側(cè)向氣流機(jī)架設(shè)備的冷卻方案

　　當(dāng)機(jī)架設(shè)備呈現(xiàn)出從前到后的冷卻氣流時(shí)，設(shè)計(jì)上采用熱通道/冷通道氣流模式的數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的冷卻效率是z*佳的。大多數(shù)服務(wù)器和機(jī)架安裝存儲(chǔ)設(shè)備采用從前到后的氣流。但是，許多類型的交換機(jī)和路由器由于自身的設(shè)計(jì)所限，需要采用側(cè)向氣流。

　　這種情況對于當(dāng)今普遍采用一體化數(shù)據(jù)/聲音/視頻網(wǎng)絡(luò)的趨勢提出了一個(gè)難題。過去，電話系統(tǒng)被分散地放在若干安全的小房間里。但隨著一體化時(shí)代的到來，需要使用標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)柜來安放數(shù)據(jù)設(shè)備、語音設(shè)備和視頻設(shè)備。另一個(gè)推動(dòng)一體化的趨勢是存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)，在存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，存儲(chǔ)設(shè)備與交換設(shè)備(如路由器)一起使用。隨著這些趨勢不斷地增強(qiáng)，IT管理者逐漸感到需要將采用側(cè)向氣流的設(shè)備與傳統(tǒng)的采用從前到后氣流的設(shè)備組合起來。

　　無論是將設(shè)備設(shè)計(jì)為從前到后冷卻還是側(cè)向冷卻，其本質(zhì)都是要獲得足夠的冷空氣。如果輸送的冷空氣不能滿足要求，設(shè)備的可用性及其承擔(dān)的業(yè)務(wù)流程將受到損害，因?yàn)殡娮釉O(shè)備的壽命與其工作溫度直接相關(guān)。根據(jù)MIL-HNBK338，設(shè)備的運(yùn)行溫度比額定溫度每升高10°C (18°F)，設(shè)備的壽命就會(huì)減少一半。

　　用戶用來解決側(cè)向氣流的一些常見解決方案并不能有效地解決這一問題，而且還帶來了很多隱藏成本。本白皮書隨后將探討這些解決方案，但為了了解z*有效的解決方案以及診斷問題，數(shù)據(jù)中心用戶需要熟悉基本的冷卻原理，下一節(jié)中將介紹這些原理。

　　基本氣流要求

　　機(jī)架內(nèi)部及周圍的氣流是決定冷卻性能好壞的關(guān)鍵因素。要認(rèn)識機(jī)架氣流，關(guān)鍵要了解以下兩個(gè)基本原則：

　　在設(shè)備的進(jìn)氣口處具有符合條件的適宜空氣

　　設(shè)備內(nèi)外的氣流必須不受任何限制

　　對于采用從前到后冷卻的設(shè)備，機(jī)柜在正確使用時(shí)可以提供氣流系統(tǒng)的一項(xiàng)非常重要的功能，因?yàn)樗鼈兛梢苑乐古懦龅臒峥諝饣亓鞯皆O(shè)備的進(jìn)氣口。從設(shè)備中排出的空氣的壓力稍有升高，這種情況一旦與設(shè)備進(jìn)氣口的吸力相結(jié)合，就會(huì)引導(dǎo)排出的空氣返回到設(shè)備的進(jìn)氣口(如圖3A所示)。這種效應(yīng)大大高于排出熱空氣的浮力效應(yīng)，但許多人卻認(rèn)為，這種浮力效應(yīng)能夠讓排出的熱空氣自然而然地向上漂離設(shè)備。如果采用從前到后氣流，機(jī)架、設(shè)備和擋板提供了一個(gè)天然屏障，它大大增加了空氣回流通道的長度，從而減少了返回到設(shè)備進(jìn)氣口處的排出熱空氣

　　很明顯，由于采用從前到后的氣流，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中所有設(shè)備的冷卻性能均得到了保證。但是，某些設(shè)備的功能完全不允許采用這種冷卻方式。例如(圖4所示)，大量的數(shù)據(jù)端口和電纜占據(jù)了該路由器的大部分前表面，這樣冷空氣就無法穿過交換機(jī)的前面。如果將端口放在路由器的側(cè)面，空氣就可以從前面穿過，但這對于IT人員使用設(shè)備而言，卻是一個(gè)不切實(shí)際的解決方案。因此，目前對路由器等設(shè)備普遍采用的側(cè)向冷卻方法雖然不是z*理想的方法，但卻是一種切實(shí)可用的方法。

　　采用側(cè)向冷卻時(shí)的氣流問題

　　上節(jié)提到在采用從前到后的氣流時(shí)，從機(jī)架設(shè)備排出的空氣會(huì)被自然地抽回到進(jìn)氣口，而擋板可以阻攔此循環(huán)氣流。但是，對于采用側(cè)向氣流的設(shè)備而言，有三個(gè)嚴(yán)重的問題會(huì)使得從設(shè)備排出的熱空氣返回進(jìn)氣口，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備進(jìn)氣口溫度相應(yīng)地上升。包括：

　　1) 相鄰的設(shè)備

　　2) 沒有隔板將進(jìn)氣與排出的空氣隔開

　　3) 安裝在機(jī)柜中隨著機(jī)架或機(jī)柜中的功率密度(每個(gè)機(jī)架中的所有設(shè)備消耗的總功率)增加，這些問題就會(huì)變得更為嚴(yán)重。

