数据中心行级剖析.pdf

数据中心行级和机柜级 制冷架构的优势 作者：Kevin Dunlap Neil Rasmussen 130号白皮书 摘要 房间级制冷系统无法满足新一代数据中心的冷却需求。必威体育精装版一代的高负载密度和可变负载密度IT设备所 产生的热量是房间级制冷系统从未被设计应对的，从而导致制冷系统效率低下、不可预测以及功率密度 低下。针对机柜行和机柜的制冷架构已被开发出来解决这些问题。本文将对比房间级、行级和机柜级制 冷架构，并说明为何行级制冷架构将成为多数下一代数据中心的优选解决方案。 © 2006年American Power Conversion 。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何 2 性质的存取系统存储本文的任何部分。 2006年修订版 引言 所有传输至数据中心内IT负载的电能最终都将转化为热能，必须被排出数据以避免过热。事实上所有IT设备均被气流冷却，即每一台IT设 备都从机房环境中吸入冷空气，再将热空气排放到房间中。由于一个数据中心可能包含数千台IT设备，其结果是数据中心内有数千条热气 流路径，它们总和构成数据中心的总的热气流输出；热量必须被移除。空调系统对数据中心的作用就是高效率地收集这些复杂的热气流并 将其所携带的热量排出机房之外。 房间级制冷是实现数据中心冷却的传统方法。在这种方式中，通过一台或多台并行工作的空调系统将冷空气输送到数据中心内， 并吸取 机房环境中较热的空气。这种方式的基本原理是空调机不仅提供原始制冷量，还要充当一个大型混合器，在机房内不断搅拌和混合空气， 使之达到均匀的平均温度，防止热点出现。这种方式只有在混合空气所需功耗仅占数据中心总功消很小一部分时才有效。数据仿真和实验 2 2 表明，当数据中心的平均功率密度为每台机柜1-2 kW量级时房间级制冷才有效，换算为单位面积功率密度为323-753 W/m （30-70 W/ft ）。 然而，现代IT设备的功率密度正在将峰值功率密度推高至每台机柜20 kW或更高，其数据仿真和实验表明，依靠空气混合的房间级制冷已 不再能有效地起作用。 为解决这一问题，出现了新的关注于行级或机柜级制冷的设计方式。在这些新设计方式特别地将空调系统与机柜排或单独的机柜集成。这 样可以使可预测性大大提升，并可解决更高密度的散热、提升效率以及许多其他优点。在本文中，将对各种不同的制冷方式进行介绍和对 比。结果将显示，这3种方式各有其相应的应用，总体而言，对于更高密度的应用场所，预期将出现从机房级制冷转向行级制冷的趋势。 房间级、行级和机柜机柜级制冷架构 每一套数据中心制冷系统均有两项主要功能：提供总制冷量，并将冷空气分配至IT负载。第一项提供总的制冷容量的功能对所有制冷体系 结构均相同，即空调系统的总制冷量（以kW为单位）必须大于IT设备总功率负载的容量（kW）。不管制冷系统是在房间级、行级还是机 柜级的设计，都需要满足这一功能。各种制冷体系架构之间的主要差异在于它们如何执行第二项关键功能，即向负载分配冷空气。与电流 分配不同，电流被约束在线缆内且作为设计组成部分清晰可见，气流只是大体受机房设计的约束，实际气流在实施过程中并不可见，并且 在不同设施上会有相当大的区别。控制气流是不同的制冷系统设计方式的主要目标。 © 2006年American Power Conversion 。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何 3 性质的存取系统存储本文的任何部分。 2006年修订版 图1中以平面图方式描绘了三种基本制冷架构。在图中，黑色方框表示成排布局的机柜，蓝色箭头表示机房空调机组与IT机柜内负载的逻 辑关联。机房空调机组的实际物理布局可能有所不同。在房间级制冷架构中，机房空调机组与机房相关联；在行级制冷架构中，CRAC机 组与机柜排排相关联，而在机柜级制冷中，CRAC机组则被分配至单个机柜。 图1 –房间级、行级和机柜级制冷架构基本概念的平面图。蓝色箭头表示主制冷供风路径与机房的关系。 房间级 行级 机柜级 以下各节将给出每种方法基本