目前數(shù)據(jù)中心的平均制冷量幾乎是IT熱負(fù)荷的四倍。本文將介紹一個簡單實用的標(biāo)準(zhǔn)――制冷量系數(shù)(CCF)，說明如何通過將CCF作為參照衡量數(shù)據(jù)中心冷卻效率的標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)降低成本的機會。

      制冷量系數(shù)(CCF)計算公式：

  CCF通過將制冷量設(shè)備總額定制冷量(千瓦)除以IT設(shè)備關(guān)鍵負(fù)載(千瓦)的110%來計算。

  在Uptime調(diào)研的45個數(shù)據(jù)中心中，平均運行制冷量是IT熱負(fù)荷的3.9倍(390%)。其中一個案例中，制冷量是熱負(fù)荷的30倍(3000%)。很難相信已經(jīng)如此，數(shù)據(jù)中心依然低效的。

  當(dāng)運行制冷量遠遠大于需要制冷量時，可以通過關(guān)閉精密空調(diào)、選擇直接變速風(fēng)扇或帶變頻器(VFD)的精密空調(diào)可以降低室外機風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，從而降低運營成本。

  很多數(shù)據(jù)中心都將很關(guān)注如何提高、改善制冷效率，但卻不知道僅僅通過改進氣流組織( AFM)平均每年就可以減少運營費用約32,000美元。

  改善氣流組織不僅能夠提高制冷效率、節(jié)約運行成本，同時還能提高IT設(shè)備運行的可靠性。由于制冷設(shè)備的成本投入占是整個基礎(chǔ)設(shè)施成本的一半，對此，做好氣流組織管理，不僅碳排放減少，制冷效率提高，PUE值也隨之降低，這是運維人員以及管理人員最樂于看到的場面。

  (PUE(Power Usage Effectiveness)：能耗使用效率，PUE值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源之比。即PUE = 數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，PUE是一個比率，基準(zhǔn)是2，越接近1表明數(shù)據(jù)中心的能效水平越好，能效越低。)

  改善氣流組織同樣也可以有效地利用冗余制冷量，企業(yè)可以無需增加添置制冷設(shè)備的投入，而提高服務(wù)器的密度。制冷量利用率得到改善還可以延長數(shù)據(jù)中心的壽命，延遲構(gòu)建新數(shù)據(jù)中心所需的資本支出。

  提高冷卻效率解決方案有很多，比如安裝在機柜里的盲板，簡單卻有效。當(dāng)涉及每一項新的“最佳方法”潛在利益宣傳比比皆是時，要能分辨出來哪些方法是真正可以發(fā)揮作用的呢?使用此方法，能在數(shù)據(jù)中心部署更多的IT設(shè)備嗎?能為數(shù)據(jù)中心消除熱點或降低PUE值嗎?改進氣流組織可以給數(shù)據(jù)中心帶來哪些的變化?要做出是增加制冷設(shè)備還是進行氣流組織改造，需要首先明確當(dāng)前資源的利用程度。

  計算CCF是確定制冷基礎(chǔ)設(shè)施利用率的最快、最有效的方法，通過改善氣流組織可以獲得更低的CCF，從而降低運營成本。

  1)過去數(shù)據(jù)中心都是“傳統(tǒng)”的設(shè)備布局方式――所有IT設(shè)備都面向同一個方向放置。這樣布局雖美觀，但是會導(dǎo)致精密空調(diào)送風(fēng)回風(fēng)氣流組織的混合，使得數(shù)據(jù)中心內(nèi)有非常差的氣流循環(huán)，為解決局部熱點問題，過去的運維人員會將精密空調(diào)溫度調(diào)低并使用額外的精密空調(diào)來解決局部熱點問題。

  2)通常當(dāng)數(shù)據(jù)中心投入使用時，即使其熱負(fù)荷并不高，也會啟用所有精密空調(diào)，保持運行狀態(tài)。即使服務(wù)器負(fù)載逐漸增加，數(shù)據(jù)中心總負(fù)載依舊比運行的制冷量低。

  3)運維人員難以冷卻房間內(nèi)的某個角落時，他們經(jīng)常去咨詢精密空調(diào)制造商。由于沒有把運行的制冷量與熱負(fù)荷進行比較，簡單認(rèn)為問題是由于缺乏制冷量造成的。氣流組織不理想的真正原因還沒有找到，就要購買新的精密空調(diào)。

  現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果――幾乎每個數(shù)據(jù)中心都有改善的機會

