机房送风方式
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下送风+活化地板: 己有部分机房在试用
活化地板的解決方案
• High Efficient fan (E.C.) － 高效率風機（EC) • Local Microprocessor with server - temperatures control (suction or discharge) –微處理控制器對服 務器溫度（出風或回風處）的控制 • Adjustable fins for air flow optimisation (2
X
t1
t1
t1
t1
Δt
图a： 下送风上回风空 调系统的温度在 机房整个高度上 的梯度分布
H
Wd 0
t0
A=0
X
t0
A A
t0
A
t0 ∞ t1
t1
Wd
t1
t1
0
t0
A=0 Δt—机房内整个高度上的温度剧烈波动层； A
t0
A
t0
t0
A
Δt
∞
H—机房高度（净空）
Δh
图b： 上送风下回风空 调系统的温度在 机房整个高度上 的梯度分布
4.对策:
a.低功率密度(小于4KW/架) • 下送风架内循环 效率高已采用
b.中功率密度 • 下送风+活化地板
己有部分机房在试用
c.高功率密度(大于12KW/架) 下送风+冷池+活化地板+吊顶(风管).修改目前规范
a.低功率密度(小于4KW/架) 下送风架内循环: 效率高已采用
b.中功率密度
• 在实践中，我们对送风扩散做过测试，选 择前面板开孔的机架，测量进风速度、排 风速度和机架内参考点温度，然后将面板 封闭，在其他工况完全的情况下，数据有 明显差异。 •
上表说明, 在面板开孔情况下, 由于送风无效扩散, 风速大风 量大能耗增大,而冷却效果下降
3.机架现状
一个刀片是一个卡 式服务器,上面装有 处理,记忆单元,硬 盘,整合的以太网 NICs,可选的光纤 HBAs通道，硬件方 案管理及其他 I/O 技术。
可達15 kW/机架
Active floor
9 8
1 3
2B
2A
6
7 4 5
1.
2A. 2B 3 4
Floor grille地板格栅
Adjustable vanes – Zone A可调叶片-A区 Adjustable vanes – Zone B可调叶片-B区 Fixing brackets固定支架 EC风机
sections) – 出風風量可調（2個區域）
• Modular size (600x600) – 模塊化(600X600) • Compatibility with an access raised floor – 和高 架地板兼容 Automatic Air flow modulation according the real load of the server.- 根据服務器的實際熱負荷自動 調節風量
实际测试： 送风平均温度为18℃，机架出 风温度为30℃
d. 小结:
采用冷风架内循环(小于4KW/架)时: • *假地板高度0.5米,机架顶应加装强制风 冷电机. • 假地板高度0.5米,功耗2KW/架左右可不 加装强制风冷电机. • *假地板高度大于1米时,机架可自然冷却. • 在冷量足够时,要确保冷风路由不短路, 不紊流,这才是空调节能的保证!
c.下送风的两种形式:
(1). IDC机架工艺(冷风架内循环)
IDC标准机架工艺
(2) IDC机架工艺(冷风架外循环)
冷风架外循环理想状态:
架外冷风循环不理想状态:
两种气流组织方式比较
机架内 机架外
1.风阻
小
大
2.先冷却机架内
是
否
3.先冷却环境
否
是
4.影响机架上部冷却
否
是
机架实测:
某数据中心 单个机架发热量：2.8kW 送风方式：下送风上走线
•
Center
• • • • • •
Oracle Austin Data
• 130,000 sq ft building • Total data floor sq ft 82,000约8000平方米 • Redundant medium voltage (12.47 kV) utility feeds • UPS capacity 7.8 MW parallel redundant (15.6 MW total).约800KWUPS20台 • Generator capacity is 14 MW (N+1)约10台1400KW油 机 • Electrical system is designed to have multiple diverse paths and cross over paths from utility to PDUs and servers • Chiller capacity is 3600 tons (N+1)约30台3万多大卡专 用空调 • 22,500 operational servers • 4.5 petabytes (4,500 terabytes) of disk storage
• 2、气流短路和送风扩散
• 气流短路主要是存在短路路径，例如空调 出风口和回风口太近且无物理阻隔，就会 造成空调气流短路，又如在机架中，进风 的前腔和排风的后腔的水平空间中没有隔 板，也会造成冷气不经过服务器而直接短 路到排风。气流短路还可能发生在前后没 有良好隔绝的服务器进风和排风口。短路 的气流是有害的，没有按照规定的路径带 走热量，只是空循环。
下送风方式是计算中心机房最佳的 气流组织方式。它使温度在机房工作区 整个高度上的阶跃值小于上送风的方式， 因为它阻止了设备放出的热量再返回到 机房工作区，提高了制冷效率，节约了 能耗。
