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通信电源
IDC机房气流组织形式的设计研究
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-08  浏览次数:745

IDC机房气流组织形式的设计研究

 

赵玥

(沈阳市电信规划设计院(有限公司),110021)

摘要:本文针对IDC机房建设规模大,设备发热量大且密度集中的问题,提出了通过合理设计气流组织形式来降低机房温度,保证设备安全稳定运行。分析了影响IDC机房气流组织的三大因素,对比了上送风下侧回风以及下送风上回风两种气流组织形式,同时结合了机房内机柜的摆放位置设计以及机柜内部的设计,以期最大限度提高整个机房系统的可靠性和安全性。

关键词:IDC机房 气流组织形式

1.概述

近几年来,随着我国通信数据业务的迅猛发展,电信产业越来越市场化,企业的业务也越来越多的依赖信息系统,对于IDCInternet Data Center)机房的需求也越来越急迫。但由于IDC机房的建设规模越来越大,服务器的集成度越来越高,设备散发的热量大而且密度过于集中,导致机房内温度过高,威胁机房内设备安全稳定运行[1]。这使得IDC机房内的制冷问题成为通信运营IDC机房的首要问题,而气流组织形式是制冷系统中极为重要的环节。本文就IDC机房气流组织形式进行探讨,以期提高设备运行的安全性及稳定性,降低机房能耗。

2.气流组织形式

机房内部的散热量是通过室内空气的对流带走的:冷空气由送风口以一定速度送出,流动过程中与散发热流的设备进行对流换热,空气即被加热,热空气通过回风口重新进入空调设备,把设备散出的热量带走。

影响IDC机房气流组织的因素主要有三个:一是送风口和回风口的位置设计;二是机房内机柜的摆放位置设计;三是机柜内部的设计[2]。

2.1  送风口和回风口的位置设计

送风口的位置要尽可能靠近设备进风口处,将冷空气限制在冷通道内;而回风口的位置要尽可能地靠近设备排风口处,并从热通道收集热空气。

送风口和回风口位置的不同对应了两种不同的气流组织形式:上送风下侧回风气流组织形式以及下送风上回风气流组织形式,下面分别对这两种不同的气流组织形式进行介绍。

2.1.1  上送风下侧回风气流组织形式

上送风下侧回风气流组织通常是采用全室空调送回风。上送风还分为机房顶送风和紧靠机房顶的上部侧送风两种形式,下回风通常采用机房的下部侧回风形式。

 

1  上顶送下侧回风气流组织           图2   上侧送下侧回风气流组织

1所示为上顶送下侧回风的气流组织,冷空气经过顶棚的空调风口吹入机房,先跟机房内的空气混合,再进入需要冷却的设备。这种送风方式是通过机房顶棚的散流器或孔板风口向机房内送风,顶棚风口送下的冷空气与机柜顶上排出的热空气逆向混合,会导致进入机柜的空气温度偏高,机柜内的设备得不到比较好的冷却,以至于影响设备正常有效运转。

2所示的上侧送下侧回风气流组织,在机房室内净空较低并且机柜布置较密时,部分回风气流有可能被机柜阻挡,没办法形成一个通畅的气流回路,会导致局部滞流或出现小区的涡流。机房内出现不均匀的温度场,会影响部分机柜的冷却效果。

上送风下侧回风组织形式的优点主要表现在以下几个方面[3]:

1)由于机房为上走线方式,没有活动地板,空调机组所需的加湿给水管、凝结排水管均为明布置,一旦有漏水的情况发生,可以快速发现,及时排除危险;

2)机房内没有活动地板,不会出现灰尘堆积的情况,清扫工作也比较方便,减少维护管理的工作量。

上送风下侧回风组织形式的缺点主要表现在以下几个方面:

1)上送风的空调送风方式是冷空气由机房的上部送至机柜再至设备,与热空气交换后,从机房的下部回到空调机组内。机房的送风气流组织与空气流动特性是矛盾的,从而导致房间最下部的温度偏高,不利于设备的稳定运行;

2)采用上送风方式时,由于机房面积大小的不同,将导致空调机组送风距离的长短不同,从而导致送风管和送风口的位置也不同,送风管和送风口还必须与机房内的各类走线架、照明灯具等设施进行协调,以免出现交错,这给机房的设计以及施工都带来麻烦,同时也会显得机房杂乱无章。

综上所述,上送风下侧回风气流组织适合应用在面积不大于100m2,散热量较小的小型IDC机房。

2.1.2  下送风上回风气流组织形式

下送风上回风气流组织形式是大型IDC机房常用的方式,空调机组送出的冷空气迅速进入机柜,对设备进行冷却,再利用热力环流有效控制冷却率。

下送风上回风气流组织

3所示的下送风上回风气流组织形式需要在机房空调机组底部做一个支架,高度与机房的活动地板高度相同。经过空调机组处理的低温冷空气,从空调机底部送到活动地板内;再利用活动地板下的空间形成一个静压箱,然后通过机柜底部、活动地板风口进入机房和机柜内,带走通信设备和机房的热量;热空气通过机房上部空间回到空调机组内,进行冷却降温处理,再循环使用。由于从活动地板风口吹入的冷空气只在瞬间与机房内的热空气混合,即刻进入机柜进行冷却,这样就有效地提高了送入机柜的冷空气的质量,只需要较少的风量就可以获得较好的冷却效果。

