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影响机房空调性能的因素
时间:2016年10月17日 来源:本站原创

数据中央或网络机房内安装冷却系统时,通常会泛起一些题目,进而会降低可用性并进步本钱。这些无意的疏忽会导致热门的形成、降低容错能力、降低效率和冷却机能。尽管用户均铺排了举措措施操纵员来解决冷却题目,但实际上很多题目均由IT设备的不当部署造成。   1、空调功率的增加不可忽视   多数数据中央和网络机房都存在着各种设计和配置缺陷,这可能会导致无法获得既定的冷却机能,同时也阻碍了冷空气的畅通流畅。这些题目通常不会被发现,由于以前的计算机机房通常以远低于设计目标的功率密度运行。然而,技术的发展,业务量的增加,IT设备的不断进级,全新IT设备的功率密度也在不断增加,使得数据中央逐渐接近其设计极限,进而暴露出了无法提供有效冷却机能的题目。   低效的冷却机能除可能降低系统可用性外,还可能导致本钱的大幅度增加。有实验数据显示,在典型数据中央内,冷却系统消耗的功率相称于整个IT负载消耗的功率。假如冷却效率降低20%,便可能导致整个功率消耗增加8%,这对于一个使用寿命为10年的500kW数据中央而言,被铺张的电力本钱约为70万美元。   美国可用性研究中央对大量数据中央的考察,发现有下列几个主要的缺欠,影响了既定的冷却效果,现分别进行讨论。   (1)机架内的空气畅通流畅题目的缺欠。   (2)机架布局题目的缺欠。   (3)设备分配题目的缺欠。   (4)冷却设置题目的缺欠。   (5)空气输送口与回风口设计题目的缺欠。   2、机柜内空气畅通流畅题目的缺欠   机柜内及附近的空气畅通流畅对于冷却机能的影响很大。理解机排击气畅通流畅的枢纽是把握基本原理,即lT设备受两种因素的影响:   (1)经空调机调节后的空气由设备进气口输入;   (2)设备气流的输入和输出应不受阻拦。   常常发生并导致无法实现最佳情况的两个主要原因是:   (1)CRAC气体在到达设备进气口之前就与热废气混合在了一起;   (2)设备空气畅通流畅受到障碍物的阻拦。   3、机柜内的空气畅通流畅   (1)进风和出风的不隔离现象   尽管机架通常被以为只是一种机械支架,但它对于防止设备排出的废气重新轮回进入设备进气口至关重要。排出的废气因为风扇的作用而被增压,再加上设备进气过程中的吸力,就有可能导致废气被重新吸入设备进气口。这一结果的影响要远弘远于热废气上升力的影响。故采用隔离风板将进风和出风分开很有必要。假如在机柜的中间部门因为没有放置负载电路板而留下了由前至后的空间,就会使得被排出的热风重新返回到进口有了通路,从而在冷热风的混合下,进步了部门入风的温度,降低了冷却效果。而隔离风板的使用,从而隔断了入风口和出风口之间的通路,保证了入风口的气流温。   然而,尽管所有主要的IT设备制造商均强烈建议使用隔离风板,但实际上有90%或更高比例的数据中央都忽略了这一点。被排出的热空气再轮回题目可能导致IT设备的温度进步l5°F或8℃。安装隔离风板是一个极其简朴的工作流程,可以降低运行本钱,进步系统的可靠性,几乎可以应用于所有数据中央。   很多机架配置还暴露出了一些其他缺陷,也可造成与缺乏隔离风板类似的结果。例如,使用宽机架和嵌入滑轨,使得空气可以通过机架滑轨侧面进行轮回。使用托架安装IT设备会阻碍隔离风板的使用,从而为废气的再轮回提供了完全开放的路径。   在一些尺度19in机架内滑轨附近、机箱的顶部和底部均提供了内置的空气轮回路径,在这种情况下,安装隔离风板不能完全隔离空气的再轮回。很多机架的设计不能合用于高密度IT环境中。采用尺度机架和隔离风板可以大幅度减少空气再轮回比例,并降低热区的数目。   (2)布线的拥挤现象   现代的散热己不是下送风上出风的模式。由于一般的尺度服务器机柜大都在1.8m左右,而一般的空调气流只能到达机柜的中部,换言之,位于上部的电路基本得不到冷却,因而机器的上部也就成了故障多发区。为了改善冷却效果,可将垂直冷却模式改为横向冷却模式:冷却气流由前面带有开孔的面板进入,经负载电路后,由安装在服务器横向的排风扇将高温“废气”排出,因为横向路径较短,故效果应该比垂直方向时好一些。但一般服务器的布线方式阻碍了这个长处的施展,下图是一个较为夸张的服务器机柜布线实例。   由图中显著地看出,在服务器机柜后面排出废气的出口处,被厚厚的布线堵塞。于是和气流入口处形成了较大的温度梯度。在数据机房的空调中,机器的最佳入口吻流温度一般为21.1℃,出口吻流的最佳温度一般为33℃,很显然上图是很难做到的。   通过使用隔离风板和选择可以有效控制轮回的机架对于降低热区温度的上风显而易见,并可明显进步系统可用性。然而,还有一些上风,固然不太显著,但却非常重要,需要对其进行说明。 4、轮回对容错能力的影响   与公道配置的系统比拟,冷热混合气流轮回非常严峻的机架系统,会导致系统容错能力和可维护性大幅度降低。