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前言：

在過去的十年中，許多企業(yè)都已經意識到：具備密閉系統(tǒng)的數據中心氣流管理實踐方案的相關優(yōu)勢?，F在，人們對于“隨著每臺機柜的平均熱負荷的增加，簡單地將機柜安置在傳統(tǒng)開放的熱/冷通道中的配置方案并不是有效的方法”這一點也非常容易理解了。相關的行業(yè)協會已經推薦將間接和直接的液體冷卻作為高密度應用程序的解決方案，但是，對于今天的平均機架密度和未來十年預期的機架密度而言，使用具有周邊冷卻的密閉系統(tǒng)仍然是非常有效的解決方案。此外，密閉系統(tǒng)還能夠為熱通道/冷通道、省煤器應用程序和免費的自然空氣冷卻方案的翻新改造提供相應的支持。

在本文中，來自Chatsworth Products公司(CPI)的相關專家將為我們對三款數據中心密閉系統(tǒng)分別進行分析和比較，并為我們具體分析其中一款系統(tǒng)較之其他系統(tǒng)的重要區(qū)別。希望本文能夠為廣大讀者朋友們在確定符合貴公司數據中心要求和業(yè)務目標的最佳密閉選項時提供相關的參考借鑒。

本視頻主要由七彩教育設計總監(jiān)林老師主講

數據中心密封的三種方案

關于數據中心完全的密閉，有三種基本的方法。如下，我們將為您分別介每種系統(tǒng)，并為您列出采用每種系統(tǒng)所需考慮的相關益處和挑戰(zhàn)。

管道式排氣機柜(立式排氣管)　 ??

管道排氣柜是帶有垂直排氣管的封閉式服務器機柜。

圖1：幾臺帶有垂直排氣管道的管道排氣機柜剖視圖，如圖顯示了通過機柜和服務器機房的氣流情況。注意：熱排氣通過垂直排氣管被隔離，并從服務器機房中排出。

如上圖1所示，由服務器所排出的熱排氣被封閉在機柜內，完全與機房內的空氣隔絕。熱空氣通過架空垂直排氣管被排出機柜，該排氣管將熱空氣引導至天花板吊頂上方的集氣室，并返回到冷卻單元(如圖)或外部通風口。

關于管道式排氣柜架構的相關考慮因素(立式排氣管)：

　　優(yōu)點：

是基于機柜的最簡單的部署和更改方案

最具成本效益的部署方法

排氣管即“熱通道”

整個服務器機房是“冷通道”，并提供供氣

機柜可安置在機房的任何地方、任何方向，推薦為使用傳統(tǒng)的熱通道/冷通道配置，以便最好的利用空間，但并不需要嚴格的“熱過道/冷過道”機架行

無需額外的過道通道以部署管道式排氣柜，數據中心建筑內的承重墻的位置和結構并不影響部署

消除了對于活動高架地板的需求

冷空氣可以從機房的任何地方傳送，無需實施嚴格的“機柜前” 冷空氣供應

輔助設備可以安置在任何地方，并且仍然可以實現充分的冷卻，因為機房很涼爽

如果存在活動高架地板，通過瓷磚滲漏的大部分空氣將進入“冷通道”，而不會浪費旁路空氣

消防滅火系統(tǒng)僅需要進行最少的更改或無需更改——噴淋頭必須覆蓋整個數據中心操作空間

　　缺點：

該系統(tǒng)需要一個高架空間，并且需要在空氣處理器單元上額外增加一個套環(huán)來創(chuàng)建一個完全封閉的回路

該系統(tǒng)要求將管道安置在每臺機柜的上方;且管道還必須能夠延伸到高架空間

某些設備并不提供垂直排氣管的選項，要求第三方提供送風管道;某些供應商可能會提供一款定制化的解決方案

空氣處理機上的風扇速度應調整至與設備的要求密切相符;而這可能需要關閉一些單位或升級變速風扇

優(yōu)化操作條件可能需要添加一些儀器或HVAC控制

? ? ? ??熱通道密閉(HAC)

