Solutionsforhotspotindatacenter

數據中心熱點ChenYunshuiAirsysRefrigerationEngineeringTechnology(Beijing)Co.,Ltd.阿爾西制冷工程技術(北京)高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Really?真實情況是什么？Isthehotproblemreallysoserious?熱問題真的如此嚴重嗎？高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案內容數據中心熱密度發展史數據中心高熱密度實際狀況“熱點”與“熱區”的概念熱點與熱區應區別對待1熱點形成的原因當前熱點解決方案及其缺點23456高熱密度到底有多高？熱問題并不是“高熱密度”ONSPOT熱點空調機ONSPOT熱點空調機的類型總結7891011高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案CONTENTSHistoryofhighheatdensityofdatacenterRealstatusofoverheatindatacenterConceptof“hotspot”&“hotarea”Differenttreatmentsforhotspotandhotarea1Whyhotspot?Currentsolutionsandshortages23456Howhighisthe“highheatdensity”MainproblemisnothighheatdensityONSPOTAIRCONDITIONERTypesofONSPOTunitSummary7891011高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案數據中心高熱密度解決方案歷史從2000年前后開始，由于數據中心電子設備發熱量快速增加，不斷有人提出數據中心高熱密度問題。越來越多的解決方案也被提出來。同時隨著互聯網技術的發展，數據中心的規模越來越大，發熱量也越來越大，因此，所謂的“熱問題”也越來越嚴重。參見下圖。Thehistoryofhighheatdensityofdatacenter高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案數據中心熱密度發展趨勢Reallysohighdensity?熱密度真的這么高嗎？Heatdensitytrendsindatacenterequipments高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案90%ofdatacenter:OverheatexistedVerycoldatthesametimeAfteralotofsurveytothedatacenter數據中心實際過熱情況Realstatusofoverheatindatacenter經過大量調查：90%以上數據中心存在過熱然而，同時感覺到非常冷高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Hotspot：thehotspaceformedbyseveralcabinetswithoverheatHotarea:thehotspaceformedbymorecabinetswithoverheat熱點：由少數幾個過熱機柜形成的范圍較小的偏熱區域熱區：由較多相互靠近的過熱機柜形成的范圍較大的偏熱區域“熱點”與“熱區”概念HotspotHotareaConceptof“hotspot”&“hotarea”高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案HOTSPOT≠HOTAREA熱點≠熱區熱點和熱區應區別對待DifferenttreatmentsforhotspotandhotareaMostofthecurrentsolutionsforhotproblemindatacenterisactuallypreparedfor“hotarea”,evenbepreparedforthewholedatacenterroom----Alotofenergywaste.目前，大多數數據中心熱問題的解決方案實示上都是為“熱區”而設計的，甚至是為整個機房而設計的----這會造成大量能源浪費Because:HotspotisdifferentwithHotarea因為“熱點”不等于“熱區”Shortageofexistingsolutions現有方案的缺點Biginvestment,quantityofworkingamount,longprojectworkingduration,highenergyconsumption投資高，工作量大，項目周期長，能量消耗多Reason:Nogoodsolutionsforhotspot源于：缺少良好的熱點解決方案高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Whyhotspot?為什么會出現熱點？BadairdistributionElectr.devicesnoteveninstalledincabinetPeakloadofequipment氣流組織不好機柜內部結構不當或元器件分布不均設備高峰負荷集中制冷能力不足不是主要原因Theinsufficientcoolingcapacityisnotthemaincause.Detailfollowed詳見后面高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Actuallynotthein-sufficientcoolingcapacityofPACDueto:ColdaircannotbereachedtohotplaceSlowairsupplyspeedObstaclematerialinthewayofairsupplyairHighairflowresistanceinthewayofairsupplyLowairsupplypressurePlaceofsupplyairgrillisnotcorrectAirvolumeisnotmatchedwiththeloadofservercabinetBadairdistribution機房氣流組織不好出現熱點，并不是因為機房空調機的制冷量不足是因為:冷風不能送到熱點位置或熱點位置冷風量不足送風速度過低送風通路上有阻礙物送風通路上空氣阻力過高送風風壓不足送風格柵的位置不合適送風量與機柜的熱負荷不匹配高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案機柜內電子元器件不均勻LowerdensityofE.devicesHigherdensityofE.devicesElectr.devicesnoteveninstalledincabinet高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Peakloadofequipment通信高峰PeakcommunicationWhenitisatthepeaktimeofcommunication,theheatgeneratedbyserverishighbecauseoftoomuchcalculation在通信高峰時段，服務器會產生更多的熱量，因為此時的計算工作量大高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Internalstructureofcabinet設備內部結構ToomanydevicesinthecabinetUn-evendistributionofdevicesUn-evenheatloadofdevicesInsufficientairvolumecapacityofinternalfansHighdevicesdensityInsufficientairflow機柜內部元器件太多元器件分布不均勻各元器件負載不一致機柜內部風機風量不足高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Currentsolutionsandshortages當前方案及缺點Reducethetemp.ofdatacenterInstallmoreaircons.Dispersetheheatload降低數據中心機房溫度新增機房專用空調機分散過熱機柜的負載高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案常規機房控制溫度為:24℃經常被降低到：20℃-18℃或更低機房溫度降低1℃，空調機的制冷效率會降低2－3%，甚至更多。同時，其制冷量會降低3－5%，不但如此，這還會引起空調機不必要的除溫和加溫。如果機柜內部進一步過熱，這種方法就不可行了。因為機房溫度過低時，空調機制冷盤管會結霜降低機房的溫度容易方便但不節能機房控制溫度EER能效比24℃機房溫度降低能耗增加20℃高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Normalcontroltemp.ofDC:24℃Itisoftenbereducedto20℃or18℃orevenlowerbyadministratorofDCWhentheroomtemp.isreducedby1℃，thecoolingefficientofairconditionerwillbereducedby2-3%orevenmore,andatthesametime,thecoolingcapacityofACwillreduceby3-5%,furthermore,therewillbemoreun-necessaryhumidifyinganddehumidifying.Iftheoverheatofcabinetgoesworse,thiswaywillnotwork,becausethecontroltemp.ofDCcannotbereducedfurthermoreduetofrozenonthecoilofAircon.Reducethetemp.ofdatacenterEasyConvenientButenergywasteControltemp.ofDCEERNormalcntrl.Temp.Ccntrl.Temp.forhotDCPowerconsumptionat24℃Powerconsumptionat20℃Controltemp.decreasingEnergyconsumptionincreasing高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Installmoreaircons.

