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目前数据中心空调存在的问题
添加时间:2017-07-11
        IDC机房虽然也属于通信机房,但其高功耗、高集成度、高热密度、高保障要求的特点明显区别于传统机房,IDC机房的机架排列方式和机架内发热特点也与传统机房不同,因此气流组织的问题在IDC机房中至关重要,将直接影响到机房的可靠性、可用性和经济性。
        IDC机房在国外发展了20多年,在国内也发展了10多年,随着计算机技术的进一步发展和刀片式服务器的推广应用,IDC机房在功率密度上还将大幅提升,届时目前IDC机房的常规配置标准和建设手段俨然无法满足需求。多年的经验教训告诉我们,解决好气流组织问题则IDC机房成功了一半。就目前国内外的一些研究情况来看,气流组织仍是探索和争议的焦点。因此,深入探讨这一问题,并在实践中不断进步,对于IDC机房的发展具有重要意义。
        数据中心通过约束空调送出的冷气流或者约束数据设备排出的热气流,让冷气流直接进入数据设备或让热气流顺利返回机房空调,避免气流在输送过程发生泄漏和混风。一方面有效避免数据设备出现高温或局部过热,另一方面保证较低的送风温度和较高的回风温度,最大限度地利用空调送出的冷量和风量,提高了空调的制冷效率,达到降耗节能的目的。
目前IDC机房建设规模不断扩大,服务器的集成度不断提高,给数据设备的功率提升和其部署方式带来了新的冷却问题,这使得IDC机房内的制冷空调问题已经超越电源存在的问题,成为电信运营IDC的首要问题。
        从现在IDC的运行情况来看,IDC机房空调电源中断,空调冷量设计、机房大环境气流组织不合理、机柜内部小环境气流组织不合理、机柜热量过大、机柜布置不合理等问题是导致机房过热的主要原因和问题。对于这些热点问题,应该从空调电源保障、空调的配置、气流组织和高密服务器布置等方面进行探讨和解决。
 
1、IDC机房空调解决方案
        IDC机房内发热厉害,温度梯度变化也大,通风降温复杂,而空调使用的是市电,一旦停电,就会造成机房温度蹿升。在一般的通信机房,由于功率密度低,柴油发电机起动延迟和常规的电源倒闸操作是没有问题的,但是对IDC机房来说,在电源中断的这段时间内是难以接受的,空调会停止制冷,特别是空调风机的停机导致了气流循环的中断。据测试,在单机柜 5kW 负载情况下,机房温度会在发电机起动延迟和电源倒换过程中升高5~20℃;如果电源中断时间过长,就会演变为一场灾难。可见,保障IDC机房空调的电源可靠性和提升可用性是重中之重,必须制定可靠的空调电源保障方案,以防止空调电源中断或尽量缩短电源中断时间。另外,IDC的空调配电可以采用以下两种方法。
        1.  IDC空调双电源方案
        对于IDC机房,同一个机房的空调电源最好不要同时使用同一路电源,以防止一路电源中断就会导致机房温升过高。IDC机房的空调配电屏,进线电源必须有两路,两路电源必须来自不同的低压配电系统,两路电源间可以手动切换或者采用ATS自动倒换,如果采用ATS,那么最好设置成不同的主路(但是在油机供电下,要注意ATS的自动切换可能会引起部分油机的过载);一且电源中断,可以缩短中断时间并减小影响面。
        2. 空调配电屏接线方法
        相邻的空调应该从不同的空调配电屏引出,如果1个机房布置16台空调,两块空调配电屏,那么1、3、5、7等奇数空调就从配电屏1引入(主要使用市电1),2、4、6、8等偶数空调从配电屏2引入(主要使用市电2)。这样即使一路电源发生异常,也只影响到部分空调,恢复的时间很快。
        一个大型的IDC机房最好有两块以上的空调配电屏,以方便上述方法的空调接线,如果仅采用一块空调配电屏,空调配电屏内部的断路器要有备份和冗余。
        可以将以上方法进行综合应用,既采用单ATS方案,又采用双ATS电源屏方案。
 
2、空调配置
        机房空调的冷量要大于机房的最大热负荷并有富余。空调的配置原则是根据机房总热量总体规划空调设计,按照N+1原则配置空调数量的。可是我们会遇到这样一个问题:空调已经按照N+1配置,为什么IDC机房温度会降不下来?
        1. 分区配王原则
        传统的配置是以机房为单位的;采用的是房间级制冷,空调以机房为单位进行制冷,但这种方法的配置和冗余并不适用于大型的IDC机房。
        现在的IDC机房由于建设规模大、面积大和机柜功率密度高,因此不宜设计为正方形而应为长条形,这样有利于空调布置,并减少空调的送风距离。而且如果按照房间级配置空调,一台空调发生故障,由于冗余的空调相距过远,气流组织无法送达,会造成局部机柜设备过热。因此,大型IDC机房的空调要进行分区配置,即把一个大型的DC机房划分为若干个分区,然后保证每一个分区内的空调均有冗余,这样空调发生故障后,每一块区域内的服务器才是安全的。例如,某电信的DC机房,就以四列的机柜为一个分区,然后按照每个分区都满足N+1的冗余方式配置,是一种比较安全的办法。
        2. 空调冷量取值要合理
        机房空调的冷量计算要采用显冷量,而不是空调全冷量。要保证机房空调的总显冷量始终大于机房的热负荷,但是机房空调的显冷量是一个变值,它标注的显冷量是在23℃、50%下测定的,随着机房湿度的增高,机房空调的显热比会下降。例如,一台制冷量标注100kW的机房空调,测试工况下显冷量90 kW,当机房相对湿度达到65% 以上时,空调的显冷量只有80 kW,20% 的冷量消耗在除湿过程中。设计过程中如果按90 kW或者100 kW的数据设计,在夏季高温高湿环境下,机房的冷量就会不够。另外,在较大的IDC机房里面,由于混风情况的存在,导致空调的冷量进一步下降。因此,在确定空调的制冷总容量时,必须加大30% 以上,目前经验认为,空调的总制冷量必须是机房热负荷的1.3~1.5倍,大型的IDC必须取上限.
        3. 合理的N值
        从IDC运行情况来看,N+1的N数值要合适,N大了,冗余度不够,机房不安全;N小了,机房会安全,但投资大且造成空调运行的能效比过小,如果采用冷备用空调(停机),部分冷风也会从停机的空调回风口跑出来,造成气流短路或者气流倒灌,影响机房的原有气流组织,如果能够以低速或者低风量运行备用空调,那么总体风机功率就可以下降,效率提升;IDC机房空调的N取值4~5是比较合理的,这与分区配置的道理是一样的。
        另外,对于部分新建和扩建机房,由于负荷的不确定,空调无法一步安装到位,随设备的增加而陆续增加的,这种情况要统一规划好空调的位置,并跟踪机房热负荷的变化情况,适时增配空调,确保机房始终满足N+1原则。
        空调配置多,可以提高机房的安全性,但会降低空调的能效比,导致耗电量上升。如何以较少的备用机房空调在高密度机房情况下实现冗余,是机房空调运行的一个难题。
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