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数据中心被动式散热解决方案 通向绿色数据中心之路 张愚 CPI 亚太区技术经理 目录 前言 3 数据中心散热基础 3 数据中心散热管理基线-隔离冷热空气 4 方案一：冷池和热池 5 方案二：垂直排风管机柜 5 通向绿色数据中心之路-垂直排风管机柜 7 1. 防止无效的冷送风浪费现象 7 2. 提高空调机热回风温度来提高空调制冷性能 8 3. 提高空调机冷送风温度 9 总结 9 参考文献 11 前言 随着每一代新的计算机设备的计算能力和功率能耗的大幅度提高，传统数据中心如何增加每机柜的功率密度也变得越来越重要了。Intel的研究表明，同样的计算能力在2002年时需要25个机柜和128KW的能耗（5.1KW/每机柜），但在2008年时只需一个机柜和21KW的能耗（21KW/每机柜）。 对比之下，我们节省了107KW的能耗，并且也大大节省了数据中心的物理大小和结构。 这种大幅度的计算能力的提升主要是得益于虚拟计算，内存系统，多核CPU系统，CPU速度和GPGPU技术的飞速发展。虚拟计算大大提高了服务器的使用效率，从而直接增加单个机柜的发热密度。随着内存容量和速度的飞速发展，最新的DRAM技术是的内存的发热量也大大的提升。工程和科学研究等应用大量使用图形浮点运算，GPGPU使得显卡的发热量从25 W 提高到 300 W 以上。 虽然服务器的功耗持续不断的提高，但是性能和功耗比不断的下降。从以上的例子可以看出，如果数据中心空调系统能够高效的对机柜进行冷却，我们将会大大减少数据中心的总能耗，从而在本质上我们可以真正拥有一个绿色数据中心。 提高空调的制冷效率并节约能源只是数据中心管理的重要一部分，然而每机柜的热密度不停的增加则带给我们更多的挑战。 目前全球数据中心的每机柜的平均热密度大概为6.5KW, 但是ASHRAE2预测在2014年数据中心平均每机柜所需的制冷量为37KW。这种5倍的热密度的飞跃需要我们对数据中心不断的革新来解决。本文将对被动式散热解决方案进行介绍，以及在数据中心中如何利用该技术实现绿色节能数据中心。 数据中心散热基础 首先，我们将对数据中心散热做一个基本的研究。IT设备散热所需的风量可用下列等式来表明 M3/H = 2.9W÷ΔT 其中M3/H 机中的设备） W=瓦特数（） △T=（风） （图一：设备热回风回流至机柜前部，并和冷通道中的空调冷送风相混合，从而造成机柜局部过热） 数据中心散热管理基线-隔离冷热空气 Intel3 多年的研究和实验表明，良好的气流组织管理能够大大减少冷热空气相混合现象和空调冷送风的浪费现象。 Intel现在的数据中心的热密度也从单个机柜310WPSF增加到781WPSF （每机柜15kW 增加到 40kW 以上). 另外，Dell4 和HP5 的数据中心也正在使用冷池或热池技术。本文将对这种被动型（通过物理手段，无任何有源设备）对数据中心进行散热做出研究，并对可行的方案做出比较从而找出最佳的数据中心散热解决方案。 目前，主动性数据中心散热（机柜内空调制冷）也在行业内普遍使用。但是其高昂的投资成本，复杂的安装过程和维护等等为问题，我们将不在本文中讨论。 数据中心散热解决方案 方案一：冷池和热池 热通道封闭或热池(HAC)是将热通道密闭起来并通过回风管将热回风传回数据中心空调系统（如图一所示）。对比热池，冷池（CAC）是将冷通道密闭起来。这两种技术 都将空调的冷送风和热回风隔离开来，并使空调机回风温度提高以此来提高空调的制冷效率。这两种方式的区别主要是可扩展性，散热管理和工作环境的适宜性。 冷池的可扩展性主要是受地板下送风和如何将地板下冷风送入多个冷池的制约。目前业界对该技术有着很多的误解，很多人认为只要当空调机的出风量能满足设备的散热风量即可。但是他们忽略了高架地板下冷送风对于多个冷池的压力降和空间的限制。相反的热池则是使用整个数据中心作为冷通道来解决这个问题，正因为这样扩大冷通道的空间。这样热池相比于冷池有着更多空调冗余性能，多出的热通道空间将会在空调系统出现故障时能多出几分钟的宝贵维修时间。最后，随着服务器设备的散热能力的提高，服务器所需的散热风量将会大大的减少。现在很多服务器的热风的出风温度可到达到55oC。冷池的未被隔离部分空间的温度将会比传统数据中心大大的提高，这将大大增加了数据中心工作人员的舒适度和减少数据中心其他设备的使用寿命。综上所述，虽然这两种方法都可以大大提高每机柜的热密度，但是当合理使用热池时，热池的效率应比冷池大大的有效可靠。 图1 标准热池方案 通过以上的对比，我们可以发现热池比冷池有着更多的优点。另外在数据中心断电的情况下，在数据中心中，冷池数据中心的冷空气只存在于高架地板下和密闭冷通道中，相反于热池数据中心中冷空气存在于高架地板下和房间内的