側向氣流機架設備的冷卻方案

　　當機架設備呈現出從前到后的冷卻氣流時，設計上采用熱通道/冷通道氣流模式的數據中心和網絡機房的冷卻效率是z*佳的。大多數服務器和機架安裝存儲設備采用從前到后的氣流。但是，許多類型的交換機和路由器由于自身的設計所限，需要采用側向氣流。

　　這種情況對于當今普遍采用一體化數據/聲音/視頻網絡的趨勢提出了一個難題。過去，電話系統被分散地放在若干安全的小房間里。但隨著一體化時代的到來，需要使用標準化的機柜來安放數據設備、語音設備和視頻設備。另一個推動一體化的趨勢是存儲區域網絡(SAN)，在存儲區域網絡中，存儲設備與交換設備(如路由器)一起使用。隨著這些趨勢不斷地增強，IT管理者逐漸感到需要將采用側向氣流的設備與傳統的采用從前到后氣流的設備組合起來。

　　無論是將設備設計為從前到后冷卻還是側向冷卻，其本質都是要獲得足夠的冷空氣。如果輸送的冷空氣不能滿足要求，設備的可用性及其承擔的業務流程將受到損害，因為電子設備的壽命與其工作溫度直接相關。根據MIL-HNBK338，設備的運行溫度比額定溫度每升高10°C (18°F)，設備的壽命就會減少一半。

　　用戶用來解決側向氣流的一些常見解決方案并不能有效地解決這一問題，而且還帶來了很多隱藏成本。本白皮書隨后將探討這些解決方案，但為了了解z*有效的解決方案以及診斷問題，數據中心用戶需要熟悉基本的冷卻原理，下一節中將介紹這些原理。

　　基本氣流要求

　　機架內部及周圍的氣流是決定冷卻性能好壞的關鍵因素。要認識機架氣流，關鍵要了解以下兩個基本原則：

　　在設備的進氣口處具有符合條件的適宜空氣

　　設備內外的氣流必須不受任何限制

　　對于采用從前到后冷卻的設備，機柜在正確使用時可以提供氣流系統的一項非常重要的功能，因為它們可以防止排出的熱空氣回流到設備的進氣口。從設備中排出的空氣的壓力稍有升高，這種情況一旦與設備進氣口的吸力相結合，就會引導排出的空氣返回到設備的進氣口(如圖3A所示)。這種效應大大高于排出熱空氣的浮力效應，但許多人卻認為，這種浮力效應能夠讓排出的熱空氣自然而然地向上漂離設備。如果采用從前到后氣流，機架、設備和擋板提供了一個天然屏障，它大大增加了空氣回流通道的長度，從而減少了返回到設備進氣口處的排出熱空氣

　　很明顯，由于采用從前到后的氣流，現代數據中心中所有設備的冷卻性能均得到了保證。但是，某些設備的功能完全不允許采用這種冷卻方式。例如(圖4所示)，大量的數據端口和電纜占據了該路由器的大部分前表面，這樣冷空氣就無法穿過交換機的前面。如果將端口放在路由器的側面，空氣就可以從前面穿過，但這對于IT人員使用設備而言，卻是一個不切實際的解決方案。因此，目前對路由器等設備普遍采用的側向冷卻方法雖然不是z*理想的方法，但卻是一種切實可用的方法。

　　采用側向冷卻時的氣流問題

　　上節提到在采用從前到后的氣流時，從機架設備排出的空氣會被自然地抽回到進氣口，而擋板可以阻攔此循環氣流。但是，對于采用側向氣流的設備而言，有三個嚴重的問題會使得從設備排出的熱空氣返回進氣口，進而導致設備進氣口溫度相應地上升。包括：

