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            房間級精密空調制冷技術工程師必知

            2021-03-08 14:23:42

            數據中心冷卻系統中的關鍵因素。 這些因素如何在數據中心中結合在一起。 如何給客戶描述工廠冷卻系統的優劣。 機房空調(CRAC)


            什么是機房空調(CRAC)

            計算機機房空調Computer Room Air Conditioner(CRAC)是用于從數據中心轉移出大量熱量,并將大量冷空氣送回數據中心的大型空調設備。機房冷卻是通過將空氣吹過充滿制冷劑的冷卻盤管來完成的。一般來說,CRAC單元是獨立的,因此允許單個單元故障而不影響設施中的其他CRAC。獨立單元也使得容量很容易增加,但是,CRAC缺乏許多大型統一冷卻系統所具備的規模效率。所以,使用CRAC的數據中心的PUE通常更高。

            恒溫恒濕空調

            機房空調的原理

            CRAC由室內機與室外機組成,室內機中的主要器件是電子膨脹閥、蒸發器、壓縮機、室內風機;室外機中的主要器件是冷凝器、室外風機。蒸發器內的制冷劑溫度較低,室內風機抽來的來自服務器高溫熱空氣與蒸發器發生換熱,成為適合服務器入口的低溫空氣,吸熱后的制冷劑通過壓縮機的壓縮排到室外冷凝器,將吸收的熱量散到環境中去,散熱后的制冷劑回流到室內機,經過膨脹閥的節流作用,變成低溫的制冷劑,繼續吸收來自服務的熱風,從而完成CRAC的制冷循環。在這個制冷過程中,通過給壓縮機、風機等部件提供電能,實現服務器散熱量從室內側搬移到室外側的目的,但是這部分的能量消耗使得CRAC數據中心有更高的PUE值。此外,為了提高制冷系統的可靠性,通常會配置N+1或N+2的冗余方案。


            機房空調的其他考慮事項

            然而,CRAC的制冷能力,有可能將空氣中的水蒸氣冷凝成水。因此,利用CRAC的數據中心必須在機組下安裝泄漏檢測系統,以檢測從冷卻方法中釋放出來的任何液體。這一點經常被忽視,這也是為什么濕度控制功能也應該被考慮。


            機房空氣處理器(CRAH)

            什么是機房空氣處理器

            機房空氣處理裝置Computer Room Air Handler(CRAH)與CRAC裝置的用途相同。然而,CRAH只使用風扇和冷卻盤管。他們通常使用來自一個更大的統一冷卻系統的冷水循環系統,使用與CRAC相同的壓縮機和制冷劑系統,但具有更好的規模經濟效益,以更低的成本將熱量從數據中心樓層轉移到大樓外面。CRAH系統利用冷水,允許多種冷卻方法冷卻水循環。能量轉移不是直接在數據中心地板上完成的,這就是為什么CRAH被稱為間接系統。此外,CRAH的不同設計顯著影響了制冷范圍,比如,一種設計只能降低空氣溫度12度,而另一種設計可以降低空氣溫度23度。通常來說,室外溫度越高,就需要更強大的設備。

            機房空調

            CRAH的其他考慮事項

            CRAH系統通常不配置超冷設施,因此,它們有助于消除實際數據大廳中CRAC冷凝的一些問題。但CRAH需要更大的供配網絡,這可能意味著大型水管必須流經數據中心。如果水管破裂或漏水,這會造成水溢出的風險。這是數據中心需要包含泄漏檢測系統的一個重要原因。


            機房冷卻結構

            在大型機房和數據中心的早期建設中,幾乎所有的機房都有加高樓層。地板下的升高空間是氣流分布的重要通道。冷卻設備將冷空氣送入地板下,將冷空氣均勻分布到設備間的機架上。此外,數據電纜和電源線也可以放置在升高的地板空間中。然而,近年來,越來越多的數據中心鋪設平板地板,而將冷卻通道和電力電纜架空在機架上方。

            數據中心機房專用空調

            架空地板

            下圖顯示了一個升高的地板環境,CRAC/CRAH裝置連同電力和網絡直接集成在數據中心地板下面。因此,冷空氣通過放置在每個機柜或一排機柜前面的通風地板,從地板下上升,來完成制冷。


            然而,如果通風地板太靠近冷卻裝置,這些通風地板可能會產生文丘里效應,產生低壓吸附效應,降低冷卻效果。此時由于靠近CRAC或CRAH單元,通風地板上方的空氣速度增加了地板上方的壓力,并逆轉了氣口的空氣流動。


            在大多情況下,架空地板都不需要很大的深度。然而,安裝一個架空地板系統要用到成本非常高的硬地板。因此,數據中心的設計人員和構建人員應該仔細評估升高地板的使用環境。


            平板地板

            一些數據中心采用混凝土地板,冷卻系統架在數據中心上方,采用自上而下的制冷方式。一些少量的研究表明,在高密度環境中(每平方英尺超過250瓦),平板地板比架空地板能給機柜帶來更多的冷卻效果。


            平板式地板設計可以用于所有類型的數據存儲設施和服務器房間。目前來看,更適合使用的硬地板的情況包括:


            超大型數據中心:具有高密度,大功率的特點。 高密度數據中心:可以使用新的新風系統和熱通道控制策略。 在緊湊的空間中:地板不能升高,很難達到所需的功率密度。


            冷熱通道封閉

            盡管存在架空地板與平板地板的爭論,但毫無疑問,將冷卻傳遞到服務器機柜的好有效方式是通過某種形式的熱或冷通道容器。機房的封閉冷卻系統為CRAC或者CRAH單元構建了預定通道,在服務器處精準制冷,不引入外部環境的熱量。


            冷熱通道封閉的制冷系統

            封閉的冷熱通道顯著地降低了PUE,因為沒有既不冷卻也不加熱的無效空間,因此,數據中心無需控制額外的環境溫度,只需要精準控制機架溫度即可。從本質上來說,我們需要制冷的空氣變少了,制冷工作量也就會大大減少,從而提供更低的PUE。這樣的系統,在優化之后,能使設施提供更高的功率密度。

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            結構總結

            大多數研究表明,在兩種設計之間沒有真正可證明的低成本或節能;然而,在實際使用過程中,我們會發現一種設計比另一種要好得多。這可能是由于不同的設施管理者在不同的環境中經歷了不同的優化設計。事實上,沒有研究確切地表明任何一種設計都優于另一種。

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