克服冷熱氣流紊亂 機房散熱問題迎刃而解
- DIGITIMES企劃
-
DIGITIMES企劃
面臨著能源日益短缺、極端氣候及環境污染等問題，許多國家都已制定相關政策，督促公民營機關積極做好節能減碳等防治措施。談到能源消耗的大戶，資料中心或電腦機房自然是重點中的重點，尤其是耗電引起的發熱散熱問題，往往還會導致設備的運行效率低下，可以說是既燒錢又沒有效率，更難以面對節能減碳的世界趨勢，也督促電腦機房必須做好散熱設計，方能符合社會規範，並為用戶創造更多的價值。
冷熱氣流紊亂不利機房散熱
由於電腦機房現行採用的伺服器主流設計，以機架式和刀片式為主，這種高密度的設計方式，由於容易產生高熱，也成為機房局部熱點的主要來源。局部熱點不但會導致惡劣的IT設備運行環境，進而影響IT設備運轉效率，也會減少IT設備壽命，設備電源模組也可能因為溫度過高容易損毀，也降低了設備的運行可靠性，造成直接的經濟損失，如何減少局部熱點，也就成為機房散熱的主要焦點。
由於局部熱點的產生，與機房冷熱氣流紊亂有著密切的關聯，想要避免局部熱點的產生，就必須要針對機房氣流，進行有效的管控。如在鋪有高架地板的機房，空調的冷空氣常會透過地板底下的通道，送達至每個機櫃。
但由於冷空氣傳達到遠端的機櫃時，風量已經減弱，再加上高架地板下通常會佈滿電纜線及管路，更對冷空氣的傳送增加了阻礙，也因此形成局部熱點。
其他可能會產生局部熱點的原因，還包括單一機櫃對應的穿孔地板送風量，與機櫃內IT設備所需的風量不匹配；機櫃內沒有安裝設備，對應的穿孔地板風閥沒有完全關閉，或者穿孔地板即使完全關閉，仍存在漏風現象，造成冷風量的損失，降低了整體製冷效率。
如果機櫃內安裝的設備所對應的穿孔地板送風量不足，造成設備無法吸入有效的冷量，也會使得設備進風溫度升高；機櫃內的空閒U位，也就是尚未安裝IT設備的空間如果沒有安裝盲板，其他IT設備排出的熱氣流，就會經過這些空閒U位回流至設備進風口，導致機櫃內微環境氣流紊亂，並使得設備入口溫度大於機櫃進風溫度，使得設備進風溫度升高。
同列相鄰的機櫃間空隙，如兩個機櫃之間尚未佈置機櫃或是無法再佈置機櫃的空間，也會引起冷熱氣流混合的現象，影響冷熱氣流的隔離效果，不但會造成冷量的浪費，熱氣流的回流也會使得機櫃的進風溫度升高；機櫃底部與靜電地板間的空間，也可能會出現熱氣流從該空間回流至冷通道的現象，一旦冷熱氣流混合，也會使得設備進風溫度升高。
另一個會影響冷熱氣流因素，則是機櫃孔密度與設備風量的匹配程度。機櫃孔密度較小的機櫃，若安裝了較大出風量的設備，設備排出的熱氣就無法高效的被排出，造成機櫃內渦流，致使機櫃內壓力升高，溫度也會跟著變高。
局部熱點的解決方法
解決局部熱點的傳統方法，多半都是加大整個房間的製冷量，但這麼做不但會加大能耗，而且局部熱點還是會不時出現。如果增加點對點的主動製冷方式，也就是機架式精確送風空調，除了投資大、部署週期長，部署也比較困難。
因此要解決局部熱點現象，可以考慮使用導向型通風板和手動風閥，對冷氣流進行導流，讓90%的冷量直接吹向設備，而且安裝方便、簡單，不會影響設備的正常運行。
此外，參考前述冷熱氣流紊亂的原因，就可對症下藥，如在空閒U位加裝盲板、封堵同列相鄰機櫃間空隙及機櫃底部與靜電地板的空間，確保風量供給與設備需求的匹配程度，區域總供風量應控制在需求總量的90%？110%之間。
但由於IT設備不斷的創新，加上機房需求競爭激烈，機房設備管理者必須隨時應付各種修正要求，以致於室內設備或出回風口常常會改變，導致室內原始氣流動線設計被破壞殆盡，因此機房管理者還必須要考慮機櫃的擺放位置與行列、機櫃的氣流流動模式，以及通道間距的設計，才能讓機房內的熱交換情況，能與機櫃的物理特性達到最大的相容度。
機櫃若能擺放於適當位置，就可讓室內氣流形成冷通道與熱通道的氣流模式，引入最大的冷空氣進入電腦機櫃內，同時將機櫃內的熱空氣有效的排到機櫃外，再藉由緊密的機櫃排列與檔板的運用，即可減低熱排氣再迴圈的機率。
所有的熱排氣應該儘量彙集於相同的方向，然後使其導入熱通道之中；若不使用冷熱通道的空調模式，由機櫃所排出的熱排氣，有可能會被鄰近機櫃的前端吸入，而再排出的熱排氣，也會再一次的進到其他機櫃裡面，如此周而復始，機櫃的散熱效果，就會因熱排氣的不斷迴圈而越來越差。
因此在設置機櫃時，應使其排列形成冷熱通道模式，若機房內原本已無冷熱通道模式，則須注意機櫃排放位置，避免熱氣流再迴圈的問題。
通道的間距則是以兩條相鄰冷通道的中心點距離來計算，通常此兩點的距離大約是7個高架地板地板片寬。一般而言，高架地板每個板片尺寸為60×60公分，取這樣的間距主要有兩個原因，首先是至少會有一個完整的出風板片，放置在機櫃的前端，其次則是讓每個通道至少能維持90公分的寬度。
體積較大的機櫃或是設備密度較高的電腦機房，可以考慮用8個板片間距的設計，相反地，若是在較小的機櫃或設備密度情況下，也可將通道間距微幅調縮。
機房設計應著眼散熱而非製冷
只要是在安裝有IT設備的空間內，熱量就會累積並促使溫度升高，這些廢熱必須及時排出。唯有瞭解熱點的產生、危害及解決辦法，明確了解冷熱氣流如何影響設備的運行可靠性，才能有效控制製冷系統能效和費用成本。
想要建設安全、穩定、高效、節能的資料中心，管理者一定要主動的去研究機房氣流、管控氣流，消除局部熱點，才能為IT設備營造優良、舒適的工作環境，進而提高設備的工作穩定性和使用壽命。
