當各位在召喚師峽谷中縱橫馳騁的時候，是否想過游戲的而服務(wù)器在什么樣的環(huán)境下運行呢？那就是數(shù)據(jù)中心，簡稱IDC，是眾多服務(wù)器集中放置的一個恒溫恒濕的環(huán)境。正因為服務(wù)器有一個穩(wěn)定安全的運行環(huán)境，我們才能在峽谷里斬獲五殺超神。不僅如此，諸如網(wǎng)購、社交等一切基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)都要依靠服務(wù)器穩(wěn)定的運行。

  

    IDC（Information Data Center，數(shù)據(jù)中心）是存放大量數(shù)據(jù)服務(wù)器的機房，為眾多服務(wù)器提供允許運行的適當?shù)臏囟?、濕度環(huán)境。在當今互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)蓬勃發(fā)展的背景下，數(shù)據(jù)中心的的穩(wěn)定、安全運行變得尤為重要。服務(wù)器的宕機可能會給數(shù)據(jù)中心所服務(wù)的范圍的經(jīng)濟民生帶來無法預(yù)知的后果，基于數(shù)據(jù)中心的具體規(guī)模，少則單個城市與縣、鄉(xiāng)，大到一個方圓數(shù)百公里的經(jīng)濟輻射帶?；诖?，對于數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的氣流組織和冷量分析在數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃和建設(shè)中具有舉足輕重的地位。良好的制冷系統(tǒng)設(shè)計和氣流組織布局對于數(shù)據(jù)中心安全、節(jié)能地運行是必要的。

                                    　　　　　　圖1. 騰訊位于貴州的某數(shù)據(jù)中心

    數(shù)據(jù)中心在正式投入運營前需要對空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力進行測試，這是因為一般對服務(wù)器的運行環(huán)境有一定的要求，如果溫度濕度過高，容易造成服務(wù)器的元件損壞或是宕機；溫度過低，則會造成服務(wù)器的反應(yīng)不靈敏，影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的響應(yīng)速度。通常服務(wù)器不得在高于40℃的環(huán)境下工作，濕度則根據(jù)不同數(shù)據(jù)中心的具體情況一般在30%~60%之間。對制冷能力的測試方法其中有一種被稱為“假負載測試”。

  何為“假負載測試”？簡單地說，在機房中擺放一些近似純電阻性質(zhì)的負載來代替真正的服務(wù)器，然后給這些負載通電，并按設(shè)計的室內(nèi)溫度開啟機房制冷系統(tǒng)，監(jiān)測機房內(nèi)的溫濕度情況，看看溫濕度是否在正常范圍內(nèi)。利用這種方法可以測得不同比例IT荷載下精密空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力和回風(fēng)溫度，從而為以后的運維提供數(shù)據(jù)依據(jù)。假負載測試被大多數(shù)數(shù)據(jù)中心運營公司廣泛采用，但是其缺點也是非常顯著的。首先假負載測試需要購買或租賃大量帶有純電阻原件的假負載，并根據(jù)測試需要選擇很多不同功率級別的假負載或者可調(diào)節(jié)功率的假負載；測試前需要耗費大量人力和時間布置假負載，測試時需要繁多的測點數(shù)據(jù)記錄，測試一個工況的周期較長；另外，數(shù)據(jù)中心并非每次假負載測試都有實施的客觀條件。以上缺陷，對于規(guī)模較小的數(shù)據(jù)中心往往是難以承受的。然而，計算流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展為解決上述問題提供了一種新的途徑。用計算流體力學(xué)技術(shù)，對數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)進行建模，并對求解域進行網(wǎng)格化，然后求解質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒三大基本方程的數(shù)值形式、利用合理的時間格式，計算出穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的溫度場和速度場。而且數(shù)據(jù)中心的的相關(guān)CFD數(shù)值計算方法一般不涉及多相流、大渦旋、高速流等一些CFD領(lǐng)域的難點問題，求解算法已比較成熟，且能達到較高的準確度。通過CFD技術(shù)預(yù)測不同負荷下空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能和回風(fēng)溫度，具有比傳統(tǒng)假負載測試更方便、更快速的優(yōu)點。

     這里采用的是6sigmaDC軟件對某個數(shù)據(jù)中心進行建模和計算。6SigmaDC是一款專用于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的CFD仿真工具，還可以用于對電子元器件的熱仿真分析。6SigmaDC提供了大量數(shù)據(jù)中心專有模塊，幫助用戶快速建模，例如：PDU（分布式供配電單元）、UDF（不間斷供電系統(tǒng)）、精密空調(diào)單元、機柜等。此外，6SigmaDC的PAC study功能也方便用戶對不同工況案例進行控制變量后的不同結(jié)果對比研究。

