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如何解決高密度機房連續制冷

      面對高密度機房的發展趨勢,配置連續制冷設施,以在停電和冷水機組重啟期間維持設備運行,保護設備安全,己是建設方和設計單位必須考慮的重要問題,目前各方都在積極探索和實施。

  當制冷系統停止時,根據數據中心機房裝機密度的不同,機房的溫度上升幅度不一。在以往傳統的機房,由于單機柜用電量較小,制冷系統停止后,仍有較長一段時間能維持設備正常運行。例如:在一個單機柜1.2KW的機房,制冷系統停止10分鐘后,溫度將上升10.5℃,機房管理人員可以有時間啟用備用發電機或關閉服務器設備。

 

  但隨著機房裝機密度的提高,溫度上升變得非常迅速,據INTEL實驗分析,一個單機柜用電量約9KW的數據中心機房,一旦制冷系統停止運行,溫度從22℃上升40℃只需要18秒,上升到57℃只需要35秒。而一旦超過32℃,IT設備就會出現故障,溫度繼續升高,計算機設備將會停止運行,甚至損壞。因此,對于高密度的機房,配置一個不間斷的制冷系統就變得非常必要。

  一、對高密度機房連續制冷的定義

  面對上述情況,國外數據中心領域的一些機構進行了研究,在UPTIME協會研討高密度機房連續制冷系統的白皮書中,將制冷系統分為ABC三個等級,A級為不間斷制冷系統:不間斷制冷系統需要為精密空調的風機、二次泵配置U,并增加蓄冷罐級為連續制冷系統:連續制冷系統需要為精密空調的風機、二次泵配置U,但不增加蓄冷罐;C級為可中斷的制冷系統:即對制冷系統不配置任何U設備,在電源故障時停止制冷系統。UPTIME對制冷系統進行分級定義,并提供了幾種解決方案。

  二、高密度機房連續制冷的幾種解決方案

  對于高密度機房而言,采取何種措施在電力故障發生的間歇,維持制冷系統的運行,或是部分運行呢?UPTIME組織和有關廠商提出了幾種解決方案。

  第一種,為整個制冷系統全部配置U系統,對于冷凍水型精密空調,需要為冷水機組,冷卻塔、一二次泵和精密空調都配上U系統。這種方式能保持整套制冷系統的運行,但對于大功率的冷水機組和冷卻塔,全部配上U系統的代價是非常高昂的,因此目前很少被采用。

  第二種,在一個使用冷凍水型精密空調的系統中,為精密空調的風機、冷凍水的二次泵配置U,并在冷凍水循環系統中增加蓄冷罐以儲備冷凍水。當電源中斷未恢復,或因電源中斷導致冷水機組暫時無法啟動時,通過蓄冷罐和水泵提供冷源,由精密空調的風機維持機房內的空氣循環,從而在一段時問內保持機房的溫度或阻止機房快速升溫,等候電力的恢復或冷水機組恢復正常工作。

  第一和第二種方式都達到了A級不間斷制冷的標準。第三種,在使用冷凍水型精密空調的系統中,為精密空調的風機和冷凍水二次泵配置U,但不在冷凍水循環系統中配置蓄冷罐。當電源中斷未恢復,或因電源中斷導致冷水機組暫時無法啟動時,精密空調的風機仍能維持機房內的空氣循環,并利用管道中的剩余冷凍水為機房降溫。采用這種方式,也能減緩機房快速升溫,但效果沒有前兩種方式顯著。

  第四種,對于采用直接蒸發式精密空調的系統,既無法安裝蓄冷系統,也沒有管道的余冷可以利用。但依然可以為精密空調的風機配置U,目的只是為在出現故障時保持數據中心的空氣循環,也能減緩機房的升溫。第三和第四種方式達到了B級連續制冷的標準。

  三、高密度機房連續制冷解決方案的選擇

  那么,對于以上的幾種連續制冷解決方案,建設方或設計單位該如何進行選擇呢?對此,建議建設方和設計單位可根據數據中心的熱密度和數據中心的重要性,以及柴油機等后備系統配置情況,從以上解決方案中選擇一個合適的連續制冷方案。例如對應單機柜電量1.2KW以內的機房,預計溫度上升到32℃的時間約在10分鐘以上,就可以依靠柴油機系統來提供后備電源。隨著單機柜用電量的提高,可以采用為精密空調的風扇提供U的方案,以提供氣流循環,利用環境的吸熱能力,減緩溫升速率。但對于單機柜的用電量達到6kW以上的高密度的機房(按ASHRAE的預測,2010年服務器單機柜將在12KW以上),就需采用冷凍水型精密空調系統,從而選擇UPTlME的A級不間斷制冷方案,給冷凍水循環系統提供U,并設置一定體積的蓄冷罐,以維持停電期間或停電后冷水機組重新啟動期間的制冷,等待制冷系統的完全恢復。

  總之,面對高密度機房的發展趨勢,配置連續制冷設施,以在停電和冷水機組重啟期間維持設備運行,保護設備安全,己是建設方和設計單位必須考慮的重要問題,目前各方都在積極探索和實施。同時隨著高密度機房的不斷規劃建設,預計也將出現更多的解決方案,以滿足高密度機房連續制冷的需求。


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