降低制冷设备成本的有效方法

　　摘要：据统计，全美国的服务器年耗电量超过100亿美元，其中三分之一以上的费用用于服务器的散热。能源变得越来越稀缺和昂贵，如何有效降低能耗支出，成为当前各企业急需解决的问题。 

　　随着企业信息化建设的逐步深入，数据中心和网络机房的重要性日益凸显。但是数据中心能源消耗以成为企业一笔不小的支出，当今时代，能源越来越稀少越来越昂贵，所以节能减排成了一个迫切需要解决的问题。
　　
　　据统计，全美国的服务器年耗电量超过100亿美元，其中三分之一以上的费用用于服务器的散热。我们看到，平均每度10美分的电价，使大多数IT经理（ITmanagers）敏锐地察觉到公司数据中心的电费正在飞速攀升。而在中国有些电力供应紧张的城市，电价甚至更高。但有趣的是，大多数的数据中心经理却对这些费用视而不见。对他们来说，最大的关注点在于能否为数据中心持续增加的工作量提供充足的电力。同时，设备经理们在付电费账单时也不会关心这些问题。未来，随着电源和散热问题变得更加普遍和突出，能源资源越来越紧迫，降低能耗这是必然的趋势。
　　
　　据美国LawrenceBerkeley国家实验室进行调查显示，一个典型的数据中心电能消耗比例为：
　　
　　1.IT设备(服务器、交换机、路由器等)占44%；
　　
　　2.制冷设备（机房精密空调、风机）占38%；
　　
　　3.电源设备（UPS、SPM等）占15%；
　　
　　4.照明占3%；
　　
　　从上述比例我们不难看出其中制冷设备的耗电量仅次与IT主设备的耗电量位于第二位，那么怎样将这38%的耗电量降至最低，如何更有效的降低数据中心的运营成本，我将从如下几个问题来探讨：
　　
　　（一）正确选配机房IT设备机柜
　　
　　机柜是什么？很多人把机柜看作是用来装IT设备的柜子。机柜是柜子，是IT应用中的低值、附属产品，只是用来容纳服务器等设备的容器，并不被重视；但并不仅仅如此。随着计算机与网络技术的发展，数据中心的服务器、网络通信设备等IT设施，正在向着小型化、网络化、机架化、刀片化的方向发展；这都给数据中心的构建模式带来了新的变化。1个42U的机柜可以放置42台服务器，这样就会对我们的机柜带来新的挑战：机柜的散热、线缆管理、机柜监控等。
　　
　　机柜的选择首先需要遵循的规则是IT设备的散热风道设计理念，目前服务器、交换机、路由器等IT产品都采用的是前进风后出风的散热风道设计理念，所以我们选择机柜也需要根据这个理念来设计机柜散热风道。
　　
　　1．机柜的通孔率
　　
　　从图1-1我们看出空调的冷风从机柜的正前房进入，从机柜的背部热风抽出，形成一个风道循环。在日常的机房管理当中，很多机房管理人员误认为只要整个机房的温度降下来，机柜内的服务器温度也就降下来，但事实上我们会发现机房总体的温度降下来了，可机柜环境管理单元却报警，机柜温度超高，这又是为何？其实我们分析一下原因就可以看出问题的所在，在这个问题上我们就将要提到一个机柜上的专业术语“通孔率”即机柜前面板上的开孔占有率；从图1-1看出当冷风从前面送入机柜内，当我们的通孔率越高则送进去的冷风就越多，反之由于通孔率低，冷风则有一部分被阻挡在机柜外面，无法充分送入机柜内部，则形成了机房温度低，达到规定要求，但机柜内部环境管理单元报温度过高报警；所以在选择机柜时通孔率是一个重要的参数，因为通孔率越高，冷风使用率就会越充分，大大降低空调制冷运行率，有效降低运行成本。
　　
　　2．机柜的线缆管理
　　
