遵从于需要让每个穿孔地砖匹配到其相邻服务器机柜的热负载的理念,要么需要救助于我们的电力公司供应商的大量供电,同时可能还会不断的陷入对抗热点区域的失败战斗。而凭借良好的数据中心气流管理,我们可以摆脱上述这种理念了,并做出合理的数据中心设计决策,优化我们的操作运营环境的有效性和效率,并根据功能逻辑制定IT设备的部署决策。如果你企业的数据中心还没有实施这样的气流管理方案,不妨想象一下其能够为您带来的灵活性。而如果你数据中心已经实施了这种气流管理方案有一段时间了,那么,我们只有一个提醒便是:不要忘记帮助你数据中心实现如此良好的气流管理的专家们。


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