1 开创节能、低碳的新型绿色机房“冰河时代”
　　
　　互联网、云计算及IoT物联网技术的大发展迎来了数据中心的爆发性增长。然而数据中心的能耗和冷却也成为社会关注的热点。据统计2015年我国数据中心总能耗将达到1000亿kWh左右(占全国用电总量的1.8%),2020年将超过2500亿kWh,或将超过当前全球数据中心的能耗总量。

 EAC(Enclosure Adaptive Cooling)是思博康公司推出的新一代的机柜/热通道气流自适应优化技术,它同时具备降低机房能耗、增加机柜IT设备密度(风冷方式下最大功率密度可至20kW)、消除机柜内过热点三大优势!
　　
　　机柜/热通道气流自适应优化技术(EAC)更加契合当今大型机房以及服务器集群发展的“绿色、低碳、环保、低能耗、高效率”的要求。
 
   思博康作为行业中的变革者,不仅仅拥有最新的完整的基于EAC的新建机房高效气流管理及冷却解决方案。也拥有花费少量代价改造过去高能耗、低效率、冷却及气流循环紊乱的老旧机房的技术实力,成倍提高IT设备密度。
　　
　　2 数据中心三大关注点
　　
　　目前,数据中心面临三大主要的效率问题:有效地冷却IT负荷、消除机房过热、减少宕机;对可用空间进行优化、增加服务器密度;对电能使用进行管理、节省能源。
　　
　　随着云计算的发展,数据中心的建设呈现向大型化发展的趋势。而大型数据中心的电力消耗是相当惊人的,比如对一个建设规模为2000个机架的数据中心来说,按照每个机架功率平均3kW计算,2000个机架最终负荷为3kW×2000=6000kW,全年电力耗能为6000kW×24h/天×365天=52560000kWh,按照电费1元/kWh计算,全年的电费5256万元,加上数据中心的空调、新风、照明、其他电力能耗,对一个PUE值为2的数据中心而言,电费为1.05亿元(PUE:Power Usage Efficiency=数据中心总设备能耗/IT设备能耗,PUE值越接近1表明能效水平越好)。
　　
　　考虑机房面积每个机架6平方米计,2000个机架需要12000平方米。而若用10kW负荷高密度机架则仅需要1/3面积即4000平方米。相差8000平方米面积。另一方面,数据中心能源效率普遍低下,能源浪费巨大,据工信部统计,目前,中国的数据中心的平均PUE值在2.2～3.0之间,而实际能耗可能远远高于这一数字。对企业而言,数据中心电费已成为很大一笔开支,大幅侵蚀企业的经营利润。绿色节能已成为数据中心的重要发展方向。工信部《工业节能“十二五”规划》中明确指出,2015年数据中心PUE值需下降8%。国家发改委等组织的“云计算示范工程”也要求示范工程建设的数据中心PUE值达到1.5以下。
　　
　　3 传统数据中心冷却效率低下的主要原因