b、对上送风机房的送风改造措施：
上海电信某上送风IDC机房，其通信设备发热量与 空调机冷量数据如下：
机房冷负荷 （设备发热 量＋其他冷 负荷)
下送风 专用空调机房 上送风 专用空调机房 上送风专用空调 和普通空调间隔安装
内
容
服务器运行负载功率（KW）
空调同步能耗功率（KW） 空调占服务器能耗的比值
1120
550 49%
255
322 126%
112
121 108%
509
981 192%
温度梯度的图解模型：
根据数学模型，我们建立温度梯度的图解模型，机房不同高度的温度梯 度可模拟为下图（下送上回方式见图a；上送下回方式见图b）。
Active Floor System – 活化地板系統
整合系統
>10kW / Rack
EC 風機 由独特的 控制軟件 控制
Blade Server Rack Hot aisle Cold Air
Blade Server Rack Hot aisle
B1
A=B1+B2
B2
A
A
c.高功率密度(大于12KW/架) 下送风+冷池+活化地板+吊顶(风管). 修改目前规范
下送风
三.气流组织要适应高功率密度机架
• 1、约束气流和自由气流
• 气流的流动有2种基本形式，一种是约束流，即在 有限空间内被强制按照人为规定的路径流动，例 如风管内的气流, 机架内的风道；另一种是自由气 流，例如上送风系统中的射流。在计算中心机房 中，约束流的计算方便，气流利用率高（不容易 形成呆滞区），在冷却设备时应首先考虑此种方 式。自由气流对环境冷却中可以应用，由于其有 较好的弥漫性，对控制环境有很好的作用。
5
6 7 8 9
Suction air grille吸入空气格栅
Electrical panel电子板 Microprocessor control微机控制 Temperature sensor. – Zone A 温度传感器 -A区 Temperature sensor – Zone B 温度传感器 -B区
机房现状
原空调对面加装空调方案
机架走道上部加装风机方案
我们采取加装接力风机的方式，见下图。机房经过两个夏季 的考验，效果良好。
接力 风机
冷风气流
风帽
冷风气流
冷风气流
冷风 气
流
专用 空调 机组
机架列 机架 热回风 机架 机架
机架列
热回风
16500.00
机算中心上送风机房另一种改造方法:
管道上送风方式(节电20%以上)
刀片服务器
Blade Server Horizontal flow水平流动
Zone B
Zone A
Patent pending
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CCAC down flow Blade Server Rack
刀片服务器
实例
活化地板系統: EC 風機,由独特的控制軟件控制
External BMS
Master Control
e、小型机的送风方式：
小型机是IDC机房中集成度更高的一种网络运行设备，因其密度高，其发热 量和耗电量都比传统的U位式叠装的服务器要大，采用下送风的方式，实际 的冷却效果要优于其它方式，可以通过下图所示的气流走向分析：
机架
热风
1000 1200 1000
热风
热风
热风
400
2200
下送风
带镂空的 架空格栅
•Max heat output per 10 Blades: 4.17kW – 10個刀片最大發熱量4.17KW •Max heat output per rack: 25kW – 每個 机架最大發熱量: 25KW
•
•
•Nominal cooling airflow: 6 x 680 = 4080 m3/h – 額定散熱風量： 6 x 680 = 4080 m3/h
215KW 28KW 243KW
机房名称
机房面积
空调总容 量
设备总发 热量
主机房 网络机房 小 计
450㎡ 100㎡ 550㎡
308.5KW 47.1KW 355.6KW
187.95KW 21.575KW 209.5KW
由于IDC机房热量大，上送风空调冷风吹不远， 往往在机架走道1/2--2/3距离内有效果，其余地方是 热浪滚滚。为此，我们采取计算摸拟的方式来确定 介决方案：
刀片服务器是插入一个供应 共用框架，如电源，制冷， 服务器管理，KVM开关的机箱 每个机箱是7U,每个机架是 42U,也就是每个机架可装6个 机箱 •目前刀片服务器在数据中心一般 都分散装在几个机架上 •重量也是问题-满载机架大约可 达到900公斤 •由于在同一个机架上的刀片服务 器不可能同时满载，实际上的热 负荷小于估计值(IBM和Siemens 只为他们的设备提供最大15KW的 制冷量)
优化计算中心机房的送风 方式与节能
主讲人 丁 涛
2009.1
目录
• 一.简述: • 二、送风方式对能耗的影响 •
• • • •
a.下送风方式优于其它送风方式 b、对上送风机房的送风改造措施： c.下送风的两种形式:架内循环与架外循环 d. 小结 e、小型机的送风方式 三.气流组织要适应高功率密度机架 a.低功率密度(小于4KW/架),下送风架内循环:效率高已采用 b.中功率密度下送风+活化地板: 己有部分机房在试用 c.高功率密度(大于12KW/架)下送风全封闭循环:加吊顶修改规范 四.专用空调与普通空调对能耗的影响 五.计算中心机房的节能管理
一.简述:
不能因为计算中心占地面积大,能耗大就 可以大手大脚,不计成本.其实计算中心挖潜 的余地很大,优化计算中心机房的送风方式 就是一个很好的例证!