在大多数安装中,冷却机能均通过一系列服务于通用冷却的同一分配系统CRAC——精密空调机组合系统提供。在此类配置中,如果其中一个CRAC"组件"因为故障或维护而休止工作,其他CRAC组件将能够自动接替其工作,并继承提供冷却功能。不良的空气轮回可能在以下几方面削弱这一容错能力:   (1)不良轮回将造成CRAC回流空气温渡过高,可能导致其余CRAC组件以较低的机能工作,进而无法知足冷却机能要求。例如,原来的最佳回风温度是33℃,若将33℃的气流温度降至21.1℃,只需降温11℃;例如回风温度为52℃,那么即便是把气流温度降至27℃,温差为25℃。这就加重了空调机的负担,便空调机不能工作在最佳状态。以前的空调机大都将冷却(即机房或空调回风口)温度定在24℃,冷凝温度定在35℃为最佳工作状态,而FM40A则更将冷却(即机房或空调回风口)温度定在22℃,室外环境温度定在35℃为最佳工作状态。一般:   冷凝温度=环境温度+15℃   (2)剩余系统无法提供克服轮回效应所需的较高供气速度,从而导致轮回增加和设备温渡过高。例如,原设计机房系统制冷功率为00kW,制冷系统由3x4OkW空调机构成,如果其中一台因为某种原因而停机,本来12OkW尚不能达到好的效果,余下的两台不足100kW空调机就更难对付这种环境了。   5、轮回对总拥有本钱的影晌   温渡过高和容错能力导致的系统可用性降低题目使尺度机架和隔离风板的使用成为一个令人关注的焦点。然而,机房气流的不良轮回所导致的TCO(TmperatureControlOperation)后果极其严峻,使得这一情形最为凸起。与冷却机能相关的,最大生命周期本钱是运行冷却设备和风扇需要消耗功率的本钱。数据中央冷却消耗的功率不受轮回的影响,但冷却系统的效应却会受到明显的负面影响。这意味着轮回将会加大功率损耗的本钱。两个解决热区最常用的方案是降低CRAC供气温度,或增强CRAC机能,或二者兼用。这些方案可能需要耗费大量不可预知的本钱。然而,可以通过公道设计和政策控制轮回的方案,来降低本钱,并能够避免产生此种结果。   空气畅通流畅的限制,使得设备无法获得新鲜空气,进而导致机房温度升高。此外,机架前端或后真个气流限制还会加大在没有隔离风板机排击间内的空气轮回过程。因此,至关重要的一点是需要使用带有精彩通道分隔机能并在其后端拥有足够空间的机架,以避免电缆群阻碍空气的畅通流畅。用户有时选择使用浅机架,以为它将能够增加地面空间利用率,但因为电缆阻碍空气畅通流畅所造成的散热限制,将导致无法充分利用密度。   除了上述控制机排击气畅通流畅的被动方案外,带有风扇系统的机架可用来控制机排击气的分配。一些机架风扇系统,诸如风扇托盘和吊扇等,具备的上风微乎其微。其他风扇系统,如将底层空气输向机架前真个系统,或从机架后端排出废气的系统,可以有效地改善机架内的空气畅通流畅,减少轮回和进步机架功率使用容量等。   6、机架布局   公道的机排击气畅通流畅控制对于有效的冷却至关重要,但离要求的目标还有一段间隔。机排击间的公道布局对于确保机架拥有适当温度和流量的空气非常重要。空气到机架的畅通流畅是枢纽。公道机架布局的目标也是控制轮回,即避免CRAC空气在到达设备进气口前与热废气混合在一起。详细设计原理基本相同:尽可能将热废气与设备迸气口吻体隔离。这一题目的解决方案应用甚广。通过将机架按行顺序排列,扭转机架为交叉排列的方向,可以大幅度降低不良轮回现象。   除冷热通道分开系统具备的显著上风外,调查还指出,大约25%的数据中央和网络机房将每行机架面向同一方向。将机架置于同一方向可能导致严峻的轮回题目,肯定会泛起"热区",同时系统运行本钱也将大幅度进步。由于按同一方向排列的几行机架,前一排机柜的热空气出口恰是后一排机柜的冷空气进口,很轻易造成前一排机柜的热空气伴随后一排的冷空气继承后移的现象,从而进步了后一排进口吻流温度,这种现象越往后移越严峻。对于机架朝向同一方向且末使用冷热通道技术的环境,调查显示,大多数是按照上级治理层的指示放置,目的是为了保持数据中央的美观一致。调查以为假如能够确定指示造成的后果,则可以避免做出此类决议计划。   冷热通道技术的有效应用不仅仅是将机架变为交叉排列。在使用冷热通道技术的75%的安装中,有30%未能公道铺排空气分配和回流系统,从而不能为机架有效提供冷却气流。   7、设备分布   设备的位置,特别是高功率设备的位置,可能明显增加数据中央面对的压力。当高密度、高机能服务器被组合成一个或多个机架时,便会泛起高密度设备群。这种情况可能导致数据中央非常轻易泛起"热区",并要求操纵员采取准确措施,诸如降低空气温度设置点或添加CRAC组件等。   基于这些原因,尽可能分散放置高功率密度设备将可以带来良好的结果。同时幸运的是,分散放置设备不会受到光纤和以太网连接的影响。遗憾的是,有些IT职员通常以为,将设备放置在一起操纵和检查起来更为利便。对于这些职员,需要向其先容分散放置设备可以带来的可用性和本钱上风。

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