數(shù)據(jù)中心可以說是任何企業(yè)中***活力和最為關(guān)鍵的操作之一。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心的密度和容量呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)，其復(fù)雜性和安全風(fēng)險(xiǎn)也在不斷增加，資源日趨緊張，進(jìn)一步為其相關(guān)設(shè)備的性能帶來了不良的影響。根據(jù)一項(xiàng)針對(duì)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的停機(jī)中斷研究結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)中心的任何類型的停機(jī)中斷的平均成本為389,879歐元，而部分的停機(jī)中斷的平均成本為199,103歐元。完全停機(jī)中斷的成本超過524,464歐元。鑒于停機(jī)中斷的成本如此之高，使得IT容量的可用性通常是評(píng)估數(shù)據(jù)中心的最重要的指標(biāo)。然而，在今天，數(shù)據(jù)中心還必須同時(shí)在能源和管理資源方面保持高效運(yùn)行，需要保持足夠的靈活性，以快速、經(jīng)濟(jì)高效地適應(yīng)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略和計(jì)算需求的變化。

效率問題最早是于2005年成為數(shù)據(jù)中心的一個(gè)管理問題的，從那時(shí)起，隨著數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的泛濫導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心能源消耗激增，而與此同時(shí)電力成本和人們的環(huán)保意識(shí)也在不斷上升。于是整個(gè)數(shù)據(jù)中心行業(yè)開始普遍的重點(diǎn)關(guān)注效率問題成為了該行業(yè)對(duì)于這些增加的成本和能源消耗對(duì)于環(huán)境的影響所做出的響應(yīng);然而，關(guān)于如何解決這個(gè)問題，數(shù)據(jù)中心業(yè)界尚未沒有達(dá)成一致性的共識(shí)。許多供應(yīng)商提供了解決方案，但并沒有任何一家采用了整體性的方法。其他的某些解決方案則以犧牲數(shù)據(jù)中心和IT設(shè)備的可用性為代價(jià)實(shí)現(xiàn)了效率提升——而這方面的犧牲幾乎沒有任何一家企業(yè)能夠承受。

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，大約一半的能源消耗用于支持IT設(shè)備，而另一半則用于支持系統(tǒng)(如下圖1)。艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司對(duì)數(shù)據(jù)中心的能源使用情況和各種節(jié)能方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析，以確定哪些是最有效的。以下5項(xiàng)***實(shí)踐方案作為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。這些***實(shí)踐方案為數(shù)據(jù)中心規(guī)劃者和運(yùn)營(yíng)商們提供了優(yōu)化他們新的和現(xiàn)有設(shè)施的效率、可用性和容量的路線指導(dǎo)藍(lán)圖。

企業(yè)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的五項(xiàng)***實(shí)踐方案

以下***實(shí)踐方案代表了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的冷卻、電源和管理技術(shù)方法，以提高整體數(shù)據(jù)中心的性能。

1、***實(shí)踐方案一：***限度地提高冷卻單元的返回溫度，以提高容量和效率

在數(shù)據(jù)中心保持適當(dāng)?shù)臈l件要求對(duì)由供氣和回風(fēng)組成的空調(diào)回路進(jìn)行有效的管理。熱力學(xué)定律允許計(jì)算機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)通過提高進(jìn)入冷卻盤管的回流空氣的溫度來實(shí)現(xiàn)更有效地操作。

這種***實(shí)踐方案基于下如圖2所示的熱通道/冷通道支架布置，其通過減少熱空氣和冷空氣的混合來改善冷卻單元的性能，從而實(shí)現(xiàn)了更高的回氣溫度。回流空氣溫度和顯熱冷卻容量能力之間的關(guān)系如下面的圖3所示，其描述了回流空氣溫度增加5.6℃，通常將導(dǎo)致冷卻單元容量能力增加30%至38%。

然而，當(dāng)系統(tǒng)地使用沖裁擋板來封閉開口時(shí)，機(jī)架本身在兩個(gè)過道之間產(chǎn)生屏障。但即使具有沖裁板，熱空氣可能會(huì)從頂部和機(jī)架行的兩側(cè)泄漏，與冷通道中的空氣混合。隨著機(jī)架密度的增加，這就成為了一個(gè)更大的問題。

