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 所有傳輸至數(shù)據(jù)中心內(nèi)IT負(fù)載的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱能，必須被排出去，以避免過熱。事實(shí)上所有IT設(shè)備均借助氣流冷卻，即每一臺(tái)IT設(shè)備都從機(jī)房環(huán)境中吸入冷空氣，再將熱空氣排放到房間中。由于一個(gè)數(shù)據(jù)中心可能包含數(shù)千臺(tái)IT設(shè)備，其結(jié)果是數(shù)據(jù)中心內(nèi)有數(shù)千條熱氣流路徑，它們的總和構(gòu)成數(shù)據(jù)中心總的熱氣流輸出；熱量必須被移除。空調(diào)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)中心的作用就是高效率地收集這些復(fù)雜的熱氣流并將其所攜帶的熱量排出機(jī)房。
        房間級(jí)制冷是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻的傳統(tǒng)方法。在這種方式中，通過一臺(tái)或多臺(tái)并行工作的空調(diào)系統(tǒng)將冷空氣輸送到數(shù)據(jù)中心內(nèi)，并吸取機(jī)房環(huán)境中較熱的空氣。這種方式的基本原理是空調(diào)機(jī)不僅提供原始制冷量，還要充當(dāng)一個(gè)大型混合器，在機(jī)房內(nèi)不斷攪拌和混合空氣，使之達(dá)到均勻的平均溫度，防止熱點(diǎn)出現(xiàn)。這種方式只有在混合空氣所需功耗僅占數(shù)據(jù)中心總功消很小一部分時(shí)才有效。數(shù)據(jù)模擬和實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)數(shù)據(jù)中心的平均功率密度為每臺(tái)機(jī)柜1～2kW量級(jí)時(shí)房間級(jí)制冷才有效，換算為單位面積功率密度為323～753W/㎡（30～70W/ft2）。可以采用各種各樣的方法提高房間級(jí)制冷系統(tǒng)所支持的功率密度，但是始終會(huì)遇到極限。然而，現(xiàn)代∏設(shè)備的功率密度正在將峰值功率密度推高至每臺(tái)機(jī)柜20kW或更高，其數(shù)據(jù)模擬和實(shí)驗(yàn)表明，依靠空氣混合的房間級(jí)制冷已不再能有效地起作用。
        為解決這一問題，出現(xiàn)了新的關(guān)注于行級(jí)或機(jī)柜級(jí)制冷的設(shè)計(jì)方式。在這些新設(shè)計(jì)方式中，特別將空調(diào)系統(tǒng)與機(jī)柜行或單獨(dú)的機(jī)柜集成。這樣可以使可預(yù)測(cè)性大大提升，并可解決更高密度的散熱問題，提升效率，另外還有許多其他優(yōu)點(diǎn)。接下來，將對(duì)各種不同的制冷方式進(jìn)行介紹和對(duì)比。結(jié)果將顯示，這三種方式各有其相應(yīng)的應(yīng)用，總體而言，對(duì)于更高密度的應(yīng)用場(chǎng)所，預(yù)期將出現(xiàn)從機(jī)房級(jí)制冷轉(zhuǎn)向行級(jí)制冷的趨勢(shì)。
 
1、房間級(jí)、行級(jí)和機(jī)柜級(jí)制冷架構(gòu)
