计算机房“云计算中心”地板环境冷却系统！

在数据中心和网络机房，利用空气制冷设备有九种基本方法。这些方法在性能、成本及实现的难易程度上各有差别。学会恰当地运用这些冷却技术，不仅对设备广利人员非常有用，对信息系统的从业人员也是非常必要的。

随着计算设备密度的增加，云计算中心数据中心和网络机房的冷却问题已经凸显出来，成为一个严峻挑战。一些服务器合并计划，以及服务器和存储系统物理体积上的缩小，已经导致功率密度和热量密度大大提高。尽管在数据中心中，每个机柜通常的能耗保持在1kW的量级上，但设备经过配置后，每个机柜的能耗可能会超过15kW。这超出了一般数据中心的冷却能力，因为按照设计，它们只能可靠地冷却每个机柜2-3kW的能耗。此外，在数据中心引入高密度机柜可能会导致机房内出现“热点”区域，制冷系统可能无法应对这种情况，因为传统的冷却设计假定：在数据中心合纵，冷却模式是相对均匀分布的。

网络机房或数据中心的这冷系统由计算机房空气调节（CRAC）装置和相关的空气分配系统组成。在规模较大的数据中心中，也可以用计算机房空气处理（CRAH）装置来取代CRAC。所有的制冷系统都是用某种类型的CRAC或CRAH装置，或二者并用，它们在性能上而又不同，但作用都是带走机房中的热量。然而，影响制冷系统性能的最根本因素在于空气分配系统。正式由于空气制冷系统的配置不同，从而决定了数据中心将采用不同类型的制冷系统。 

制冷系统的九种类型 

所有制冷系统都由送风系统和回风系统组成。送风系统把冷气从 CRAC 装置分配到负载，而回风系统把负载排出的热气抽回 CRAC 装置。无论是送风系统还是回风系统，云计算中心在 CRAC 装置与负载之间输送空气都有以下三种基本方式： 

开启方式 

局部管道方式 

全管道方式 

所谓开启方式，即 CRAC 和负载直接从房间吸入或排出大量空气，中间不用任何专门的管道来引导。所谓局部管道方式，即通过管道送风或回风，管道的通风孔位于靠近负载处。而在全管道方式中，空气直接通过管道进出负载。 

以上三种方式，都可以用在送风路线和回风路线中。因此，共有 9 种组合，即 9 种空气分配系统类型。所有类型都已在不同场合中得到应用，有时还在同一数据中心混合使用不同类型。其中有些类型需要安装高架地板，而有些类型即可以使用硬地板，也可以使用高架地板。

对于数据中心的冷却系统而言，其关键目标之一是把进出设备的空气分离，以防止设备过热。这种分离同时大大提高了冷却系统的效率和性能。当设备功率密度增加时，排出和吸入的空气量也相应增加，这时要阻止设备吸入自身或邻近设备排出的空气变得更加困难。因此，随着功率密度的增加，云计算中心采用部分管道或全部采用管道将空气引入或引出设备就显得十分必要。 

以下对这 9 种冷却系统进一步给出了概括性的陈述。全管道送风系统一般用于活动地板环境，在这种环境中，地板下面的障碍物会导致低静压问题，使冷气无法到达机柜前端，全管道送风系统还应用于具有直接送风管道的专门设备，如大型计算机中。全管道回风系统主要与其他系统组合使用，并可用于混合密度环境。 

开启方式和局部管道方式的四种组合，占据了冷却系统的绝大部分。为进一步评估这些方法各自的优势和局限性，下文将按以下两大类进行论述：使用活动地板的环境和不使用活动地板的环境。

硬地板环境中冷却系统的类型

虽然一般认为数据中心应使用活动地板，但任何规模的数据中心都可以且常常没有活动地板。绝大多数局域网机房和网络机房都没有采用活动地板。许多较新的大功率数据中心也未使用活动地板。在现代数据中心中，以前那些需要采用活动地板的理由已不复存在，而且使用活动地板还存在许多重大缺陷，诸如专业工程设计、成本、设计时间、净高度要求、抗震性、安全隐患、保密隐患、地板载荷、不便操作以及其他问题。出于这些原因，新建造的数据中心常常使用硬地板，对于小型数据中心和网络机房则一直如此。 

在硬地板环境中，安装局部管道送风系统需要借助架空管道和通风装置。局部管道送风系统和局部管道回风系统的组合貌似很复杂，但实际上这是商业建筑最常用的冷却方式，在商业建筑里，安装在屋顶的送风栅格和回风栅格散布于冷却空间中。