為了減少空氣在返回到冷卻單元時(shí)混合的可能性，周邊的冷卻單元可以安置在熱通道的端部，如圖2所示。如果冷卻單元不能定位在熱通道的末端，吊頂天花板可以用壓力室，以防止熱空氣和冷空氣的混合。另一種可能的解決方案是將冷卻單元安置在通道或機(jī)械室中。

除了管道和壓力通風(fēng)系統(tǒng)之外，還可以通過在靠近熱源處施加密封和移動(dòng)冷卻的方法來防止空氣混合。

圖3、冷卻機(jī)組在更高的容量下運(yùn)行，及在更高的回流空氣溫度下的效率。

1.1 優(yōu)化通道

密封遏制和基于行的冷卻

密封遏制包括蓋住通道的頂部或末端(或兩者)以隔離通道內(nèi)的空氣(如下圖4)。

一般來說，冷通道密封優(yōu)于熱通道密封，因?yàn)槠涓子诓渴鸩⑶覝p少了在發(fā)生密封系統(tǒng)泄漏的情況下熱空氣泄漏到冷通道和服務(wù)器的風(fēng)險(xiǎn)。使用熱通道密封，打開的門或缺少的沖板允許熱空氣進(jìn)入冷通道，危及IT設(shè)備的性能，如下圖5所示。在冷通道密封遏制中，如果冷空氣泄漏到熱通道中，返回的空氣溫度降低，并且能夠不影響IT可靠性的情況下效率略有降低。

圖4、熱通道/冷通道布置通過密封冷通道進(jìn)一步增加了冷卻單元的容量。

基于機(jī)架行的冷卻單元在封閉環(huán)境中運(yùn)行，以補(bǔ)充或替代周邊的冷卻。這使得溫度和濕度控制更接近熱源，允許實(shí)現(xiàn)更精確的控制并減少了空氣跨房間傳輸所需的能量消耗。通過將熱管理單元返回的空氣直接安置在熱通道內(nèi)的進(jìn)氣口，使得空氣在其***溫度下被捕獲。雖然這產(chǎn)生了更大的占地面積，但是冷卻效率卻實(shí)現(xiàn)了***化。基于機(jī)架行的冷卻可以與整個(gè)數(shù)據(jù)中心的更高密度“區(qū)域”中的傳統(tǒng)的基于周邊的冷卻方法結(jié)合使用。

圖5、在密封遏制系統(tǒng)破壞的情況下，基于更簡(jiǎn)單的安裝和更高的可靠性，推薦使用冷通道密封。

2、***實(shí)踐方案二：使冷卻能力和空氣流量與IT負(fù)載相匹配

***效的冷卻系統(tǒng)是匹配了對(duì)于實(shí)際需求滿足的系統(tǒng)。這已被證明是數(shù)據(jù)中心的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)槔鋮s單元的容量大小是為了適應(yīng)峰值期間的需求的，而這種峰值需求在大多數(shù)應(yīng)用程序中很少發(fā)生。通過使用能夠基于數(shù)據(jù)中心內(nèi)的條件來理解、預(yù)測(cè)和調(diào)整冷卻能力和空氣流量的智能冷卻控制來解決該挑戰(zhàn)。在某些情況下，這些控制與“***實(shí)踐方案3”中的技術(shù)相兼容，根據(jù)當(dāng)前條件調(diào)整制冷單元的性能(如下圖6)。

智能控制使得能夠從基于回風(fēng)溫度的冷卻控制轉(zhuǎn)換到基于服務(wù)器處的條件的冷卻控制，這對(duì)于優(yōu)化效率是至關(guān)重要的。這通常允許冷通道中的溫度升高到接近ASHRAE所推薦的“安全”操作閾值(***27℃)。根據(jù)艾默生網(wǎng)絡(luò)能源的研究，冷通道溫度增加5.6°C可使冷卻系統(tǒng)能耗降低20%。

