关于数据中心封闭热通道气流组织的探讨

关于数据中心封闭热通道气流组织的探讨2

近年来，随着网络的飞速发展，数据中心建设数量迅速增加。面对着机柜密度的不断提高和控制运行成本的需求，我们在设计中遇到了越来越多的挑战，也促使我们重新思考数据中心的制冷策略。3

如何将冷量更有效的送到机柜？如何提高制冷效率和降低运行成本？如何降低空调系统漏水的风险与危害？如何适应不同的机房布置方式？

针对这些难点，我们提出“地板上送风、封闭式热道的气流组织设计方案”。4

由于该设计方案是一个新的设计理念，目前还很少看到可供借鉴的成功案例。为此，我们希望能用科学、严谨和客观的思想来论证这个设计方案，以期找到解决机柜高密度、提高制冷效率和获得理想PUE的最优化解决方案。5

下面，我们将对此方案进行分析与研究，并与传统气流组织形式进行对比。6方案1：地下送风、开敞式冷通道空调气流组织

传统“地下送风、开敞式冷道空调气流组织”的方案示意图如下：图1地下送风、开敞式冷道空调方案平面示意图传统“地下送风、开敞式冷道空调气流组织”的方案示意图如下：图2地下送风、开敞式冷道空调方案剖面示意图1传统“地下送风、开敞式冷道空调气流组织”的方案示意图如下：图3地下送风、开敞式冷道空调方案剖面示意图2“地下送风、封闭式冷道空调气流组织”的方案示意图如下：图4地下送风、封闭式冷道空调方案平面示意图“地下送风、封闭式冷道空调气流组织”的方案示意图如下：图5地下送风、封闭式冷道空调方案剖面示意图121.2方案特点1.2.1空气流程

▲送风方式：地板下送风▲送风路径：送风从恒温恒湿机组的下方向地板下送风，进入地板下空调静压箱，在克服地板送风口很大的阻力后进入冷道，再由冷道经机柜侧面进风、另一侧出风；▲冷道设置：开敞式冷道131.2.2方案特点

△地板高度要求较高△对建筑层高要求较高△架空地板支撑结构及其下面电缆管线的布置会导致地板下送风的阻力较大，虽然在每个送风口处能形成较均匀的送风但会导致送风量的大幅减小，并造成实际风量小于设计风量的情形；1.2.2方案特点

△在开敞式冷道周边会有一定冷量的损失和热空气的回流，会导致机柜微环境较差，可能形成机柜上部的过热或机柜“热点”等问题；△为保证设计所需的送风量，则需要较大的风机余压、电机功率和运行成本；△数据中心的能耗和PUE较大；1.2.2方案特点

△在楼板或地面应采取严格、有效的保温和防潮措施以防止结露，施工难度较大；△地板下易积灰和起尘，对机房洁净度有一定影响；△机房整体防水能力较差△本设计方案适用于低密度机柜设计（约为＜5kW）16

方案2：地板上送风、封闭式热道空调气流组织17“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”的方案示意图如下：图6地上送风、封闭式热道空调方案平面示意图18“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”的方案示意图如下：图7地上送风、封闭式热道空调方案剖面示意图（1）19“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”的方案示意图如下：图8地上送风、封闭式热道空调方案剖面示意图（2）202.2方案特点2.2.1空气流程

该数据中心空调气流组织的空气流程特点：▲送风方式：地板上送风▲送风路径：送风从恒温恒湿机组侧面直接向机房室内送风，送风充满整个机房空间并形成送风均压箱，再由机柜侧面进风、另一侧出风进入封闭热道；212.2方案特点▲热道设置：回风管在封闭式热道上方设置回风口，并将回风经回风管送至恒温恒湿机上部进行循环。222.2.2方案特点△有效地克服了恒温恒湿机组余压限制和地板送风口较大阻力的瓶颈△适用于机柜中密度机房△当机柜的密度提高时，本设计方案有进一步的改进和完善措施232.2.2方案特点△在机房内形成了很大的送风均压箱，且静压均匀；△对地板高度要求低△空气循环的阻力损失很小，则需要较小的风机余压、电机功率和运行成本△较高的回风温度使得恒温恒湿机组的COP较大242.2.2方案特点△数据中心的PUE较理想△机房洁净度好△结露的可能性低△每个机柜的送风量均匀△机柜微环境好252.2.2方案特点△室内温度相对传统设计方案温度较低且温度场较理想，各种材料因表面温度较低而降低了灰尘的挥发；△空调气流组织合理△有提高机房防水能力的措施262.2.2方案特点△机柜的稳定性好△机房楼板下沉的高度和对下一层的层高影响都较小△架空地板的抗震能力强△因恒温恒湿机组送风接触的围护结构表面积较大，会导致其冷量损失有所增加；△缺乏可供借鉴的成功案例272.2.3其它特点

“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”突破了传统地板下送风风量的限制，提高了空调系统的能效比，优化了数据中心空调气流组织设计，改变了数据中心室内温度场环境和机柜工作环境，降低了数据中心的运行成本，更好的实现了数据中心的绿色与环保设计理念。28(1)运行工况服务器的允许运行环境为16-32℃，相对湿度20～80%。“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”在保证机柜服务器正常工作和运行的条件下，可以适当提高空调送风温度和机柜服务器的排风温度，改变传统的系统运行工况。29(1)运行工况这样不仅因较高温度的空调回风与制冷盘管之间传热系数和传热效率均得到了提高，也因空调送风温度和蒸发温度的提高而获得制冷系数的提高，恒温恒湿机组的COP也大大提高。30(2)空调系统能效比在提高制冷系数的同时，也大大提高了空调系统的能效比。而“地下送风空调气流组织”因系统能量输送限值的影响，无法在提高空调送风温度的条件下保证机柜服务器的正常运行，也就无法获得较高的空调系统的能效比。31(3)理想的PUE值在大大提高了空调系统的能效比的同时，我们也获得了较满意的数据中心PUE值。如果我们采用风冷自然冷却冷水机组为数据中心服务，那么随着空调送风温度的提高就可以大大延长自然冷却的运行时间，也可以充分利用室外“天然冷源”，并获得理想的PUE值，实现绿色和环保的理念。32(4)送风均压箱空调送风从恒温恒湿机组侧面直接向机房室内送风，送风充满整个机房空间并形成很低的空气流速和静压均匀的送风均压箱。这样的空调送风状态，使得每个机柜均处于冷空气的“浸泡”，且在排风的负压下送风更顺畅、效果更好和效率更高。33(5)蓄冷能力“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”的送风均压箱始终使各个机柜处于冷空气的“浸泡”中，机柜排风侧以外的多数表面温度均较低，并储蓄有一定的冷量；同时作为机房房间构成的送风均压箱相对于“地下送风空调气流组织”的冷道而具有很大的体积和空间，也储蓄有一定的冷量。34(6)安全保障一旦数据中心空调系统出现故障，正是由于“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”的蓄冷能力和储蓄的冷量，它为数据中心的安全运行和故障排除赢得了宝贵的时间。35(7)应用更广“地板上送风、封闭式热道空调气流组织”营造了较低室温的室内空间，它能够保证非机架式设备的正常使用，而“地下送风空调气流组织”却不能满足这一使用要求。36(7)其它

在提高空调系统能效比和制冷效率的同时，还实现了△提高IT基础设施的扩展能力△提高了机柜装机密度△当机柜的密度提高时，本设计方案有进一步的改进和完善措施37(7)其它△解决了机房内温度过热的现象△改善了机柜服务器“热点”问题△降低了空调系统运行费△