高热密度通信机房的空调解决方案样本.doc

高热密度通信机房空调解决方案摘 要：针对通信机房建设中高热密度问题，结合国内外经验，提出优化空调解决方案。核心词：高热密度 通信机房 空调Abstract：For high heat density problem in communications room，it optimizes air conditioning solutions with home and abroad experiences.Keywords：High heat density Communication room Air conditioning0 前言随着通信设备迅猛发展，通信机房建设中浮现了高热密度问题。这个问题浮现与电子计算机自身以及集成化限度发展变化密切有关。应用高密度信息技术设备如刀片服务器可使每个机柜功率达到20kW以上，这种负荷大大超过了普通机房散热能力，不可避免带来了机房局部高散热量，以及局部温度急剧升高。这就对通信机房空调设计提出了更高技术规定，和过去单纯追求机房内环境温度减少不同，高热密度通信机房发展强调有效地带走每个设备散热量。1 高热密度机柜散热需求如何有效地带走每个高热密度机柜散热量是高热密度通信机房空调解决方案核心问题。（ 本文中，“高热密度机柜”指功率超过3kW机柜，由于3kW相称于当前通信机房平均散热能力范畴上限。）例如安装刀片服务器机柜，其进风口需要大概1180L/s冷空气（以排出空气温度升高11惯用值计算），从机柜后部也要排出相似数量热空气。无论空调系统能否提供这样多冷空气，机柜都要吸入这样多空气。如果不能为机柜提供这样多冷空气，机柜中设备就会吸入自己排出热空气（或相邻机柜排出热空气），导致设备过热。因而，要达到高热密度机柜所需散热性能需要三个核心要素：（1） 使机柜排出热空气远离设备进风口，以保证进风冷度；（2） 为机柜提供足量冷空气，从机柜中排出等量热空气；（3） 以冗余和不间断方式提供冷却功能。2 空调解决方案针对上述高热密度机柜散热需求三个核心要素，下面几节将逐个提出空调解决方案。2.1使机柜排出热空气远离设备进风口，以保证进风冷度。除很少数状况以外，绝大多数高热密度机柜设计为从前面吸入冷空气，从背面排出热空气。 如果机柜都朝向一种方向排列，则第一排机柜排出热空气在通道中将和冷空气或环境空气相混合，然后进入到第二排机柜。 图1显示就是这种布置。 由于空气持续通过各排机柜，设备进风口空气注定是较热。图1 热通道和冷通道没有隔开机柜布置为使机柜排出热空气远离设备进风口，以保证进风冷度，最佳作法是将机柜面对面、背对背形式布置，形成冷、热通道相间隔状态，如图2所示。使机柜前面朝向冷通道吸入冷空气，而热空气将被排出到不含冷空气风口热通道中。图2 热通道和冷通道隔开机柜布置为了更加有效地隔离冷、热空气，机柜中任何未装满组件垂直空间均需安装消隐挡板。由于组件之间垂直空隙会引起气流混流，在这些空隙装上消隐挡板就可阻挡热空气回流。图3 安装挡板对服务器进气口温度影响2.2为机柜提供足量冷空气，从机柜中排出等量热空气。每个高热密度机柜均需要大量冷空气来带走设备产生散热量，如何将冷空气均匀送到每个高热密度机柜进风口，如何将机柜排出热空气精确回收至空调机，这是提供足量冷空气核心点。空调机与机柜之间输送空气有如下三种基本形式：启动方式、局部管道方式、全管道方式。所谓启动方式，即空调机和机柜直接从房间吸入或排出大量空气，中间不用任何专门管道来引导。所谓局部管道方式，即通过管道送风或回风，通风口位于接近机柜处。而全管道方式中，空气直接通过管道进出机柜。以上三种方式，都可用在送风路线和回风路线上，能形成各种气流组织形式组合。其中启动方式送风（例如惯用风帽上送风）系统简朴、安装成本低，但送风气流组织与空气流动特性相矛盾，使房间下部温度偏高，且难以制止冷热空气混合、难以将冷空气均匀送到每个机柜进气口等，因而，对于高热密度通信机房，不推荐使用。而全管道方式送风需配合带有垂直气流配送装置专用机柜，很少使用。因而，高热密度通信机房中惯用气流组织形式为局部管道方式送风与三种方式回风组合。（如图4、图5所示）图4 活动地板机房中惯用气流组织形式图5 无活动地板机房中惯用气流组织形式图4、图5中气流组织形式，越往右，冷却能力越强，但管道系统越复杂，空调系统成本和复杂性都在提高。