数据中心机房局部热点分析及解决

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随着大量采用的新型高热密度机架式服务器和刀片式服务器,目前国内数据中心的热密度每年成上升的趋势,且这种趋势还在继续,新型数据中心应具有“高效、节能、可管理”的优势。通过很多案例以及仪器(热成像仪)软件(CFD)模拟发现,局部热点的产生主要是因为,管理者没有对机房气流组织进行有效的管控,机房冷热气流紊乱产生的。局部热点的现象,造成IT设备运行环境恶劣,损坏设备,造成经济损失。可见管控机房气流是消除局部热点的关键所在,所以我们要对机房气流组织进行研究分析,明确其危害,掌握一些解决办法以及最佳实践。达到改善IT设备的运行环境,消除局部热点的目的。


数据中心机房局部热点


在铺有高架地板的数据机房,空调的冷空气常透过地板底下的通道送达至每个机柜。然而,冷空气传达到远程的机柜时,风量已经减弱,再加上高架地板下通常也布满电缆线以及管路,更对冷空气的传送增加了阻碍,造成热点的重大问题,经过多个项目的现场测试发现,以及依据国内外相关标准及最佳实践,总结出产生局部热点的原因主要有以下6方面:


1) 单个机柜对应的穿孔地板的送风量与机柜内IT设备所需的风量不匹配


机柜内没有安装设备,对应的穿孔地板风阀没有完全关闭,或者穿孔地板完全关闭了也存在漏风现象,造成冷风量的损失,降低了整体制冷效率;


机柜内安装了设备,对应的穿孔地板的送风量不足,无法满足设备的需求风量,造成设备无法吸入有效的冷量,使得设备进风温度升高。


2) 机柜内空闲U位未安装盲板

  

机柜内空闲U位是指,机柜内尚未安装IT设备的U位,所有U位的空间尺寸相同,均为1U的服务器的宽*高:48.26cm(19英寸)*4.445cm(1.75 英寸)。机柜内空闲U位未安装盲板,导致机柜内微环境气流紊乱,经检测,IT设备排出的热气流,经空闲U位回流至设备进风口,致使设备入口温度大于机柜进风温度,使得设备进风温度升高。

  

3) 同列相邻机柜间空隙

  

同列相邻机柜间空隙是指,两个机柜之间尚未布置机柜的空间或布置机柜后形成了机柜间无法再布置机柜的空间。同列相邻机柜间空隙的存在,使得冷热气流隔离效果不好,引起冷热气流混合的现象,造成冷量的浪费,热气流的回流使得机柜的进风温度升高。

  

4) 机柜底部与静电地板间空间

  

机柜底部与静电地板间空间是指,机柜支腿与静电地板间的空间,一般尺寸为0.6m*0.07m。机柜底部与静电地板间空间的存在,会出现热气流从该空间回流至冷通道的现象,冷热气流混合,使得设备进风温度升高。

  

5) 热负荷与投入制冷量的匹配程度

  

依据能量守恒定律,产生多少的热就需要多少的冷来抵消他,若机房制冷设备产生的总冷量,低于设备产生的总热量,将无法有效的带走设备产生的废热,出现局部热点,使得设备进风温度升高。

  

6) 机柜孔密度与设备风量的匹配

  

机柜孔密度小的机柜安装了大出风量的设备,设备排出的热气无法高效的被散出,造成机柜内涡流,致使机柜内压力高、温度高。


局部热点的解决方法

  

传统局部热点的解决方法多数都是加大整个房间的制冷量,这样不但能耗加大,而且局部热点还会时不时出现。另外,还有增加点对点的主动制冷方式,即机架式精确送风空调,但这种方式,投资大,部署周期长,部署也比较空难。依据多年的经验,以及国内外相关标准及最佳实践,对于局部热点现象的解决方法主要有以下7方面。

  

1) 使用导向型通风板和手动风阀,对冷气流进行导流,使90%的冷量直接吹向设备,而且安装方便、简单,不影响设备的正常运行。

  

2) 对没有安装盲板的空闲U位加装盲板,阻止气流的紊乱现象;

  

3) 封堵同列相邻机柜间空隙,有效隔离冷热通道;

  

4) 封堵机柜底部与静电地板间空间,阻止热气流回流的现象。

  

5) 热负荷与投入制冷量的匹配程度,依据能量守恒定律,空调实际输出的制冷量与区域热量应是守恒的,安全角度考虑要配备一定的制冷余量,以单台空调出现散热失效不影响区域内设备正常运行为准。

  

6) 风量供给与设备需求的匹配程度,该指标从微观上讲应保证机柜不出现因风量不足而引起局部过热,宏观上讲区域总供风量应控制在需求总量的 90% - 110%之间。

  

7) 匹配调整穿孔地板开孔率,测量出风量,按设备需求量供给。



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