数据中心机柜通风循环系统

深圳日海通讯技术股份有限公司    郑朝辉

 

    随着计算机技术的发展和普及，从各行业到大中型企业都需要大量的数据存贮、交换和处理，这种需求最好的解决办法无疑是通过建立各种区域数据中心（Internet Data Center，简称IDC）甚至国家数据中心来解决。
    IDC机房设计集建筑、结构、电气、暖通空调、给排水、消防、网络、智能化等多个专业技术于一体。IDC机房的环境应满足计算机等各种微电子设备和工作人员对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、安全防范、防漏、电源质量、振动、防雷和接地等的要求。IDC机房应是一个安全可靠、舒适实用、节能高效和具有可扩展的机房。IDC机柜是IDC机房承载各种设备的载体，是标准通用型配套设备，广泛应用于互联网数据中心机房。本文主要介绍IDC机柜设计的冷风循环系统。
    IDC机房的有源设备种类较多，图1是IDC常用设备的散热量统计数据。从图1看到，越来越多的热量在机柜中产生，必需采用有效的方式降低温度。

图1

    传统机柜（如图2所示）主要采用风扇强制通风散热，因机柜内部的温度要高于机房的环境温度，为了保证设备在正常的温度范围内，需要把环境温度降的很低。这也是我们经常看到普通机房的工作人员穿着厚厚衣服的原因，而要把机房大的环境空间温度降到很低，要耗费大量的能源。据统计，机房用于散热耗费的能源占机房总耗费能源的50%。而随着单位面积设备的散热量增加，传统机柜的强制通风散热方式已不能满足设备的散热需要。

图2

    IDC机柜的设计重点是冷风循环系统，一般考虑机柜底部送入冷风，机柜顶部送出热风（如图3所示）。机柜的送风循环系统要配合IDC机房的送风实现，机房的送风系统见图4，从空调机组送出冷风到活动地板下面，通过IDC机柜后，热风从天花板上的热风道回到空调机组。IDC机柜的循环有两种方式，第一种机柜内循环方式，图3从机柜底部前侧送入冷风，经过设备后，从机柜上部抽走热风，热风通过热风道进入天花板；另一种是机柜外循环方式，在机柜前面或背部的地板上设置通气百叶窗，冷风从百叶窗送出并进入机柜，热风从机柜背部或前面和顶部送出，进入天花板的热风口（如图5所示）。设计时可考虑选择上述一种方式或两种方式同时使用。

图3

图4

图5

    图6是机柜采用机柜内循环方式时的机柜顶部俯视图，直径254的轴流风扇是热风道的出口。该方式的优点是把循环风限定在最小的区域内，大量的节约了环境制冷的能源消耗。

图6

    在设计时选用哪种方式要根据实际情况选择，表1对两种气流组织方式进行了比较。
    表1

    图7是两种方式同时选用时的IDC机房冷却方式。

图7

    为了验证冷却方式是否有效，我们对某IDC机柜进行了实测，采用下送风上热风道方式，该机柜的发热量为2.8kW，实测送风平均温度为18℃，机柜的出风温度为30℃。
    通过大量的IDC机柜设计使用实践，我们建议在采用标准机柜(3KW左右/柜)并设计为气流内循环方式时：
    ◆ 地板高度小于1m时，机柜顶应加装强制风冷电机；
    ◆ 地板高度大于1m时，机架可采用机柜外循环的自然冷却方式；
    ◆ 当柜内功率密度进一步加大时，上述两项措施可同时采用；
    ◆ 下送风走向与机柜走道同向，不宜与柜间走道垂直。