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机房制冷技术讨论和最佳实现方式


       事实上,根据由IBM、HP、Dell、Nortel、Cisco等组成的“行业冷却协会”发布的信息,我们目前正处于大多数计算与通信电子设备热密度(瓦特/平方英尺)增长的最高峰(据UptimeInstitute(运行时间协会)的白皮书报告)。 
    温度会以许多不同的方式影响IT硬件,并且看似无关紧要的变化经常会对性能和经济性产生重大影响。Arrhenius反应导致电容器使用寿命和半导体性能在高温作用下下降。有一个很灵验的经济法则,即环境温度每升高10°C,IT硬件的长期可靠性便会降低50%。事实上,美国军方标准和Telcordia标准均将CPU使用寿命与温度相关联。有趣的是,我们注意到大多数CPU的工作温度范围上限均在95°C上下,但是MIL-HNBK-217和Bellcore数据却表明,在此温度水平下持续运行将会使CPU寿命限制为一年或更短时间,而降低5°C竟然可以使设备的预期寿命延长三倍。 
    一些芯片制造商已经能够制造明显更快且更强大的微处理器,但是由于缺乏应对多余热量的解决方案而无法将其投入实际应用。因此,无论是在芯片级、电路板级、壳体级或机架/机柜级,每一个为这些微处理器的冷却做出贡献的人员都会成为新一代计算能力的推动者。 
    了解高温对于CPU的影响以及对IT硬件进行更大程度冷却可以获得更高性能和经济利益的前景,我们见多识广的机房经理需要经受住投入更多机房空调机组(CRAC)或仅仅调低恒温器的诱惑。在有些情况下,这些举措仅仅是浪费;而在另外一些情况下,较冷的空气实际上可能会导致产生更严重的散热问题。正确的空气管理取决于强制空气对流热传导率冷却设备的原理至少有着基本的理解。大多数的机架安装设备采用风扇冷却。尽管有一些将空气由一侧移至另一侧的独立产品平台,但是通常情况下,还另设有10-30台CFM轴流式风扇以将空气由前端抽出,然后排到后端。 
    管理空气流动非常简单,就是使空气流动到需要的位置,而此过程的第一步是减少浪费的冷送风–从地下逃逸到没有起到冷却作用之处的空气。TritonTechnologies曾针对一百多个机房和数据中心中的地板冷却空气绘图,并且发现在绝大多数的场所中,输送到室内的空气有50-80%为浪费的冷送风。减少浪费的冷送风好处多多。 
    此外,将最冷的空气直接输送到最暖的设备排气,源空气与返程空气温差的降低问题整体将会变得更严重。可以采用全隔垫、全泡沫或特殊的面板隔断里衬(配有毛刷)封闭电缆周围。 
    仅仅增大静态压力还不能保证使冷却空气到最关键需求点的流动实现最佳化–在高架地板下方输送的空气必须具有方向性且必须予以正确的管理。高架地板空气管理产品与服务营销商TritonTechnologySystems已积累广泛的实验法研究资料,其中指出不仅CRAC的气流倾向于混合,但如果CRAC的位置彼此成直角,则会导致冷却空气输出模式以地上机房中返程空气模式无法预测的角度偏转。在最好的情况下,此模式会导致运转中的冷却设备效率低下,从而导致成本的浪费;在最坏的情况下,会在机房中形成热点,从而危害计算设备的性能和数据的完整性。 
    将空气吹入机柜底部或从机柜顶部抽吸气体的高功率风扇不符合本文所介绍的原理。
例如,此类风扇通常会同时从机柜的正面和背面抽吸或吹送冷却空气,因此会冷却废气(返程气体),降低源空气与返程气体之间的温差以及降低CRAC的效率。 
    数据中心设备的冷却方案不需要是神秘的技法,但是经常需要超乎常识以外的认知,尤其因为高架地板砖的下面发生许多我们看不到的活动。切记以下要点:仅将冷空气用在设备确实需要之处;避免将“用过的”返程空气与源冷却空气相混合;以同一方向,彼此平行的方式布设空气与地板下的电缆,使环境显得简单且可以预测;最本质的东西是输送有效的冷却量,而不仅仅是排掉热空气。 
    最终,当地板下静态压力实现最大化从而确保最佳的冷却空气CFM输送,且数据中心中的CRAC和设备机柜的布置最理想时,站点管理员必须避免这一常见的倾向:将最热的设备放置在最靠近CRAC的位置。CRAC直接流出的空气速度经常可能会更高,而无法向上偏转,从而通过太靠近CRAC的网孔地板砖。事实上,根据文丘里效应的物理学原理,流经附近网孔地板砖的冷却空气速度可能很大,足以将室内空气和/或受热的返程气体抽到地板下空间中。因此,不仅靠近放置不能将冷却量传输到最热的设备,而且还可能会导致传输到整个房间内的冷却空气温度上升。本文建议避免将网孔砖布置在太靠近CRAC的位置,并且尽可能将无源的连接设备布置最靠近在CRAC的位置,以使空间利用率最大化。    

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