如果您認為關(guān)于建造新數據中心的氣流管理考慮因素的討論將會(huì )引發(fā)正常的一些堵漏孔與填充板和地板墊圈，將熱通道與冷通道分開(kāi)，最大限度地降低或消除旁路氣流、再循環(huán)氣流， 部署帶有變頻器的風(fēng)扇，智能定位風(fēng)口地板以及測量服務(wù)器進(jìn)風(fēng)處的溫度的話(huà)，那么你將犯了嚴重的錯誤。

我不不認為這些做法是不考慮的; 我只是認為這些做法是最初級的。這些做法不屬于數據中心設計領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)或前沿技術(shù)，而是被確立為最佳改善氣流組織的方式。 根據所有既定的行業(yè)標準和指導方針，獲益源于對這些氣流管理控制是從氣流量與溫度設定為最低起點(diǎn)，關(guān)鍵在于數據中心PUE以及效益的利用機會(huì )。

那么，如果這些最低要求不是今天的主題，建立新的數據中心的氣流管理還有哪些要考慮? 讓我們從ASHRAE手冊“數據處理環(huán)境指南”，第4版以及他們所謂的服務(wù)器度量來(lái)確定數據中心運行環(huán)境信息開(kāi)始、

ASHRAE 7個(gè)指標：

1. 服務(wù)器功率與進(jìn)風(fēng)溫度

2. 服務(wù)器性能與進(jìn)風(fēng)溫度

3. 服務(wù)器成本與進(jìn)風(fēng)溫度

4. 氣候數據與服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度

5. 服務(wù)器腐蝕與濕度水平

6. 服務(wù)器可靠性與進(jìn)風(fēng)溫度

7. 服務(wù)器聲學(xué)噪聲與進(jìn)風(fēng)溫度的關(guān)系

隨著(zhù)進(jìn)一步延伸，通過(guò)這些指標能能夠幫助數據中心在設計氣流組織管理方面提供指導。 ASHRAE在對這些定義進(jìn)行闡述。

接下來(lái)，讓我們看看該如何考慮它們由此對設計和運營(yíng)效率產(chǎn)生的影響。

服務(wù)器功率與入口溫度。

良好的氣流組織管理的最主要的優(yōu)點(diǎn)在于允許數據中心在高溫下運行，并允許依據數據中心內不同類(lèi)型服務(wù)器中的溫度設定值的最高值設定數據中心溫度。

通過(guò)對氣流組織實(shí)施管理，當氣流組織管理提供的溫度在75°F(22℃)時(shí)，能夠滿(mǎn)足服務(wù)器最高進(jìn)風(fēng)溫度77-79°F(25-26℃)。在氣流管理不佳的情況下，氣流組織管理提供的溫度在55°F(12.8℃)時(shí)，很容易導致服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度范圍值77°F—90°F(25℃-32.2)。

盡管如此，我們還是假設氣流管理不佳，過(guò)冷氣流供應過(guò)度;隨著(zhù)氣流組織管理到位，唯一需要考慮的是提高溫度，這也是大多數數據中心運維方面的專(zhuān)家給出的專(zhuān)業(yè)建議。

接下來(lái)，期待發(fā)生什么呢? 早期的這個(gè)問(wèn)題，基于過(guò)去總結的實(shí)踐經(jīng)驗表明，也許會(huì )看到PUE在會(huì )下降，但是，整個(gè)數據中心能耗會(huì )增加，由于服務(wù)器風(fēng)扇持續運轉，可以通過(guò)提高服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度，達到冷卻的效果。

Hewlett-Packard(惠普)在2011年的Uptime研討會(huì )上提出一項此類(lèi)研究，他們試圖獲取與執行指定任務(wù)相關(guān)的所有成本，包括IT設備負載，數據中心電力負載，功率轉換損耗，照明等。 他們對四類(lèi)不同的服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度進(jìn)行測試，并測量了PUE與實(shí)際工作成本。