   根據(jù)項目數(shù)據(jù)中心實際規(guī)模，數(shù)據(jù)中心規(guī)模為1131㎡，高3.44m，架空地板的高度為0.64m，采用下出風(fēng)空調(diào)，架空地板下面的空間相當于靜壓箱的作用。所有出風(fēng)口的尺寸均為常規(guī)的600mm×600mm。共有機柜336個，分12列布置，每列28個機柜，以形成6個冷通道。項目為2U-4kW服務(wù)器機架，為北京東南及燕郊周邊提供服務(wù)器場地租賃服務(wù)和相應(yīng)的維護、以及必要的運行溫度、濕度。機柜出風(fēng)溫度需要限制在36℃以下，采用常規(guī)下送風(fēng)方式。精密空調(diào)風(fēng)機轉(zhuǎn)速通過數(shù)據(jù)中心的回風(fēng)溫度傳感器進行控制。數(shù)據(jù)中心內(nèi)南北兩側(cè)分列兩列精密空調(diào)，每列6臺，每臺額定制冷量120kW。模型平面圖如下圖所示。

                                                　　　圖2. 數(shù)據(jù)中心平面圖

   圖3為機柜底部的溫度分布云圖。其中中部一根柱子附近的的機柜出風(fēng)口處溫度達到了36.9℃，這超過溫度規(guī)定范圍，這可能時由于機柜距離柱子過近，偏下層的機柜出風(fēng)氣流受到柱子的阻礙，只能順著柱子爬升，無法迅速散出。而且通過對圖4中各處機柜低中高不同高度的最大進風(fēng)溫度進行分析，發(fā)現(xiàn)機柜頂部的最大進風(fēng)溫度遠遠大于下面兩層，相差達到15℃左右，這種情況在機房中間處更為嚴重，造成了機柜不同高度的進風(fēng)處理熱負荷的能力存在顯著的不均衡。造成這種不均衡的原因是目前的模型中，進風(fēng)和出風(fēng)之間沒有有效的隔離，在冷熱區(qū)之間形成了氣流短路，導(dǎo)致冷熱抵消，從而負面影響制冷的效果。這種影響通過選取若干機柜進行氣流矢量的分析也可以看到。如圖5所示，選取中間的若干機柜和精密空調(diào)進行流場分析，會發(fā)現(xiàn)在機柜的頂部進風(fēng)與出風(fēng)流線十分靠近，造成氣流組織短路。綜合上述問題，對于原型模型的優(yōu)化改進首先將從優(yōu)化氣流組織入手。

                                                   　　　 圖3. 數(shù)據(jù)中心機房溫度云圖

                                      　　　 圖4. 數(shù)據(jù)中心機柜不同高度的最大進風(fēng)溫度分布

圖5. 機柜局部速度矢量圖

    一般解決冷熱抵消的一個比較好的方法就是封閉冷通道。所謂封閉冷通道，就是將“冷區(qū)”相鄰的兩列服務(wù)器機柜的的兩端和它們之間的頂部區(qū)域封閉，不讓進入的冷空氣和排出的熱空氣混合。冷通道的作用是將機柜的進風(fēng)區(qū)域和出風(fēng)區(qū)域物理分隔開，通過封閉機柜冷通道，最大限度地減少氣流的冷熱抵消，提高制冷效能。如圖6所示，當封閉冷通道后出風(fēng)區(qū)域與進風(fēng)區(qū)域的溫度差距變得非常明顯，且整個機房的最高溫度點僅為29.6℃，達到了機房最高熱點不超過36℃的控制目標。而熱通道區(qū)域的溫度分布也比沒有冷通道時顯得更加均一，說明冷通道對于減少冷熱抵消具有積極的作用。

                                    　　　　　　圖6. 封閉冷通道后數(shù)據(jù)中心機房平面溫度云圖

   而通過對于這種情況下不同高度的最大進風(fēng)溫度的云圖分析，可以從圖7看到，各處不同機柜不同高度的最大進風(fēng)溫度更加趨于一致性，這與沒有冷通道封閉時的情況差異巨大。加入封閉冷通道之后有效地改善了氣流組織情況，使得空調(diào)向每個機柜輸送的冷量近乎一致，從而確保每個機柜得到幾乎同樣的冷卻效果，避免嚴重的制冷負載失衡現(xiàn)象。

                            　　　圖7. 封閉冷通道后機柜不同高度的最大進風(fēng)溫度分布

   至此可以看到，通過6sigmaDC工具，較為便捷地實現(xiàn)了對于數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計的改變并預(yù)測了改變后的制冷效果和氣流組織效果，有效地對比了有無封閉冷通道的情況。

 好了，我們的服務(wù)器有了如此穩(wěn)定安全的運行環(huán)境，這下我們可以超神吃雞了！......不，你確定你缺的是服務(wù)器，而不是超神吃雞的操作嗎？不說了，我現(xiàn)在又漏炮車了。

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