控制系統(tǒng)還通過允許多個(gè)冷卻單元作為單個(gè)系統(tǒng)同時(shí)工作來幫助提高效率。控制系統(tǒng)可以將工作負(fù)荷轉(zhuǎn)移到以峰值效率水平操作的單元，同時(shí)防止不同位置的單元在交叉目的下工作。如若沒有這種類型的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心的一個(gè)區(qū)域中的單元可以向房間增加濕度，而另一個(gè)單元?jiǎng)t從房間中提取濕度。控制系統(tǒng)具備跨機(jī)房查看房間條件并智能化確定是否需要加濕、除濕、或無需對(duì)機(jī)房采取任何措施，以維持其達(dá)到目標(biāo)水平并使空氣流與工作負(fù)載相匹配的能力。

圖6、諸如iCOMTM系統(tǒng)這樣的智能化控制可獨(dú)立管理氣流和冷卻能力。

3、***實(shí)踐方案三：利用冷卻設(shè)計(jì)降低能耗

優(yōu)化制冷基礎(chǔ)設(shè)施的第三步是充分利用比上一代組件耗能更少的新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

3.1 提高風(fēng)扇效率

移動(dòng)空氣和對(duì)高架地板加壓的風(fēng)扇是冷卻系統(tǒng)中消耗能量的重要組成部分。當(dāng)考慮采用冷卻水冷卻單位時(shí)，風(fēng)扇是***的能源消耗部件。電子換向(EC)風(fēng)扇為提高冷卻單元的效率提供了***選擇。EC插頭風(fēng)扇本質(zhì)上比傳統(tǒng)離心式風(fēng)扇更高效，因?yàn)樗鼈兿似p耗，總損耗約為消耗能量的5%。 EC風(fēng)扇通常需要最小600 mm高的高架地板，以獲得***的操作效率。當(dāng)EC風(fēng)扇的能耗與可變驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇獨(dú)立測(cè)試時(shí)，安裝在冷卻單元內(nèi)的EC風(fēng)扇創(chuàng)造了18%的節(jié)省。然而，當(dāng)EC風(fēng)扇放置在高架地板下方時(shí)，節(jié)約增加了30%。這兩種備選方案均有助于節(jié)省能源，并能夠與***實(shí)踐方案2中所描述的智能控制配合使用，以使冷卻容量與IT負(fù)載相匹配。

3.2 增強(qiáng)熱傳遞

冷卻單元內(nèi)的熱傳遞過程也會(huì)消耗能量。已經(jīng)證明在冷凝器中使用的新的微通道線圈能夠比上一代線圈設(shè)計(jì)更有效地傳熱。這些線圈減少了傳熱所需的風(fēng)扇功率，為整個(gè)系統(tǒng)帶來了5%到8%的效率提升。

3.3 混合并入節(jié)能器

節(jié)能器系統(tǒng)使用外部空氣為數(shù)據(jù)中心提供“免費(fèi)的冷卻”循環(huán)。這可以減少或消除熱管理單元中的冷卻器或壓縮機(jī)操作，使節(jié)能器系統(tǒng)能夠?yàn)槔鋮s單元產(chǎn)生30%至50%的能量節(jié)約，具體節(jié)約水平取決于現(xiàn)場(chǎng)的平均溫度和濕度條件。流體側(cè)的節(jié)約器(通常稱為“水側(cè)”)與由蒸發(fā)冷卻塔或干冷器組成的排熱回路結(jié)合工作，以滿足冷卻要求。其使用外部空氣來幫助排熱，但不允許外部空氣進(jìn)入數(shù)據(jù)中心。另一方面，空氣側(cè)節(jié)約器則使用傳感器，管道和阻尼器的系統(tǒng)來將外部空氣帶入受控環(huán)境中。

在評(píng)估節(jié)能選項(xiàng)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)考慮外部空氣對(duì)數(shù)據(jù)中心濕度的影響。數(shù)據(jù)中心環(huán)境推薦的相對(duì)濕度為40%至55%。在寒冷的冬季，通過空氣側(cè)節(jié)能器系統(tǒng)(如下圖7)引入外部空氣可以將濕度降低到不可接受的水平，導(dǎo)致靜電放電損壞設(shè)備。而采用加濕器可用于保持適當(dāng)?shù)臐穸人?然而，這又抵消了節(jié)能器所帶來的部分節(jié)能。