隨著(zhù)溫度升高，機械設備效率提高，PUE下降; 然而，運營(yíng)能耗成本與PUE并不成正比。 事實(shí)上，如表1所示，在某些時(shí)候，PUE與運營(yíng)實(shí)際成本是有分歧的。

圖1

惠普根據2009年對戴爾和APC案例研究證實(shí)，提高服務(wù)器風(fēng)扇速度的同時(shí)提高溫度，比在高溫下運行機械設備更能降低能耗。因此，這也在很大程度上，用行業(yè)常用的口頭禪“我告訴過(guò)你”的方式很好的回應數據中心目前溫度升高的弊病。

有趣的是，許多業(yè)內人士依然沒(méi)有從之前對此下的過(guò)早的定論中恢復過(guò)來(lái)。實(shí)驗看上去似乎很合理，可在一些業(yè)界人士看來(lái)，在那樣的在測試條件下測試得出的報告結果，說(shuō)服力不高。在既定條件下做的測試，取得的結果不能代表著(zhù)對整個(gè)空間設計已經(jīng)做出全面的考量。

例如：是否對在運行的免費冷卻系統的成本效益進(jìn)行評估?或者，當你在一個(gè)地區新建或改造數據中心時(shí)，是否對當地能源以及建筑法規有所了解?這個(gè)地區是否適合安裝節能裝置?

實(shí)驗包括對精密空調與持續運行的冷卻系統進(jìn)行研究，包括三種不同的配置方案，全部采用行間制冷 ——室內采用精密空調，室外選用兩臺冷水機組。例如，免費冷卻系統回風(fēng)溫度在95°F(35℃)時(shí)，室內精密空調內壓縮機可以不工作，這樣的設計，在全國大部分地區的數據中心建立冷水設備是可行的。

此外，早在2009年、2011年，在那時(shí)安裝的服務(wù)器將被ASHRAE歸為A1或A2類(lèi)服務(wù)器，時(shí)至今日，今天幾乎所有新近采用的服務(wù)器都歸為A3、A4類(lèi)，該類(lèi)服務(wù)器的在設計上增加了降低能耗的設計，使用節能裝置和新近出品的服務(wù)器將會(huì )影響到高密服務(wù)器運行時(shí)的進(jìn)風(fēng)溫度，同時(shí)會(huì )影響到運營(yíng)成本

圖2

圖2基于A(yíng)SHRAE IT小組委員會(huì )成員做的調研，顯示額定功率800瓦的機架在配有為80瓦(額定功率)風(fēng)扇的條件下測試得出的數據。

有必要做出的說(shuō)明的是，高價(jià)值指的是效率較低的風(fēng)扇系統的、性能低的服務(wù)器，低價(jià)值指的是高效服務(wù)器，其他服務(wù)器將使用平均值來(lái)表現，但是對于實(shí)施該項目的人來(lái)說(shuō)，需要知道將要部署的在能源之星清單上的服務(wù)器還是一些效率低的機器。 如果不知道服務(wù)器的類(lèi)別，你可以按照最壞的情況考慮或者按照最基本的情況考慮或者將一些特定情況考慮進(jìn)去。

接下來(lái)，將以上測試數據用于800kW的數據中心，進(jìn)行快速評估，該數據中心運行1000臺剛才提到的服務(wù)器，假設在該數據中心安裝實(shí)施剛才提到的所有的氣流組織管理方法，圖3顯示為測試結果。

(備注：能源之星Energy Star：是美國能源部和美國環(huán)保署共同推行的一項政府計劃，旨在更好地保護生存環(huán)境，節約能源。1992年由美國環(huán)保署參與，最早在電腦產(chǎn)品上推廣?，F在納入此認證范圍的產(chǎn)品已達30多類(lèi)，如家用電器，制熱/制冷設備，電子產(chǎn)品，照明產(chǎn)品等等，目前在中國市場(chǎng)上做得最多的是照明產(chǎn)品，包括LED光源，節能燈(CFL)，燈具(RLF)，交通信號燈和出口指示燈。)

