热点空调机解数据中心高热之困

     作者陈磊现供职于阿尔西制冷工程技术(北京)有限公司　

      随着IT设备精密度不断加大，各种业务量不断增加，根据估算数据显示，目前数据中心超高热机柜数量只占5%，因此目前数据中心的主要问题在于“热点”，如何有的放矢的解决热点造成的高热问题，是关注的话题。

　　数据中心热问题在于“热点”

　　当前数据中心大多数机柜的热密度为1500W-3000W/机柜(这里默认为普通机柜。折算到IT设备机房的平均热密度为：800W-2000W/M2)。不过，也有很多的机柜，其最大发热量超过这个数值，达到：3000W-20000W/机柜，但绝大数的机柜的最大发热量小于：7kW/机柜。这里我们将发热量在3000-7000W的机柜命名为“高热”机柜，同时将发热量大于7kW的机柜命名为“超高热机柜”，将这两种机柜统称为“过热”机柜。

　　根据实地走访大量机房，加上其他与相关人员的口头沟通，我们估算出：目前在过热机柜中，高热机柜数量占95%以上，超高热机柜不到5%。

　　我们既需要解决不足5%的超高热机柜的散热问题，也需要很好地解决更大多数“高热”的机柜的散热问题。同时，我们不能用“超高热”散热方法来解决“高热”机柜的散热问题，更不能用常规机房空调的方法来解决“过热”问题。

　　前面所述的95%高热机柜，大多数是在现有机房中逐步出现的，是随着机柜内IT设备逐步增加而增加的，并不是一开始就出现。这就是说：高热机柜是逐个出现的，不是一批一批出现的。而且，通过调查发现，机房出现过热的机柜数量只占机房机柜总数量的一小部分。

　　由此，我们可以得出结论：数据中心的主要热问题并不是“高热密度”问题，而是“热点”问题。多个热点出现在一个小范围后，才形成“热区”，这种情况在实际之中，数量非常少。只是在新建机房中，有的设计师会预留一个特别设计的潜在热区，用于将发热量大的服务器集中放在一起。

　　我们知道了数据中心热问题的主要矛盾是“热点”，并且知道了热点形成的原因，热点的严重程度，这样我们就可以更加有针对性地解决问题了，就可以有的放矢了，阿尔西针对这一问题，研发出一种新机型——“热点空调机”。

　　热点空调机是一种整体式空调机，专门针对数据中心热点形成的原因、类型、气流组织、安装方式而设计，具有节能、体积小、重量轻、安装使用灵活、即插即用等特点。

　　由于热点的英文表达为：“Hotspot”，所以，我们也称这种空调机为：“ONSPOT”空调机。

　　热点空调机基本原理

　　当某个机柜出现过热时，其进出风温度一般如图1所示(有时出风温度会更高一些)：

　　由图1可知，进入机柜的空气被热点空调机从24℃冷却到14℃-16℃，因此机柜的出风温度就可降低到28℃-30℃，局部机柜过热很容易消除了。

　　ONSPOT空调机增加机房负荷吗？

　　也许大家都会提出这个问题：空调机的冷凝热排放在机房内部，这不是增加机房热负荷，加重过热现象吗？

　　回答：不会，不用考虑。

　　另一种回答：如果会引发这种情况，也就不会有这个产品出现了。

　　首先，我们应清楚：ONSPOT空调机的发热量不等于其冷凝排热量(由冷凝风机所送出的热风中的热量)，ONSPOT空调机的发热量等于其工作时的功率消耗，这就是ONSPOT空调机在机房所引起的热负荷，它不到其冷凝排热量的四分之一。