        每一套數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)均有兩項(xiàng)主要功能：提供總制冷量，并將冷空氣分配至IT負(fù)載。第一項(xiàng)提供總的制冷容量的功能對(duì)所有制冷體系結(jié)構(gòu)均相同，即空調(diào)系統(tǒng)的總制冷量（以kW為單位）必須大于IT設(shè)備總功率負(fù)載的容量（kW）。不管制冷系統(tǒng)是在房間級(jí)、行級(jí)還是機(jī)柜級(jí)的設(shè)計(jì)，都需要滿足這一功能。各種制冷體系架構(gòu)之間的主要差異在于它們?nèi)绾螆?zhí)行第二項(xiàng)關(guān)鍵功能，即向負(fù)載分配冷空氣。與電流分配不同，電流被約束在線纜內(nèi)且作為設(shè)計(jì)組成部分清晰可見，氣流只是大體受機(jī)房設(shè)計(jì)的約束，實(shí)際氣流在實(shí)施過程中并不可見，并且在不同設(shè)施上會(huì)有相當(dāng)大的區(qū)別。對(duì)氣流的掌控是不同的制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的主要目標(biāo)。
        機(jī)房空調(diào)機(jī)組的實(shí)際物理布局可能有所不同。在房間級(jí)制冷架構(gòu)中，機(jī)房空調(diào)機(jī)組與機(jī)房相關(guān)聯(lián)；在行級(jí)制冷架構(gòu)中，CRAC機(jī)組與機(jī)柜行相關(guān)聯(lián)，而在機(jī)柜級(jí)制冷中，CRAC機(jī)組則被分配至單個(gè)機(jī)柜。
 
2、房級(jí)制冷架構(gòu)
        在房間級(jí)制冷架構(gòu)中，CRAC機(jī)組與機(jī)房相關(guān)聯(lián)，并行工作以應(yīng)對(duì)機(jī)房的總體熱負(fù)載。房間級(jí)制冷架構(gòu)可能由一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)房空調(diào)組成，機(jī)房空調(diào)提供完全不受管道、風(fēng)門、通風(fēng)口等約束的冷空氣，或者供風(fēng)和/或回風(fēng)可能受到高架機(jī)房地板或頂部壓力回風(fēng)系統(tǒng)的部分約束。
        在設(shè)計(jì)中，對(duì)氣流的關(guān)注通常有很大的不同。對(duì)于較小的機(jī)房，機(jī)柜有時(shí)會(huì)隨意擺放，氣流系統(tǒng)因此沒有系統(tǒng)規(guī)劃。對(duì)于較大、較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心，可利用機(jī)房高架地板將冷空氣分配到經(jīng)過周密規(guī)劃的機(jī)柜冷通道，其目的很明確，即引導(dǎo)氣流并使之與IT機(jī)柜對(duì)應(yīng)。
        房間級(jí)制冷架構(gòu)的設(shè)計(jì)受機(jī)房物理特性的影響很大，包括天花板高度、機(jī)房形狀、地板上下的障礙物、機(jī)柜布局、機(jī)房空調(diào)的位置、IT負(fù)載功率密度分布等因素。其結(jié)果是可預(yù)測(cè)性和均一性較差，特別是在功率密度增大時(shí)更是如此。因此，可能需要利用流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型（CFD）對(duì)設(shè)計(jì)安裝細(xì)節(jié)進(jìn)行計(jì)算。此外，諸如IT設(shè)備移動(dòng)、增加及變更等也可能使性能模型失效，而需要進(jìn)一步的分析和測(cè)試。特別地，確保機(jī)房空調(diào)的冗余性將變得非常復(fù)雜并難以驗(yàn)證。
        房間級(jí)制冷體系架構(gòu)的另一個(gè)明顯缺點(diǎn)是，在大部分情況下機(jī)房空調(diào)的制冷量并未完全得以利用。這種狀況通常由機(jī)房設(shè)計(jì)造成，機(jī)房空調(diào)送出的冷空氣有相當(dāng)一部分繞過IT負(fù)載直接返回機(jī)房空調(diào)，這部分短路循環(huán)的氣流并沒有對(duì)IT負(fù)載實(shí)施冷卻，實(shí)質(zhì)上是降低了機(jī)房空調(diào)的總制冷量。將導(dǎo)致即使在機(jī)房空調(diào)的附加制冷（kW）尚未完全利用，IT設(shè)備的制冷要求也可能超出CRAC的制冷容量。
 
