淺談電腦機房空調氣流設計與節能設備 (下) 出至電機技師雙月刊第149期- 和品公司著 | 2012-06-19 |



和品通訊工程有限公司 專案副理 洪啟翔



淺談電腦機房空調氣流設計與節能設備 (下)












4.電腦機房空調分配系統



  目前電腦機房的設計理念,趨向於將整體機房及機櫃內部的冷熱空氣分離,分離的程度越高,節能的效果越好,此觀念的應用技術非常廣泛,大由機 房整體供回風系統,小至機櫃內部的冷熱空氣導流裝置,目前市場上已有模組化商品,也有個別應用商品,美國冷凍空調工程師協會在資訊設備用電趨勢與空調應用 (Datacom Equipment Power Trends and Cooling Application)(3)中提出幾項較常見的機房冷卻應用設備,以下簡單說明:

1. 至頂分配系統(Overhead Distribution):此種系統架構於冷熱通道的觀念上,可算是傳統設計的改良版,冷空氣的輸送由分布於天花板內的風管傳輸,冷風管強迫將冷空氣直 接吹入冷通道內,熱空氣由自然回風方式至牆壁上的回風孔,如圖6所示,因冷熱空氣的浮力效應與出回風口的高低位差,使機房的混風情形減輕許多。





圖6 至頂分配系統的空氣氣流循環狀態




1. 出回風氣流管理(Managing Supply and Return Airflows):同樣架構在冷熱通道的觀念上,僅在不同部位作些許的改變,使氣流混合的情形可以降低更多;如圖7所示,利用輕鋼架天花板上方空間當作 是熱回風的通道,其結構與高架地板下空間作為冷風通道的方式很像。如圖8所示,在兩機櫃之間的冷通道上方加蓋隔絕版,使冷通道徹底與其餘室內空間隔絕,外 觀就像是個通道,部分機房管理者甚至將通道兩邊封閉,強迫冷空氣必須經過機櫃本身才能脫離冷通道,以此種方式避免冷熱氣流混合的效果非常好,但因封閉的通 道外蓋使得內部情形不易察覺,因此若發生火警或危安事件時,危險性相對增高很多!所以規畫此種封冷通道方式一定要加裝環控設備及通道自動開啟功能並結合消 防設備,當火警或危安事件時消防設備才會發生其應有的效用;另外,運用一些機櫃前方網狀門並且結合風道導流的觀念,可將冷空氣有方向性的直接引導至電腦機 櫃內部,利用機櫃上方封閉型的熱通道將熱空氣同樣規律的引導至天花板內回到空調主機,在台灣機櫃業者稱此為煙囪型機櫃,如圖9所示,空氣引導元件分為分配 與排除兩種方式,裝設於機櫃的前端與後端,空氣分配元件主要目的在於強迫地板下的冷空氣透過元件直接進入IT設備的吸入端,冷空氣的移動路徑由甚至不會經 過冷通道,可說是將冷通道建置於IT設備的吸入口端,空氣排除元件主要目的在於強迫IT設備排出之熱空氣直接由熱風通道直接回風至冷卻系統內,同樣是將熱 通道建置於IT設備的排氣端,如圖10所示,若兩種元件同時都裝設時,電腦機房的冷熱空氣幾乎沒有任何交錯的路徑。





圖7 夾層天花板回風系統的氣流循環狀態







圖8 冷通道封閉系統的氣流循環狀態





圖9 冷熱空氣引導系統的氣流循環狀態




2. 機櫃型空調與電腦機櫃尺寸外觀相似,如圖11所示置放於電腦機櫃側邊旁,對於局部高顯熱區域冷卻效果顯著。吊頂式空調安裝於封閉型熱通道上方,氣流循環狀況。調頂式空調,如圖12所示,將送風機置於熱通道上方,並將熱通道兩邊封閉,熱空氣完全封閉於熱通道內,所有熱空氣強制由空調交換出去,使冷熱空氣完全隔離,完全不會產生冷熱空氣混風的狀態,這也是現今全世界機房PUE值最低的Yahoo公司現在所使用的空調設備及氣流設計。





圖10 冷熱空氣引導裝置





圖11 機櫃式空調的氣流循環狀態





圖12 吊頂式空調氣流循環狀態




3.  區域分配系統(Local Distribution):透過一些簡單的分配元件,可以將冷熱通道的觀念充分的活用,範圍與方式都可依實際需要而改變,甚至由「通道」演變成「區域」;區域型分配系統種類繁多,較常見的有天花板嵌入式與機櫃上方吊掛式,天花板嵌入式主要裝置在冷通道上方,空調送風機下方吹出冷空氣直接進入冷通道,機櫃後端排出的熱空氣經由熱通道上升,最後被吸入空調送風機前後端的回風口,形成一次完整的出回風循環,如圖13所示;機櫃上方吊掛式主要是裝設在電腦機櫃上方,空調送風機前端面對冷通道,冷空氣由前端開口吹出進入冷通道,機櫃排出之熱空氣上升後,被吸回空調送風機內完成一次氣流循環, 空氣循環路徑較短,如圖14所示,此種區域型分配系統必須全區域使用才能營造冷熱區域的架構,若單單設置一部空調送風機則無法發揮效用。







圖13 天花板嵌入式空調氣流循環狀態






圖14 機櫃上方吊掛式空調氣流循環狀態





4. 結語



  電腦機房因應資訊處理量高漲,近年來IT界最熱門的話題企業資訊雲端化,資訊機房單位面機積耗電量及高顯熱狀態在未來一定會再持續上漲,上述許多種的空調氣流設計可使空調冷熱交換效率提高,也可對整機房節能也可大幅度提升!不過每一個電腦機房的樓高、面積預算及運用狀態等等…外在環境不同,針對空調氣流設計也會有所不同。




  因此運用本篇探討,對於目前既設機房建議如下:(1)調整機房進風口溫度至18~27℃範圍內,(2)調整高架地板出回風高架地板排放位置,設置冷熱通道,(3)機櫃中未裝置設備的空間前面使用機櫃前端盲蓋板,避免機櫃內氣流短循環,(4)使用氣流分配裝置,增加電腦機櫃的氣流冷熱交換效率。



  對設備研發或製造商建議:(1) 提升設備可工作溫度上限。(2)設備進排氣的方位統一固定。(3)伺服器虛擬化的應用。



  空調用電占整體機房用電一半以上,空調效率提升亦可大幅度降低機房的用電,對於企業能源使用成本降低,可提升經營利潤,加強市場競爭力,這是每一個機房管理者及使用者都要努力去推動!








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參考文獻














(1)   ASHRAE,ASHRAE Handbook - HVAC Applications, Data Processing and Electronic Office Areas,2007














(2)   ASHRAE , Thermal Guidelines for Data Processing Environments, U.S.A., 2004














(3)   ASHRAE, Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications, U.S.A., 2005.














(4)   淺談電腦機房空調環境與節能應用技術 吳建德














(5)   電信網路機房節能應用技術手冊 財團法人台灣綠色生產力基金會














(6)   資訊系統的基石資料中心建置實務 中華技術月刊










(7)   空調系統管理與節能手冊 財團法人台灣綠色生產力基金會