高密度數(shù)據(jù)中心的連續(xù)制冷破解方案
以下的文章主要介紹的是高密度數(shù)據(jù)中心的連續(xù)制冷解決方案，隨著數(shù)據(jù)中心單位用電量不斷加大，以及機(jī)房的發(fā)熱量不斷升高，在這種情況下，一旦電源發(fā)生故障，雖然服務(wù)器依靠ups系統(tǒng)能夠繼續(xù)運行。
但由于制冷設(shè)備停止運行，致使機(jī)房溫度快速上升，仍會導(dǎo)致服務(wù)器過熱而停止運行。
隨著數(shù)據(jù)中心單位用電量不斷增加，機(jī)房的發(fā)熱量越來越高，在這種情況下，一旦電源發(fā)生故障，雖然服務(wù)器依靠ups系統(tǒng)能夠繼續(xù)運行，但由于制冷設(shè)備停止運行，致使機(jī)房溫度快速上升，仍會導(dǎo)致服務(wù)器過熱而停止運行。因此，目前高密度機(jī)房的趨勢需要設(shè)計不間斷工作的制冷系統(tǒng)，以保證在電源故障時，制冷系統(tǒng)或部分制冷系統(tǒng)能繼續(xù)運轉(zhuǎn)，在一段時間內(nèi)維持機(jī)房的環(huán)境溫度，以免過快地升溫，從而保護(hù)服務(wù)器設(shè)備的安全運行，等候電力系統(tǒng)恢復(fù)或者備用發(fā)電系統(tǒng)投入使用。本文從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實踐出發(fā)，對高密度機(jī)房的制冷系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行探討。
制冷系統(tǒng)停止時的機(jī)房溫度
當(dāng)制冷系統(tǒng)停止時，根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房裝機(jī)密度的不同，機(jī)房的溫度上升幅度不一。在以往傳統(tǒng)的機(jī)房，由于單機(jī)柜用電量較小，制冷系統(tǒng)停止后，仍有較長一段時間能維持設(shè)備正常運行。例如在一個單機(jī)柜1.2KW的機(jī)房，制冷系統(tǒng)停止10分鐘后，溫度將上升10.5℃，管理者可以有時間啟用備用發(fā)電機(jī)或關(guān)閉服務(wù)器設(shè)備。
但隨著機(jī)房裝機(jī)密度的提高，溫度上升變得非常迅速，據(jù)Intel實驗分析，一個單機(jī)柜用電量約9KW的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，一旦制冷系統(tǒng)停止運行，溫度從22℃上升40℃只需要18秒，上升到57℃只需要35秒。而一旦超過32℃，計算機(jī)設(shè)備就會出現(xiàn)故障，溫度繼續(xù)升高，計算機(jī)設(shè)備將會停止運行，甚至損壞。因此，對于高密度的機(jī)房，配置一個不問斷的制冷系統(tǒng)就變得非常必要。
對高密度機(jī)房連續(xù)制冷的定義
面對上述情況，國外數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的一些機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，在UPTIME協(xié)會研討高密度機(jī)房連續(xù)制冷系統(tǒng)的白皮書中，將制冷系統(tǒng)分為ABC三個等級，A級為不間斷制冷系統(tǒng)，不間斷制冷系統(tǒng)需要為精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)、二次泵配置UPS，并增加蓄冷罐;B級為連續(xù)制冷系統(tǒng)：連續(xù)制冷系統(tǒng)需要為精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)、二次泵配置UPS，但不增加蓄冷罐;C級為可中斷的制冷系統(tǒng)，即對制冷系統(tǒng)不配置任何UPS設(shè)備，在電源故障時停止制冷系統(tǒng)。UPTIME對制冷系統(tǒng)進(jìn)行分級定義，并提供了幾種解決方案。
高密度機(jī)房連續(xù)制冷的幾種解決方案
對于高密度機(jī)房，采取何種措施在電力故障發(fā)生的間歇，維持制冷系統(tǒng)的運行，或是部分運行呢？UPTIME組織和有關(guān)廠商提出了幾種解決方案。