圖3

而在這個(gè)例子中，較新的A3類(lèi)服務(wù)器的“最佳點(diǎn)”在86°F(30℃)到90°F(32℃)之間，比之前研究調研得出的現場(chǎng)溫度溫差高出10 +°，這其中的原因在于其中組合式服務(wù)器以及CRAH低能效風(fēng)扇造成的損失超過(guò)在較高溫度下運行的冷水機組帶來(lái)的效益。

值得注意的是，機械效率分析(MEC)，即PUE計算僅僅是需要冷卻的部分，當溫度升高，制冷功率會(huì )隨之下降， 在這個(gè)例子中，68°F(20℃)的MEC為1.24，在104°F(40℃)時(shí)下降到1.19，即使總能量增加超過(guò)8%。

這種異?？蓺w因于服務(wù)器風(fēng)扇總能量增加三分之二，風(fēng)扇功率計入PUE、MEC的計算。 事實(shí)上，每次測試都會(huì )由于數據不同得到的結果也不盡相同。關(guān)鍵在于，在不做測試前，經(jīng)驗總是告誡我們77°F(25℃)左右，服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度和服務(wù)器風(fēng)扇能量增加之后會(huì )底下其他在運營(yíng)方面節省下的費用， 事實(shí)證明，這個(gè)“經(jīng)驗”不再準確。 根據測試結論得出，只有溫度到達臨界點(diǎn)——77°F(25℃)后繼續上升，不但服務(wù)器效率得到提高，制冷設備效率也會(huì )隨之提高。

當我們準備為數據中心添置自然冷卻設備時(shí)，通常會(huì )提高臨界點(diǎn)。以阿爾伯克基(美國新墨西哥州)為例，說(shuō)明如何評估服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度對數據中心設計考慮的影響，

雖然數據中心地理位置不盡相同，但該方法將適用于任何位置的數據中心。 對于阿爾伯克基的例子，如表4所示，使用旁側節能裝置，如果允許溫度提高到99°F(37℃)，則可以在沒(méi)有任何冷水機組或風(fēng)冷空調的情況下構建數據中心。

通過(guò)采用自然冷卻系統水側板換節能裝置，允許服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度設定到86°F(30℃);采用空氣換熱器，并將冷卻塔進(jìn)風(fēng)溫度提高到峰值95-99°F(35-37℃)的時(shí)間，允許服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度設定到30℃的時(shí)間每年不會(huì )超過(guò)20個(gè)小時(shí);通過(guò)采用水側板換裝置將服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度設定到81°F(27℃)和86°F(30℃)，每年分別不會(huì )超過(guò)2小時(shí)以及5小時(shí)。

這也就意味著(zhù)，一年中有四分之三的時(shí)間，服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度仍將為77°F(25℃)或更低。 顯然，像休斯頓和邁阿密這樣的地區就不能達到這樣的數據，這是由于當地干燥氣候導致濕球溫度無(wú)法滿(mǎn)足所致。

這就是為什么在為數據中心規劃冷卻方式時(shí)要將服務(wù)器功率、進(jìn)風(fēng)溫度考慮進(jìn)去。

圖4

當服務(wù)器內風(fēng)扇加速將更多空氣帶入服務(wù)器內，這一點(diǎn)不能被忽略，由于風(fēng)扇加速提供給服務(wù)器的空氣增加從而會(huì )影響到數據中心總的送風(fēng)量。通過(guò)這次分析，有了更意外的發(fā)現，不僅你會(huì )發(fā)現實(shí)際設備得來(lái)的數據，還會(huì )看到有一些理論值。

例如，對于表4中的安裝空氣換熱器裝置后，突出顯示在95°F(35℃)，99°F(37℃)和104°F(40℃)時(shí)，節能裝置帶來(lái)的成本效益是比在其他溫度時(shí)高的，在這些溫度下，導致所需氣流量開(kāi)始增加，冗余氣流量減少。

