「幹盤管」在高密數據中心的應用前景-孫長青

「幹盤管」在高密數據中心的應用前景

隨着數據中心行業的發展，IT機櫃的功率密度愈來愈高，傳統的製冷形式愈來愈難以知足數據中心的需求。好比傳統的精密空調形式，因爲受到其尺寸和製冷量的限制，以及架空地板高度的受限，空間利用率不高，沒法知足更高功率密度的需求。須要其餘的系統形式來知足高密機房的製冷需求。

1、經常使用的高密數據中心製冷形式
爲了知足更高功率密度的製冷要求，繼精密空調後，又出現了一些新的製冷形式，好比：
一、背板式製冷

背板式製冷盤管直接貼附在機櫃出風側，貼近末端製冷，可以佈置的盤管數量能夠與機櫃數等同，能夠知足較高機櫃密度的要求。可是，盤管貼近機櫃的方式，須要消耗機櫃風扇的能耗，另外，一旦泄露，後果將極其嚴重。
二、OCU製冷

OCU製冷盤管直接放置在IT機櫃正上方，貼近末端製冷，能夠知足較高機櫃密度的要求。可是，盤管貼近機櫃的方式，須要消耗機櫃風扇的能耗，另外，一旦泄露，後果將極其嚴重。
三、列間空調製冷

列間空調放置於IT機櫃列間，貼近末端製冷，能夠知足較高機櫃密度的要求。可是，空調貼近機櫃的方式，會佔用IT空間，浪費面積，在通常換算的狀況下，行間空調或者微模塊的形式對比傳統的精密空調形式，一樣的IT功率會佔用更大的建築總面積，氣流組織也不均勻，且分散佈置不利於維護管理，另外，一旦泄露，後果將極其嚴重。
四、微模塊

微模塊，是列間空調的一種集成化產品，其中包含了IT機櫃、精密空調、PDU、CDU甚至包含電池櫃和整流櫃等，由微模塊廠家一體化提供，列間空調的缺陷微模塊均沒法避免，之因此微模塊能被BAT大規模採用，我的認爲，經過壟斷來控制產品產業鏈及佔據市場應該是重要因素，真正在技術上的優點並非那麼突出。

以上這些解決高密機櫃製冷的系統形式，甚至包括液冷等製冷形式，都將空調水管直接引入到IT機櫃附近，以便實現更加貼近的製冷，來知足更高功率密度的散熱。這些水管直接進入IT機櫃附近，就給管道泄漏形成電氣事故帶來了安全風險。
那麼，有沒有更好的製冷形式來避開這種風險，同時知足製冷需求呢？
先來看看其餘行業製冷形式，有沒有成熟可用的方案可供參考。好比，電子潔淨廠房行業，電子潔淨廠房對製冷環境的要求，並不亞於IT機房對製冷環境的要求，其對溫度波動範圍、空氣質量、潔淨度控制都比IT機房要求要高，對安全可靠性的要求也不低。

2、「幹盤管」在潔淨廠房中的廣泛應用
潔淨廠房的單位冷負荷也較高，500w/m2以上的單位冷負荷也很常見，且通常狀況下冬季也須要供冷；其對圍護結構嚴密性要求很是高，而且要求結構儘可能不產生塵、不積塵；循環風量大，氣流分佈要求均勻，對氣流組織的要求比較高，特別是高潔淨度要求的潔淨室，須要單向流的風量進行控制；因爲電子產品的製造工藝對溫、溼度的變化極爲敏感，因此空氣參數的波動要控制在極小的範圍內，所以，自控系統如DDC、PLC 等在潔淨系統控制中有着不可忽視的做用。
舉個對比的例子，《數據中心設計規範》中規定，主機房的空氣含塵濃度，在靜態或動態條件下測試，每立方米空氣中粒徑大於或等於0.5μm的懸浮粒子數應少於17,600,000粒。此含塵濃度的控制，換算到潔淨廠房的潔淨等級，恰好爲8.7級，潔淨廠房的最低等級爲9級，此潔淨度在潔淨廠房等級中僅僅屬於入門級要求。

