冷通道封闭技术在数据机房中的应用及其模拟探讨

徐慧姣

（山西信息规划设计院有限公司，山西 太原 030000）

0 引 言

随着IT设备的高精密度化发展，数据机房面临的散热问题成为了人们的关注热点，数据机房是进行数据集中处理的重要场所，全年不间断的运行会使数据机房中的设备消耗大量电量和热量。针对数据中心机房高能耗的问题，引入了多种节能降耗的方案对数据中心进行降温，在众多方案中，冷通道封闭能够将冷热空气进行隔离，利用冷量的优势降低热量，将冷空气封闭在冷通道中，逐渐升高冷量利用率，从而实现降温和节能的双重效果。

1 冷通道封闭技术

1.1 应用冷通道封闭技术的缘由

数据机房在运行过程中容易受到外部或者内部因素的条件制约，造成机房中气流组织不流通。数据机房中的设备主要依靠空调的冷风和散热交换，将热量驱散，以降低机架中的温度。当热交换不够流畅时，数据机房中空调设备的容量配置要高于现有需求量才能够满足机房散热需求，这种不合理地规划会增加运行成本，需要增加多台空调设备才能够达到一定的降温效果[1]。基于此，利用冷通道封闭技术，将机房中的冷热空气进行隔离，让冷空气能够顺利进入设备的内部与热量进行交换，从而将产生的热空气送至空调机组中。该技术可以有效预防冷热气流在运行中发生短路的情况，提高了空调系统的冷量利用率。

1.2 冷通道封闭技术的优势

在数据机房中应用冷通道技术，可以将机房中冷热气流进行隔离，避免机房内部产生热点，机房内部发生热点的原因是当冷气流离开空调设备到达机柜前易造成冷量损耗，使得距离较远的机柜无法得到制冷，没有充足的冷量进行降温。而使用冷通道封闭技术能够减少冷量的流失，让冷量能够均匀的进入到机柜内部，杜绝机房内部产生热点的可能性；提高冷量利用率，降低机房能耗[2]；提高机房中设备的安全性与稳定性；技术成熟，施工简单。机房设备中的尺寸和机柜的间距都有明确标准，因此冷通道技术可以进行模块化安装，施工简洁，冷通道封闭技术还可以与消防系统、监控系统、空调系统等第三方系统进行联动控制，是一种非常成熟的技术。

2 冷通道封闭技术在数据机房中的应用

2.1 空调散热与冷通道封闭散热的气流组织情况对比

2.1.1 空调散热

机柜的摆放方式一般为面对面，或者背对背。空调的冷气流将冷风送到地板下空间作为静压箱，通风底板将冷风送到机柜的前端，设备吸收冷气后温度会降低，热气流会从机柜的背面排出，升到天花内，空调将热气流吸收后进行降温。使用空调进行降温的好处是，低温气流从底部将冷空气送到设备中，设备吸收足够的热量后会回到空调机组顶端，冷热气流的流动方向保持一致，从而得到较好的空调效果，如图1所示。

2.1.2 冷通道封闭技术散热

数据中心机房中的设备摆放方式不变，使用通道门或者顶棚等装置将面对面摆放的机柜进行封闭，让冷热空气进行分离[3]。如图2所示。

使用冷通道封闭的方式，可以将数据中心的冷空气与热空气进行隔离，防止机房的内部发生热点。采用冷通道封闭的方式将冷气流隔离后，避免与热气流发生混合，从而提高送风的温度，提升制冷设备的回风温度，回风温度的提升可以将冷却盘管的热交换效率提高，从而保持整体较好的性能。冷通道封闭可以将冷热气流混合的发生概率消除，对制冷系统的送风温度进行设置，让制冷系统在正常的工况下运行。送风温度高于露点温度的情况下，空气中的湿度将会保持一个良好的状态，湿度稳定则不需要采取措施进行加湿，可以节约电能，节省运行成本，实现节能[4]。