研究表明,冷却能耗占数据中心的总能量负荷的40%以上(见图1)。“冷风旁路”和“热风回流”是造成当前机房冷却系统效率低下、能耗过高的主要原因。
　　
　　(1)冷风旁路
　　
　　大量的机房空调所产生的冷风并未遵循“计划”的路径去冷却机器,而是绕过IT设备,通过地板上不适当的开孔直接回到空调,这种现象叫做冷风旁路。旁路的冷风和正常返回的热风混合,降低了回风的温度,由此大大降低了空调冷却机组的制冷效率。
　　
　　(2)热风回流
　　
　　一些经服务器风扇排出的热风流到机房,并未按设计路径流向空调回风口(或排出),而是被负压吸引回流到服务器进风口。未安装服务器的机柜,背部的热风也会因为负压的吸引,回流到服务器进风口。这两种回流的热风混合了空调的冷风让服务器进风口的温度升高,导致IT设备进风温度超过允许范围,影响设备冷却效果甚至产生过热点。图2是冷风旁路和热风回流的示意图。
　　
　　4 解决“冷风旁路”和“热风回流”的几种技术方式
　　
　　(1)过度冷却
　　
　　为了抵消热风回流、冷热混合对机柜正面气流温度的影响,降低IT设备进风口的温度,通常采用过度冷却方法(即降低数据中心机房温度),期望借此可以将机房内所有IT设备的进风温度控制在允许的范围内。其缺点是过低的机房温度会降低系统能效,却并不一定能完全解决机柜过热的问题(机房存在过热点的隐患),供过于求的冷却导致显著的能源浪费和运营成本的增加。
　　
　　(2)冷热通道隔离
　　
　　隔绝冷热空气的接触,让热风直接回到空调或排出室外。冷热通道隔离的两种方式:冷通道封闭(CAC)和热通道封闭(HAC)(见图3)。其缺点是冷通道封闭方式会导致整个机房温度升高,影响机房内辅助设施的正常运作;热通道封闭方式会大幅提高机房工作环境温度,影响工作人员正常工作,进而限制了送风温度的进一步提高,使得空调效率无法得到最大的改善。而每个机柜的热负荷如果不同会产生过热点,因此不适用于高密度机架。
　　
　　(3)机柜热封闭(HC)
　　
　　通过封闭机柜的底部、侧部和后部而阻隔柜内的热风与环境的冷风交流,从机柜正面送入冷风,并在柜顶设通风管将热风送回空调进风口,进而提高冷却效率。其缺点是无论采用主动排风或被动排风,效果都不完美。被动排风会由于机柜内的压力过大而使热风从机柜的缝隙中漏到机房内;主动排风会在机柜内形成负压而从服务器进风口吸入过多的冷风。
　　
　　(4)机柜/热通道气流自适应优化技术(EAC)
　　
　　机柜/热通道气流自适应优化技术(EAC),具有比HC机柜热封闭系统更高的冷却效率。使用它能彻底解决高密度机柜散热困扰。对有足够的机房冷却能力却依然存在机柜过热的场合,使用EAC来改善机房气流路径,可以有效消除机柜过热隐患并提高单个机柜的IT设备密度,成倍提高机房空间利用率,提高空调送风温度降低能耗。能够显著降低冷却成本30%～50%,PUE值可降低0.3～0.5。
　　
　　图4 为EAC系统空气通道示意图。
　　
　　EAC创新的工作原理如下(见图5):
　　
　　在机柜顶部安装可变风量排风系统,机柜前侧为网孔门,机柜后侧、两边与底部及柜内的开口部分都完全密封。设备从前侧吸入冷风,在内部与发热部件热交换后向后排出带走热量,排风系统从机柜内抽出热空气并通过顶部的通风管道送回空调机。机柜内的传感器将实时检测到的机柜后部的空气压力传给EAC控制器,如果IT设备的热负荷增加导致设备排风加大,传感器检测到压力的变化,控制器会让风扇加速转动而排出更多的热风。当负荷降低时,风扇也会相应地降速,控制器精确地控制排风系统的两个风扇转速以维持机柜内外的零压力差。排风系统采用双路热插拔风扇以获得高可靠性,排风风扇采用无谐波的驱动方式,使机房内设备不会因谐波而受影响。
　　
　　EAC并不以机柜后部的温度作为控制参数,而是尽量让设备的排风量和机柜的排风量保持一致。由于排出的热风不会和机房内的冷风混合,冷风可以保持在合适的温度,设备本身总是能够吸入充足的恒温冷风来满足冷却要求。随着机柜内的热风被密封在热风回风管内,在机房内所有的开放空间都成为冷风通道,充满着温度均匀的冷风。空调也可放置在房间的任何位置而不必担心送风的压力衰落。供冷方式也可改成用管道方式送冷风到机柜附近而不是采用架空地板,这些都给设计者更大的自由度,来选择机房基础设施的形式。而无论冷风是如何送进房间的,EAC系统都能完美、准确地提供IT负载所需要的冷却风量。
　　
　　5 EAC三大核心技术
　　
　　图6为EAC-自适应气流优化设备的实物照片。图7提示了EAC三大核心技术:自适应技术、高可靠技术和动态平衡算法。
　　
       

　　机柜/热通道气流自适应优化技术入选工信部绿色数据中心先进适用技术产品目录(第二批),详见表1。表1中给出了机柜/热通道气流自适应优化技术的运用范围、技术原理、主要性能指标等。
　　
　　6 机柜/热通道气流自适应优化技术的优点
　　
　　(1)提高送风温度,节省电能
　　
　　①更多的自然冷却时间;
　　
　　②提高冷冻水机组的能效。
　　
　　②通过冷热气流组织隔离减少送风风量。
　　
　　(3)提高送回风温差,提高效率
　　
　　空调机需要10℃温差才能产生额定的制冷量。
　　
　　7 应用案例
　　
　　案例分析:某证券公司机房空间紧张,由于业务增长,需要在原有机房内增加较多的服务器,在机房无法扩大的情况下,采用了机柜/热通道气流自适应优化技术(EAC),对机房的五台服务器机柜进行高密度节能降温改造,有效地保障了该机房的服务器设备持续安全稳定运行,消除了机柜过热隐患,节省了增加空调和冷通道的施工成本。同时每年节约1台40kW空调运行成本,年节约电费11.6万元,每年可减少碳排放91吨。图8是国内某证券公司机房在采用EAC后的现场景观。
　　
　　8 结束语
　　
　　冷却耗能占数据中心的总能量负荷的40%以上，“冷风旁路”和“热风回流”是造成机房冷却系统高耗能的主要原因。使用EAC来改善机房气流路径,可以有效消除机柜过热隐患并提高单个机柜的IT设备密度,成倍提高机房空间利用率,提高空调送风温度降低能耗。能够显著降低冷却成本30%～50%,降低PUE值0.3～0.5。
　　
　　作者简介
　　
　　陶向东(1965-),男,北京思博康科技有限公司总裁,1986年毕业于浙江大学生产过程自动化专业,1986-1994;浙江大学工业控制研究所;工程师。其中1992-1994工业自动化中心副主任;1995-1998;西门子(Siemens)中国公司工业装备集团;大项目销售经理;1998-2007,美国罗克韦尔(Rockwell)自动化公司中国北方大区销售总经理;2007-2008;美国罗克韦尔自动化公司,大中华区动力控制部总经理;2008-2011;美国百通(BELDEN)中国业务总经理/全球副总裁;2011-2012;美国百通全球副总裁。亚太区总经理:负责工业及商业网络产品和连接器业务和数据中心业务。兼任百通中国区总经理;2013年创立北京思博康科技有限公司,任总裁。
　　
　　编辑：Harris
　　
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