3、行級(jí)制冷架構(gòu)
        在行級(jí)制冷架構(gòu)中，機(jī)房空調(diào)機(jī)組與機(jī)柜行相關(guān)聯(lián)，以針對(duì)特定機(jī)柜行為設(shè)計(jì)目的。機(jī)房空調(diào)機(jī)組可以安裝在IT機(jī)柜之同，可以架空安裝，也可以在地板下安裝。與房間級(jí)制冷架構(gòu)相比，其氣流通路較短，且更為明確。此外，氣流可預(yù)測(cè)性要好很多，機(jī)房空調(diào)的全部額定制冷量均可得到利用，并可以實(shí)現(xiàn)更高密度的布局。
        除制冷性能之外，行級(jí)制冷架構(gòu)還有許多其他優(yōu)點(diǎn)。氣流路徑縮短可降低空調(diào)風(fēng)機(jī)功率，提高效率。這不是一個(gè)小優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閷?duì)于許多負(fù)載較低的數(shù)據(jù)中心，機(jī)房空調(diào)風(fēng)機(jī)功率損耗這一項(xiàng)的功耗就會(huì)超過總IT負(fù)載功耗。
        行級(jí)制冷設(shè)計(jì)可以根據(jù)目標(biāo)機(jī)柜行的實(shí)際需求確定制冷量和冗余度。例如，行級(jí)制冷架構(gòu)允許一行機(jī)柜高密度應(yīng)用，如安裝了刀片式服務(wù)器，而另一行機(jī)柜則應(yīng)安裝較低密度的TT設(shè)備，如交換機(jī)。此外，對(duì)具體行可針對(duì)性地采用N+1或2N式冗余設(shè)計(jì)。
        行級(jí)制冷架構(gòu)可以應(yīng)用于無高架地板的環(huán)境。這樣可以提高地板的承載能力，降低安裝成本，不再需要入口坡道，并使得數(shù)據(jù)中心可以設(shè)在沒有足夠凈空來安裝高架地板的建筑物內(nèi)。這一點(diǎn)對(duì)高密度數(shù)據(jù)中心尤為重要，因?yàn)槠錂C(jī)房高架地板的高度可能需要1m或更高。

        服務(wù)器排出的熱空氣可通過三種方式被傳送到空調(diào)：無氣流遏制系統(tǒng)、熱通道氣流遏制系統(tǒng)及機(jī)柜氣流遏制系統(tǒng)。這些方法均采用行級(jí)制冷概念（將空調(diào)機(jī)置于距IT機(jī)柜幾步范圍內(nèi)）。下面分別以介紹。
        1. 無氣流遏制系統(tǒng)
        無遏制區(qū)域采用熱通道和冷通道的標(biāo)準(zhǔn)布局和標(biāo)準(zhǔn)寬度來防止冷熱氣流的混合。為此，開放區(qū)域取決于一行內(nèi)的多臺(tái)機(jī)柜，對(duì)獨(dú)立制冷IT機(jī)柜不起作用。由各行機(jī)柜（在某些情況下還包括墻壁）形成的冷、熱通道對(duì)冷、熱氣流進(jìn)行隔離。IT設(shè)備機(jī)距離行級(jí)空調(diào)越近，熱空氣的捕獲量和被制冷的量也越大。隨著IT機(jī)柜與行級(jí)空調(diào)機(jī)之間距離的增加，數(shù)據(jù)中心內(nèi)熱空氣與周圍空氣的混合也就越多。
        何種情況下采用本方法：
        （1）IT機(jī)柜處于經(jīng)常會(huì)移動(dòng)和重新定位的區(qū)域。
        （2）使用的IT機(jī)柜來自多個(gè)不同的廠商。
        需要權(quán)衡的因素：即便是在較低密度下仍需要更多的行級(jí)空調(diào)，以便很好地收集來自所有IT機(jī)柜的熱廢氣。
        2. 熱通道氣流遏制系統(tǒng)
        熱透道氣流遏制區(qū)域與無氣流遏制區(qū)域基本相同，只是每兩行之間的熱通道均被遏制。熱透道通過天花板及通道兩端的門加以封閉，成為廢熱排放通道。此外，機(jī)柜的后門被去除。廢熱被遏制系統(tǒng)隔離，不能與數(shù)據(jù)中心環(huán)境空氣相混合。需要一面墻壁成另一排機(jī)柜來構(gòu)成冷通道，以隔離冷空氣供應(yīng)。