添加空調機Anyway,thiswillleadtoabiginvestment.這種方法的投資很高,還不一定能解決問題Someuserthinkaboutsimplythattheoverheatiscomefrominsufficientcapacityofairconditioner,so,installmoreairconditionerforthedatacenter.Insomecases,itworkswhentheairconditionerisinstalledatagoodpositionandthecoldaircanbesuppliedhotposition.Manycases,itdoesnotworkwell.某些用戶簡單認為出現過熱是因為空調機冷量不足，所以就添加空調機。某些情況下，當空調機的安裝位置合適、冷風可以直接送達過熱位置時，這種方法有效。高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案將負荷分散當某個機柜出現過熱時，有經驗的用戶會將該機柜內部的設備分開安裝到其它發熱量較小的機柜這種方式很有效，不過，有較大的拆、裝工作量當相關元器件不能分散、必須安裝在一個機柜內部時，這種方法就不能使用了。高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Dispersetheheatload

Thedeviceswithhigherheatloadiscentralizedin1cabinetThedeviceswithhigherheatloadisdispersedtomanycabinetsWhenthereisacabinetoverheated,theexperienceduserwilldispensetheheatloadtomanycabinets,thatistosay:movetheelectronicdevicesintheoverheatedcabinettoovercabinetwithlowheatload.Thismethodsworks,but,therearealotoflaborworksfordismantling,assemblingandrelatedexpenses.More,sometime,thismethodscouldnotbecarriedout,becausesometimes,allthecomponentsorserversmustbeinstalledatasamecabinetfortheneedsofmanagement.高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案出現過熱現象時，機房管理人員會同相關專業人員商量。有經驗的設計師、安裝人員在現場考察之后，會推薦這個方案。應該說，這是一種好的方案。調整空調機的位置、調整氣流分布后，問題可以解決。優化空調機的安裝位置相關工作和費用:

重新安裝風管、水管、制冷劑管路重新接線、調試注意事項:

費用仍較高較長的施工周期某些時候，此方案不可行。高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Whenthereexistshotspot,theadministratorofDCwillconsultwithairconditioningsupplier.Theexperienceddesigners,installationpeopleswillputforwardthissolutiontouseraftersurveyingtothedatacenter.Itshouldbeconfirmedthatthisisagoodsolution.Theairflowdistributioncanbeimprovedandtheoverheatcanbeeliminatedbythismethod.Worksandexpenses:Re-pipingforairduct,waterpipe,refrigerantpipesIssues:HigherexpensesLonginstallationengineeringdurationMaynotbepossibletocarryoutsometimes.OptimizetheinstallationpositionofAC高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Accurateairsupplyorreturn精確送風或回風Thisisaverydirectsolution:MakethecoldairfromACdirectlybesuppliedtothehotpositionorhotairreturnedfromhotposition.Issuesandconsiderations:AirpressureofACshouldbehighenough,ifnotso,afaninairductisneeded.(thisisthemostcases)NobackupofACHighinvestmentNeedbigspaceforairductinstallation

這是一種非常直接的方案:將冷風直接從空調機的出風口送到過熱位置或者將過熱位置的熱空氣抽走到不過熱位置注意事項:空調機的風壓必須足夠，必要時在風管上安裝風機（一般都需要）要注意空調機有停機的時候投資高風管安裝的工作量大，空間占用多高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Buildnewmachineroom新建機房Thisisanextremewaybutalsopopularone.Manyun-necessarynewmachineisbuiltupbecauseofheatproblem.Accordingtoourviewpoint,mostofthecases,thenewmachineroomisnotnecessarytobuild.Exceptthatthereisanotherbigreasonbesidesofhotproblem.這是極端的做法，卻也是比較普遍的做法。因為熱問題而興建了許多不必要的新機房。根據我們的觀點，多數情況下，這些新機房是不需要建造的。除非有其它熱點問題之外的大原因。高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Howhighisthe“highheatdensity”(1)熱密度到底有多高？Overheatedcabinet=Highheatdensitycabinet+Superhighdensitycabinet所謂過熱機柜是指高熱機柜以及超高熱機柜高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Howhighisthe“highheatdensity”(2)熱密度到底有多高超高熱機柜Superhighdensitycabinet5%高熱機柜Highdensitycabinet95%Weshouldpaymoreattentiontothe“highdensitycabinet.Weshouldusedifferenttreatmentsforhighdensityandsuperhighdensitycabinet.由于高熱機柜占大多數，所以，我們應將更多的注意力放在高熱機柜，并且對超高熱機柜與高熱機柜采用不同的處理方法。高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案主要問題并不是高熱密度熱點高熱密度我們所談論的高熱密度只是一個表面現象，并不是真正原因。真正的問題是“熱點”實際之中，我們大多情況下談論的所謂“高熱密度”問題實際上是“熱點”問題。關鍵原因高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案MainproblemisnothighheatdensityHotspotHighdensityHighheatdensityisasuperficialphenomena,nottherealcauseTherealissueisthe“hotspot”Mostly,whatwetalkedisactuallythehotspotproblem.KeycauseRootcause高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Anairconditionerspeciallydesignedforhotspotindatacenter.CauseofhotspotTypeofhotspotAirdistributionororganizationFeatureEasyuseEasyinstallSmalldimensionsLightweightFlexiblePlug&playThemostsimplifiedandcorrectwaystosolvehotproblemindatacenter這是解決數據中心熱問題的最簡單直接和最正確的方法HOTSPOT