  從45個數(shù)據(jù)中心的評估收集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，有些統(tǒng)計結(jié)果是非常令人驚訝的。圖1顯示各種形式和規(guī)格的數(shù)據(jù)中心具備的明顯可以改進的機會。

圖1

  45個數(shù)據(jù)中心的CCF平均值為3.9 ，也就是說運行制冷量是數(shù)據(jù)中心熱負(fù)荷的3.9倍( 390%)。運行意味著在計算中僅考慮運行的(沒有考慮備份)精密空調(diào)的數(shù)量。許多數(shù)據(jù)中心已經(jīng)關(guān)閉房間里一些多余的精密空調(diào)。

圖2理想的平均制冷量系數(shù)(CCF)

  圖2顯示所調(diào)研的45個數(shù)據(jù)中心中每個數(shù)據(jù)中心的CCF數(shù)據(jù)。制冷量過度的問題不是小型、不太成熟的數(shù)據(jù)中心所獨有的。調(diào)研中的五個最大的數(shù)據(jù)中心CCF的平均值為2.4 ，顯著優(yōu)于總體平均水平3.9，但仍然超過所需制冷量的兩倍。

  高架活動地板旁通開放區(qū)域是由未密封的電纜出口和開孔以及放置在冷通道或開放區(qū)域的風(fēng)口地板組成。旁通開放區(qū)域的面積百分比等于旁通開放區(qū)域的面積除以高架活動地板上的總開放面積。這個百分比應(yīng)該小于10%。

  數(shù)據(jù)中心中最重要的指標(biāo)是熱點(最高進風(fēng)溫度)與冷點(最低進風(fēng)溫度)的百分比，該指標(biāo)數(shù)值應(yīng)該為零。計算包括至少一組需要冷卻的IT設(shè)備的機柜數(shù)量以及設(shè)定進風(fēng)溫度，通過這些數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確的算出熱點與冷點的百分比。在45個數(shù)據(jù)中心中，只有9個數(shù)據(jù)中心( 20%)沒有發(fā)現(xiàn)局部熱點。調(diào)研的最后8個數(shù)據(jù)中心收集的冷點的數(shù)據(jù)表明，只有一個數(shù)據(jù)中心沒有冷點。

  數(shù)據(jù)中心制冷基礎(chǔ)設(shè)施比任何其它基礎(chǔ)設(shè)施組成部分的設(shè)備都更耗電。到目前為止，使用風(fēng)口地板是最簡單和最廉價的管理氣流組織和制冷資源的方式，只有77%風(fēng)口地板被正確放置的。在這次調(diào)研中，只有6個數(shù)據(jù)中心正確放置它們所有的風(fēng)口地板。風(fēng)口地板不應(yīng)放在開放空間或熱通道。

  數(shù)據(jù)中心的共性：忽視氣流組織改善效果

  隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，運維人員面臨著前所未有的挑戰(zhàn)――不斷增加的IT設(shè)備的負(fù)載，以及降低運營費用的壓力。通常，管理人員會尋求先進的氣流組織解決方案，比如通道遏制系統(tǒng)。但在許多情況下，由于忽視氣流組織基本原理，這些努力并沒有達到預(yù)期目標(biāo)。除非同時設(shè)法解決氣流組織基本原理應(yīng)用的問題，否則即使去做，也???????法達到改善的目標(biāo)。

  冷卻氣流是通過冷通道內(nèi)的風(fēng)口地板被傳送機柜正面，氣流量的不足，造成圖上顯示的溫度差異。再加上，遏制通道內(nèi)在機柜內(nèi)IT設(shè)備之間有開放空間，冷卻氣流和廢氣都涌入該空間，這也是造成溫度差異的原因。因此即使安裝冷通道密封，數(shù)據(jù)中心的CCF值仍然達到3.8 ( 380 )，IT設(shè)備進風(fēng)溫度并沒有得到改善。事實上，更具有改觀的氣流組織解決方案應(yīng)該系統(tǒng)的從上至下解決氣流組織系統(tǒng)中所有的問題，而不是認(rèn)為解決某一點的問題，就可以達到解決全部問題的效果。