依照机房特点和高热密度限度，选取适合气流组织形式，是为机柜提供足量冷空气保证。活动地板下送风方式将冷空气从下部送出，气流组织与空气流动特性一致，容易得到好空调效果，且地板下空间比风管断面面积要大许多，这就形成了静压箱，使送风更均匀，同步，可在一定范畴内移动风口位置，以获得适当送风口温度，而风管上送风要做到这点甚为困难。因而，对于高热密度通信机房，优先推荐使用活动地板下送风方式。在有足够平均冷却能力，但却存在高热密度机柜导致热点场合，可通过采用有电扇辅助设备改进机柜内冷却负荷。这种设备可改进气流，并使每一机柜冷却能力提高3kW到8kW。这些设备，如空气分派单元（ADU）和空气迁移单元（ARU）可有效地从邻近空间“盗取”冷空气。（如图6）图6 安装ARU和ADU机柜2.3以冗余和不间断方式提供冷却功能。空调机单元在筹划中或筹划外宕机期间，机柜依然保持持续运营。这就意味着冷却功能必要是冗余任何单个空调机单元关闭时，仍能保持足够冷却功能。常用做法是空调机单元采用N1备份，且各种空调机单元共享一种垫高活动地板空间或压力通风装置。这些装置将所有空调机单元冷空气输出汇总在整个空气分派系统中提供均衡压力，以保证任何一台空调机单元停止运营状况下满足冷空气供应。不间断空调概念在高热密度通信机房中同样受到挑战，常规通信机房空调系统普通从备用发电机获得备份电力，发电机启动延迟是可以接受，由于失去520秒（发电机启动需要时间）制冷和冷空气供应引起温度升高只有大概1。但是，在每个机柜18kW高热密度散热状况下，气温在发电机启动延迟过程中会升高830，这是不可接受。因而在高热密度通信机房中，依照通信设备重要性，且在经济允许条件下，空调机室内、外电扇和压缩机应接入不间断电源系统（如EPS等），以保证空调机基本制冷功能是持续不间断运营。2.4方案小结通过度析，对于高热密度通信机房，可采用下列优化方案：（1）将机柜面对面、背对背形式布置，形成冷、热通道相间隔状态。（2）机柜中任何未装满组件垂直空间均需安装消隐挡板。（3）依照机房特点和高热密度限度，选取适合气流组织形式。优先推荐使用活动地板下送风方式。（4）在有足够平均冷却能力，但却存在高热密度机柜导致热点场合，可通过采用有电扇辅助设备改进机柜内冷却负荷。（5）空调机单元采用N1备份，保证冷却功能必要是冗余。（6）依照通信设备重要性，且在经济允许条件下，空调机室内、外电扇和压缩机应接入不间断电源系统（如EPS等）。通过上述具备针对性优化后，可提高机房空调效率，解决日趋严重高热密度问题。3 超高热密度机房空调解决方案当机房功率密度超过5kW/m2时，采用老式方式精密专用空调机组作为空调机单元已经不能满足机房散热需求。本文中，将此类机房称为超高热密度机房。超高热密度机房空调解决方案不是本文重点，仅作简朴简介。常用超高热密度机房空调解决方案有：XD高热密度解决方案、ACS机柜冷却系统解决方案等。XD高热密度解决方案，即空调风机盘管安装在机柜冷通道正上方，从两侧热通道吸入热空气，制冷解决后直接送至冷通道（如图7）。此方案能使冷、热空气形成良好强制循环。图7 XD高热密度解决方案ACS机柜冷却系统解决方案， 即采用一种集成有冷却、供电、防火和安全系统自治柜系统。冷却单元位于机柜内，热空气可在集成冷却单元内解决而不排放到柜外，这样可保证向机柜内设备供应冷空气最大有效性（如图8）。图8 ACS机柜冷却系统解决方案4 结束语据美国APC预测：十年前，机房空间大小是限制通信设备装机容量核心因素；今天，电力供应成为了限制通信设备装机容量瓶颈，而十年后，设备散热将成为限制通信设备装机容量最大难题。因而，针对通信机房日趋突出高热密度问题，必要变革思路，从过去单纯追求机房内环境温度减少，发展为强调有效地带走每个设备散热量，并建立一系列有效、安全、经济空调解决方案。参照文献1 Neil Rasmussen. Power and Cooling for Ultra-High Density Racks and Blade Servers. American Power Conversion (APC) Rev -42 Peter Hannaford. Ten Cooling Solutions to Support High- Density Server Deployment. American Power Conversion (APC) Rev -0