下送风上回风气流组织形式的优点主要表现在以下几个方面:

1)下送风方式是将低温冷空气直接从机柜底部送至机柜内的设备,吸收通信设备的热量后,从机房顶部回到空调机组。机房的送风气流组织与空气流动特性一致,从而获得较好的冷却效果;

2)活动地板下的空间比送风风管断面的面积要大得多,会形成空调送风静压箱。静压箱可以减少送风系统动压,增加静压、稳定气流以及减少气流振动,可以获得更理想的送风效果;

3)送风是在活动地板内部进行的,在同等距离条件下,下送风方式所需的送风风压低,空调设备和送风噪声都会较低一些;

4)下送风方式不需要空调送风风管和送风口,这对于空调系统的设计施工来说,相对简单方便,而且空调系统的投资也会降低。

下送风上回风气流组织形式的缺点主要表现在以下几个方面:

1)下送风是在活动地板下形成静压箱,使得机房空调的送风远近均匀。所以,活动地板的质量直接影响空调的冷却效果。由于地板质量不好,或是施工过程中的操作不当都会造成送风短路,冷空气达不到最远的设备机柜,使得机房内出现较大温差,不利于设备正常工作。

2)由于活动地板下静压箱内风速并不快,如果运行管理不当,极容易造成活动地板下个别区域堆积灰尘。长期运行,外加检修不及时,堆积的灰尘受扰动后极有可能会落到设备元器件表面,可能引起设备障碍、短路等问题。

综上所述,上送风下侧回风气流组织适用于面积较大,设备机柜较多,散热量较大的IDC机房。

2.2  机房内机柜的摆放位置设计

机柜的摆放,特别是放置了高功率设备的机柜的摆放,可能显著地增加IDC机房的压力。当高密度、高性能的服务器被集中放置在一个或相邻几个机柜内时,就会出现高密度设备群。这种情况可能导致IDC机房内容易出现热区,影响设备正常运行。所以,要求机房内要尽可能地分散放置机柜,IDC机房宜采用设备机柜面对面、背靠背方式,即相邻两列机柜采用面对面、背靠背的摆放方式,且机柜之间的列间距应不小于1000mm

2.3  机柜内部的设计

机柜是一种机械支架,高发热量的设备安装在机柜内,机柜设计的不合理极有可能造成热空气短路;热空气通过缝隙进入机柜时被轻微增压,加上设备的进气吸力,将可能导致热空气被重新吸入设备。气流短路问题最多可能导致设备的温度上升8℃,这远大于热气造成的影响。

针对两种不同的气流组织形式,IDC机房内的机柜设计应符合下列要求:

2.3.1上送风下侧回风机房

1)机柜应符合上送风气流组织要求,宜采用前后均无柜门的开放式机柜。如果处于安全管理的需要,机柜必须安装柜门时,应安装网格状柜门,且网格等效直径应不小于10mm,通风面积比例不小于70%

2)机柜层板应有利于通风设计,多台发热量大的数据设备不宜叠放在同一层板上。

2.3.2下送风上回风机房

1)机柜应符合下送风气流组织要求,宜采用上下开口,前后柜门密封的机柜。机柜的底部建议采用全开口的方式,但应具有调节风量的能力;

2)根据机柜功率的大小,机柜顶部适当位置可以安装风扇,配合下送风气流组织形式,获得更好的冷却效果。风扇应选择低噪音、长寿命型。风扇电源应具有单独的过载、过热保护以及控制开关,有条件时还可配置风扇运行状态监控接口;

3) 机柜层板应有利于通风设计,多台发热量大的数据设备不宜叠放在同一层板上,最下层层板距离机柜底部不小于150mm

3.小结

随着信息时代的到来,IDC数据中心承担着越来越重要的作用,研究数据中心机房制冷系统的气流组织形式,对于IDC机房的经济高效、安全可靠运行有着重要意义。

本文对影响IDC机房气流组织的三大因素进行研究分析,对比了上送风下侧回风以及下送风上回风两种气流组织形式,同时结合了机房内机柜的摆放位置设计以及机柜内部的设计,得出适用于不同类型的IDC机房的气流组织形式。从目前来看,下送风上回风气流组织形式在国内外IDC机房中的应用较为广泛,在实际的运行中具有较高的安全性,可靠性。

参考文献:

[1] 孙研,通信机房节能综合解决方案[J],电信工程技术与标准化,2006,(6):26-29。

[2] 黄少云.营造合理气流组织形式促进通信机房空调系统节能减排.电信世界.2011,(8):76-79.

[3] 赖世能.侯福平.宗凌.IDC机房空调电源技术专题系统之一:IDC机房上下送风方式空调系统分析比较.电信技术,2005,(11): 33-35

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