数据中心冷却基础

数据中心冷却基础

关于肯基南

Ken是数据中心和电信专家,专门从事电力和冷却产品以及基础设施组件和监控解决方案。 在加入Rahi Systems之前,他花费了15多年的时间来参与关键的基础设施,精密环境控制和电力和IT行业的电力调节系统。 作为电力和冷却总监,Ken负责销售,战略联盟,供应商和客户关系以及业务战略的各个方面。 他还维护和管理拉希的重要托管帐户。

热量:废品

IT设备消耗电力来运行,并将其作为“废弃产品”而留下热量。由于数据中心是封闭式设备,因此如果没有出现故障,可能会造成数据中心损坏或破坏服务器和其他电子设备。 因此,需要冷却:您需要以某种方式消除您的设施的热量。 美国供热和空调工程师协会(ASHRAE)为数据中心提供温度指导;

今天,对于某些类型的电子设备,ASHRAE的允许温度高达104°F。 当然,问题在于,除了基础设施之外,移动某物(甚至是热量)一般都需要能量,这意味着在资本和运营费用中都需要花钱。 随着企业设法调节其设施的电力需求,冷却是一个主要的目标 - 因此,行业正在朝着所谓的自由冷却方向发展。 虽然自由冷却不如名称所示,但它比传统的冷却方法要少得多的能源和基础设施。

去除热

那么,有什么办法去除废热呢? 冷却的目标是将热量从室内环境(数据中心)移动到外部,从而保持有利于服务器和其他设备的正常运行的温度,优选地,寿命长。 两个基本选择是使用空气或液体(通常是水或某种形式的制冷剂)来移动热量。

空气冷却提供了一些明显的优势:空气无处不在,它不会伤害IT设备,而且相对容易移动。 此外,温暖的空气的便利特征是它相对于较冷的空气升高,在它们之间提供一定程度的分离; 大多数空气冷却设计在运行中使用此属性。 因为这种分离并不是绝对的,所以效率低下,特别是当暖风和冷空气混合时。

液体冷却可以提供更好和更有针对性的冷却,从而提高了效率和效率。 例如,冷冻水可以直接传送到服务器机架,将冷却功能集中在需要的地方(例如在机架或机柜上,而不是在整个房间内保持一定的温度)。 但基于液体的系统也带来一些困难:泄漏对IT设备构成威胁(特别是如果液体是水),冷冻液体的运输可能导致冷凝,并且需要更多的基础设施,因为液体必须被包含空气)。 由于这些问题,液体冷却比空气冷却更昂贵。 但是对于某些高密度实施方案,液体冷却可能是唯一的实际选择。

空气冷却设计

传统意义上的空气冷却 - 涉及使用计算机室内空调(CRAC)通过将热量除去外部来转换温暖的空气以冷却空气。 CRAC可以用于许多基本配置,其重点在于冷却整个房间,仅仅是一排或仅仅是一个机架。 整个房间的空调设置了CRAC,​​使得整个房间的某个温度保持相当均匀(在某种意义上,你可能想要冷却房子的房间)。

由于混合冷暖空气的效率低下,整个房间的冷却设计得到了改进,以将暖气与冷空气隔离开来。 一个常用的方法是高架地板:CRAC在房间下方提供凉爽的空气(利用冷空气更大的“重量”),并由风扇向上吸引冷却服务器和其他设备。 承受来自服务器的废热的温暖空气升高,CRAC从室内更高层收集,将其冷却并将其返回到地板下重复循环。 然后将热量转移出设备。

为了提供更高的效率,一些设计实施热通道和冷通道,以进一步隔离冷空气的温暖空气。 服务器空气入口都面向冷气通道,排气被导向热通道。 这种设计尝试通过阻止未使用的服务器插槽,堵塞电缆孔等来最小化热空气和冷空气的混合。 更复杂的设计还可能涉及机架和天花板之间的墙壁,以进一步隔离温暖和凉爽的空气。

CRAC也可以以将冷却集中在特定通道(而不是整个房间)或甚至特定的机架上的方式来定位。 这种设计旨在提供更大的暖空气/冷空气隔离和更多目标的冷却,从而提高效率。 这些设计也倾向于涉及更大的预想,通常比整个房间的方法花费更多。

液体冷却设计

液体冷却比空气冷却带来更大的技术和预算挑战,但其有效性使其成为高密度应用的虚拟必需品。 基于液体的冷却设计包括通常在冷却塔的帮助下将热量去除外部环境的冷却器,以提供冷水或制冷剂。 然后将该液体直接运送到数据中心,或者直接运送到机架或计算机室的空气处理器(CRAH)。 如上所述,液体冷却需要更多的基础设施,特别是将液体运送到设备中并且可能直接连接到机架上的线路。

“自由”冷却

自由冷却,有时称为空气侧或水侧节约,涉及冷却,这限制了与传统冷却方式相关的运行的冷却器和压缩机的费用。 免费冷却并没有消除这种基础设施,而是尽量减少其使用。

在最基本的层面上,空侧节约可以涉及数据中心的“开窗”,使用外界的新鲜空气来冷却设备。 然而,这种方法存在一些困难,例如存在污染物和湿度变化。 更复杂的设计使用热轮或固定板式热交换器来将热量传送到室外,而不会与直接吸入外部空气相关的污染风险。 同样,水侧节约使用外部空气,通常与蒸发效应结合,以冷却液体而不需要冷却器。

由于ASHRAE近来数据中心允许的温度升高,使用自由冷却的能力也在扩大。 在较高温度下操作设备通常意味着在冷却时花费的能量较少,外部和内部空气之间的温差更大 - 特别是在较冷的月份。 关于自由冷却及其与传统冷却基础设施的关系的高级别讨论,请参见APC白皮书“数据中心冷却系统的节能器模式”。

选择正确的设计

为您的设施做出正确的设计决策取决于各种因素,如功率密度,房间面积,预算等。 对于低预算的实施方案,空气冷却与空气侧节能旁路可能是最好的选择,而高密度实施可能需要液体冷却,尽管成本较高。 在这些极端之间是一个灰色区域,需要平衡各种考虑。 然而,无论预算如何,空气冷却几乎总是可以从某种形式的热通道/冷通道设置中获益,以尽量减少排气与冷空气的混合。

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