　　1) 相鄰的設備

　　2) 沒有隔板將進氣與排出的空氣隔開

　　3) 安裝在機柜中隨著機架或機柜中的功率密度(每個機架中的所有設備消耗的總功率)增加，這些問題就會變得更為嚴重。

　　相鄰的設備

　　采用側向氣流的設備通常安裝在開放式機架中以便于冷卻。但是，當機架排成行而設備放在相鄰的機架中時，則會導致非常嚴重的后果。在這種情況下，一臺設備的進氣口可能正對著相鄰設備的排氣口。設備的進氣口可能會比周圍的空氣溫度高出10°C(18°F)，這通常是不允許的。此外，如果很多這樣的機架排成一行，當空氣穿過多個機架后，每個后續機架的進氣口溫度會越來越高，導致后面機架的進氣口溫度非常高，這一過程由圖5中不斷變化的箭頭顏色表示。此處描述的由于相鄰設備的排氣引起過熱是相當普遍的現象。由于空氣流動的模式難以預測，因此使用開放式機架來解決冷卻問題也變得非常困難。

　　安裝采用側向氣流的設備時，在大多數情況下，并沒有采取措施來阻攔或隔離排出的空氣，以防止其返回到設備進氣口。類似于圖3A中采用從前到后冷卻的設備，氣流可能只是離開排氣口，沿設備的后面回到另一側的進氣口。此外，在大多數情況下，采用側向氣流的設備在機架內會垂直分隔開。這就意味著，排出的空氣也有可能流向設備的上方或下方，然后返回到設備另一側的進氣口；這條通道通常比沿設備后面的通道短。無論如何，當排出的空氣返回并與輸送的新鮮空氣混合時，設備的進氣口溫度將會上升，而這是我們不希望看到的結果。

　　安裝在機柜中

　　正如簡介中所述，我們經常需要將采用側向氣流的設備安裝到機柜中。但是，對于從前到后的氣流，機柜可以提高冷卻效果；但對于側向冷卻，機柜將降低冷卻效果。機柜的側面會對新鮮冷空氣的進入造成了一定程度的附加障礙，同時也會稍微阻礙熱空氣的排出。當這種附加阻力與排出空氣返回設備進氣口的已有趨勢結合在一起時，其影響不容忽視。排出的空氣中有相當一部分將返回到進氣口。如果相鄰的設備安放在若干排相互緊靠的機架中，而且機架之間沒有空氣隔離物，情況將會更糟。如果將采用側向氣流的設備安裝在機柜中，則會使前面提及的負面影響變得更嚴重。然而，要將采用側向氣流的設備安裝在機柜中，也有不少行之有效的方法；本白皮書后面將介紹這些方法。

　　消除過熱問題的愿望促使用戶不斷地進行各種革新，以降低采用側向氣流的設備的溫度。傳統的解決方案雖然可以降低設備溫度，但常常會帶來其他隱藏成本。一些降低設備溫度的方法可能會導致制冷系統效率低下，并且可能導致喪失冷卻冗余能力。要了解這些成本，應該考慮決定冷卻成本的因素。

　　影響冷卻成本的因素

　　冷卻成本是一項非常龐大的成本。對于許多裝置來說，制冷系統消耗的電能幾乎占到數據中心所耗電能的一半。僅僅是維持制冷系統運轉的電力成本通常就占了總擁有成本的很大一部分，這一項所占比例高于電源系統和制冷系統的全部基建投資占總擁有成本的比例。因此，必須有效地防止制冷系統浪費電能。

　　數據中心所需的冷卻能力(冷卻瓦數或噸位數)不受空氣回流影響；但空氣回流會大大降低制冷系統的效率。這是因為存在嚴重空氣回流現象的系統具有以下特性：

　　A) 它需要計算機室空調單元 (CRAC) 輸送較低溫度的空氣，以抵消混入的排出熱空氣。

　　B) 由于排出的熱空氣中混入了冷空氣，因此返回計算機室空調單元的空氣溫度會降低。

　　C) 返回到計算機室空調單元的空氣溫度較低將導致空氣濕度降低，這必須通過加濕來進行補償。

　　空氣回流及與其相關的熱點問題可能導致計算機室空調單元的電力成本上升10%以上，并且可能需要安裝更多的計算機室空調單元，從而增加投資成本和運行成本。此外，當一臺計算機室空調單元停機維護時，恐怕制冷系統就無法提供足夠的冷卻能力了。在APC第49號白皮書“影響數據中心和網絡機房冷卻性能的可避免的錯誤”中，提供了有關這些問題的詳細論述。