数据中心机房冷热通道封闭的应用

汪海威　周爱武　杨杰

摘要：数据中心机房的特点就是使用高密度的机柜，因此解决高密度机柜的散热是数据中心机房的重要功能，采用冷通道封闭或热通道封闭的方案是解决中高热密度机柜散热的有效方案，该文在分析了冷热通道封闭的各种应用方式后，根据实践经验，给出了数据中心机房冷热通道封闭的两个典型案例。

关键词：数据中心机房；冷通道封闭；热通道封闭；行间空调

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）35-0140-03

Abstract： The feature of data center computer room is the use of high density cabinet. Therefore， it is an important function to solve the heat releasing problem of the high density cabinet. Enclosed cold aisle or heat aisle is effective method to solve the problem. This article analysis the applications of enclosed cold aisle or heat aisle， then expounds two typical cases of the enclosed cold（hot） aisle.

Key words： Data Center Room； Enclosed cold aisle； Enclosed hot aisle； Inter-column Air Conditioning

1 概述

由于互联网、云计算、大数据技术和应用的迅速发展，我们从IT时代进入到DT时代，在这个发展过程中，数据中心和数据中心机房的建设越来越普及，在数据中心机房的建设中需要使用高密度的机柜，高密度的机柜具有较大的功耗，使得机柜成为中高热密度的机柜，数据中心机房的精密空调系统的应用就是要解决中高热密度机柜的散热问题。同时，在数据中心机房的建设中，绿色、节能的要求越来越高，这样在数据中心机房建设冷通道封闭系统或热通道封闭系统成为发展的趋势，冷通道封闭系统或热通道封闭系统会使精密空调系统具有更高的效能，使PUE值降低，可以节约能源。本文将对数据中心机房的高密度机柜系统不采用冷热通道封闭系统、采用冷通道封闭系统、采用热通道封闭系统等各种情况进行应用分析，并结合分析给出我们的设计。

2 数据中心机房冷热通道封闭的应用分析

2.1 不采用冷热通道封闭和采用冷热通道封闭的应用分析

1）不采用冷热通道封闭的气流组织情况

机柜采用面对面或背对背的方式进行摆放，精密空调冷气流下送风至高架地板下空间内，地板下空间作为静压箱，由通风地板输送至机柜前端，再经IT设备吸收，使IT设备温度降低后，由机柜背部排出热气流。热气流上升至天花内，经精密空调吸收后再降低温度。其优点是：低温空气直接从底部送到IT设备内，吸收IT设备的热量后，从机房顶部回到空调机组顶部。冷热气流流动方向与空气特性相一致，容易得到好的空调效果。气流组织形式如下图所示。

根据分析，采用冷通道封闭或热通道封闭，数据中心内的冷、热气流得以分离。

具有以下优点：

1）避免机房局部热点产生。产生局部热点的原因是在冷气流离开精密空调设备到达机柜前的过程中，IT设备产生热量被带入冷风引起温升，致使距离制冷设备较远的IT设备无法得到有效制冷。采用冷通道封闭或热通道封闭能阻止制冷设备输出的冷气流在到达机柜前的过程中与热气流混合。如此，冷气流在离开制冷设备到达机房内所有机柜的送风温度变化很小，即统一的IT设备进风口温度，从而避免了局部热点产生。

2）精密空调的送风温度可以调整到较高的温度，仍然可以满足机房内IT设备的安全稳定运行。未采用通道封闭的传统下送风的制冷方式所设置的送风温度要比IT设备所要求的温度低得多，才可以防止机房内某一机柜局部过热。采用冷通道封闭或热通道封闭的方式将冷热气流有效隔离，避免了冷热气流混合，可以提高送风温度，以及到达制冷设备的回风温度也会相应得到提升。回风温度提升可以提升冷却盘管的热交换效率，从而提高制冷容量和整体的能效。

3）通过消除冷、热气流混合，设定较高的制冷系统送风温度，可以使制冷系统在高于露点温度的工况下运行。当送风温度高于露点温度，空气中的湿度就不会降低。如果湿度不降低，就不需要加湿，这样就节约了电能和水。