流體側(cè)節(jié)約器系統(tǒng)能夠通過使用冷的外部空氣來冷卻水/乙二醇環(huán)路來消除這個(gè)問題，水/乙二醇環(huán)路又反過來提供對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻盤管的足夠冷的流體。這使得外部空氣保持在受控環(huán)境之外，并且不必進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)不同的氣候條件，流體側(cè)節(jié)能器可以更有效地用于數(shù)據(jù)中心環(huán)境(如下圖8)。

節(jié)能器在溫度較低的地方顯然可以帶來更多的節(jié)省。然而，當(dāng)設(shè)計(jì)得當(dāng)時(shí)，它們也可以在溫暖的氣候條件下實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)約。

4、***實(shí)踐方案四：?jiǎn)⒂脭?shù)據(jù)中心監(jiān)控，以提高容量、效率和可用性

有時(shí)，數(shù)據(jù)中心管理人員一直是盲目行動(dòng)，缺乏對(duì)于系統(tǒng)性能、以及如何優(yōu)化效率，容量和可用性的正確了解。歷史上，可用性監(jiān)控和控制一直被領(lǐng)先的企業(yè)組織所采用;但管理IT和設(shè)施的整體運(yùn)營(yíng)卻相對(duì)滯后。隨著新的數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)的出現(xiàn)，IT、電源和冷卻系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)匯集在一起​​，為操作提供了***的實(shí)時(shí)可見性，上述這種盲目行動(dòng)的情況正在發(fā)生變化。

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施需要對(duì)實(shí)物資產(chǎn)實(shí)施監(jiān)控和控制。冷卻和電力系統(tǒng)應(yīng)該將儀表集成到其中，以便他們有一天可以補(bǔ)充額外的傳感器和控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的集中和全面的視圖。

在整個(gè)數(shù)據(jù)中心安裝溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)可以是對(duì)由冷卻單元提供的供應(yīng)和返回空氣溫度數(shù)據(jù)的有價(jià)值的補(bǔ)充。通過感測(cè)多個(gè)位置處的溫度，能夠更精確地控制空氣流量和冷卻能力，從而帶來更有效的操作。

泄漏檢測(cè)也應(yīng)該被視為一套全面的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)計(jì)劃的一部分。使用戰(zhàn)略定位的傳感器，這些系統(tǒng)提供了潛在的災(zāi)難性泄漏的早期預(yù)警，包括了數(shù)據(jù)中心的乙二醇管道、加濕管、冷凝泵和排水管、架空管道和單位、以及天花板滴水盤。

通過以太網(wǎng)連接和簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)的接口提供與管理系統(tǒng)或其他設(shè)備的通信，并通過Modbus和BACnet與樓宇管理系統(tǒng)集成。當(dāng)基礎(chǔ)架構(gòu)數(shù)據(jù)合并到中央管理平臺(tái)時(shí)，跨數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以推動(dòng)數(shù)據(jù)中心性能的提高：

提高可用性：對(duì)于故障接收或最終可能導(dǎo)致故障事件的即時(shí)通知的能力允許對(duì)系統(tǒng)問題更快，更有效作出響應(yīng)。更進(jìn)一步，來自監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可用于分析設(shè)備操作的趨勢(shì)，并開發(fā)更有效的預(yù)防性維護(hù)程序。***，通過監(jiān)視提供的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的可見性和動(dòng)態(tài)控制可以幫助防止源自操作條件改變的故障。服務(wù)器入口溫度的穩(wěn)定升高可能在過熱關(guān)閉服務(wù)器之前決定需要額外的機(jī)架行冷卻單元。

提高效率：在設(shè)施、機(jī)架行、機(jī)架和設(shè)備級(jí)別實(shí)施功率監(jiān)控，有助于提供更有效和動(dòng)態(tài)的冷卻管理能力。提高基礎(chǔ)設(shè)施效率的可見性可以推動(dòng)在效率和可用性之間的平衡的知情決策。此外，自動(dòng)化的數(shù)據(jù)收集，整合和分析的能力使數(shù)據(jù)中心的工作人員們能夠?qū)Ｗ⒂诟邞?zhàn)略性的IT問題。