二、送风方式对能耗的影响
a.下送风方式优于其它送风方式
几年前，我们对全国几个具代表性的大型IDC机房进行
调研，（同室外环境温度35~38℃的状态下）：
H
Δh
温度梯度图形解析
由下图中最右的温度梯度图形可知，在同一个机房 的相同环境下，两种送风方式在机房空间的温度梯度存在明 显差异，其差值可由下图表示为：
HX H
t1
H
t1
H
t1
0
0 A
t0
∞
下送上回的送风 方式的温度梯度 图2a
0 A
t0
∞
上送下回的送风 方式的温度梯度 图2b
0 A
t0
∞
两种送风方式间 同点的温度差 图2
IBM • Each BladeCenter chassis occupies “7U” – 每個刀片机箱 占“7U” • Max 6 BladeCenters in standard “42U” rack – 每個机架 可裝6個机箱共“42U” Max heat output per BladeCenter: 4kW – 每個机箱 最大發熱量4KW Max heat output per rack: 24kW – 每個机架最大發熱量 24KW Nominal cooling airflow: 6 x 850 = 5100 m3/h – 額定散熱風 量 6 x 850 = 5100 m3/h
kW/m2
kW/Rack
Dell •10 PowerEdge 1855 Blades occupy “7U” – 10 個PowerEdge 1855刀片 占 “7U”
•
•Max 60 PowerEdge 1855 Blades in standard “42U” rack – 每個机架可裝60個 PowerEdge 1855刀片共“42U”
活化地板的解決方案
• High Efficient fan (E.C.) － 高效率風機（EC) • Local Microprocessor with server - temperatures control (suction or discharge) –微處理控制器對服 務器溫度（出風或回風處）的控制 • Adjustable fins for air flow optimisation (2
X
t1
t1
t1
t1
Δt
图a： 下送风上回风空 调系统的温度在 机房整个高度上 的梯度分布
H
Wd 0
t0
A=0
X
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A A
t0
A
t0 ∞ t1
t1
Wd
t1
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0
t0
A=0 Δt—机房内整个高度上的温度剧烈波动层； A
t0
A
t0
t0
A
Δt
∞
H—机房高度（净空）
Δh
图b： 上送风下回风空 调系统的温度在 机房整个高度上 的梯度分布
4.对策:
a.低功率密度(小于4KW/架) • 下送风架内循环 效率高已采用
b.中功率密度 • 下送风+活化地板
己有部分机房在试用
c.高功率密度(大于12KW/架) 下送风+冷池+活化地板+吊顶(风管).修改目前规范
a.低功率密度(小于4KW/架) 下送风架内循环: 效率高已采用
b.中功率密度
• 在实践中，我们对送风扩散做过测试，选 择前面板开孔的机架，测量进风速度、排 风速度和机架内参考点温度，然后将面板 封闭，在其他工况完全的情况下，数据有 明显差异。 •
上表说明, 在面板开孔情况下, 由于送风无效扩散, 风速大风 量大能耗增大,而冷却效果下降
3.机架现状
一个刀片是一个卡 式服务器,上面装有 处理,记忆单元,硬 盘,整合的以太网 NICs,可选的光纤 HBAs通道，硬件方 案管理及其他 I/O 技术。
可達15 kW/机架
Active floor
9 8
1 3
2B
2A
6
7 4 5
1.
