連續(xù)冷卻的作用
隨著數(shù)據(jù)中心的功率密度不斷增加，對(duì)于連續(xù)制冷需要進(jìn)行更多的預(yù)先考慮。當(dāng)UPS電源發(fā)生故障，數(shù)據(jù)中心無(wú)法制冷，IT設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)宕機(jī)或損壞，對(duì)于企業(yè)就會(huì)有災(zāi)難性的影響。
根據(jù)設(shè)備制冷方式及UPS技術(shù)不同，對(duì)于連續(xù)制冷的要求也是不同的。本文主要講解連續(xù)制冷的定義以及針對(duì)不同的制冷技術(shù)的應(yīng)用思考。
連續(xù)制冷主要是指為核心IT設(shè)備提供一個(gè)不會(huì)有任何中斷的穩(wěn)定的溫度環(huán)境。當(dāng)制冷系統(tǒng)的電源中斷重啟時(shí)（包括切換到發(fā)電機(jī)的時(shí)間），連續(xù)制冷能夠持續(xù)為數(shù)據(jù)中心核心IT設(shè)備提供一個(gè)穩(wěn)定的進(jìn)風(fēng)溫度。連續(xù)制冷也適用于對(duì)已設(shè)定溫度的冷通道進(jìn)行必要的維護(hù)時(shí)。
保持一個(gè)穩(wěn)定的溫度環(huán)境能夠有效降低UPS輸出負(fù)載突然增加的風(fēng)險(xiǎn)。為減少因冷量丟失引起的溫度變化，服務(wù)器風(fēng)機(jī)會(huì)增加轉(zhuǎn)速，整個(gè)系統(tǒng)功耗會(huì)隨之增加。如果系統(tǒng)增加的功耗沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)墓芾�，UPS就會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)(ASHRAE)與主要的IT設(shè)備制造商合作，為數(shù)據(jù)處理環(huán)境建立適用溫度標(biāo)準(zhǔn)，其中包括推薦的計(jì)算機(jī)設(shè)備，使服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可靠運(yùn)行所需的進(jìn)風(fēng)溫度。截至2015年，ASHRAE準(zhǔn)則（世界通用）建議設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度是18-27°C干球溫度（66-81°F）、露點(diǎn)溫度9 C至15 C（-15-59°F）以及60%相對(duì)濕度以內(nèi)。需要特別提醒的是，連續(xù)冷卻要求的實(shí)際服務(wù)器入口溫度與ASHRAE準(zhǔn)則要求的溫度是相獨(dú)立的。ASHRAE準(zhǔn)則中服務(wù)器進(jìn)口溫度取決于業(yè)主實(shí)際需求。
然而，因?yàn)樗P(guān)系到一個(gè)穩(wěn)定的溫度環(huán)境，Uptime Institute里面對(duì)于連續(xù)冷卻的要求參考了ASHRAE準(zhǔn)則中所要求的允許范圍。ASHRAE準(zhǔn)則規(guī)定了IT設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度的最大值。對(duì)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心（特別要求）來(lái)說(shuō)，典型IT設(shè)備在單位小時(shí)內(nèi)最大溫升范圍應(yīng)小于5℃。其他IT設(shè)備的單位小時(shí)最大溫升范圍應(yīng)小于20℃。對(duì)于一個(gè)有各種設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，ASHRAE要求在任意15分鐘內(nèi)，溫度波動(dòng)范圍都應(yīng)該在5℃以內(nèi)，需要特點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，這里講的溫度變化不是一個(gè)簡(jiǎn)單的變化率，而是一個(gè)離散的溫度增加/減少范圍。
連續(xù)制冷必須能夠在機(jī)械制冷系統(tǒng)重新啟動(dòng)整個(gè)周期內(nèi)提供穩(wěn)定的溫度環(huán)境
這些參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中有許多影響，例如：
考慮到在采用冷水機(jī)房空調(diào)（CRAH）和冷通道形式的數(shù)據(jù)中心中，通常將服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)置在20℃。如果溫度控制精度為1℃，假設(shè)機(jī)房空調(diào)和IT設(shè)備沒(méi)有混風(fēng)，那么在正常設(shè)置情況下，數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的進(jìn)口溫度為19-21°C。