　　刚刚我们提到1个42U的机柜可以放置42台服务器；且多数大量采用冗余配件(如冗余电源、存储阵列等)，机柜内设备配置频繁变换，数据线和电缆随时增减。所以，机柜必须提供充足的线缆通道，和线缆管理附件，能从机柜顶部、底部进出线缆。在机柜内部，线缆的铺设必须方便、有序，与设备的线缆接口靠近，以缩短布线距离；减少线缆的空间占用，保证设备安装、调整、维护过程中，不受到布线的干扰；并保证散热气流不会受到因为线缆没有合理排部导致热气流无法充分被排出，残留一部分在机柜内部造成气流短路循环；所以合理的线缆管理可以有效的提高气流循环迅速降低机柜内部温度，大大降低制冷设备运行时间。
　　
　　3．盲板的使用
　　
　　在机柜附件的组成中有一个叫盲板的附件，有1U、2U、3U规格等，在选配中很少有人会选择盲板这个附件，因为多数人认为盲板是为了使空缺的U看上去更美观更整齐才设计这样一个附件，来填补空缺的U高度。其实人们忽略了这个盲板最大的作用，其实设计人员设计盲板这个附件是为了解决废气热循环；更加有效的将热空气和冷空气阻断，避免冷热空气短路循环。
　　
　　绝大多数人认为机柜是用来承载物理IT设备的一个机架，而忽略了它是防止将IT设备排出的热空气阻断避免进入IT设备的进气口，热气排出被增压，加上进气口冷风的吸力将可能导致热气被重新吸入进气口，从上图我们可以清楚的看到没有盲板排除的热空气从空缺的U空间到达进气口，使进气口的冷空气和出气口的热气混合后进入IT设备，将进气口的冷空气温度提高。具相关权威实验室实得出的参数显示，冷热空气再循环会导致机柜内的IT设备温度将上升8℃，由于无盲板阻挡的机柜大大降低冷空气的使用率，严重浪费了制冷设备的制冷量；再看有盲板的机柜，有效地将出气口的热空气阻挡，避免了冷热空气再循环。

　　通过上面三点我们不难看出合理的选择机柜对IT设备的散热和制冷效率的充分利用有着很大的作用和经济效益。目前业界主流的机柜有：EMERSON、APC、威图等，其中艾默生公司其下的德国Knurr子公司生产的Miracel系列机柜有着业界最高的通孔率83%（业界标准是72%），丰富的电缆管理单元和多样的附件；是专门为满足今天及未来数据中心环境需要而设计的新一代、高品质机柜解决方案的最佳产品。
　　
　　（二）合理选择机房制冷设备
　　
　　数据中心各设备产生的热量需采用空气冷却的方法去解决，那么数据中心的最佳制冷设备就是机房专用精密空调，但有的客户会问为什么普通的商用空调不可以，二者都是用来降低空间环境温度的，而且商用空调要比机房专用空调价格便宜许多？其实机房环境调控设备并不是大家想象的那么简单，只需要将环境的温度降低就可以，它需要从多个方面去考虑，比如温度控制精度、环境的湿度、洁净度、控制管理等；机房专用空调就是为机房设备控温的，而民用空调都是直接服务于人的。它们的设计理念和功能都完全不同。设计理念最大的区别在于，机房专用空调是大风量，小焓差，高显热比（显热比的概念是指空调降温与除湿两种功率相对之比）；民用空调刚好相反，是小风量，大焓差，低显热比。
　　
　　数据中心和网络系统的IT硬件运行时会产生大量集中的热量，同时对温度和湿度的变化也极其敏感，温度和湿度的轻微浮动，就可能导致系统发生严重问题，轻则系统产生无用信息，重则系统停机；在IT设备机房中，热负荷几乎全部来自IT硬件、照明设备、支持设备和发动机散发的显热，IT设备机房含有很少的潜热，因为人员较少，外部空气有限，物理结构上还往往含有防潮层。用以满足机房环境的空调SHR要求非常高，达到0.95～0.99。精密空调系统设计用于满足这些显热比例极高的系统，相比而言，舒适空调系统的SHR通常为0.65～0.70，从而只能提供较低的显冷量，同时潜冷量较高。过多的潜热制冷意味着空气中大量水分被移除。为了保持所需的35～50%相对湿度范围，那么就需要空调设备连续进行加湿，从而将会耗费大量能源造成不必要的浪费。