        何種情況下使用本方法：
        （1）在必須節(jié)約占地面積的情況下此方法被普遍采用，因?yàn)樗c兩行低密度機(jī)框的占地面積相同。
        （2）在采用熱通道、冷通道布局的數(shù)據(jù)中心。
        需要權(quán)衡的因素：
        （1）熱通道遏制擋板會(huì)提高基建成本。
        （2）熱通道遏制可能因?yàn)闊嵬ǖ纼?nèi)高溫而超出工作環(huán)境規(guī)定限制。
        （3）與某些類型的電纜、配電條、標(biāo)簽及其他并非針對(duì)高溫設(shè)計(jì)的材料不兼容。
        （4）不能對(duì)單行機(jī)柜使用。
        （5）法規(guī)監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能要求熱通道內(nèi)有滅火設(shè)施。
        3. 機(jī)柜氣流遏制系統(tǒng)
        機(jī)柜遏制系統(tǒng)（也稱為“機(jī)柜氣流遏制系統(tǒng)”）與熱通道氣流遏制類似，只是利用設(shè)備機(jī)柜的后框架和一系列擋板形成后部氣流通道將熱空氣加以遇制。此通道可被連接至一臺(tái)IT機(jī)柜或一排機(jī)柜。用于構(gòu)建熱空氣通道的擋板會(huì)使常規(guī)機(jī)柜的深度增加20cm（8 in）。在必要時(shí)，可選用一系列的前擋板將冷、熱氣流完全遏制。這種可選的前部遏制將使機(jī)柜深度再增加20cm（8 in）。
        何種情況下使用本方法：
        （1）在熱通道氣流遏制系統(tǒng)為優(yōu)選方法的情況下，只剩一個(gè)奇數(shù)行為無氣流遏制系統(tǒng)。
        （2）要求經(jīng)常操作且便于管理通信電纜時(shí)。
        （3）在獨(dú)立開放式數(shù)據(jù)中心環(huán)境或混合式布局等情況下需要實(shí)現(xiàn)完全隔離時(shí)——僅當(dāng)可選的前部氣流遇制系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)。
        （4）在缺乏任何形式的制冷、高密度設(shè)備放置于高溫下的布線室內(nèi)——僅當(dāng)可選的前部氣流遏制系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)。
        （5）高要消音時(shí)——僅當(dāng)可選的前部氣流遏制系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)。
        需要權(quán)衡的因素：
        （1）前方和后方密封擋板會(huì)增加基建成本。
        （2）在單一機(jī)柜配置中，當(dāng)需要制冷冗余時(shí)，成本會(huì)大幅增加。
 
4、機(jī)柜級(jí)制冷架構(gòu)
        在機(jī)柜級(jí)制冷中，機(jī)房空調(diào)與機(jī)柜相關(guān)聯(lián)，以冷卻特定機(jī)柜為設(shè)計(jì)目的。空調(diào)機(jī)組直接安裝在IT機(jī)柜上或其內(nèi)部。與房間級(jí)或行級(jí)制冷架構(gòu)相比，機(jī)柜級(jí)制冷氣流路徑更短，且定義更為準(zhǔn)確，使得氣流完全不受任何設(shè)施變動(dòng)或機(jī)房約束條件的影響。機(jī)房的全部額定制冷量均可得到利用，并可實(shí)現(xiàn)最高的負(fù)載密度（每臺(tái)機(jī)柜最高50kW）。
        與行級(jí)制冷類似，除具有高密度能力之外，機(jī)柜級(jí)制冷架構(gòu)還有其他獨(dú)有的特性。氣流路徑縮短可降低風(fēng)機(jī)功耗，提高效率。如前所述，這并不是一個(gè)小優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閷?duì)于許多負(fù)載密度較低的數(shù)據(jù)中心，機(jī)房空調(diào)風(fēng)機(jī)功率損耗這一項(xiàng)就會(huì)超過總的IT負(fù)載功耗。
