資料中心之氣流熱管理

刊登日期:2015/11/5
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由於網路使用逐年增加,對網際網路資料中心的需求也跟著上升,對於機房中伺服機數量不斷增加的情況下,散熱和節能的熱管理問題成為主要議題。資料中心空調冷卻主要分為天花板和高架地板出風,本研究以實驗方式,架設天花板供風之機房,觀察熱流場,以擋板、調整機櫃發熱量和機櫃的擺置,進行改善機櫃過熱點和熱空氣回流等問題,並根據實驗數據和模擬進行比較,確認模擬之準確性。
 
資料中心之熱負載
因傳統的資料中心礙於硬體設備欠佳,導致硬體的尺寸偏大,因此所需要的空間也跟著上升,小規模可能是房間,大規模則包含多層樓的空間,為了使冷卻能力能達到要求,空調機的尺寸規格必須增加,從傳統的資料中心可觀察到空間與成本的浪費。根據 ASHRAE 所提供的統計(圖二),IDC 在 2005年之前通訊密度、計算和儲存伺服器等IT硬體設備迅速增長,硬體設備趨勢逐漸朝向效能提升與體積需縮減,漸漸以小體積為目標,由圖二可看到 2005年後IT硬體設備熱負載逐漸趨緩。
 
機房之供風方式
2. 高架地板之供風
天花板之供風的方式,如圖四所示,利用風管將冷空氣由天花板至機房內,此系統主要能提供機房人員較舒適的需求,且對於高架地板供風較能維持清潔。天花板必須有足夠高度提供流道,若高度不足時,容易造成紊流,其高度取決於風量與風速。
 
機房之熱回流
數位學者提到熱回流現象對機櫃造成的影響,由於廣泛的電子硬體都是靠空氣冷卻,在一般傳統的機房時常發生,機櫃所排出的熱氣又被吸收進機櫃的入風口,和冷氣機所提供之冷空氣沒有與機櫃熱交換,而直接回到冷氣機,導致冷卻系統的低效率和機櫃的溫度過高,使昂貴的電子設備故障中斷。因此利用冷熱通道加裝擋板的概念如圖五所示,使排出的熱空氣無法回流至機櫃入風口,將機櫃之溫差降低及提高冷卻系統的效率,改善機櫃最高溫處由 30˚C降至 26.2˚C。
 

圖五、(a)
未加裝擋板;(b)加裝擋板示意圖
 
機房之配置
Cho等人針對六種不同冷熱通道的配置系統如圖八所示)進行模擬分析,並比較這六種配置系統的各項特性,其中作者指出,使用高架地板的配置系統(Case 5、Case 6)對於整體性能較佳,且此分配方式較可防止熱回流現象,使冷空氣的效率達到最大。無特別加裝導管之系統( Case 1 )最適合用於小型機房,但溫度與氣流分布較不穩定。Case 4 中的分配方式較適合總體,但經由討論進行分析後,發現在冷通道下方的底部之伺服機供量不足,且與高架地板分配系統比較,冷通道周圍溫度較高……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 

圖十、實驗配置圖
 
作者:黃俊傑、王正豪、王啓川/國立交通大學機械工程系
★本文節錄自「工業材料雜誌」347期,更多資料請見下方附檔。

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