2A. 2B 3 4
Floor grille地板格栅
Adjustable vanes – Zone A可调叶片-A区 Adjustable vanes – Zone B可调叶片-B区 Fixing brackets固定支架 EC风机
sections) – 出風風量可調（2個區域）
• Modular size (600x600) – 模塊化(600X600) • Compatibility with an access raised floor – 和高 架地板兼容 Automatic Air flow modulation according the real load of the server.- 根据服務器的實際熱負荷自動 調節風量
实际测试： 送风平均温度为18℃，机架出 风温度为30℃
d. 小结:
采用冷风架内循环(小于4KW/架)时: • *假地板高度0.5米,机架顶应加装强制风 冷电机. • 假地板高度0.5米,功耗2KW/架左右可不 加装强制风冷电机. • *假地板高度大于1米时,机架可自然冷却. • 在冷量足够时,要确保冷风路由不短路, 不紊流,这才是空调节能的保证!
c.下送风的两种形式:
(1). IDC机架工艺(冷风架内循环)
IDC标准机架工艺
(2) IDC机架工艺(冷风架外循环)
冷风架外循环理想状态:
架外冷风循环不理想状态:
两种气流组织方式比较
机架内 机架外
1.风阻
小
大
2.先冷却机架内
是
否
3.先冷却环境
否
是
4.影响机架上部冷却
否
是
机架实测:
某数据中心 单个机架发热量：2.8kW 送风方式：下送风上走线
•
Center
• • • • • •
Oracle Austin Data
• 130,000 sq ft building • Total data floor sq ft 82,000约8000平方米 • Redundant medium voltage (12.47 kV) utility feeds • UPS capacity 7.8 MW parallel redundant (15.6 MW total).约800KWUPS20台 • Generator capacity is 14 MW (N+1)约10台1400KW油 机 • Electrical system is designed to have multiple diverse paths and cross over paths from utility to PDUs and servers • Chiller capacity is 3600 tons (N+1)约30台3万多大卡专 用空调 • 22,500 operational servers • 4.5 petabytes (4,500 terabytes) of disk storage
• 2、气流短路和送风扩散
• 气流短路主要是存在短路路径，例如空调 出风口和回风口太近且无物理阻隔，就会 造成空调气流短路，又如在机架中，进风 的前腔和排风的后腔的水平空间中没有隔 板，也会造成冷气不经过服务器而直接短 路到排风。气流短路还可能发生在前后没 有良好隔绝的服务器进风和排风口。短路 的气流是有害的，没有按照规定的路径带 走热量，只是空循环。
下送风方式是计算中心机房最佳的 气流组织方式。它使温度在机房工作区 整个高度上的阶跃值小于上送风的方式， 因为它阻止了设备放出的热量再返回到 机房工作区，提高了制冷效率，节约了 能耗。
b、对上送风机房的送风改造措施：
上海电信某上送风IDC机房，其通信设备发热量与 空调机冷量数据如下：
机房冷负荷 （设备发热 量＋其他冷 负荷)
下送风 专用空调机房 上送风 专用空调机房 上送风专用空调 和普通空调间隔安装
内
容
服务器运行负载功率（KW）
空调同步能耗功率（KW） 空调占服务器能耗的比值
1120
550 49%
255
322 126%
112
121 108%
509
981 192%
温度梯度的图解模型：
根据数学模型，我们建立温度梯度的图解模型，机房不同高度的温度梯 度可模拟为下图（下送上回方式见图a；上送下回方式见图b）。
Active Floor System – 活化地板系統
整合系統
>10kW / Rack
EC 風機 由独特的 控制軟件 控制
Blade Server Rack Hot aisle Cold Air
Blade Server Rack Hot aisle
B1
A=B1+B2
B2
A
A
c.高功率密度(大于12KW/架) 下送风+冷池+活化地板+吊顶(风管). 修改目前规范
下送风
三.气流组织要适应高功率密度机架
• 1、约束气流和自由气流
• 气流的流动有2种基本形式，一种是约束流，即在 有限空间内被强制按照人为规定的路径流动，例 如风管内的气流, 机架内的风道；另一种是自由气 流，例如上送风系统中的射流。在计算中心机房 中，约束流的计算方便，气流利用率高（不容易 形成呆滞区），在冷却设备时应首先考虑此种方 式。自由气流对环境冷却中可以应用，由于其有 较好的弥漫性，对控制环境有很好的作用。
5
6 7 8 9
Suction air grille吸入空气格栅
Electrical panel电子板 Microprocessor control微机控制 Temperature sensor. – Zone A 温度传感器 -A区 Temperature sensor – Zone B 温度传感器 -B区