        機(jī)柜級(jí)制冷設(shè)計(jì)可以針對(duì)目標(biāo)機(jī)柜的實(shí)際需求確定制冷量和冗余度。例如，對(duì)刀片式服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可采用不同的功率密度。此外，對(duì)具體機(jī)柜可針對(duì)性地采用N+1或2N式冗余。相比之下，行級(jí)制冷架構(gòu)只能在機(jī)柜行這一層級(jí)規(guī)定這些特性，而房間級(jí)制冷架構(gòu)僅允許在機(jī)房級(jí)指定這些特性。
        由于機(jī)柜級(jí)制冷架構(gòu)特定的物理形狀使制冷性能可以預(yù)測(cè)，因此完全可由制造商加以表征說明，而且完全不受機(jī)房幾何形狀或其他機(jī)房約束條件的影響。這使功率密度范圍及設(shè)計(jì)都得以簡化。
        這種方式的主要缺點(diǎn)是相比其他方式需要大量空調(diào)設(shè)備及相關(guān)管路，特別是在較低負(fù)載密度的情況下。
 
5、混合型制冷架構(gòu)
        房間級(jí)、行級(jí)和機(jī)柜級(jí)制冷架構(gòu)可以在同一數(shù)據(jù)中心中不受限制地任意組合使用。事實(shí)上，很多數(shù)據(jù)中心都適合采用濕合型制冷架構(gòu)。

        （1）房間級(jí)制冷：向機(jī)房送風(fēng)，但主要服務(wù)于布局諸如通信設(shè)備、低密度服務(wù)器及存儲(chǔ)器的低密度區(qū)域。目標(biāo)密度為每臺(tái)機(jī)相1～3kW，323～861W/㎡（30～80w/ft2）。
        （2）行級(jí)制冷：向配備刀片式服務(wù)器或IU服務(wù)器的高密度或超高密度區(qū)域供風(fēng)。
        （3）機(jī)柜級(jí)制冷：向獨(dú)立的高密度機(jī)柜或超高密度機(jī)柜供風(fēng)。行級(jí)和機(jī)柜級(jí)制冷架構(gòu)的另一有效應(yīng)用是，將現(xiàn)有采用房間級(jí)制冷的低密度數(shù)據(jù)中心的功率密度提升。在此情況下，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心內(nèi)機(jī)柜的小群組配備行級(jí)或機(jī)框級(jí)制冷系統(tǒng)。行級(jí)或機(jī)柜級(jí)制冷設(shè)備可有效地隔離新的高密度機(jī)柜，使其事實(shí)上與現(xiàn)有房間級(jí)制冷系統(tǒng)“沒有熱關(guān)聯(lián)”。通過這種方式，高密度負(fù)載可被疊加到現(xiàn)有低密度數(shù)據(jù)中心內(nèi)，而不需要改動(dòng)現(xiàn)有房間級(jí)制冷系統(tǒng)。
        對(duì)上述總結(jié)和分析將得出以下結(jié)論：
        （1）房間級(jí)制冷架構(gòu)靈活性差、布局困難，且在高密度條件下運(yùn)行效果差，但在較低密度應(yīng)用方面具有投資成本低和簡便等優(yōu)勢(shì)。
        （2）模塊化行級(jí)制冷架構(gòu)在靈活性、布局速度和解決高密度方面具有許多優(yōu)勢(shì)，但投資成本上卻與房間級(jí)制冷架構(gòu)類似。
        （3）模塊化機(jī)柜級(jí)制冷架構(gòu)最為靈活、布局迅速，并可解決極高的負(fù)載密度，但是投資成本最大。
        以上介紹的數(shù)據(jù)機(jī)房實(shí)際的氣流組織非常復(fù)雜，氣流組織的好壞還與空調(diào)的布置、機(jī)柜的布置方式、地板的高度選擇、風(fēng)管的截面和制作等因素相關(guān)。