解读机房高热密度机柜空调解决方案

随着半导体芯片技术的高速发展，电脑处理器芯片的运算速度成倍地增长而体积却大幅缩小，但随之而来的是服务器高发热量的散热问题。特别是随着刀片服务器逐渐得到广泛应用，数据中心的部署密度正日益增加：把热插拔和冗余运用到刀片服务器之中，这些设计满足了密集计算环境对服务器性能的要求。 从表面看，与传统的机架/塔式服务器相比，刀片服务器能够最大限度地节约服务器的使用空间和费用，实现机柜优化的飞跃。但同时也造成了单个机架或机架局部单位面积发热量急剧上升，并导致机房局部“发热”的高热密度现象的产生。虽然很多刀片服务器在设计中采用了低功耗的处理器，但依旧是机房中最大的热源之一。这使得4 kW，6 kW，8 kW，10 kW，甚至是12 kW热量的机柜相继出现。因此，数据中心面临着因刀片服务器带来的局部过热而烧毁服务器及小型计算机挡机的威胁，进而可能给投资者和用户造成经济及无形资产的损失。

对此，过去把静电地板下作为送风静压箱选用下送风方式冷却设备的做法已经是行不通了。在此背景下，各种以解决高热量、高密度、热负荷的空调方案应运而生。

一、冷热通道隔离送风方式

目前，较为普遍的做法是将机柜按热通道和冷通道的方法布局，将冷热通道完全隔离开来，空调选用下送风方式，所有空调产生的冷量均由冷通道进入机房并被机柜吸入，对服务器进行冷却后由服务器排风扇将热量排入热通道，最后被吸入空调机，这样组成一个完整的冷热对流循环(如图1所示)。

在实际运用中，选用冷热通道隔离的送风方式冷却高热密度机柜的方法要注意以下几个问题。

(一)空调配置时不能光考虑机

房热量和冷量的匹配问题认为冷量和热量匹配机房就一定能达到理想的温度和湿度的观念是错误的。而只有送到每个冷通道的冷量大于这排机柜所发出的热量(至少要等于这个热量)，才能将这排机柜产生的热量平衡掉。

(二)选用下送风方式必须保

证从静电地板下出风口送出的风速如果风速过低，会导致机柜下半部分获得较多的冷量，而上半部分冷量较少，导致冷却效果较差，机柜的热量没有被充分地平衡掉，进而可能导致机柜温度升高而烧毁服务器的故障。理想的做法，是空调送出的冷量能层层进入服务器机柜，即可以通过风管定点送风(如图2所示)。

南京佳力图空调机电有限公司(以下简称“佳力图公司”)曾用此方法为用户改造机房，具体做法是：首先计算出机房的总热量和总冷量，然后在每排机柜上方架设风管，并在每个机柜后面安装一个风道，冷风直接进入机柜对服务器进行冷却，从而充分地发挥了空调的作用。

二、全新水平送风方式解决方案

(一)下送风和上送风方式的弊端

过去的机房专用空调往往采用下送风或上送风两种方式，但随着大功率服务器的出现，上述两种送风方式已无法解决高热量机柜的散热问题，其弊端包括以下几个方面。

1.为保证空调送出的冷量与设备发出的热量有效对流，完成冷热交换，使电子设备工作在规定环境温度和湿度内，需要空调配置较大功率的风机，以保证空调的大风量和高风压，但这是非常不节能的。

2.在大多数下送风机房中，空调送出的冷量往往是自下而上传递的，而2.2米高的服务器机柜内有多层服务器。虽然我们希望水平放置的服务器每层都能获得有效的冷却，以保证服务器安全稳定工作，但事实上由于空调送风和服务器内排风扇组成的气流是垂直关系，在没有强制密闭送风通道保证的前提下，很难保证空调送出的冷量能够有效地进入服务器机柜。而要保证空调送出的冷量能达到2.2米机柜的上方，就要求空调送出的风速要达到5 m/s左右，这样快的风速在传递中需要较大的风压，而与之垂直放置的服务器内的风扇由于风速和风压都较小，因此吸入服务器内的冷量非常有限，对2 kW热量的机柜往往能满足要求，但对4 kW以上热量的机柜，吸入的冷量就远远不能满足冷热对流交换的要求，从而导致机柜局部过热。如果空调送风速度低于2.5 m/s，那么空调送出的冷量根本无法使机柜1.5米以上的服务器得到很好的冷却而出现局部过热现象。

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