熱通道密閉(HAC)是數據中心業(yè)界目前所使用的最為普遍的密閉解決方案。該這種方法中，在熱通道上設置管道的工作和擋板的配置，門的任一端都堵住通道入口。

圖2：HAC解決方案的剖視圖，在熱通道上構建有管道，如圖顯示了通過容器通道和機房的氣流。注意：排出的熱空氣被隔離，并通過熱通道上的管道從機房中排出。

如上圖2所示，HAC解決方案包含并隔離了室內的熱排氣，防止其到達相鄰的冷通道并與冷空氣混合。然后，熱通道中的熱廢氣將返回到冷卻單元，通常通過天花板吊頂的集氣室。

關于HAC架構的相關考慮因素：

　優(yōu)點：

密閉通道即“熱通道”

整個操作機房(除了密閉熱通道外)是“冷通道”，并提供供氣

消除了對高架活動地板的需求

冷空氣可以從操作機房的任何地方輸送;無需嚴格實施在“機柜前”輸送

輔助設備可以放置在任何地方，并且仍然充分冷卻，因為操作空間足夠涼爽

如果存在活動高架地板，通過瓷磚滲漏的大部分空氣將進入“冷通道”，而不會浪費旁路空氣

消防滅火系統(tǒng)僅需要進行最少的更改或無需更改——噴淋頭必須覆蓋整個數據中心操作空間

　　缺點：

較之管道式排氣柜(立式排氣管)，其配置和更換更為復雜

較之管道式排氣柜(立式排氣管)，其部署方法的成本更昂貴

機柜必須放置在相鄰的熱通道/冷通道行中，并成對配置以形成“熱通道”

該系統(tǒng)可能需要長度均勻的機架行，平行且對齊的排列安置;

每個通道兩端的門可能需要額外的過道通道;

該系統(tǒng)需要一個高架空間，并且需要在空氣處理器單元上額外增加一個套環(huán)來創(chuàng)建一個完全封閉的回路

該系統(tǒng)需要在熱通道上建造一個通風管道;該管道必須能夠延伸到頂部的通風道

高架路徑可能穿透HAC，需要做額外的工作來緩解氣流泄漏

數據中心所在當地的相關監(jiān)管機構可能要求在管道和天花板之間要設置較大的間隙

密閉的通道可能會給讓操作運營的員工們感到室內溫度“不舒適”

根據數據中心內部溫度的不同，數據中心所在當地的監(jiān)管機構可能會認為密閉的熱通道是危險位置，并且要求對其安裝額外的安全設備或標牌

空氣處理機上的風扇速度應調整至與設備要求密切相符;而這可能需要關閉一些單位或升級變速風扇

優(yōu)化操作條件可能需要添加一些儀器或HVAC控制

冷通道密閉

冷通道(CAC)配置通常用于改造已有高架地板冷卻系統(tǒng)的數據中心環(huán)境。

圖3：一款CAC解決方案的剖視圖，在冷通道上構建天花板，顯示氣流進入所密閉通道，通過機柜并通過操作機房返回到冷卻單元。注：熱排風在操作機房內由天花板被隔離在冷通道內。

如上圖3所示，在冷通道上設置了一個屋頂和/或隔墻，兩端都有門。這隔離了冷通道內的冷空氣，使其與相鄰熱通道中的熱空氣隔離分開。熱的排氣在熱通道中自由升起，并通過操作機房返回空氣處理機。

　　關于CAC架構的相關考慮因素：

　　優(yōu)點：

對于現有的熱通道/冷通道數據中心環(huán)境，該系統(tǒng)是一個簡單翻新改造，特別是對于活動高架地板供氣通風系統(tǒng)

　　密閉過道即“冷通道”，并提供供氣

　　缺點：

較之管道式排氣柜(立式排氣管)，其配置和更換更為復雜;

較之管道式排氣柜(立式排氣管)，其部署方法的成本更昂貴;

操作機房即是“熱通道”;

機柜必須被安置在相鄰的熱通道/冷過道行中，并成對布置，以形成“熱通道”;

該系統(tǒng)可能需要長度均勻的機架行，平行且對齊的排列安置;

每個通道兩端的門可能需要額外的過道通道;