　　
　　在IDC机房里空气的循环次数会达到每小时30次左右，即每两分钟对机房的空气处理一遍。民用空调的风量则会很小，处于空调出风口的位置，IT设备散热很好，但离空调出风口位置越来越远的IT设备散热效果会越来越差，甚至出现无法冷却空气导致IT设备过热而宕机；机房专用空调的风量会很大，严格按照机房环境设计的出风量，不会出现局部过热现象。另外机房专用空调的连续运行能力更强，使用寿命也更长。比如艾默生的机房专用空调(DataMate3000系列、PEX系列、高热密度XD系列)能够提供24小时、365天连续10年以上不间断地连续运行。而对于民用空调来讲，如果保持24小时，365天运行，那么这台民用空调的寿命不会超过三年，所以在选择机房制冷设备时，需要严格的按照机房环境的要求去选择制冷设备，而不是为了初期投资的“蝇头小利”茫然选择非机房专用制冷设备。
　　
　　（三）正确的IT设备的摆放和机柜布局
　　
　　1．IT设备摆放
　　
　　随着服务器的小型化、高密度化、刀片式服务器的产生，这些服务器摆放的位置越来越不容IT管理者的忽视，我们大家都知道高功率设备有一个最显著的特点就是发热量大，比普通IT设备可能要高1倍或更多。如果将这些高功率负载和高密度的服务器组合摆放在一个机柜内，这样便会出现一个高密度设备群，形成了一个巨大的发热群体，这种情况最容易导致数据中心的局部热点。通常IT管理人员将这些设备摆放在一起是为了美观和便于管理，但从上面的分析，显然这种摆放是错误的，它将需要付出相应的成本来换取。为了解决这个局部的热点，IT管理人员不得不降低整个机房环境的温度或添加专门的制冷设备，来处理这个局部发热点。其实针对这样的问题，我们完全可以将这些高功率设备和高密度服务器均分在每个机柜内，这样就不会出现高功率、高密度设备群，也无法形成数据中心的热点和冷却的难点，将大大降低制冷设备运行费用和采购费用。
　　
　　由于过去可能我们的IT设备功率密度低，不正确的气流摆放不会造成严重的问题，但随着IT设备发展趋势为高密度、高功率化，这些问题已不容IT管理部门人员忽视。正确的选择制冷设备和机柜，以及合理的机柜布局将大大提高制冷效率，同时也将大大降低了IT设备运行的总拥有成本，相信这必将是我们数据中心未来设计发展的方向和趋势。
　　
　　2.机柜布局
　　
　　在现代机房的机柜布局中，人们为了美观和便于观察会将所有的机柜朝同一个方向摆放，那么如果按照这种摆放方式，我们上面提到的机柜盲板有效阻挡冷热空气的效果将大大折扣。为什么会这样说？当我们的机柜朝统一方向摆放时就形成了第一排机柜背面正对着第二排机柜的正面；这样2排机柜中间的通道就会出现冷热气流混合循环，形成冷热气流短路致使第二排机柜的冷风进口温度大大提高，严重破坏了冷风通道的环境温度；我们正确的摆放方式应该是将服务器机柜面对面或背对背的方式摆放，这样便形成了冷风通道和热风通道。机柜之间的冷热风不会混合在一起，形成短路气流，大大提到了制冷效果，保护好了冷热通道不被破坏。
　　
　　以上是机房制冷节能问题的探讨和解决，只要你能按照上文的介绍去做，相信一定会降低你的机房制冷设备成本。