4）在实现相同冷却效果的前提下，采用通道封闭的方式都可减少室内风机的送风量来实现数据中心的节能。

2.2 采用热通道封闭与冷通道封闭的应用分析

采用热通道封闭和采用冷通道封闭各有优缺点，具体分析如下：

根据分析：热通道封闭允许较高的热通道温度而不影响到机房内的其他空间是热通道封闭和冷通道封闭之间最主要的区别。

具体分析如下：

1）机房管理人员在机房操作时，采用冷通道封闭时，冷通道外部空间的温度过高将会导致作业环境温度过高，对经常在数据中心机房内作业的IT管理人员会感觉不舒适，而采用热通道封闭，高温只存在于封闭的热通道之内，而不会影响到在机房内经常作业的人员。

2）机房内除了IT设备还有其他的设备时，冷通道封闭仍需要增加环境空调或通过定制的风管从密闭的冷通道获得冷气流来保证这些设备的良好运行。而热通道封闭则不需要。

3）在忽略人员舒适性以及独立设备安全性的情况下。在机房面积较大时，若采用热通道封闭，由于空间较大，空调发出的冷气流部分流失大空间内，利用效率相对降低。此种情况冷通道封闭的效果优于热通道封闭。

4）在机房面积相对较小时且墙顶地面做好保温，采用热通道封闭冷气流在空间内损失较小，封闭热通道直接将冷风与设备散热面进行对流降温，其制冷效果比较明显，且IT设备产生的热量集中收集，热通道的温度可以提高，而不影响通道外的环境温度，空调的送风温度相应得到提高，节能效果相比冷通道更为明显。但需注意的是，如果送风口送风出现问题，可能出现热量快速积聚的问题，影响IT设备的运用。

2.3 采用行间空调与采用一般下送风房间精密空调的应用分析

针对冷热通道的封闭，采用行间空调和采用房间空调相比，行间空调具有性能的优势，也具有其他方面的缺点。具体分析如下：

优点：

1）行间精密空调直接放置在机柜设备之间，贴近热源设计，冷气流可以在最短的路径送达至机柜内部。降温效果大大提高。

2）空调紧靠机柜的布置方式可解决机柜中的高密度散热，空调能提供机柜需求的冷风送风量要求，热风能最短最快返回空调机组，

3）前送风后回风，冷热气流由机柜物理隔离，可以有效地防止冷热气流混合，提高制冷效率。

4）对地板的架高高度无特殊要求，适用更多机房建设场地。

缺点：

1）造价相对较高。

3 数据中心机房冷热通道封闭应用的设计案例

在我们的应用实践中，针对不同情况的数据中心，我们进行了相关的设计。具体如下：

3.1 主机房面积（S≤120㎡）较小的数据中心机房的设计

采用行间精密空调，并采用热通道封闭气流遏制。精密空调数量按偶数进行配置，防止局部热交换不足。

3.2 主机房面积（S≥120㎡）较大的数据中心机房的设计

面积较大的数据中心，分为一次性全部建成和分期建设两种建设方案。若一次性建设完成，设计可采用房间空调，采用下送风上回风的气流组织形式，并采用冷通道封闭。当然，也可以采用行间空调的设计。若采用分期建设，则建议采用行间空调进行建设，同时进行冷通道封闭。在采用行间空调和冷通道封闭进行设计时，需将行间空调分散布置在机柜列中，不宜将两台空调面对面摆放。这样设计可以方便地分期建设各组机柜系统，建议同时采用模块化机房建设的方案。

4 结束语

数据中心机房空调系统的建设是数据中心机房建设的核心之一，在数据中心机房建设冷通道封闭系统或热通道封闭系统是发展的趋势，如何将冷热通道封闭系统与模块化机房的建设，以及先进、节能、绿色、环保的精密空调系统的建设更好的结合起来，是我们在实际的数据中心机房建设和应用中需要不断研究和探索的。

参考文献：

[1] 李洪珠. 数据中心封闭冷热通道数值模拟对比分析[J]. 制冷， 2014（9）.

[2] 孙育河. 智能冷通道封闭系统对数据中心PUE的影响分析[J]. 电信技术， 2012（11）.