冷空氣必須通過高架活動地板或高架管道被輸送到密閉的“冷通道”中

該系統(tǒng)通常使用高架活動地板設計

可用氣流難以控制，無法很好滿足設備的要求

密閉冷通道上的防護天花板結構必須圍繞數據中心建筑的承重立柱和其他承重的建筑構造

可能需要移動架空通道，并將其提升至機柜上方，以便為密閉天花板結構提供足夠的空間

需要將消防滅火系統(tǒng)擴展到所密閉的操作空間(這些更改可能是需要花費很高成本的項目)

操作環(huán)境的溫度可能會讓工作運營人員感到“不舒服”

輔助設備將處于“熱通道”空間，可能會降低性能

如果存在高架活動地板，通過瓷磚滲漏的大部分氣流將進入“熱通道”，進而降低回流到冷卻裝置的空氣的溫度，這可能降低冷卻機組的效率

空氣處理機上的風扇速度應調整至與設備要求密切相符; 這可能需要關閉一些單位或升級變速風扇

優(yōu)化操作條件可能需要添加一些儀器或HVAC控制

企業(yè)數據中心應選擇使用哪種類型的密封方案?

英特爾和德國電信旗下的T-Systems公司曾于2010年在T-Systems公司位于慕尼黑Euro Industriepark的總部進行過一項實驗(見注釋1)。該實驗表明，一種形式的密閉方案較之另一種并不存在明顯的效率優(yōu)勢。所有三種系統(tǒng)的相對冷卻性能都大致相同。然而，最近由CPI公司所建立的CFD模型則表明，在一定的條件下，管道式排氣柜(立式排氣管)和HAC則具有效率優(yōu)勢。

貴公司數據中心所選擇的密閉系統(tǒng)的類型應該基于您企業(yè)自己的業(yè)務需求和數據中心建筑的架構。無論使用哪種方法，都必須充分隔離數據中心內的冷空氣。在每種情況下，您都需要考慮以下幾點。

　　1、有效的密閉是至關重要的

為了盡可能地實現冷送風和熱廢氣之間的充分隔離，在密閉系統(tǒng)中使用良好的密封是非常重要的。這包括機柜內和機柜周圍的密封，以及機柜和密閉系統(tǒng)組件之間的密封。

有效的密封所帶來的好處包括：

防止機柜內的空氣再循環(huán)和旁路氣流;

允許冷卻系統(tǒng)空氣處理程序進行調整，以支持操作機房內最小的壓力變化，并保持開放空間和密閉空間之間的輕微壓力差;

最大限度地提高能源使用效率。密封越好，就越能更好的控制風扇的速度，使其與服務器的供氣需求量密切相符。這樣，返回的排氣以較高的溫度輸送到冷卻機組;

提供節(jié)能方面的最低運營成本;

企業(yè)數據中心在選擇密閉制解決方案時，務必要考慮密封性。密閉解決方案供應商們通常會在氣流的泄漏方面描述系統(tǒng)的密封性能，通常是基于在特定操作壓力下對于每臺機柜的特定氣流量的百分比進行描述。比較這些值時，請注意條件可能不匹配的情況。在運行期間，氣流量應該是整個機房在計劃內的靜態(tài)壓力下的最大可持續(xù)容積。例如，CPI公司在測試時就將其密封遏制系統(tǒng)性能定義為：每臺機柜0.05英寸水柱(0.01 kPa)的排氣流量為3000 CFM(5097 CMH)，泄漏量小于5%。

2、防止機柜內部及周圍的氣流再循環(huán)和旁路氣流

有效的氣流管理和冷卻成本的降低需要消除機柜內或機柜周圍的旁路氣流，我們推薦采用以下最佳實踐方案，如下圖4所示。

圖4：顯示設備周圍的旁路氣流的機柜剖視圖(左圖);良好的氣流管理指導通過設備，并阻止氣流的再循環(huán)(右圖)。利用機柜內的擋板和下料板密封空氣旁路設備的開口是至關重要的。所有通過機柜的空氣都應該通過設備，并將熱量從設備中傳出，排出機柜。

使用適當的機架技術來阻止機架安裝設備周圍的氣流;

使用擋板密封所有未使用的機架安裝空間，以阻止機架安裝設備之間的氣流;

在機架安裝設備周圍使用空氣擋板和密封件，以防止設備周圍的熱空氣再循環(huán);

