冷通道封閉技術在數據機房中的應用及其模擬探討

徐慧姣

（山西信息規劃設計院有限公司，山西 太原 030000）

0 引 言

隨著IT設備的高精密度化發展，數據機房面臨的散熱問題成為了人們的關注熱點，數據機房是進行數據集中處理的重要場所，全年不間斷的運行會使數據機房中的設備消耗大量電量和熱量。針對數據中心機房高能耗的問題，引入了多種節能降耗的方案對數據中心進行降溫，在眾多方案中，冷通道封閉能夠將冷熱空氣進行隔離，利用冷量的優勢降低熱量，將冷空氣封閉在冷通道中，逐漸升高冷量利用率，從而實現降溫和節能的雙重效果。

1 冷通道封閉技術

1.1 應用冷通道封閉技術的緣由

數據機房在運行過程中容易受到外部或者內部因素的條件制約，造成機房中氣流組織不流通。數據機房中的設備主要依靠空調的冷風和散熱交換，將熱量驅散，以降低機架中的溫度。當熱交換不夠流暢時，數據機房中空調設備的容量配置要高于現有需求量才能夠滿足機房散熱需求，這種不合理地規劃會增加運行成本，需要增加多臺空調設備才能夠達到一定的降溫效果[1]。基于此，利用冷通道封閉技術，將機房中的冷熱空氣進行隔離，讓冷空氣能夠順利進入設備的內部與熱量進行交換，從而將產生的熱空氣送至空調機組中。該技術可以有效預防冷熱氣流在運行中發生短路的情況，提高了空調系統的冷量利用率。

1.2 冷通道封閉技術的優勢

在數據機房中應用冷通道技術，可以將機房中冷熱氣流進行隔離，避免機房內部產生熱點，機房內部發生熱點的原因是當冷氣流離開空調設備到達機柜前易造成冷量損耗，使得距離較遠的機柜無法得到制冷，沒有充足的冷量進行降溫。而使用冷通道封閉技術能夠減少冷量的流失，讓冷量能夠均勻的進入到機柜內部，杜絕機房內部產生熱點的可能性；提高冷量利用率，降低機房能耗[2]；提高機房中設備的安全性與穩定性；技術成熟，施工簡單。機房設備中的尺寸和機柜的間距都有明確標準，因此冷通道技術可以進行模塊化安裝，施工簡潔，冷通道封閉技術還可以與消防系統、監控系統、空調系統等第三方系統進行聯動控制，是一種非常成熟的技術。

2 冷通道封閉技術在數據機房中的應用

2.1 空調散熱與冷通道封閉散熱的氣流組織情況對比

2.1.1 空調散熱

機柜的擺放方式一般為面對面，或者背對背。空調的冷氣流將冷風送到地板下空間作為靜壓箱，通風底板將冷風送到機柜的前端，設備吸收冷氣后溫度會降低，熱氣流會從機柜的背面排出，升到天花內，空調將熱氣流吸收后進行降溫。使用空調進行降溫的好處是，低溫氣流從底部將冷空氣送到設備中，設備吸收足夠的熱量后會回到空調機組頂端，冷熱氣流的流動方向保持一致，從而得到較好的空調效果，如圖1所示。

2.1.2 冷通道封閉技術散熱

數據中心機房中的設備擺放方式不變，使用通道門或者頂棚等裝置將面對面擺放的機柜進行封閉，讓冷熱空氣進行分離[3]。如圖2所示。

使用冷通道封閉的方式，可以將數據中心的冷空氣與熱空氣進行隔離，防止機房的內部發生熱點。采用冷通道封閉的方式將冷氣流隔離后，避免與熱氣流發生混合，從而提高送風的溫度，提升制冷設備的回風溫度，回風溫度的提升可以將冷卻盤管的熱交換效率提高，從而保持整體較好的性能。冷通道封閉可以將冷熱氣流混合的發生概率消除，對制冷系統的送風溫度進行設置，讓制冷系統在正常的工況下運行。送風溫度高于露點溫度的情況下，空氣中的濕度將會保持一個良好的狀態，濕度穩定則不需要采取措施進行加濕，可以節約電能，節省運行成本，實現節能[4]。