另外，因爲有相對接近的基礎條件，《數據中心設計規範》即是由以潔淨廠房設計爲主的中國電子工程設計院主編，且中國數據中心的發展，中國電子工程設計院等培養的人員也作出了不小的貢獻，其人員遍及數據中心全生命週期的各個階段，推進了行業的發展。
可見，電子潔淨廠房的製冷形式在必定程度上在數據中心行業是有借鑑意義的。
在電子潔淨廠房的製冷形式中，有一種「幹盤管」的製冷形式，所謂「幹盤管」，是由於在這種系統中，冷凍盤管僅承擔顯熱負荷，其冷凍水進水溫度通常在13℃以上，也就是說在室內空氣的結露溫度以上，盤管通常不可能產生冷凝水，屬於幹工況運行，因此叫其幹盤管。這種系統與傳統型潔淨室空氣處理模式相比,系統可大大簡化;機房面積、高度可大大減少;空氣輸送能耗顯著下降。
潔淨廠房幹盤管制冷方式示意圖：

由上圖可知，FFU=EC風機+過濾器，而數據中心能夠直接把過濾器去掉，把FFU換成EC風機便可。
潔淨廠房幹盤管制冷方式接管示意圖：

這種幹盤管的製冷形式，盤管尺寸、盤管制冷量和盤管數量能夠根據須要調整，能夠遠離末端設備佈置，能知足較大冷負荷的製冷需求。

3、「幹盤管」在數據中心中的應用形式
在數據中心製冷方面，是能夠值得借鑑的製冷方式，參照潔淨廠房的幹盤管佈置方式，IT模塊機房也能夠作相似的佈置。

一、幹盤管設置在吊頂四周，EC風機設置在吊頂

二、幹盤管設置在迴風夾道，EC風機設置在吊頂

三、幹盤管設置在架空地板下，EC風機設置在地板

四、幹盤管設置在迴風夾道，EC風機設置在地板

這種佈置方式，就能夠根據須要來佈置幹盤管的型號，能夠知足較大功率密度的需求，避免了精密空調由於面積空間不夠而致使的條件限制。
幹盤管已經在潔淨廠房行業大規模使用，市場成熟度很高，幹盤管價格便宜，能夠大規模佈置。

4、「幹盤管」在數據中心中應用的優點
幹盤管制冷方式氣流組織均勻，末端風量調節方便，可避免產生局部熱點。
幹盤管的控制，經過水量控制來實現室內溫度控制，按照區域將吊頂內的幹盤管分紅固定的幾組，根據室內溫度傳感器控制的結果來控制相對區域單組盤管的閥門開度，從而達到控制溫度的效果。經過盤管進迴風溫差來控制EC風機轉速，控制送風溫差爲12℃（可調），保持進出機櫃的風量穩定，有局部熱點風險的位置可靈活調整加大送風量。

幹盤管在一樣冷負荷的狀況下，比精密空調佔地位置要小的多，水溫12/18℃，送回風溫度22/34℃。2500*1500，若是4排管設置的話，175kw左右的幹盤管的尺寸能夠在2500寬的範圍內實現，而精密空調在這個負荷下的寬度要3100以上，且盤管能夠傾斜放置在迴風夾道，能夠作更大的尺寸和冷量。
價格方面，在上述條件下，幹盤管的價格初步詢價在9000元左右，

幹盤管的冷負荷從數kw至數百kw均可以有靈活的選型容量，能夠普遍應用。

5、「幹盤管」與風牆送風的對比
另外，你們可能會拿此與曾經流行一時的風牆對比，雖然風牆也能提供較大的冷負荷，可是，其實風牆有其極大的劣勢，就是送風口直接側吹入冷通道，因爲中間沒有沿途的送風閥門調節，其沿程衰減特別嚴重，送風均勻性遠不如架空地板。

幹盤管制冷方式，EC風機直接在末端送入冷通道，氣流組織均勻，末端風量調節方便，可避免產生局部熱點。6、「幹盤管」配置的可靠性在數據中心可靠性體系中，有《數據中心設計規範》的A、B、C三級，有Uptime的TierI、TierII、TierIII、TierIV四級，幹盤管的數量和位置，都可以根據最高等級要求的A級或者TierIV級，進行物理隔離或者冗餘佈置的方式，達到各個等級的需求。而有些數據中心製冷形式，是沒法實現最高等級要求的。在可靠性和製冷效果之間，幹盤管都能作到很好的平衡。