在這個(gè)例子中，需要考慮的是，當溫度升高時(shí)，冗余氣流會(huì )丟失。如果數據中心內的精密空調能為數據中心提供制冷，或者不依賴(lài)于節能裝置對氣流移動(dòng)產(chǎn)生的影響，該設備需配置2N。

另一方面，如果數據中心不計劃考慮采用任何制冷設備的話(huà)，那需要通過(guò)額外通風(fēng)設備來(lái)考慮冗余所需的風(fēng)量。雖然采用額外的設備增加項目的投入，但額外的設備-風(fēng)扇利用風(fēng)機定律產(chǎn)生的風(fēng)量帶來(lái)的節能效益，通常在不到一年內即可收回初期投資額外風(fēng)扇的成本。

(備注：風(fēng)機定律(fan law)是由風(fēng)機的相似關(guān)系得來(lái)的，風(fēng)量與轉速成正比;風(fēng)壓與轉速的平方成正比;軸功率與轉速的三次方成正比;風(fēng)機作變頻時(shí),頻率與轉速成正比。)

在這篇文章中，提供了一些方向，供業(yè)界人士了解對功率、溫度對數據中心節能的影響以及相應的帶來(lái)的一些問(wèn)題。

1. 如果不知道服務(wù)器風(fēng)扇有功功率，可以按照風(fēng)扇額定功率10%來(lái)計算，然后使用ASHRAE中的圖表查詢(xún)進(jìn)風(fēng)溫度，或者通過(guò)不同冷卻塔的進(jìn)水溫度來(lái)計算單機架額定功率為800W的進(jìn)風(fēng)溫度，了解之間的差異，見(jiàn)圖2。

2.為了解服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度變化，需計算數據中心移動(dòng)時(shí)氣流的風(fēng)量。了解風(fēng)扇風(fēng)速，了解不同空氣處理器的CFM是多少，將CFM數值/(除以)空氣處理器有效容量*(乘以)空氣處理器或風(fēng)扇的總額定功率。 由此，對比出供應風(fēng)量與需求風(fēng)量之間的差異。

(備注：風(fēng)量是指風(fēng)冷散熱器風(fēng)扇每分鐘送出或吸入的空氣總體積，如果按立方英尺來(lái)計算，單位就是CFM;如果按立方米來(lái)算，就是CMM，散熱器產(chǎn)品經(jīng)常使用的風(fēng)量單位是CFM。CFM：即在單位時(shí)間內過(guò)濾器通過(guò)的一定體積的氣流量，我們國內一般用m3/h風(fēng)量單位，國外也用英制風(fēng)量單位cfm (cubic foot per minute)表示，即ft3/mim立方英尺/分鐘，二者換算為：1cfm≈1.7m3/h。CFM計算公式：直徑(CM)*PI(3.14)/2*半徑(CM)*長(cháng)(CM)*時(shí)間(S))

3.當您提高自然冷卻進(jìn)水溫度，不能只計算個(gè)別冷卻塔運行小時(shí)數，不計算該閾值以下的年度小時(shí)數。 例如，在阿爾伯克基例子中，雖然冷卻塔運行在64°F(18℃)的下有8434小時(shí)(約351天)，但是這些時(shí)間里只有326個(gè)小時(shí)實(shí)際上在59-64°F(15-18℃)之間(約14天)，在如此低溫下運行，會(huì )影響服務(wù)器風(fēng)扇、冷卻系統風(fēng)扇能耗。

有文章曾提及，提高數據中心溫度對降低能耗是有效的，因為任何效率增益都會(huì )被服務(wù)器風(fēng)扇能量的增加和數據中心風(fēng)扇能量的增加所消除。 正如在這篇文章所說(shuō)明的那樣，的確是有這樣的關(guān)系，但是效率提升被認定的臨界點(diǎn)通常比大多數業(yè)界人士認為的要高得多。 此外，這篇文章的價(jià)值更重要的意義通過(guò)了解這些關(guān)系，能夠提高冷卻系統冗余的靈活性，以及可以完全省去對制冷設備的投入