  數(shù)據(jù)中心另一種通常不恰當(dāng)?shù)亟鉀Q方案是采用帶有軸流風(fēng)扇的風(fēng)口地板，采用這種風(fēng)口地板的劣勢在于當(dāng)你解決熱點問題后，其余相鄰設(shè)備會出現(xiàn)氣流組織不好的問題，同時會增加一定的電力負(fù)荷。在大多數(shù)情況下，處理好高架活動地板開口問題就可以使現(xiàn)有風(fēng)口地板滿足IT設(shè)備制冷。當(dāng)高架活動地板高度或障礙物限制房間內(nèi)某一???????域的冷風(fēng)量時，或高密機柜需要更多冷量比標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)口地板或格柵風(fēng)口地板提供的還要的多的時候，此時，可以適當(dāng)采用幾塊這種地板并收到較好的效果的。計算數(shù)據(jù)中心CCF值和進行基本的氣流組織改善還是有很多優(yōu)勢。這些優(yōu)勢通過下面這個面積為9000平房英尺的數(shù)據(jù)中心案例中就可以看到。(1平方英尺大約為0.0929平方米，9000平房英尺約為：836m2)

  該數(shù)據(jù)中心共有170個機柜，總負(fù)荷為240KW，這些熱負(fù)荷由7臺制冷量為70 KW的精密空調(diào)和一臺制冷量為85KW的精密空調(diào)來制冷。電費是0.10美元/千瓦小時。該數(shù)據(jù)中心運維人員正在努力調(diào)整IT設(shè)備的進風(fēng)溫度，數(shù)據(jù)中心的CCF值為2.2。換句話說，運行的制冷量是數(shù)據(jù)中心熱負(fù)荷的兩倍，這說明該數(shù)據(jù)中心的制冷問題是由于氣流組織不理想而導(dǎo)致的制冷量不足。

  為了“合理地”規(guī)劃冷卻基礎(chǔ)設(shè)施，對數(shù)據(jù)中心進行簡單的改善，包括：

  1、 密封電纜出口

  2、 安裝機柜盲板

  3、 調(diào)整風(fēng)口地板數(shù)量、位置

  4、 調(diào)整部分機柜的位置

  5、 密封未放置機柜的空間(將未擺放機柜位置的冷通道地板用蓋板蓋上 達到密封效果)

  這樣做可以數(shù)據(jù)中心內(nèi)全部IT設(shè)備熱點，同時還可以關(guān)掉兩臺精密空調(diào)，從而每年節(jié)省21,900美元，投資回收期不到8個月。

  CCF的好處――在進入氣流組織系統(tǒng)另一層級改善(比如遏制)之前，企業(yè)常常忽視“合理規(guī)?！崩鋮sIT負(fù)荷或無法完成氣流組織基本原理應(yīng)用(密封高架活動地板孔和機柜中的開口，管理風(fēng)口地板等)。解數(shù)據(jù)中心的CCF值在氣流組織改善進行的所有階段都很重要，它可以幫助區(qū)分氣流組織改善規(guī)劃的優(yōu)先次序。跟蹤CCF對數(shù)據(jù)中心進行的改善效果，可以證明在效率方面的投資與降低PUE相聯(lián)系的重要性。

  如果很少或還沒有做氣流組織管理，計算CCF值可以幫助需要做什么，以此提高利用率,顯示潛在投資回報以及投資回收期。如果改善氣流組織，CCF將能表現(xiàn)出可以繼續(xù)改善的地方。

  CCF是數(shù)據(jù)中心冗余制冷量的直接指標(biāo)。大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心，在IT設(shè)備得不到充分冷卻的同時卻運行著過剩的制冷量。冷卻不充分是指IT設(shè)備的進風(fēng)溫高于或低于由ASHRAE為主要任務(wù)設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。由ASHRAE制定的IT設(shè)備推薦允許的進風(fēng)溫度范圍如圖5所示。ASHRAE明確指出，推薦的范圍適用于傳統(tǒng)設(shè)備。確定CCF值，找到進風(fēng)溫度不良的????本原因是缺乏制冷量還是氣流組織管理不理想。

  (ASHRAE：美國采暖，制冷與空調(diào)工程師學(xué)會)

  冗余制冷量產(chǎn)生的最主要原因是旁通氣流(這在其它文章已作出詳細說明)：精密空調(diào)提供的冷卻氣流在返回精密空調(diào)之前未通過IT設(shè)備的那部分氣流。最小化旁通氣流對于優(yōu)化冷卻基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。另一種估計旁通氣流的方法是將UPS負(fù)荷乘以120 ，IT負(fù)荷的行業(yè)平均值用CFM/kW表示。(CFM是氣體流量單位)這是IT負(fù)荷所需的氣流量。????這個量與運行的精密空調(diào)提供的氣流量進行比較，可能會發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)中心存在明顯的過多供給的冷卻氣流。(制造商說明書可以提供精密空調(diào)氣流量的數(shù)據(jù)。)另一個低效率指標(biāo)是將精密空調(diào)的送風(fēng)溫度與一些最高機架進風(fēng)溫度相比。溫度升高是IT負(fù)荷污染供應(yīng)的冷卻氣流產(chǎn)生的廢氣造成的。