为硬地板环境选择合适的制冷系统类型

要判断各种制冷类型适用于哪种具体环境，首先应了解这些系统。虽然应对具体问题进行具体分析，不过仍可就每种类型何时适用给出一般性的指导原则。对于规模较大或功率密度需求较高的系统，其制冷系统的设计一般较为复杂，常常需要使用管道。

以下是进行有效设计的一个重要原则：根据所需平均功率密度设计制冷系统，并使其冷却能力可适应高密度机柜所在的位置。虽然高密度机柜一般只占总负载的一小部分，但事先无法准确预测它们在数据中心的位置。在很多使用传统活动地板的数据中心中，由于担心不能充分冷却潜在“热点”，而把制冷设备和空气分配系统设计得过大，这样不仅会导致资金和运行费用飙升，而且往往仍不能达到预期效果。如果使用管道输送空气或冷却冷气，则不仅能冷却高热密度区域，同时还可避免因制冷系统过大导致的额外成本。

以下是进行有效设计的一个重要原则：根据所需平均功率密度设计制冷系统，并使其冷却能力可适应高密度机柜所在的位置。虽然高密度机柜一般只占总负载的一小部分，但事先无法准确预测它们在数据中心的位置。在很多使用传统活动地板的数据中心中，由于担心不能充分冷却潜在“热点”，而把制冷设备和空气分配系统设计得过大，这样不仅会导致资金和运行费用飙升，而且往往仍不能达到预期效果。如果使用管道输送空气或冷却冷气，则不仅能冷却高热密度区域，同时还可避免因制冷系统过大导致的额外成本。

活动地板环境中冷却系统的类型 

尽管新建筑常常采用硬地板，但也有一些场合可采用活动地板。活动地板适用于如下场合： 

原有活动地板可以再利用时。 

安装带有地下通风口的大型计算机时。 

有大量管道需要穿越机房区域时。 

需要注意，若单纯为了铺设电源线或数据线，则不需要活动地板。任何情况下，都不能为布置电源线或数据线而使用活动地板，否则会导致冷却系统性能急剧下降。对于高密度数据中心，架空电源线和数据线是最明智的做法。性能下降的原因是由于，地板下的电源和缆线阻断了原定的气流路线，阻隔了空气的流通，或迫使气流改变了方向。另外，有时为了增减地下缆线，操作人员需要打开地板砖，这进一步阻碍了气流进出关键 IT 设备。 

在活动地板环境里，可通过活动地板安装局部管道送风系统。若有活动地板，并且它可以采用局部管道送风，则开启方式送风不具备优势，应不予考虑。因此，在活动地板环境中不建议使用开启方式送风冷却系统。 

使用架空的回风管道，可使回风吸力集中于设备的热气排放口附近。全管道方式回风可完全避免冷热空气混合，从而机架入口温度场梯度比较均匀（特别是靠近机柜顶部的位置），并且使 CRAC 的效率得以提高。此外，还可以调整回风管道，以使数据中新热点附近的回风吸力达到大。 

为活动地板环境选择合适的制冷系统类型 

要判断各种制冷类型适用于哪种具体环境，首先应了解这些系统。虽然应对具体问题进行具体分析，不过仍可就每种类型何时适用给出一般性的指导原则。对于规模较大或功率密度需求较高的系统，一般需要使用更复杂的管道。 

进行有效设计的重要原则与硬地板情况相同：根据所需平均功率密度设计制冷系统，并使其冷却能力可适应高密度机柜。虽然高密度机柜一般只占总负载的一小部分，但事先无法准确预测它们在数据中心的位置。 

如何为活动地板环境选择合适的冷却系统？规模越大、密度越高，管道系统越复杂。有些高密度机架的功耗远远超出平均水平，每种冷却系统中都给出了相应的解决方法。 

设计冷却系统时的注意事项 

选择了合适的制冷系统类型之后，在系统设计过程中还应当考虑其他一些事项。包括： 

机架的隔行布局 

CRAC 装置的位置 

通风口的数量和位置 

管道系统的规模 

机架内部的合理配置 

以上事项对系统性能有很大影响，特别当房间很大或功率密度很高的时候。绝大多数现有数据中心在设计时并未充分考虑上述因素，因而往往会遇到意外的容量限制、冗余容量不合适或效率很低等问题。因此，不应当把这些事项当作例行公事而草草了事，设备管理人员和 IT 管理人员应当充分理解它们。