圖1 立面氣流組織

圖2 冷通道封閉立面氣流組織

2.2 采用冷通道封閉和熱通道封閉的效果對比

不管是冷通道封閉還是熱通道封閉都有各自的優缺點。采用熱通道封閉技術，可以在較高的熱通道溫度下，不影響機房中其他的通道空間。機房管理人員在機房中工作時，如果是在冷通道封閉的狀態下，冷通道的外部空間溫度過高會讓工作在數據中心機房中的工作人員感到不舒服。采用熱通道封閉，高溫只存在封閉的空間內，不會影響到工作人員。在數據中心機房中，除了IT設備，還有其他的一些設備，冷通道封閉需要增加環境空調獲得冷氣流，以保證其他的設備能夠正常工作，熱通道則不需要。忽略人員的舒適性，采用熱通道封閉時，如果空間較大，冷空氣將會流失在大空間中，從而降低利用效率。如果機房的面積較小，采用熱通道封閉的損失會減小。但是，需要注意送風口的送風問題，如果熱量集聚，會影響IT設備的正常運行。

2.3 冷通道封閉技術在數據機房中的具體實施

以某機房改造項目為例，采用冷通道封閉技術對機房進行改造。該機房總面積120 m2，機柜3排，每排15個，擺放方式面對面或背靠背，排間距1.2 m。該機房采用精密空調下送風的方式，在機柜通道中設置開孔地板，根據設備的散熱量對風量進行調節。機房中要安裝防靜電地板，通道兩側安裝封閉門，將整個冷卻區域進行封閉，以達到制冷的效果。

機房的封閉裝置中，冷通道封閉門采用8 mm的防火剝離[5]，在機柜外側安裝門導軌和導輪，在關閉和推開的位置安裝擋頭。頂板支架長寬高為6 mm×25 mm×20 mm，頂板固定在支桿上，頂板之間用金屬扣、金屬絲進行連接，在機房中設置監控室，如果機房中的設備出現異常，值班人員可以及時將頂蓋掀起，讓冷通道充滿整個機房。推拉門采用透明玻璃，保證冷通道的亮度，為減少冷風量的流失，可以在機架上設置盲板。緊密空調產生的冷風會通過格柵送風地板將風量吹入整個發熱區，根據發熱負荷調節出風量。對整個送風區域進行封閉處理，避免冷熱空氣混合。

3 冷通道封閉前后的CFD模擬

為了對比數據中心機房安裝冷通道封閉前后的環境變化，對其進行了CFD模擬實驗。

3.1 排風溫度模擬

圖3是冷通道封閉前后的圖像對比，左側的溫度在27 ℃[6]，右側為封閉后的通道溫度，明顯低于封閉前，由此可見，封閉通道可以降低出風的溫度。

圖3 冷通道封閉前后機柜溫度的變化

3.2 回風氣流模擬

圖4 中左側的氣流組織雜亂，空調送風氣流有短路情況，空調送出的冷風沒有經過服務器就直接到了空調回風口，降低了空調的制冷效率；右側的氣流流向清晰，回風的溫度有了明顯改善，且沒有短路情況的發生。

3.3 機房溫度模擬

當對數據中心機房進行冷通道封閉后，機房中的設備會得到充分冷量，機會的排熱溫度也會有所降低，空調回風溫度的升高可以提高空調的制冷效率。冷量都聚集在通道中，會減少空調的送風量，降低空調運行的時間，節省運行成本。如圖5所示，當對機房進行冷通道封閉后，能夠為機房中的設備提供足夠冷量，讓服務器得到冷卻減少短路的發生。

圖4 空調回風氣流模擬

圖5 機房溫度封閉前后溫度模擬結果

4 結 論

綜上所述，采用冷通道封閉技術可以起到一定的降溫效果，保證了機房空調的送風溫度，降低了發生氣流短路的概率，讓服務器可以得到更好的運行性能。冷通道封閉技術施工簡單，成本較低，能夠有效改善機房能耗問題，降低因設備過熱而造成的熱點，降低了發生消防事故的幾率，非常適用于小型機房改造。