***種，為整個制冷系統(tǒng)全部配置UPS系統(tǒng)，對于冷凍水型精密空調(diào)，需要為冷水機(jī)組，冷卻塔、一二次泵和精密空調(diào)都配上UPS系統(tǒng)。這種方式能保持整套制冷系統(tǒng)的運行，但對于大功率的冷水機(jī)組和冷卻塔，全部配上UPS系統(tǒng)的代價是非常高昂的，因此目前很少被采用。
第二種，在一個使用冷凍水型精密空調(diào)的系統(tǒng)中，為精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)、冷凍水的二次泵配置UPS，并在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中增加蓄冷罐以儲備冷凍水。當(dāng)電源中斷未恢復(fù)，或因電源中斷導(dǎo)致冷水機(jī)組暫時無法啟動時，通過蓄冷罐和水泵提供冷源，由精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)維持機(jī)房內(nèi)的空氣循環(huán)，從而在一段時問內(nèi)保持機(jī)房的溫度或阻止機(jī)房快速升溫，等候電力的恢復(fù)或冷水機(jī)組恢復(fù)正常工作。
***和第二種方式都達(dá)到了A級不間斷制冷的標(biāo)準(zhǔn)。
第三種，在使用冷凍水型精密空調(diào)的系統(tǒng)中，為精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)和冷凍水二次泵配置UPS，但不在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中配置蓄冷罐。當(dāng)電源中斷未恢復(fù)，或因電源中斷導(dǎo)致冷水機(jī)組暫時無法啟動時，精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)仍能維持機(jī)房內(nèi)的空氣循環(huán)，并利用管道中的剩余冷凍水為機(jī)房降溫。采用這種方式，也能減緩機(jī)房快速升溫，但效果沒有前兩種方式顯著。
第四種，對于采用直接蒸發(fā)式精密空調(diào)的系統(tǒng)，既無法安裝蓄冷系統(tǒng)，也沒有管道的余冷可以利用。但依然可以為精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)配置UPS，目的只是為在出現(xiàn)故障時保持?jǐn)?shù)據(jù)中心的空氣循環(huán)，也能減緩機(jī)房的升溫。
第三和第四種方式達(dá)到了B級連續(xù)制冷的標(biāo)準(zhǔn)。
高密度機(jī)房連續(xù)制冷解決方案的選擇
那么，對于以上的幾種連續(xù)制冷解決方案，建設(shè)方或設(shè)計單位該如何進(jìn)行選擇呢？對此，筆者建議建設(shè)方和設(shè)計單位可根據(jù)數(shù)據(jù)中心的熱密度和數(shù)據(jù)中心的重要性，以及柴油機(jī)等后備系統(tǒng)配置情況，從以上解決方案中選擇一個合適的連續(xù)制冷方案。
例如對應(yīng)單機(jī)柜電量1.2KW以內(nèi)的機(jī)房，預(yù)計溫度上升到32℃的時間約在10分鐘以上，就可以依靠柴油機(jī)系統(tǒng)來提供后備電源。隨著單機(jī)柜用電量的提高，可以采用為精密空調(diào)的風(fēng)扇提供UPS的方案，以提供氣流循環(huán)，利用環(huán)境的吸熱能力，減緩溫升速率。
但對于單機(jī)柜的用電量達(dá)到6kW以上的高密度的機(jī)房(按ASHRAE的預(yù)測，2010年服務(wù)器單機(jī)柜將在12KW以上)，就需采用冷凍水型精密空調(diào)系統(tǒng)，從而選擇UPTlME的A級不間斷制冷方案，給冷凍水循環(huán)系統(tǒng)提供UPS，并設(shè)置一定體積的蓄冷罐，以維持停電期間或停電后冷水機(jī)組重新啟動期間的制冷，等待制冷系統(tǒng)的完全恢復(fù)。
總之，面對高密度機(jī)房的發(fā)展趨勢，配置連續(xù)制冷設(shè)施，以在停電和冷水機(jī)組重啟期間維持設(shè)備運行，保護(hù)設(shè)備安全，己是建設(shè)方和設(shè)計單位必須考慮的重要問題·目前各方都在積極探索和實施。同時隨著高密度機(jī)房的不斷規(guī)劃建設(shè)，預(yù)計也將出現(xiàn)更多的解決方案，以滿足高密度機(jī)房連續(xù)制冷的需求。
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