中国电信下送风和前进风机柜.doc

三、中国电信对数据用网络机柜的技术创新 从前面所述可以看出，在大型IDC机房采用传统网络机柜不但解决不了设备制冷问题，而且还存在极大的能源浪费。中国电信通过大量研究和实践，在数据用网络机柜方面进行了大量技术创新工作。 1、确定精确送风的基本原则 由于IDC机房中每个机柜的设备发热量都很大，没有足够的冷量进入机柜是无法解决设备冷却问题的，为了解决这个难题，中国电信的技术规范确定了精确送风的原则： 1）把冷气输送到机柜里面去：因为是机柜内设备最需要冷气。 2）把冷气输送到机柜的正面去：因为冷气只能从服务器正面进入模块化服务器机箱，发挥换热作用。 3）精确调节每个机柜的进气量：因为机柜内设备发热量不同，需要的冷量也不同。 4）不让机柜内的冷气随意流失：因为只有进入服务器的冷气才真正发挥散热作用，所以应把冷气聚束在服务器正面空间。 2、确定了不同气流组织的机柜类型的结构和功能要求 中国电信2005年发布的中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范（下简称设计规范）中已经明确要求在大型IDC机房首选下送风方式，但也有一些在用的上送风IDC机房、不具备下送风条件的IDC机房无法采用下送风方式，因此根据精确送风的原则在技术规范中分别确定了上送风和下送风方式的使用要求并详细规定了下进风机柜、上进风机柜及前进风机柜的结构和功能要求。 1）下进风机柜的结构和功能 从机柜底部进风的机柜，称为下进风机柜，其结构和气流组织布局详见图3。a)下进风机柜外观结构 b)下进风机柜气流组织 图3下进风机柜结构及气流组织 对于下进风机柜，中国电信的技术规范做了详细规定： （I）柜底进风口大小可调节 机柜进风口有风量调节板，调节板全打开时面积最小应400mm（宽）350mm（深），其前沿距机柜下部框架内侧不超过30mm。进风口设置调节装置（如滑动盖板），使得进风口大小可在全开和全闭之间连续调节。调节板操作便捷、顺畅，与机架底部衔接紧密，调节板全关闭时应保证无冷气泄漏到机柜内；同时进风口侧面边框上标注有最小单位5mm的刻度，以便于准确计算风口面积、实现精确管理。 调节板全打开时，面积达0.14m2，假设冷气出口风速4m/s来计算，也就是有0.56m3/s风量进入机柜内，按进出温差15计算，则可带入10.8kW冷量。当然，实际上真正的瓶颈在于服务器前面的冷气通道，那里无法输送这么多冷气。 （II）进风口与最底层板之间要有导流板 在机柜进风口上方设置了一个高度为180mm260mm的曲面导流罩，引导冷风进入机柜前门与设备面板之间的区域。导流罩应设计合理，除了前开口外，其他地方应与机柜底部密封，既要防止冷风直接流向机架后部或两侧，又要尽可能减少空气阻力。 （III）服务器正面平面要安装假面板 要想充分利用冷气为服务器制冷，就必须让冷气限制在服务器正面。而在传统机柜中，服务器正面平面是漏洞百出的，一方面没有安装服务器的层位前后贯通，另一方面立柱两侧也是前后贯通的，只有少量冷气被服务器吸入，大量冷气是沿机柜开口处泄漏流失了。为了改变这种弊端，规定在没有安装服务器的层位统统安装1u和2u高假面板，在机柜立柱两侧加了密封板，确保了冷气不会流失到机柜后半部去了。 （IV）在机柜内服务器与面板之间形成一个足够大、密闭的冷气通道空间 由于服务器正面平面是密封的，而机柜前门也是全密封的，自然就形成了一个密闭冷气通道。为了满足一个机柜4kW冷负荷的基本要求，规定了从服务器正面平面到前门之间的净间距不得小于160mm。从冷气通道横切面积来看，至少有0.08m2，假设冷气出口风速4m/s来计算，也有0.32m3/s风量进入机柜内，按进出温差15计算，则可带入6.2kW冷量。当然考虑服务器排出气体温度不均衡，可能会有过热气体聚结在机柜内不易散去，中国电信在设计规范中明确规定依靠自然对流方式排走机柜热气时，每个机柜功率不宜大于4kW. （V）机柜顶可加散热风扇解决机柜功率过大问题 对于一些机柜功率超过4kW，达6kW左右的IDC机房，需要采用强力风扇帮助将机柜内热气排走，安装风扇的要求是： （a）宜选用两只外径不超过250mm、总风量600CFM（1CFM1.7m3/h）的低噪声、长寿命型轴流风扇（或相当风量的其他规格并联风扇组）并排安装于顶部排风口。 （b）安装风扇的机柜后门应全封闭，不宜再使用网孔板。 （c）风扇电源选用220V交流供电，应具有单独的过载、过热保护和控制开关和工作状态指示，严格与机柜设备电源分离，不得接入机房UPS。 （d）有条件时还可配置风扇运行状态监控接口。 2）上风机柜的结构和功能 从机柜顶部进风的机柜，称为上进风机柜。对于上进风机柜，存在将传统机柜改造成上进风机柜和新制上进风机柜的不同做法以及不同结构要求。首先是利旧传统机柜的结构要求： （I）将机柜的前门改成前凸门，在机柜内服务器与面板之间预留一个足够大的冷气通道空间传统机柜在服务器正面紧贴前柜门，所以无法建冷气通道空间，这是传统机柜的一大不足之处，现在把机柜前的平板门更换成前凸形门，变相产生了一个冷气通道空间，详见图4。 （II）在机柜前凸门顶部开一个进风口与吊顶风管驳接。 （III）服务器正面平面安装假面板，尽量聚束冷气向下流动。 a)传统机柜改造为下进风机柜的外观结构 b)新制下进风机柜的外观结构 图4传统和新制下进风机柜的外观结构利用旧传统网络机柜改造成上进风机柜，存在不少先天不足的缺陷： （I）机柜前凸门与风管连接的驳接口无法做大，其最大瓶颈点在于此，这个驳接口最大内径6.6929in左右，也就是截面积0.022m2，仅为前面所述下进风机柜的瓶颈点截面积28。 （II）机柜内立柱两侧全是空的，即使在服务器正面平面加满假面板，也无法形成真正密闭的冷气通道。 （III）机柜门需要前凸出20cm，意味着过道宽度要减少20cm，一般传统上送风机房列间过道只有90cm100cm宽，现在变成70cm80cm了，大大影响日常维护操作便捷性。而新制的上送风机柜，可以把问题解决得好一些，比如冷气通道空间预留、机柜立柱两侧密封问题都可以较好处理，也不用将面板前凸，但进风口截面积不够仍然是瓶颈点。就目前看到采用梯形进风口的做法，其风口最大面积也只有0.035m2，只有下进风机柜的瓶颈点截面积43，对应能带进的最大冷量为2.7kW。此外上进风方式需要在机柜顶上加大量垂直风管，对环境外观影响也较大，可见不是IDC机房理想的选择。 3）前进风机柜的结构和功能 从机柜正前方进风的机柜，称为前进风机柜。前进风机柜的气流组织其实也是传统上送风气流组织。 前进风机柜一般采用半封闭式机柜，对于前进风机柜，中国电信技术规范也规定了如下要求： （I）机柜前后门前后门均开网孔，且对网孔直径大小、面板开孔率大小都有明确规定：前门开孔率应60%，孔径应在4.5mm8.0mm之间，开孔区域面积比应80%；后门开孔率应50%，孔径应在4.5mm8.0mm之间，开孔区域面积比70%。 （II）若安全管理要求允许，也可取消前门和后门，采用开放式机柜更有利通风散热。 （III）机柜立柱两侧均应用密封材料密封起来，机柜服务器正面平面应安装假面板，防止冷气从前向后流失。 由于前进风机柜无法限制冷气的流动方向和范围，无论冷气是从吊顶风管吹出还是从过道架空地板吹出，在一部分冷气被服务器吸入的同时，有大量冷气沿过道顶空或其他空间溜走了，直接回到空调设备中去了，因此前进风机柜的制冷效率也是比较低的。从理论计算得知，前进风机柜至多只能解决2.55kW功率制冷降温问题，在一些大型IDC机房前进风机柜实际应用案例中也可看出，制冷效果远差于下进风机柜，这也是中国电信在设计规范中规定上送风方式（即前进风机柜）只用在1kW/m2的机房的原因。 真正有效率的前进风机柜应采用过道冷池的方法，即采用密闭空间仓将冷气聚束在列间过道空间中，等待服务器吸入的方法，详见图5。这个方法能比较有效地将冷气聚束在整条过道中，但由于不同功率的机柜需要不同冷气量，而冷池无法进行个性化调节，因此其制冷效率还是比可以精确调节冷气量的下进风机柜要差一些。下进风机柜排列布局、前进风机柜与冷池的排列布局详见图5。 图5下进风机柜、前进风机柜与冷池的外观结构和气流组织 四、机柜的配电方法 为了合理解决机柜的配电问题，中国电信不但详细规定了网络机柜的配电方法，还专门制定了数据用电源列柜技术规范，以便从整个供电回路彻底解决网络机柜的配电难题。 网络机柜配电重点需要考虑双