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APC:侧向气流机架设备的冷却方案二

王朝数码·作者佚名  2009-06-25
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可以采用多种方法来冷却采用侧向气流的系统。本节将讨论这些方法及其关键特性。本节末尾的表1中对这些方法进行了汇总和比较,这些信息有助于选择适当的方法。

增加了机架间间距的开放式机架

采用侧向气流的设备通常使用开放式机架。但是,这种机架并不能防止来自相邻设备的气流进入进气口,也不能提供任何将排出的空气与进气进行隔离的有效措施。在典型的应用中,这种机架并不装满高密度设备,在两个机架之间,设备在垂直方向上是交错摆放的,以避免相邻的热排气口与冷空气入口正好对齐。然而,由于空气的扩散,排出的热空气离开排气口后又进入了相邻设备的进气口(如图6所示),因此这种策略也只起到部分作用。这种方法的缺点是设备必须以很低的密度进行安装,大量的空气不断地回流,而且会降低制冷系统的效率(前面已介绍)。由于机架的利用率低,这种方法还会占用更大的地板面积,这对于某些市场而言,代价可能非常昂贵。无论如何,这种方法还是很常用的,因为它实施起来非常简单。

低密度机柜

与开放式机架相似,由于电源或冷却方面的限制,安装在封闭机柜中采用侧向气流的设备并没有填满机柜的整个物理空间。通常,设备在机架内垂直分隔开,未使用的“U”形空间中也未安装挡板。这种布局有效地降低了机架功率密度,从而减少了发生热点现象的可能性。然而,采用这种方法,机柜在一定程度上仍然会促进空气回流。市场上并不鼓励采用这种方法,因为这种方法通过增加地板面积来降低机架功率密度,从而分散热负载,而房地产资源极其昂贵。

辅助风扇

通常采用添加辅助风扇的方法来解决过热问题。这些风扇可以安装在开放式机架或机柜中,但独立的风扇也不少见。添加风扇的目的只是为了吹散或抽取发热设备中的热空气。

这些风扇本质上充当混合器,它们将设备排出的空气与计算机室空调单元输送的空气混合在一起,导致最终空气温度高于计算机室空调单元输送的空气温度,但低于设备排出的气体温度。这些风扇还加强了设备周围的空气流动。虽然风扇通常确实能够降低设备的工作温度和减少局部热点,但其代价是昂贵的。由于降低了计算机室空调单元返回空气的温度,因而也降低了计算机室空调单元系统的效率,从而导致前面探讨过的结果,包括:增加除湿/加湿过程,降低计算机室空调单元效率,以及可能损失冗余功能。侧面配风

机架侧面配风可用来直接向设备进气口输送冷空气,并在一定程度上防止排出的热空气流回进气口。冷空气穿过前门,然后进入一个特殊的空气转向装置,该装置位于要冷却的设备上面和/或下面。(为了安装转向设备,机架中必须预留一些前面板空间。)接着,转动的风扇将空气转向送入管道,然后管道将冷空气送到侧面,采用侧向气流的设备将利用这些冷空气进行冷却。这时,从设备中排出的空气将从机架的背面流出,几乎不可能返回设备的进气口。这样,冷却模式就从侧向设备模式变成了从前到后模式,从而与符合EIA-310D 标准的机柜中的其他设备无缝集成。这种方法可以实现最高的功率密度和最有效的冷却性能,并可以适合现有的服务器机架。由于减少了所需的机架数量和提高了冷却效果,因此还节约了成本。图 7 所示的是一个向采用侧向气流的设备输送冷空气的主动侧面配风系统的实例。

侧面配风使得机柜能够并排摆放,并仍能保持适当的气流,因此减少了所占用的地板面积。但是,变向后向采用侧向气流的设备输送的空气温度必须符合ANSI2 和ASHREA3 冷却电子设备的标准。

为了验证这种冷却方法切实有效,我们对设备的稳定状态进行了实测研究。测试机柜由一个 APC NetShelterVX 42U 机柜组成。机架安装的设备包括一台位于中心的Cisco 6500 系列交换机和多个1U 热负载(位于该 交换机上方和下方),这些负载用来模拟其他设备的热负载。然后,在Cisco 交换机的进气口处针对不同热 负载测量温度。测量分两种情况:一种是配备了侧面配风设备,另一种是未配备侧面配风设备。两种测试结果平均相差 15°F (8.3°C)。测试结果如图 8 所示。

