再談冷,熱風道與機房氣流管理

再談冷,熱風道與機房氣流管理

冷,熱風道是一個大家都通熟且了解的一個機房氣流管理手段與方式。每一個機房專業人員都十分清楚 , 做好機房氣流管理避免混流,短循環等等是機房非常重要的環節。而實現這個環節的手段,就是先建立冷熱風道的機房布局 , 然後再依機房功耗 , 密度 , 工藝系統及機房土建條件去制定採用哪一種機房氣流管理方式。

最後依照数据中心机房效率 (Power Usage Effectiveness – PUE )的控制目標 ,再結合美国冷冻空调学会(ASHARE )针对数据中心所订定的环境冷热准则(ASHARE T.C 9.9) , 去完成数据中心机房的冷,熱風道溫濕條件設定。然後按此設定去進行設備的選型基礎。

美国冷冻空调学会(ASHARE )针对数据中心所订定的环境冷热准则(ASHARE T.C 9.9) , 是通過所有IT , 服務器生產商共同簽屬且確認的 。就像A4紙的尺寸標準 , 具有相當層度的標準。

因此結合了機房氣流管理 → 冷,熱風道布局 → 冷,熱風道隔離方案 + 美国冷冻空调学会(ASHARE )针对数据中心所订定的环境冷热准则 . 而形成了新一代數據中心的低 PUE 高效率的表現 。

面對舊的數據中心要改善老舊機房的冷卻問題 ,效率問題，就必須按上述予以著手。通常有3種冷熱通道的作法可以用來管理氣流 :
(1). 冷熱通道隔離、
(2). 冷通道封閉、
(3). 熱通道封閉、
光是將機房內的機櫃位置，調整成兩兩相對，採面對面與背對背的擺設，就能帶來明顯的改善效益。同時很多企業為了抑制IT , 服務器過熱造成的不穩定，往往會將機房空調溫度調低，甚至達到10度C以下，企圖以接近冰箱冷藏室的低溫，來解決機房散熱問題。但是，這麼一來，也造成空調系統效率不彰，耗電量大增，形成另外一筆電費的負擔。

這種用整間機房來冷卻的作法過於浪費，其實，現在機房最迫切的問題是「機房局部熱點的問題，但企業為了解決少數地方的問題，而將空調溫度降低，設定的溫度越低，效率就越差，也越耗電。

造成機房冷卻效果不彰的常見問題，包括了高耗能的IT , 服務器設備缺乏節能管理或沒有整併；迴風設計沒有使用風管而是直接回風，造成氣流短循環，氣流無法有效率地冷卻機櫃。迴風口和出風口太接近，造成氣流短循環，氣流無法有效冷卻機櫃。

還有像機房缺乏冷熱通道的設計以及短循環的迴風，造成機房溫度場混亂，甚至進一步造成空調設備的溫控感測點不易設置，空調箱和冰機的控制失序，經常要頻繁開啟或關閉切換，導致冷卻系統不穩定運轉且有容易故障的風險。其他與冷卻設計相關的問題像是配線系統雜亂阻礙氣流、冰水主機老舊或過大設計而低效率運轉、不當高架地板開口設計造成了氣流分配不均與氣流洩漏嚴重等。

十大機房改善建議，動態机房效率 (PUE) 監控和建立冷熱通道最優先
第一步要開始動態測量机房效率PUE值，藉由量測能源消耗及PUE監測，而且要長期監控平均計算，例如將冬天和夏天時的機房PUE值平均計算。了解機房能源性能和效率之後，接著就是要建立冷熱通道來進行機房氣流管理。