  “合理規(guī)?！敝评淞靠商峁┮韵聝?yōu)勢:

  1. 通過提高回風(fēng)溫度提高精密空調(diào)的效率

  2. 通過消除熱點和冷點提高IT設(shè)備的可靠性

  3. 通過提高制冷的有效性和效率降低運營成本

  4. 釋放冗余制冷量來增加數(shù)據(jù)中心制冷量

  5. 通過提高制冷量冷卻更多的IT設(shè)備來實現(xiàn)業(yè)務(wù)增長

  6. 推遲增加冷卻基礎(chǔ)設(shè)施資本支出，或者可以建立一個新的數(shù)據(jù)中心

  7. 降低冷卻負(fù)荷改進PUE

  8. 通過減少公用設(shè)施的使用減少碳排放

  無論數(shù)據(jù)中心是否有進風(fēng)溫度問題，CCF都適用

  數(shù)據(jù)中心目的之一是為IT設(shè)備提供穩(wěn)定和適當(dāng)?shù)倪M風(fēng)溫度。由此，將數(shù)據(jù)中心分為兩類，

  1、 具有進風(fēng)溫度問題的數(shù)據(jù)中心

  2、 沒有進風(fēng)溫度問題的數(shù)據(jù)中心

  對于沒有進風(fēng)溫度問題的數(shù)據(jù)中心，計算CCF可以更有效幫助數(shù)據(jù)中心更有效運行，同時可以降低運營成本，還可以為后期IT設(shè)備增長釋放更多制冷量。

  對于具有進風(fēng)溫度問題的數(shù)據(jù)中心或保持適當(dāng)進風(fēng)溫度，第一個要解決的問題是：是不是由于缺乏冷卻能力或氣流組織差而引起的問題?計算CCF可以明確回答這個問題。

  計算制冷量系數(shù)(CCF)

  CCF通過將總運行的額定制冷量(千瓦)除以IT設(shè)備關(guān)鍵負(fù)載(千瓦)的110%來計算。

  總制冷量是運行精密空調(diào)額定制冷量的總和。如果所有精密空調(diào)都正在運行,則這將與總安裝的精密空調(diào)的額定制冷量相同。例如，如果安裝10臺制冷量為30冷噸精密空調(diào)，運行其中的7臺，則總制冷量為739千瓦( 7 x 30 = 210冷噸, 210x 3.52 =739KW)。將冷噸換算成千瓦，乘以常數(shù)3.52。

  (備注：1美國冷噸=3024千卡/小時(kcal/h)=3.517千瓦(KW))

  數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載等于數(shù)據(jù)中心的UPS輸出。確保使用的UPS輸出僅用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備。如果UPS向其它數(shù)據(jù)中心提供輸出，則必須從UPS總輸出中減去這些負(fù)載。要計算UPS輸出中未反映的數(shù)據(jù)中心典型負(fù)荷(照明、建筑圍層、人員等)需要添加10%。

  制冷量系數(shù)=總運行制冷量/ PUS輸出x 1.1

  精密空調(diào)通常涉及到額定制冷量(如30冷或20冷噸精密空調(diào))。如果額定制冷量未知，請記錄精密空調(diào)銘牌上的型號

  額定制冷量是指精密空調(diào)在標(biāo)準(zhǔn)條件下總的制冷量，解精密空調(diào)的額定制冷量是很重要的，它涉及返回精密空調(diào)氣流的溫度和相對濕度。通常標(biāo)準(zhǔn)條件是75 ℉( 24℃)和45%的相對濕度( RH)。如果回風(fēng)條件不同，設(shè)備將有不同的制冷量。如果回風(fēng)溫度比低于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，設(shè)備將輸送小于額定的制冷量。如果回風(fēng)溫度高于標(biāo)準(zhǔn)狀????，設(shè)備將超過的額定制冷量。

  如果數(shù)據(jù)中心規(guī)劃、配置合理，使用精密空調(diào)額定制冷量計算CCF，精密空調(diào)至少可以提供額定制冷量。事實上，在數(shù)據(jù)中心運行狀態(tài)下，許多精密空調(diào)設(shè)定的回風(fēng)溫度都比標(biāo)準(zhǔn)值要低，這兩者的差別在于運行狀態(tài)下實際提供的制冷量與在理想狀態(tài)下提供的潛在制冷量或者設(shè)定回風(fēng)溫度高，這都是制冷量過剩的一種表現(xiàn)。