采用侧向气流的设备的局限性

设备厂商常常会为自己的产品发布安装指南和环境指南。对于采用侧向气流的设备,由于随着电源密度的上升,冷却效率存在下降的趋势,因此这类指南的作用很有限。与大多数IT设备一样,采用侧向气流的设备中也是依靠电子元件来监控内部温度。如果设备运行时的进气口温度高于建议的最高温度(通常 104°F[40°C]),设备可能会关闭以防止损坏,从而导致关键系统宕机。

我们从不同的交换机和路由器厂商处搜集了专门为冷却编制的指南,如下所列:

在墙壁与机箱进气口之间,至少需要留出 6 英寸的通风空间。

在两个机箱之间,水平方向上至少需要留出 12 英寸的间隔。

不要将机箱安装到过度拥挤的机架中。

不要将设备放在靠近机架底部的位置,否则会产生过多的热量,这些热量可能会被向上吸入到其他设备的进气口,导致位于或靠近机架顶部的机箱中的温度过高。

绝对不要将机箱安装到无法正确通风或无法调节空气的封闭式机架中。

只有在具有适当通风或安装了排气扇的情况下,才可以将机箱安装到封闭式机架中;应尽可能使用开放式机架。

在封闭式机架中使用挡板,帮助冷却机箱。

正确规划设备机架的位置和布局对于设备的成功运转至关重要。

设备应安装在限制他人接近的区域内。限制接近的区域可以采用特殊的工具、锁和钥匙或其他安全机制来保证。

这些限制一定程度上给 IT 管理者规划数据中心布局带来了不便。对采用侧向气流的设备使用机架封闭式解决方案,这种趋势使得IT管理者们能够更容易地适应当今数据中心内不断变化的要求。特别值得一提的是,通过采用侧面配风冷却方法,可以提高机架的电源密度,并能够改善和预测冷却效率。此外,借助于侧面配风方法,可以将数据网络和语音网络集成为一个共同的热通道/冷通道环境。机架还可以提供更高的物理安全措施,从而无需建立单独的安全防护措施,尽管指南中并没有提到这一优点。结论

对于采用侧向气流的机架设备进行冷却需要进行专门规划,以防止设备效率下降和发生故障,尤其是当设备用在采用从前到后冷却方式的数据中心环境中。侧向冷却的主要问题是自身或相邻设备所排出的空气经常会进入该设备的进气口。

传统的解决方案(如分散放置设备或增加风扇)可以控制热点现象,但却降低了制冷系统的工作效率。在这些系统中,排出的空气与进气会发生某种程度的混合,这就使得设备进气口温度无法达到理想的低温状态(而传统的从前到后冷却可以实现这种低温状态)。

一般认为,采用侧向气流的设备无法利用机柜中全部的机架空间,而必须采用开放式机架。然而,采用业经证实的方法,能够以高效方式冷却其中安装了采用侧向气流的设备的高密度机柜。这些方法包括从机架的前面抽取空气,将空气转到位于设备侧面的设备进气口,然后从机架的后面排出热空气。这种系统通过将排出的热空气与进气分开,将设备的工作温度降低到安全水平,并最大程度地提高制冷系统的效率。通过用这种方法将侧向气流转换为从前到后的气流,就可以采用广为接受的热通道/冷通道设计,将这类设备与高密度的数据中心 机架制冷系统实现无缝集成。转换这类设备的意义在于将来能够随时预测设备的性能,而无需提前规划设备的安放位置。在了解采用侧向气流的设备能够可靠地集成到机柜环境中后,IT 管理者可以随时随地部署这种设备。这样,就不再需要在数据中心内为采用侧向气流的设备规划特殊的低密度区域。

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关于APC:

施耐德电气旗下的APC, 作为全球领先的关键电源与制冷服务提供商,为家庭用户、办公场所、数据中心以及生产制造应用环境提供业内先进的产品、软件及系统。凭借其雄厚的实力、经验以及广泛的施耐德关键电源与制冷服务网络APC 提供贯穿整个服务生命周期的周全的计划、无缝安装以及维护整体解决方案。 通过其独有的不懈创新, APC为关键技术和工业应用提供开创性的能效解决方案。 在2007年, APC被施耐德电气收购,并与其旗下的MGE UPS成功合并成为施耐德电气旗下的子公司,提供关键电源与制冷服务。 2008年APC收入达到26亿欧元(含APC-MGE销售额36亿美元), 在全球拥有12,000名员工。APC解决方案包括不间断电源(UPS)、精密制冷产品、机柜、物理安全以及规划和管理软件,其中也包括业界最为全面的整合了电源、制冷与管理的解决方案——APC InfraStruXurereg;架构。施耐德电气现拥有11万4000名员工,业务遍及全球100个国家,2008年销售额达183亿欧元。欲了解更多关于APC公司的信息请访问www.apc.com,所有商标归其各自所有者。

 
 
 
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