計劃在數(shù)據(jù)中心添加新IT設備的決策者應該注意到哪種類型的制冷系統(tǒng)在當前和未來都能夠滿足要求。zui近高密度IT設備增加了，但機房制冷系統(tǒng)如果無法相應增加，就會導致制冷系統(tǒng)效率低下、制冷能力不可預測，在有些情況下根本無法滿足冷卻要求。為了解決這個問題，人們提出了面向排列結構和面向機架結構的制冷系統(tǒng)。
空調(diào)的功能
在數(shù)據(jù)中心里，所有的空調(diào)都具有兩個功能：一是產(chǎn)生冷空氣（也就是能提供數(shù)千瓦的制冷容量）并輸送到需要冷卻的關鍵設備上。有多種方式可以產(chǎn)生大量的冷空氣，如低溫水、低溫乙二醇，以及任何可以使用的媒質(zhì)而無須考慮它們的結構。
空調(diào)的第二個功能就是將冷空氣輸送到各個機房，這里有三種不同的方式，如圖1所示。在面向機房形式的結構中（圖1左），計算機機房空調(diào)（CRAC）單元與機房本身融為一體;在面向排列形式的結構中（圖1中），CRAC單元是成排布置的;在面向機架形式的結構中（圖1右），CRAC單元被放置在單獨的機架上。
圖1 樓層平面圖說明了面向機房形式（左）、面向排列形式（中）和面向機架形式（右）的空調(diào)布置結構間的差別
面向機房形式的制冷系統(tǒng)由一臺或多臺空調(diào)組成，其中任何一臺空調(diào)都可以*不受約束地（沒有通風管道、風門調(diào)節(jié)器、通風口或其他方式進行風量控制）給需要冷卻的設備提供冷風，它們只有非常有限的能力來控制出風或不出風，或者說是通過地板提升系統(tǒng)或頂棚送氣回路來調(diào)節(jié)的。
對于許多使用面向機房形式制冷系統(tǒng)的小型計算機機房，人們很少注意到空調(diào)出風的情況，安置機架式空調(diào)也只是計劃外的方案。對于大型或復雜的數(shù)據(jù)中心，地板提升系統(tǒng)可以用于將冷空氣導向到經(jīng)過詳細規(guī)劃、發(fā)熱量大的機架通道，或調(diào)整冷卻過度使溫度較低的通道。
但是，即使經(jīng)過了精心設計，這種面向機房形式的制冷系統(tǒng)也在很大程度上依賴機房的一些固有限制，例如機房空間形狀、地板上障礙物的分布、空調(diào)的位置，以及IT設備在機房中的放置方式等。在這么多實際條件的限制下，特別是大多數(shù)數(shù)據(jù)中心在增加和重新放置IT設備方面的一些教訓也證明，面向機房形式制冷系統(tǒng)冷卻能力的可預見性會成為問題，特別是當機房內(nèi)的設備功率密度增加時。
面向機架形式和面向排列形式結構的空調(diào)布置方案
當采用面向排列形式的制冷系統(tǒng)時，冷卻系統(tǒng)可以和成排的機架設備離得更近，每一排設備就好像是有了的空調(diào)一樣。與面向機房形式的制冷系統(tǒng)相比，通過將空調(diào)放置在IT機架之間，或者放在冷卻通道上方，氣流的通路會變得更短，風向也更加容易確定，如圖2所示。氣流的冷卻能力更加容易預測，也就更容易達到更高的功率密度。此外，這樣的結構無須花費安裝地板提升系統(tǒng)的費用就可以實現(xiàn)。
圖2面向排列形式的制冷系統(tǒng)可以按排布置（上）或者在頂棚上布置（下）
在面向機架形式的制冷系統(tǒng)中，CRAC單元對每個IT機架而言都是的。氣流的通路甚至比面向排列形式的制冷系統(tǒng)更短，而且氣流*不受機房本身結構的限制。這種制冷系統(tǒng)可以使機架的功率密度高達50kW，而且具有針對特定冷卻容量進行調(diào)節(jié)的靈活性，以及滿足特殊機架實際需求的冗余冷卻。不過，與其他制冷系統(tǒng)相比，這種制冷系統(tǒng)的一個主要缺點就是需要大量的空調(diào)。
在許多實際應用中，沒有必要只采用這些制冷系統(tǒng)中的一種，而不考慮使用組合結構的優(yōu)點。當數(shù)據(jù)中心有寬范圍功率密度和系統(tǒng)可用性需求時，組合結構的優(yōu)點就更具有說服力。
采用多種制冷系統(tǒng)的一個典型例子就是低密度數(shù)據(jù)中心的升級。增加面向排列形式或面向機架形式的制冷系統(tǒng)來彌補面向機房形式制冷系統(tǒng)的不足，這使得數(shù)據(jù)中心可以使用高功率密度的IT設備，而不用改變現(xiàn)存的制冷系統(tǒng)。
制冷系統(tǒng)的比較