  如何理解CCF值，合理改善數(shù)據(jù)中心

  CCF值為1.0到1.1的數(shù)據(jù)中心，又恨少或沒有冗余制冷量。主要是在這些數(shù)據(jù)中心中在透徹了解AFM基本原理基礎(chǔ)上，進行改善，盡可能提供冗余制冷量。根據(jù)自身情況需要，增加精密空調(diào)來產(chǎn)生冗余制冷量。氣流組織的改善會改變IT設(shè)備進風(fēng)溫度，并為提高精密空調(diào)進風(fēng)溫度提高創(chuàng)造條件，這樣可以提高精密空調(diào)的效率和制冷量。在CCF???????為1.0-1.1的條件下，不能關(guān)閉精密空調(diào)或降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

  CCF值為1.1至1.2的數(shù)據(jù)中心，運行精密空調(diào)的數(shù)量與數(shù)據(jù)中心的熱負(fù)荷密切相關(guān)。IT設(shè)備的進風(fēng)溫度沒有超出ASHRAE推薦的范圍，而且氣流組織管理相應(yīng)做到位。每10臺精密空調(diào)約有一臺冗余(10+1)。在大多數(shù)情況下,如果有一個精密空調(diào)發(fā)生故障，足以保持?jǐn)?shù)據(jù)中心的制冷。除非數(shù)據(jù)中心內(nèi)有24小時全天候的監(jiān)控和人員配置，否則不應(yīng)關(guān)????空調(diào)。

  CCF值為1.2至1.5的數(shù)據(jù)中心，有適度機會關(guān)閉精密空調(diào)實現(xiàn)降低運營成本。這通常只能在氣流組織得打充分改善后才能成功。降低成本并不需要全面的遏制策略，但是需要徹底密封高架活動地板的開放區(qū)域和機架間的開放空間，并且將風(fēng)口地板和格柵風(fēng)口地板放置在最佳位置。

  CCF值為1.5到3.0的數(shù)據(jù)中心是最常見的。這些數(shù)據(jù)中心有大量機會可以降低運營成本、改善IT環(huán)境并增加能被有效冷卻的IT負(fù)荷。在這一范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)中心通常有明顯的可以通過改善氣流組織從而釋放過剩制冷量。

  CCF值大于3.0的數(shù)據(jù)中心有很大的改善潛力，因為運行精密空調(diào)的總額定制冷量至少是IT負(fù)荷的110%的三倍。

  CCF值的最理想范圍

  有幾個因素影響數(shù)據(jù)中心最佳情況下的CCF值。良好的數(shù)據(jù)中心平面規(guī)劃對達到理想CCF值有很大的影響。如果機柜面向同一方向(傳統(tǒng)布局)并且大量獨立設(shè)備，這樣的氣流組織能效比是很不理想的，并且制冷量與IT負(fù)載也是有著密切的關(guān)系。此時，CCF在1.8左右。沒有做氣流遏制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心將比做氣流遏制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心擁有更高????CCF值。更多的應(yīng)用氣流遏制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心能實現(xiàn)最低CCF值。根據(jù)精密空調(diào)的規(guī)格和數(shù)量，采用集裝箱或模塊化應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心CCF值看可以降低至1.2。

  其它重要指標(biāo)

  如果不需要計算數(shù)據(jù)中心CCF值，其它指標(biāo)也有助于準(zhǔn)確算出氣流組織在數(shù)據(jù)中心的有效性和效率:

  1、 熱點與冷點的數(shù)值是制冷效果的重要衡量指標(biāo)。

  2、 從精密空調(diào)到IT機柜進風(fēng)溫度的變化表明在進入機柜的冷風(fēng)與多少其它氣流混合(比如與回風(fēng)混合等)。

  3、 從IT設(shè)備進風(fēng)溫度到從機柜熱通道返回到精密空調(diào)的回風(fēng)溫度表明,在從風(fēng)口地板向機柜進風(fēng)開始就有多少氣流與之混合，回風(fēng)的時候又與多少氣流與之混合。

  此外，PUE值已成為確定數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施總體效率的最普遍的指標(biāo)。事實上，PUE顯示出來的是冷卻基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)據(jù)中心電力的最大消耗因素。

  因此，提高冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的效率將對降低PUE能產(chǎn)生顯而易見的效果。然而，PUE雖是一個很好的總體指標(biāo)，但它并不能帶我們找到改善數(shù)據(jù)中心問題的根源與機會。業(yè)界人士需進一步對數(shù)據(jù)中心CCF進行分析和論證，從而幫助改善自身數(shù)據(jù)中心得到改善。