2011年8月25日 星期四

用單一機櫃搭配煙囪,來建立熱通道封閉


另一種徹底隔絕冷熱空氣的方法是熱通道封閉,作法和冷通道封閉剛好相反。透過熱通道的導引,快速將熱空氣抽離機櫃,來達到散熱的效果。傳統熱通道封閉的作法和冷通道的作法相似,也是需要利用2排機櫃來進行封閉工程,再將熱空氣透過天花板的排風口,將熱氣導引到熱交換設備。

不過,熱通道封閉的作法,後來發展出更進階的單一機櫃熱通道封閉,而非整排機櫃的熱通道封閉,也就是煙囪式機櫃的設計(Chimney type cabinet),例如英特爾馬來西亞資料中心內為高密度運算打造的小房間,就是採用煙囪式機櫃,或像Google或Facebook也有採用煙囪式或機櫃熱風管的設計,直接將熱風帶走的熱通道封閉作法。

不過,這種專用的煙囪式機櫃售價昂貴,甚至是一般機櫃的3倍,建置成本較高。臺灣建機房大多是採用冷通道封閉的冷卻設計,只有少數企業,如力登電腦、臺泥等,開始在機房中使用煙囪式機櫃。

外氣冷卻和提高伺服器耐熱度是2大新興冷卻趨勢
冷熱通道隔離是一種機房氣流管理的作法,冷空氣來源可以是各種空調系統,但是這些空調系統還是會耗電,要更進一步節制空調耗電,近來新興作法是自然進氣冷卻法(Free Cooling),或稱為外氣冷卻法。使用外部空氣來冷卻機房設備。

不少跨國網路服務公司,如Google、Facebook、微軟等選擇在高緯度地區建置大型資料中心的目的,就是為了採用自然進氣冷卻法,導入外部自然環境中的低溫冷空氣,做為機房冷卻之用。

例如Facebook投資了1.8億美元,在美國奧瑞岡州的Prineville市打造了一座4千多坪的超省電資料中心,正是一座完全使用外氣冷卻系統的資料中心,採用了無管式的蒸氣冷卻裝置,內部沒有安裝其他冷卻設備,另外還採用了可減少電力傳遞損耗的伺服器供電設計,以及作為電力備援的共用電池櫃。

根據Facebook自行測試的數據顯示,這座資料中心運轉時的PUE值可達到1.07,換句話說,當資料中心消耗了107瓦電力時,只有7瓦是用於非IT設備的電力,這個數值比美國業界平均值1.5還要低,也遠低於臺灣企業機房的平均PUE值2.5。

這種外氣冷卻的作法,除了需要低溫冷空氣以外,直接使用外部空氣,還要考量到濕度控制,避免濕度過高造成水滴,或是濕度過低產生的靜電效應。

Facebook機房在進氣過程中,就使用了蒸發式的冷卻裝置與加濕系統,以確保空氣溫度介於18~29.4度C,以及濕度低於65%。最後,冷卻空氣須通過除霧設備後才進入送風室,然後再透過風扇加壓,將空氣注入資料中心的冷卻通道中。

為了擴大外氣冷卻的可用區域,伺服器廠商也正在想辦法改善伺服器耐熱程度,例如Dell宣布,要改善產品耐熱設計,包括像PowerEdge R610、R710和T610,未來可以保證每年能有900小時在攝氏40度的環境中運轉,讓機房可以使用更高溫度的冷卻空氣。

Dell認為,這樣的設計即使在美國南部區域的機房,例如夏天高達攝氏26、27度的亞特蘭大也可以使用外氣冷卻來減少空調消耗。

對臺灣這樣位於低緯度亞熱帶地區的國家而言,IBM全球資訊科技服務事業部資訊系統架構規畫師鄧南品表示,外氣冷卻法需要的外界環境溫度最好約十餘度C,以臺灣平地來說,每年可用的時間很短,甚至只有冬天寒流來襲期間的1個月,除非企業將機房設置在高山才會有比較長的可用時間,但卻會增加維護人力的往返交通成本。

不過,臺灣現在也開始出現搭配使用外氣冷卻的應用案例,例如聯合信用卡中心正在打造一座500坪的新資料中心,預定2012年6月啟用。機房位於新北市土城的頂埔高科技園區內。

聯合信用卡中心資訊服務部資深協理王曉蕙表示,新機房除了採用冷熱通道設計外,也將採用外氣冷卻機制,當冬天氣溫較低時就可以引進外部空氣,搭配濕度處理和空氣過濾後,來冷卻機房設備,以節省部分空調用電。這座機房的出現,也代表著臺灣使用外氣冷卻的可行性,即使是冬天時期所帶來的省電效益,已經可以開始吸引企業願意嘗試,也為臺灣企業機房的冷卻設計多了一種可以選擇的方式。文⊙王宏仁

3種冷熱通道案例比較
 

冷熱通道隔離 

冷通道封閉

煙囪式熱通道封閉
導入者
勤益科技大學
 國網中心御風者超級電腦
力登電腦
機櫃數
3排機櫃
6排機櫃
單排機櫃
建置特性
利用機櫃位置來隔離冷熱通道。
利用機櫃位置來隔離冷熱通道。搭配PVC塑膠垂簾與壓克力板封閉冷通道空間。
直接採用煙囪式機櫃,讓單一機櫃都有各自獨立的熱通道。
空調系統
下吹式空調系統
下吹式空調系統與水平式空調系統
下吹式空調系統
機房面積
不到25坪
約29坪
約9坪
建置成本來源
施工成本較低,只要調整機櫃擺設位置,以及建置出風與迴風口即可。
封閉通道的施工成本,以及冷熱通道的建置成本。
煙囪式機櫃是一般機櫃售價的3倍,另外需要對天花板施工來配合各機櫃的煙囪。
優點
施工簡單、成本低廉,能大幅度避免冷熱空氣混風,快速改善機房冷卻。
除了冷熱通道隔離的優點外,只需要冷卻冷通道,而不用冷卻整間機房,可以節省空調耗電。
小機房也可以建立熱通道,還能逐櫃擴充。整間機房形成冷通道,維護人員舒適,也能用來冷卻其他網路設備。

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