　　下面，我们通过简单的计算，来说明这个道理。

　　不过，在计算之前，我们首先联想一个现实生活中的例子，这就是客厅中的冰箱。

　　许多家庭在自己的客厅中安装了空调机，该空调机的制冷量一般为5.2kW左右，其消耗功率为2kW左右。同时，冰箱也放置在客厅里。与这里的ONSPOT空调机一样，冰箱也是一台整体式制冷装置，带有一整套制冷系统，工作时会向房间排放冷凝热。其冷凝热与制冷量抵消后，向客厅散发的热量平均约100W左右。该发热量约为空调机制冷量的2%。由于该散热量非常小，所以我们感觉不到该冰箱散热的影响，不必将冰箱做成室、内外两个部分，将其中的冷凝器安装在室外，从而将冷凝热排到室外。

　　再类比一下数据中心。

　　这里以一个150M2的小型数据中心为例来说明。一般情况下，这种数据中心会配置180kW制冷量的空调机。当然，实际上，在这个数据中心内的电子设备的总发热量约为120kW左右。

　　在这个数据中心可能会出现1-5个热点，这里是指有1-5个电子设备机柜的发热量过大。此时，我们可以为这些热点配置1到5台热点空调机。

　　假设按1个热点考虑，需要配置1台热点空调机，热点空调的制冷量为3.2kW，向机房的散热量只有1.1kW，仅占机房空调机总制冷能力的0.6%。

　　如果按5个热点配置5台热点空调机，所增加的总热负荷也只有5.5kW，也只占机房总制冷能力的3%，增加到10个热点、10台热点空调机，其热负荷也只占6%。

　　由于热点空调机运行时，并不是连续运行，所以其总热负荷还要低30%-50%。而实际上，机房空调机的能力余量高达50%。由此可见，热点空调机在实际使用时，对机房整体制冷能力基本不产生影响，对机房造成的热负荷可以忽略不计。

　　利用ONSPOT空调机节能

　　如上所述，当机房出现热点时，为简单解决热点问题，用户一般采用降低整个机房温度的方法，这使得整个机房的空调能耗立即上升10%。但采用ONSPOT空调机后，就不需要浪费这个能量。

　　由于绝大多数机柜并不过热，这就使得我们可以考虑将机房的温度从24℃向上提升一些，例如提升到28℃。也许，在24℃时，没有过热机柜，却在28℃时出现了过热机柜。如果这种现象不多(幸好，这时的过热机柜确实不会很多)时，就可以采用ONSPOT空调机来满足这些热点对冷量的需求，将机房整体的控制温度控制在28℃。这意味着我们可以通过提升机房控制温度来节约大量空调能耗。

　　目前，阿尔西有4种类型的热点空调机，所谓4种类型是指4种安装使用方式。这4种方式分别是：

　　·移动式

　　·门板安装式

　　·机柜顶部安装式

　　·高架地板下安装式

　　移动式空调机

　　平时在机房备用数台移动式热点空调机，有某个机柜过热时，将空调机移动到过热机柜的旁边，将空调机的温度传感器放在机柜出风口温度最高的位置，插上电源即可。

　　如果需要对过热机柜进行维护，只需将空调机移动到旁边。

　　门板安装式空调机

　　平时在机房备用数台门板安装式热点空调机，有某个机柜过热时，将空调机移动到过热机柜的旁边，在机柜门安装数个挂钩，然后将空调机挂到机柜门上，再将空调机的温度传感器放在机柜出风口温度最高的位置，插上电源即可。

　　如果需要对过热机柜进行维护，只需将空调机从挂钩上取下，放到旁边。

　　顶置安装式空调机

　　某个机柜过热时，将空调机放置到过热机柜的顶部，利用随机附件与机柜做适当固定。再将空调机的温度传感器放在机柜出风口温度最高的位置，插上电源即可。

　　该安装方式适合于机柜顶部有安装空间的场合。

　　高架地板下安装式

　　某个机柜过热时，将空调机安装到高架地板的下面，通过对高架地板下的空气进行预冷来消除热点。空调机的出风口尺寸与机房地板相匹配，并且其出风口格栅具有与机房地板相同的结构强度。

　　综上所述，多数情况下，数据中心的高热密度问题，实际上是：“热点”问题，清晰地理解热点和热区有助于解决机房热问题，使用热点空调机是解决机房热问题的主要方法，使用热点空调机可以节能、降低成本。