图1 立面气流组织

图2 冷通道封闭立面气流组织

2.2 采用冷通道封闭和热通道封闭的效果对比

不管是冷通道封闭还是热通道封闭都有各自的优缺点。采用热通道封闭技术，可以在较高的热通道温度下，不影响机房中其他的通道空间。机房管理人员在机房中工作时，如果是在冷通道封闭的状态下，冷通道的外部空间温度过高会让工作在数据中心机房中的工作人员感到不舒服。采用热通道封闭，高温只存在封闭的空间内，不会影响到工作人员。在数据中心机房中，除了IT设备，还有其他的一些设备，冷通道封闭需要增加环境空调获得冷气流，以保证其他的设备能够正常工作，热通道则不需要。忽略人员的舒适性，采用热通道封闭时，如果空间较大，冷空气将会流失在大空间中，从而降低利用效率。如果机房的面积较小，采用热通道封闭的损失会减小。但是，需要注意送风口的送风问题，如果热量集聚，会影响IT设备的正常运行。

2.3 冷通道封闭技术在数据机房中的具体实施

以某机房改造项目为例，采用冷通道封闭技术对机房进行改造。该机房总面积120 m2，机柜3排，每排15个，摆放方式面对面或背靠背，排间距1.2 m。该机房采用精密空调下送风的方式，在机柜通道中设置开孔地板，根据设备的散热量对风量进行调节。机房中要安装防静电地板，通道两侧安装封闭门，将整个冷却区域进行封闭，以达到制冷的效果。

机房的封闭装置中，冷通道封闭门采用8 mm的防火剥离[5]，在机柜外侧安装门导轨和导轮，在关闭和推开的位置安装挡头。顶板支架长宽高为6 mm×25 mm×20 mm，顶板固定在支杆上，顶板之间用金属扣、金属丝进行连接，在机房中设置监控室，如果机房中的设备出现异常，值班人员可以及时将顶盖掀起，让冷通道充满整个机房。推拉门采用透明玻璃，保证冷通道的亮度，为减少冷风量的流失，可以在机架上设置盲板。紧密空调产生的冷风会通过格栅送风地板将风量吹入整个发热区，根据发热负荷调节出风量。对整个送风区域进行封闭处理，避免冷热空气混合。

3 冷通道封闭前后的CFD模拟

为了对比数据中心机房安装冷通道封闭前后的环境变化，对其进行了CFD模拟实验。

3.1 排风温度模拟

图3是冷通道封闭前后的图像对比，左侧的温度在27 ℃[6]，右侧为封闭后的通道温度，明显低于封闭前，由此可见，封闭通道可以降低出风的温度。

图3 冷通道封闭前后机柜温度的变化

3.2 回风气流模拟

图4 中左侧的气流组织杂乱，空调送风气流有短路情况，空调送出的冷风没有经过服务器就直接到了空调回风口，降低了空调的制冷效率；右侧的气流流向清晰，回风的温度有了明显改善，且没有短路情况的发生。

3.3 机房温度模拟

当对数据中心机房进行冷通道封闭后，机房中的设备会得到充分冷量，机会的排热温度也会有所降低，空调回风温度的升高可以提高空调的制冷效率。冷量都聚集在通道中，会减少空调的送风量，降低空调运行的时间，节省运行成本。如图5所示，当对机房进行冷通道封闭后，能够为机房中的设备提供足够冷量，让服务器得到冷却减少短路的发生。

图4 空调回风气流模拟

图5 机房温度封闭前后温度模拟结果

4 结 论

综上所述，采用冷通道封闭技术可以起到一定的降温效果，保证了机房空调的送风温度，降低了发生气流短路的概率，让服务器可以得到更好的运行性能。冷通道封闭技术施工简单，成本较低，能够有效改善机房能耗问题，降低因设备过热而造成的热点，降低了发生消防事故的几率，非常适用于小型机房改造。