其他更細緻的改善作法還有調高冷通道溫度、使用變頻空調系統、避免空調超量設計和主機臺數規畫、將未使用的機櫃封板減少氣流短循環、採用伺服器虛擬化和整併。

若能進一步施工則可採用水或空氣的自然冷卻方法，使用模組化與高效率的變壓器和UPS系統，或是改用冷煤冷卻系統來提高冷卻效率。

了解機房情況以後，第一個要動手進行的工作是「要建立冷熱通道，對冷卻才有幫助，才能兼顧整間機房不同散熱情況和能源的消耗。」這是優先採用的機房改善良方法。

缺乏冷熱通道設計造成了混風連鎖效應，大大影響散熱效率

隔離冷熱通道讓冷熱空氣分流
若調整機櫃擺設方向，讓機櫃兩兩相對，面對面與背對背的擺設，例如第一排機櫃的正面，和第二排機櫃的正面相對，而第二排機櫃背面與第三排機櫃背面相對。如此一來，可以將冷空氣送入正面相對的兩個機櫃間通道，作為冷通道，而第二排機櫃排出的熱氣，進入第二和第三機櫃之間的背對背通道中形成熱通道，由天花板上方迴風口排出，不會影響到第三排機櫃從另一個冷通道取得的冷空氣。這樣的作法就能避免冷空氣和熱空氣混風，能建立冷熱通道隔離的效果。理想上，每一個機櫃都能都得到溫度品質相當的冷空氣。當然，高架地板的出風口也要隨之調整，在冷通道設置出風口，而在熱通道封閉或移除出風口。光是這樣的調整，其他設備不變，就能大大改善機房冷卻效率。

封閉冷通道或熱通道，更徹底隔絕冷熱空氣
不過，這種作法只是利用機櫃體積來隔離冷熱氣流，稍加控制冷熱循環的流動方向，但機房仍舊是一個可以充分對流的空間，熱空氣有各種空隙可以繞過機櫃，與冷空氣混合，仍舊會造成部分程度的混風，只是遠低於完全沒有冷熱通道時的情況。
所以，從冷熱通道隔離的觀念出發，更積極管理氣流的作法是封閉，將冷通道封閉或者是熱通道封閉，更徹底地防止熱空氣和冷空氣混風。

用單一機櫃搭配煙囪，來建立熱通道封閉
另一種徹底隔絕冷熱空氣的方法是熱通道封閉，作法和冷通道封閉剛好相反。透過熱通道的導引，快速將熱空氣抽離機櫃，來達到散熱的效果。傳統熱通道封閉的作法和冷通道的作法相似，也是需要利用2排機櫃來進行封閉工程，再將熱空氣透過天花板的排風口，將熱氣導引到熱交換設備。

不過，熱通道封閉的作法，後來發展出更進階的單一機櫃熱通道封閉，而非整排機櫃的熱通道封閉，也就是煙囪式機櫃的設計（Chimney type cabinet），例如英特爾馬來西亞資料中心內為高密度運算打造的小房間，就是採用煙囪式機櫃，或像Google或Facebook也有採用煙囪式或機櫃熱風管的設計，直接將熱風帶走的熱通道封閉作法。不過，這種專用的煙囪式機櫃售價昂貴，甚至是一般機櫃的3倍，建置成本較高。

外氣冷卻和提高伺服器耐熱度是2大新興冷卻趨勢
冷熱通道隔離是一種機房氣流管理的作法，冷空氣來源可以是各種空調系統，但是這些空調系統還是會耗電，要更進一步節制空調耗電，近來新興作法是自然進氣冷卻法（Free Cooling），或稱為外氣冷卻法。使用外部空氣來冷卻機房設備。
不少跨國網路服務公司，如Google、Facebook、微軟等選擇在高緯度地區建置大型資料中心的目的，就是為了採用自然進氣冷卻法，導入外部自然環境中的低溫冷空氣，做為機房冷卻之用。
這種外氣冷卻的作法，除了需要低溫冷空氣以外，直接使用外部空氣，還要考量到濕度控制，避免濕度過高造成水滴，或是濕度過低產生的靜電效應。

Facebook機房在進氣過程中，就使用了蒸發式的冷卻裝置與加濕系統，以確保空氣溫度介於18～29.4度C，以及濕度低於65％。最後，冷卻空氣須通過除霧設備後才進入送風室，然後再透過風扇加壓，將空氣注入資料中心的冷卻通道中。

為了擴大外氣冷卻的可用區域，伺服器廠商也正在想辦法改善伺服器耐熱程度，例如Dell宣布，要改善產品耐熱設計，包括像PowerEdge R610、R710和T610，未來可以保證每年能有900小時在攝氏40度的環境中運轉，讓機房可以使用更高溫度的冷卻空氣。
Dell認為，這樣的設計即使在美國南部區域的機房，例如夏天高達攝氏26、27度的亞特蘭大也可以使用外氣冷卻來減少空調消耗。
對位於低緯度亞熱帶地區的國家而言，IBM全球資訊科技服務事業部資訊系統架構規畫師鄧南品表示，外氣冷卻法需要的外界環境溫度最好約十餘度C。

新機房除了採用冷熱通道設計外，也將採用外氣冷卻機制，當冬天氣溫較低時就可以引進外部空氣，搭配濕度處理和空氣過濾後，來冷卻機房設備，以節省部分空調用電。

最后

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