當(dāng)剛好服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度在19°C下限溫度時(shí)，機(jī)房空調(diào)發(fā)生供電系統(tǒng)故障導(dǎo)致其出風(fēng)溫度上升到24℃臨界值。因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)溫度不能在任意15分鐘內(nèi)，偏離°19-24之間。這也意味著，如果機(jī)房空調(diào)能在15分鐘內(nèi)恢復(fù)制冷，但機(jī)房空調(diào)不能過(guò)度制冷到19℃以下的溫度。
保持這個(gè)溫度范圍必須密切關(guān)注機(jī)房空調(diào)的控制邏輯。我們舉同一個(gè)例子，如果一個(gè)機(jī)房環(huán)境溫度最高為22℃，為了保證能夠在任意15分鐘內(nèi)當(dāng)機(jī)房空調(diào)發(fā)生故障而溫度變化范圍小于5℃，那機(jī)房空調(diào)最低溫度不能低于17℃。
同時(shí)，還須考慮恢復(fù)機(jī)械制冷系統(tǒng)所需的時(shí)間。ASHRAE以15分鐘作為一個(gè)最大溫度允許變化區(qū)間。Tier Standard: Topology要求：連續(xù)制冷必須具備在無(wú)論是制冷系統(tǒng)中斷或供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障重啟時(shí)，都能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的溫度環(huán)境。機(jī)械制冷系統(tǒng)重啟時(shí)間是從故障開始計(jì)算到發(fā)電機(jī)（或其它現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電系統(tǒng)）開始工作直到達(dá)到關(guān)鍵負(fù)載要求，即當(dāng)機(jī)械制冷系統(tǒng)開始重啟并恢復(fù)運(yùn)行，且能夠在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下提供額定制冷量。舉例說(shuō)明：就是冷水主機(jī)從不能正常工作到開始重啟并能夠提供正常的供回水溫度以及流量之間的時(shí)間。
雖然設(shè)備廠商一直在努力減少設(shè)備重啟時(shí)間，但是電源故障到系統(tǒng)重新恢復(fù)提供穩(wěn)定的制冷量的間隔時(shí)間仍需要作為一個(gè)關(guān)鍵時(shí)間數(shù)據(jù)，作為一個(gè)關(guān)鍵的間隙時(shí)間段。比如：如果制冷系統(tǒng)在發(fā)生故障后需要10分鐘才能恢復(fù)穩(wěn)定，那么必須為冷量?jī)?chǔ)備系統(tǒng)（TES）提供10分鐘的冷凍水儲(chǔ)存。
雖然Tier IV等級(jí)是唯一有連續(xù)制冷要求的Tier等級(jí)，但是負(fù)荷密度高于平均值的數(shù)據(jù)中心應(yīng)該考慮連續(xù)冷卻以減輕由于電力故障或器件失效而導(dǎo)致的溫度急劇升高。作為一個(gè)參考，Uptime Institute在一個(gè)單柜密度6kW的機(jī)房進(jìn)行過(guò)測(cè)試證明，當(dāng)冷量丟失或僅僅是空氣移動(dòng)速度降低后，機(jī)房里面的空氣溫度在60秒內(nèi)就會(huì)急劇上升超過(guò)最高溫度值。另外，這個(gè)試驗(yàn)也證明，一分鐘的冷量損失需要20分鐘才能恢復(fù)。
考慮到當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS會(huì)繼續(xù)為IT設(shè)備進(jìn)行供電，但是其他機(jī)械制冷系統(tǒng)此時(shí)已經(jīng)斷電。根據(jù)目前的制冷方案，這種中斷會(huì)持續(xù)幾分鐘時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，任何溫度的升高都有可能損壞機(jī)房?jī)?nèi)的IT設(shè)備。連續(xù)制冷就是提供一種方案，能夠使得在機(jī)械制冷系統(tǒng)或其它制冷系統(tǒng)恢復(fù)前，機(jī)房?jī)?nèi)的溫度能夠保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。合理的連續(xù)制冷設(shè)計(jì)方案在任何情況下都能夠有效的保證設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。
在機(jī)械制冷系統(tǒng)或其他冷卻系統(tǒng)恢復(fù)期間，連續(xù)冷卻提供了一種使溫度環(huán)境保持穩(wěn)定的方式
連續(xù)制冷要求的應(yīng)用