管理能力：有效的需求預(yù)測(cè)和容量規(guī)劃已成為數(shù)據(jù)中心有效管理的關(guān)鍵。 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控可以幫助識(shí)別和量化影響數(shù)據(jù)中心容量的模式。通過持續(xù)了解系統(tǒng)容量和性能，企業(yè)組織得以能夠更好地重新校準(zhǔn)和優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的利用(不會(huì)將其擴(kuò)展到會(huì)使可靠性受到影響的程度)，并釋放滯留容量。

5、***實(shí)踐方案五：利用本地設(shè)計(jì)和服務(wù)專業(yè)知識(shí)來延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低成本并解決您數(shù)據(jù)中心的獨(dú)特挑戰(zhàn)

雖然在優(yōu)化可用性，效率和容量方面的***實(shí)踐方案已經(jīng)出現(xiàn)，但是在如何根據(jù)特定的現(xiàn)場(chǎng)條件，預(yù)算和業(yè)務(wù)需求來運(yùn)用這些實(shí)踐方案則存在顯著的差異。數(shù)據(jù)中心的專家們可以提供幫助，以最適合您企業(yè)業(yè)務(wù)的方式運(yùn)用這些***實(shí)踐方案和技術(shù)，并就所有新建和主要的擴(kuò)展/升級(jí)項(xiàng)目提供咨詢。

對(duì)于已建立的數(shù)據(jù)中心站點(diǎn)設(shè)施，預(yù)防性維護(hù)已被證明是提高系統(tǒng)的可靠性的有效方法，而數(shù)據(jù)中心評(píng)估則可以幫助確定在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的不斷變化所造成的漏洞和效率低下。

應(yīng)通過定期的數(shù)據(jù)中心評(píng)估來補(bǔ)充預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃。評(píng)估將有助于識(shí)別，評(píng)估和解決可能對(duì)運(yùn)營(yíng)操作產(chǎn)生不利影響的電源和散熱漏洞。

在關(guān)鍵點(diǎn)讀取溫度讀數(shù)是熱評(píng)估的***步，這可以保證識(shí)別熱點(diǎn)和解決可能導(dǎo)致設(shè)備性能退化的問題。讀數(shù)將確定是否成功地從發(fā)熱設(shè)備(包括刀片服務(wù)器)中移除熱量。這些讀數(shù)由紅外檢查和空氣流量測(cè)量補(bǔ)充。還需要評(píng)估了冷卻單元的性能，以確保這些冷卻單元的正常工作。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)也用于分析數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空氣流量。

結(jié)論

在過去幾年中，數(shù)據(jù)中心的設(shè)施被預(yù)計(jì)將能夠提供更多的計(jì)算能力，同時(shí)提高效率，消除停機(jī)中斷，并適應(yīng)業(yè)務(wù)的不斷變化。基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)在整個(gè)這一時(shí)期得到了發(fā)展，因?yàn)樗鼈冞m應(yīng)了更高密度的設(shè)備、以及對(duì)更高的效率和控制的需要。

快速的變化使許多數(shù)據(jù)中心管理人員對(duì)新技術(shù)和實(shí)踐方案采取了觀望的態(tài)度。在幾年前這可能尚屬一個(gè)明智的策略，但到了今天，改進(jìn)數(shù)據(jù)中心性能的需求不能再被忽視了。正確部署本文中所討論的相關(guān)實(shí)踐方案將有助于數(shù)據(jù)中心改善TCO，從帶來資本效益和令人驚訝的能源效率的提高到易于適應(yīng)計(jì)算需求。

在冷卻系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)在與較新的技術(shù)相結(jié)合來支持更高的能力和效率。提高回風(fēng)溫度則可以提高容量和效率，而智能化控制和高效率的組件則允許空氣流量和冷卻能力與動(dòng)態(tài)IT負(fù)載相匹配。