机房现状
原空调对面加装空调方案
机架走道上部加装风机方案
我们采取加装接力风机的方式，见下图。机房经过两个夏季 的考验，效果良好。
接力 风机
冷风气流
风帽
冷风气流
冷风气流
冷风 气
流
专用 空调 机组
机架列 机架 热回风 机架 机架
机架列
热回风
16500.00
机算中心上送风机房另一种改造方法:
管道上送风方式(节电20%以上)
刀片服务器
Blade Server Horizontal flow水平流动
Zone B
Zone A
Patent pending
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CCAC down flow Blade Server Rack
刀片服务器
实例
活化地板系統: EC 風機,由独特的控制軟件控制
External BMS
Master Control
e、小型机的送风方式：
小型机是IDC机房中集成度更高的一种网络运行设备，因其密度高，其发热 量和耗电量都比传统的U位式叠装的服务器要大，采用下送风的方式，实际 的冷却效果要优于其它方式，可以通过下图所示的气流走向分析：
机架
热风
1000 1200 1000
热风
热风
热风
400
2200
下送风
带镂空的 架空格栅
•Max heat output per 10 Blades: 4.17kW – 10個刀片最大發熱量4.17KW •Max heat output per rack: 25kW – 每個 机架最大發熱量: 25KW
•
•
•Nominal cooling airflow: 6 x 680 = 4080 m3/h – 額定散熱風量： 6 x 680 = 4080 m3/h
215KW 28KW 243KW
机房名称
机房面积
空调总容 量
设备总发 热量
主机房 网络机房 小 计
450㎡ 100㎡ 550㎡
308.5KW 47.1KW 355.6KW
187.95KW 21.575KW 209.5KW
由于IDC机房热量大，上送风空调冷风吹不远， 往往在机架走道1/2--2/3距离内有效果，其余地方是 热浪滚滚。为此，我们采取计算摸拟的方式来确定 介决方案：
刀片服务器是插入一个供应 共用框架，如电源，制冷， 服务器管理，KVM开关的机箱 每个机箱是7U,每个机架是 42U,也就是每个机架可装6个 机箱 •目前刀片服务器在数据中心一般 都分散装在几个机架上 •重量也是问题-满载机架大约可 达到900公斤 •由于在同一个机架上的刀片服务 器不可能同时满载，实际上的热 负荷小于估计值(IBM和Siemens 只为他们的设备提供最大15KW的 制冷量)
优化计算中心机房的送风 方式与节能
主讲人 丁 涛
2009.1
目录
• 一.简述: • 二、送风方式对能耗的影响 •
• • • •
a.下送风方式优于其它送风方式 b、对上送风机房的送风改造措施： c.下送风的两种形式:架内循环与架外循环 d. 小结 e、小型机的送风方式 三.气流组织要适应高功率密度机架 a.低功率密度(小于4KW/架),下送风架内循环:效率高已采用 b.中功率密度下送风+活化地板: 己有部分机房在试用 c.高功率密度(大于12KW/架)下送风全封闭循环:加吊顶修改规范 四.专用空调与普通空调对能耗的影响 五.计算中心机房的节能管理
一.简述:
不能因为计算中心占地面积大,能耗大就 可以大手大脚,不计成本.其实计算中心挖潜 的余地很大,优化计算中心机房的送风方式 就是一个很好的例证!
二、送风方式对能耗的影响
a.下送风方式优于其它送风方式
几年前，我们对全国几个具代表性的大型IDC机房进行
调研，（同室外环境温度35~38℃的状态下）：
H
Δh
温度梯度图形解析
由下图中最右的温度梯度图形可知，在同一个机房 的相同环境下，两种送风方式在机房空间的温度梯度存在明 显差异，其差值可由下图表示为：
HX H
t1
H
t1
H
t1
0
0 A
t0
∞
下送上回的送风 方式的温度梯度 图2a
0 A
t0
∞
上送下回的送风 方式的温度梯度 图2b
0 A
t0
∞
两种送风方式间 同点的温度差 图2
IBM • Each BladeCenter chassis occupies “7U” – 每個刀片机箱 占“7U” • Max 6 BladeCenters in standard “42U” rack – 每個机架 可裝6個机箱共“42U” Max heat output per BladeCenter: 4kW – 每個机箱 最大發熱量4KW Max heat output per rack: 24kW – 每個机架最大發熱量 24KW Nominal cooling airflow: 6 x 850 = 5100 m3/h – 額定散熱風 量 6 x 850 = 5100 m3/h
kW/m2
kW/Rack
Dell •10 PowerEdge 1855 Blades occupy “7U” – 10 個PowerEdge 1855刀片 占 “7U”
•
•Max 60 PowerEdge 1855 Blades in standard “42U” rack – 每個机架可裝60個 PowerEdge 1855刀片共“42U”