　　相鄰的設(shè)備

　　采用側(cè)向氣流的設(shè)備通常安裝在開放式機(jī)架中以便于冷卻。但是，當(dāng)機(jī)架排成行而設(shè)備放在相鄰的機(jī)架中時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。在這種情況下，一臺設(shè)備的進(jìn)氣口可能正對著相鄰設(shè)備的排氣口。設(shè)備的進(jìn)氣口可能會(huì)比周圍的空氣溫度高出10°C(18°F)，這通常是不允許的。此外，如果很多這樣的機(jī)架排成一行，當(dāng)空氣穿過多個(gè)機(jī)架后，每個(gè)后續(xù)機(jī)架的進(jìn)氣口溫度會(huì)越來越高，導(dǎo)致后面機(jī)架的進(jìn)氣口溫度非常高，這一過程由圖5中不斷變化的箭頭顏色表示。此處描述的由于相鄰設(shè)備的排氣引起過熱是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。由于空氣流動(dòng)的模式難以預(yù)測，因此使用開放式機(jī)架來解決冷卻問題也變得非常困難。

　　安裝采用側(cè)向氣流的設(shè)備時(shí)，在大多數(shù)情況下，并沒有采取措施來阻攔或隔離排出的空氣，以防止其返回到設(shè)備進(jìn)氣口。類似于圖3A中采用從前到后冷卻的設(shè)備，氣流可能只是離開排氣口，沿設(shè)備的后面回到另一側(cè)的進(jìn)氣口。此外，在大多數(shù)情況下，采用側(cè)向氣流的設(shè)備在機(jī)架內(nèi)會(huì)垂直分隔開。這就意味著，排出的空氣也有可能流向設(shè)備的上方或下方，然后返回到設(shè)備另一側(cè)的進(jìn)氣口；這條通道通常比沿設(shè)備后面的通道短。無論如何，當(dāng)排出的空氣返回并與輸送的新鮮空氣混合時(shí)，設(shè)備的進(jìn)氣口溫度將會(huì)上升，而這是我們不希望看到的結(jié)果。

　　安裝在機(jī)柜中

　　正如簡介中所述，我們經(jīng)常需要將采用側(cè)向氣流的設(shè)備安裝到機(jī)柜中。但是，對于從前到后的氣流，機(jī)柜可以提高冷卻效果；但對于側(cè)向冷卻，機(jī)柜將降低冷卻效果。機(jī)柜的側(cè)面會(huì)對新鮮冷空氣的進(jìn)入造成了一定程度的附加障礙，同時(shí)也會(huì)稍微阻礙熱空氣的排出。當(dāng)這種附加阻力與排出空氣返回設(shè)備進(jìn)氣口的已有趨勢結(jié)合在一起時(shí)，其影響不容忽視。排出的空氣中有相當(dāng)一部分將返回到進(jìn)氣口。如果相鄰的設(shè)備安放在若干排相互緊靠的機(jī)架中，而且機(jī)架之間沒有空氣隔離物，情況將會(huì)更糟。如果將采用側(cè)向氣流的設(shè)備安裝在機(jī)柜中，則會(huì)使前面提及的負(fù)面影響變得更嚴(yán)重。然而，要將采用側(cè)向氣流的設(shè)備安裝在機(jī)柜中，也有不少行之有效的方法；本白皮書后面將介紹這些方法。

　　消除過熱問題的愿望促使用戶不斷地進(jìn)行各種革新，以降低采用側(cè)向氣流的設(shè)備的溫度。傳統(tǒng)的解決方案雖然可以降低設(shè)備溫度，但常常會(huì)帶來其他隱藏成本。一些降低設(shè)備溫度的方法可能會(huì)導(dǎo)致制冷系統(tǒng)效率低下，并且可能導(dǎo)致喪失冷卻冗余能力。要了解這些成本，應(yīng)該考慮決定冷卻成本的因素。

　　影響冷卻成本的因素

　　冷卻成本是一項(xiàng)非常龐大的成本。對于許多裝置來說，制冷系統(tǒng)消耗的電能幾乎占到數(shù)據(jù)中心所耗電能的一半。僅僅是維持制冷系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的電力成本通常就占了總擁有成本的很大一部分，這一項(xiàng)所占比例高于電源系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的全部基建投資占總擁有成本的比例。因此，必須有效地防止制冷系統(tǒng)浪費(fèi)電能。

　　數(shù)據(jù)中心所需的冷卻能力(冷卻瓦數(shù)或噸位數(shù))不受空氣回流影響；但空氣回流會(huì)大大降低制冷系統(tǒng)的效率。這是因?yàn)榇嬖趪?yán)重空氣回流現(xiàn)象的系統(tǒng)具有以下特性：

　　A) 它需要計(jì)算機(jī)室空調(diào)單元 (CRAC) 輸送較低溫度的空氣，以抵消混入的排出熱空氣。

　　B) 由于排出的熱空氣中混入了冷空氣，因此返回計(jì)算機(jī)室空調(diào)單元的空氣溫度會(huì)降低。

　　C) 返回到計(jì)算機(jī)室空調(diào)單元的空氣溫度較低將導(dǎo)致空氣濕度降低，這必須通過加濕來進(jìn)行補(bǔ)償。

　　空氣回流及與其相關(guān)的熱點(diǎn)問題可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)室空調(diào)單元的電力成本上升10%以上，并且可能需要安裝更多的計(jì)算機(jī)室空調(diào)單元，從而增加投資成本和運(yùn)行成本。此外，當(dāng)一臺計(jì)算機(jī)室空調(diào)單元停機(jī)維護(hù)時(shí)，恐怕制冷系統(tǒng)就無法提供足夠的冷卻能力了。在APC第49號白皮書“影響數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房冷卻性能的可避免的錯(cuò)誤”中，提供了有關(guān)這些問題的詳細(xì)論述。