在機柜和高架活動地板的電纜開口周圍使用密封件;

使用機柜之間的密封來阻止機柜之間的空氣流入所密封的空間;

使用擋板阻止機柜下的氣流進入所密封的空間

在執(zhí)行任何進一步的密閉制項目之前，應該采取上述這些步驟。阻止旁路通過機柜的氣流(以及用于氣流輸送的高架入口地板的開口)是任何有效的氣流管理解決方案的關鍵組成部分，其可以暫時解決散熱問題，而無需額外的管道排氣或通道密封。此外，在拆除設備時安裝下檔板和在新的地板開口形成時安裝密封件也需要嚴格按照程序執(zhí)行。

　3、壓力管理

在您數據中心的密閉系統(tǒng)中建立“良好的密封”不僅僅是密封以防止氣流泄漏的問題。其還要求對密封環(huán)境進行全面的壓力管理，特別是對于CAC而言。完整的密閉結構應包括一套有效的壓差管理系統(tǒng)。這可能包括更新或引入HVAC控制。

　　4、利用工程分析

一旦實現了阻止機柜內旁路氣流的基本步驟，并決定實施完整的密閉系統(tǒng)，就可以創(chuàng)建一個計算流體動力學(CFD)模型來演示添加密封方案的結果了。

一些密封方案的供應商可以提供一些基本的分析，其中可能包括一個操作空間的CFD模型來描述條件變化前后的相對供應和返回溫度。也可以用來估計冷卻系統(tǒng)能量需求降低的一部分。

或者，一項正式的工程研究將考慮整個冷卻系統(tǒng)，單個部件的貢獻以及該部分的節(jié)約所帶來的年度具體影響。還可以考慮在各種條件下的性能，例如，在《ASHRAE數據通信系列：數據處理環(huán)境的熱指導方針》RP-1499中所推薦和允許的范圍(見注釋2)。一項工程研究可以提供更詳細的估計，以包括任何數據中心站點實施遏制解決方案時所需進行的升級或更改。

　　密閉系統(tǒng)之間的主要差異

下表列出了每種密閉系統(tǒng)的主要考慮事項清單，并總結了密封遏制系統(tǒng)之間的主要差異?；谏衔乃榻B的各自的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，并對各自的相關性能，復雜性和成本差異進行了對比，對解決方案進行排名以滿足您數據中心的要求。

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? ? ? ?注釋：

1、個別密閉系統(tǒng)的氣流泄漏情況取決于安裝和修改時用于密封開口的護理程度的不同而有所差異。然而，任何系統(tǒng)都可以創(chuàng)建一套類似的密封。5%的方案被列為一套優(yōu)秀的密封方案。這表明了密封遏制系統(tǒng)的基本概念具有類似的性能，正如T-Systems和英特爾的研究所提出的那樣。但是，整體性能應該考慮通過活動高架地板或吊頂天花板充氣室的額外泄漏情況，這對于每款系統(tǒng)是不同的，并且可能影響整體的成本。較高的泄漏需要增加空氣量，這意味著要運行更多的冷卻裝置/空氣處理機。

2、當使用平板地板時，“良好的密封方案預計能夠將氣流泄漏”下降到0%。借助CAC，冷空氣通過活動高架地板或高架管道輸送到封閉空間。雖然高架管道的泄漏量會下降到0%，但管道需要非常大的空間來處理氣流量，數據中心的建筑空間必須能夠適應管道的物理尺寸和支撐結構。同樣地，如果CAC用于機架行冷卻，則泄漏將為0%，但是為行列式冷卻機組部署和供電的首要成本以及冷卻機組的操作成本通常將超過基于房間的周長的散熱設計。

結論

您企業(yè)數據中心所選擇的密封系統(tǒng)的類型應該基于您企業(yè)的業(yè)務需求和數據中心建筑架構的限制。正如本文中所介紹的，不同的系統(tǒng)包含不同的組件和相對成本的組合，故而您需要根據您企業(yè)數據中心所處的具體地點、具體的需求進行不同部署選擇。而無論您選擇哪種系統(tǒng)，您企業(yè)的數據中心站點所消耗的冷卻能量的減少都可能會是相當顯著的。

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