Tier IV等級(jí)是唯一有連續(xù)制冷要求的Tier等級(jí)，以下是一些新的能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)制冷的方法。Tier標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定連續(xù)制冷的具體形式，它只要求了具有滿足連續(xù)制冷效和基本性能標(biāo)準(zhǔn)。因此，也會(huì)存在其他方法能夠?qū)崿F(xiàn)下面關(guān)于的連續(xù)制冷的描述。
例1：
冷凍水系統(tǒng)的連續(xù)冷卻通常是利用冷量?jī)?chǔ)備系統(tǒng)（TES）能力（通常稱為蓄冷罐）來(lái)完成的。二次泵和機(jī)房空調(diào)都要滿足UPS容錯(cuò)，電源可以是IT UPS，也可以是專門用于機(jī)械制冷系統(tǒng)的獨(dú)立的、同時(shí)可維護(hù)或容錯(cuò)的不間斷電源系統(tǒng)。如果制冷系統(tǒng)是主制冷系統(tǒng)，那么水泵就必須接入U(xiǎn)PS系統(tǒng)中。此外，還必須考慮蓄冷罐以及它們?nèi)绾闻c冷卻水分配系統(tǒng)相連接。根據(jù)蓄冷罐與冷凍水分配系統(tǒng)的連接，供回水的冷凍水可能會(huì)混水（水溫會(huì)較高），進(jìn)而會(huì)減少儲(chǔ)冷水罐為IT設(shè)備提供穩(wěn)定的熱環(huán)境的時(shí)間。
例2：
直接膨脹（DX）連續(xù)冷卻系統(tǒng)要求機(jī)房空調(diào)（CRAC）和室外冷凝器要能夠同時(shí)便于維護(hù)且能夠滿足UPS系統(tǒng)容錯(cuò)。此外，DX系統(tǒng)可能需要一些額外的技術(shù)方案，以滿足連續(xù)冷卻的要求。機(jī)房空調(diào)正常運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)會(huì)引起壓縮機(jī)暫停運(yùn)行幾分鐘，在高熱密度的環(huán)境中，這些間隙保護(hù)在機(jī)房空調(diào)正常運(yùn)行和故障期間都會(huì)引起較大的溫度波動(dòng)，從而導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的熱環(huán)境。
例3：
直接蒸發(fā)或間接蒸發(fā)冷卻中的連續(xù)制冷，則需要水泵（次級(jí)或系統(tǒng)循環(huán)）和分布式風(fēng)機(jī)能夠具有容錯(cuò)能力UPS電源。
例4：
采用100%的室外空氣系統(tǒng)提供全年自然冷卻（直接新風(fēng)）的連續(xù)冷卻，要求風(fēng)機(jī)（或向機(jī)房傳送空氣的系統(tǒng)）能夠滿足容錯(cuò)的UPS電源。
當(dāng)IT供電系統(tǒng)為動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)式UPS時(shí)，冷卻系統(tǒng)與IT系統(tǒng)掛在同一個(gè)母排上，則可不需要額外的連續(xù)制冷措施。因?yàn)闄C(jī)械制冷系統(tǒng)在從市電到發(fā)電機(jī)（或其它備用電源）電源的傳輸過(guò)程中不會(huì)遇到中斷。如果采用沒(méi)有電池的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)式UPS串聯(lián)帶冷凍水系統(tǒng)，則現(xiàn)場(chǎng)必須能夠證明，如果沒(méi)有安裝冷量存儲(chǔ)系統(tǒng)（TES），服務(wù)器平均入口溫度不會(huì)超過(guò)先前規(guī)定的限制范圍。每一個(gè)具體的案例都應(yīng)該進(jìn)行檢測(cè)，以確保在失去電力時(shí)能滿足穩(wěn)定的熱環(huán)境的要求。
結(jié)論：
通過(guò)在制冷系統(tǒng)出現(xiàn)任何中斷期間能夠?yàn)镮T環(huán)境提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度，例如從市電故障到發(fā)電機(jī)電源的轉(zhuǎn)換期間，連續(xù)制冷能夠確保市電故障不會(huì)造成昂貴的IT硬件或關(guān)鍵設(shè)備因溫度上升導(dǎo)致的損毀，同時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致UPS輸出過(guò)載。雖然連續(xù)制冷只在Tier IV標(biāo)準(zhǔn)中有要求，但從保護(hù)數(shù)據(jù)中心設(shè)施和IT設(shè)備的角度看，如果平均密度超過(guò)單機(jī)柜4kW，則正常也應(yīng)該考慮連續(xù)制冷。
連續(xù)制冷是對(duì)于平均密度4kW以上設(shè)備和IT資產(chǎn)的一種安全防護(hù)措施。
tag標(biāo)簽:
Tier(3)等級(jí)認(rèn)證(1)連續(xù)制冷(1)