在評估制冷系統(tǒng)時，有五個必須考慮的關鍵系統(tǒng)特征：靈活性、可用性、生命周期成本（TCO）、可維修性和可管理性。
隨著需求的不斷變化，例如功率密度的增加和不可預見性，系統(tǒng)的靈活性變得日益重要。面向機房形式的制冷系統(tǒng)通常是事先就建造好的，并且沒有經(jīng)過復雜的CFD分析，不具有制冷能力的可預見性，因此，這種結構的升級是非常復雜的。此外，機房的任何改動都可能導致某些關鍵負載的冷卻不足，為了解決這個問題，就需要大范圍的工程改造。
另一方面，在數(shù)據(jù)中心里，面向排列形式和面向機架形式的制冷系統(tǒng)本身就是模塊化的，因此可以為具有特殊功率密度的個別負載提供可預見的冷卻能力，并通過按排列或按機架的形式來調(diào)配。當數(shù)據(jù)中心改造或擴容時，新增加的冷卻負載就可以*和已有的制冷系統(tǒng)隔離。
面向機房形式的制冷系統(tǒng)也面臨著可用性的挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)中心里，制冷系統(tǒng)離熱源（冷卻負載）越近，系統(tǒng)就越能消除冷熱氣流的混合，從而避免出現(xiàn)無法冷卻的熱島。面向排列形式和面向機架形式的制冷系統(tǒng)可以滿足這樣的要求，所以比面向機房形式制冷系統(tǒng)的效率更高。
此外，數(shù)據(jù)中心普遍采用N+1冗余的冷卻方式，以此來替代出現(xiàn)故障的個別空調(diào)，但對于三種不同形式制冷系統(tǒng)所采取的冗余策略是不同的。在面向機架形式的制冷系統(tǒng)中，制冷系統(tǒng)基本上對每個機架是的，N+1冗余的*方式就是為每個機架增加另外一個CRAC或雙通路CRAC系統(tǒng)，而所付出的代價就是整個數(shù)據(jù)中心都采用N+1冗余系統(tǒng)的高昂價格，但對于隔離超高功率密度的機架是非常有效的。
對于面向機房形式的制冷系統(tǒng)，通常的思想是在機房周圍增加一套CRAC系統(tǒng)就可以提供需要的冗余級別。然而，在高密度的機房內(nèi)，特殊的CRAC系統(tǒng)可以彌補另一套CRAC系統(tǒng)的能力卻是極大地受機房幾何形狀的影響。產(chǎn)生故障的空調(diào)單元距離備份空調(diào)單元越遠，備份單元就越不可能給受影響的機架提供同樣的風量。
面向排列形式的制冷系統(tǒng)允許按排列提供冗余，這只需要為每排機架提供一套額外的CRAC就可以了。但是這種冗余形式對于低功率密度的機房是沒有什么成本優(yōu)勢的，比如每個機架1～2kW的功率密度;而如果在高功率密度的機房，比如每個機架高達25kW的時候，這種冗余形式的優(yōu)勢就比較明顯了。
目前，降低生命周期成本或總體擁有成本（TCO）是人們的主要目標。當功率密度和用電量持續(xù)上升的時候，電力成本就成為了TCO中很大的一部分。功率密度驅(qū)使了電力成本的上升，這是由于它降低了傳統(tǒng)面向機房形式制冷系統(tǒng)的效率。面向機架形式制冷系統(tǒng)的電力成本始終是比較低的，這是由于CRAC系統(tǒng)是按尺寸分布的，而且與熱負載源的距離非常近，因此就不致使冷氣流被浪費，如圖3所示。
圖3 依賴于冷卻結構的類型，電力成本隨著機架功率密度的不同而變化
與面向機房形式的制冷系統(tǒng)相比，面向排列形式制冷系統(tǒng)的電力成本在非常低的功率密度下是很低的。在冷卻負載比較輕的情況下確是如此，這是由于面向排列形式的冷卻系統(tǒng)需要更多的CRAC，因為每一排都必須一套CRAC。
然而，當功率密度增加的時候，面向排列形式制冷系統(tǒng)的電力成本始終是zui低的。氣流的通路越短，就表明越容易通過小型的率鼓風機來滿足所需要的大量氣流。而在面向機房形式的制冷系統(tǒng)中，如果希望送出更高的風量，就需要更大功率的鼓風機將冷風吹得更遠，而且還要克服更高的風道阻力。
當考慮維修性和可管理性的時候，面向機房形式的制冷系統(tǒng)通常是非常*的工程方案，這包括多家供應商提供的子系統(tǒng)、*的地板結構，以及維護的復雜性。而面向排列形式和面向機架形式的制冷系統(tǒng)卻使用標準的模塊化部件，從而減少了停機時間，并且簡化了維修程序。另外，面向排列形式和面向機架形式的制冷系統(tǒng)也提供了當前或未來性能方面的近實時模型，這樣就避免了冷卻容量和管理方式改變所進行的預測工作。
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