ONSPOTONSPOT熱點空調機這是為數據中心熱點而特別設計的空調機熱點形成的原因熱點的類型氣流分布和組織產品特點容易使用容易安裝尺寸小重量輕靈活即插即用ONSPOTAIRCONDITIONER高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案機柜的進風由ONSPOT預冷到14－16℃，這樣機柜的出風就降低到28－30℃。這樣機柜的過熱現象就消除了。WorkingphilosophyofONSPOT工作原理過熱機柜的進出風溫度當過熱機柜進風口安裝ONSPOT空調機時冷凝熱以較高速度送到不過熱的地方CabinetCabinet高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Theenteringairispre-cooledto14-16℃,so,theleavingairtemp.isreducedto28-30℃andtheoverheatofthecabinetisremoved.WorkingphilosophyofONSPOT工作原理Enteringandleavingairtemp.ofoverheatedcabinetAnONSPOTairconditionerisinstalledinfrontofanoverheatedcabinet.CondensationheatisblowtoaplacefarawayfromhotspotCabinetCabinet高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案客廳分體空調室內機冰箱分體空調室外機以客廳中的冰箱為例:在客廳中安裝了一臺分體式空調機與一臺冰箱分體機制冷量：5200W冰箱熱負荷：100W,約為空調機制冷量的2%1個常規小型數據中心的面積約為：150m2其總熱負荷為：120kW一般情況下會配置：180kW制冷量的機房專用空調機ONSPOT工作時的熱負荷為：1.1kW如果有5個熱點,安裝5臺ONSPOT，則其總熱負荷為：5.5kW,只有機房空調機總制冷量的3.3%。如果增加到10個熱點，使用10臺熱點空調機，也只引起11kW的熱負荷，占空調機制冷量的6.6%。由于ONSPOT并不是連續運行，其實際總熱負荷較低，只有上述計算值的70%左右。由此可見，ONSPOT工作時的熱負荷可以忽略不計實際上，我們使用其它方法消除熱點時，所引起的附加熱負荷比ONSPOT均要高一些。ONSPOT空調機增加機房熱負荷嗎？高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案LivingroomIndoorunitofsplitACRefrigeratorOutdoorunitofsplitACYoumayask:TheONSPOTairconditionerisinstalledinsidedatacenter,DoestheONSPOTairconditionerincreasestheheatloadtodatacenter?Orwillitmakemoreoverheat?No.Neednottothinkaboutthisissue.Forexample:ThelivingroomwithasplitairconditionerandarefrigeratorTheaveragecoolingcapacityofSplitAC:5200WTheaverageheatloadofrefrigerator:100W,around2%ofcoolingcapacityofsplitAC.Let’scomparewithONSPOTindatacenterAnormalsmalldatacenter:150m2with120kWheatingloadand180kWprecisionAC.TheheatingloadofanONSPOTis1.1kWIfthereis5hotspots,wewilluse5ONSPOTunits,thetotalheatingloadis5.5kw,whichis3%oftotalcoolingcapacityofPAC.Ifthereis10hotspots,wewilluse10ONSPOTunits,thetotalheatingloadis11kw,whichis6%oftotalcoolingcapacityofPAC.BecausetheONSPOTwillnotberunningcontinuesly,thetotalheatingloadofONSPOTwillbelowerthanabovecalculation,around70%.Besides,ifyouuseothermethodstoremovethehotspot,itmayproducemoreheatloadtothedatacenter.PleaserefertotherelativewhitepapersofAirsys.DoesONSPOTincreasestheheatloadtoDC?高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案許多用戶采用降低機房溫度的辦法來解決熱點問題。然而這種方法會導致高能耗。如果使用ONSPOT機組，不但不需要降低機房的溫度，還可以升高機房的溫度，從而節約大量的空調電能消耗。Manyuserswilldecreasetheroomairtemp.indatacenterifthereisahotspot.Butthiswillleadtoahigherenergyconsumption,becausewhenairtemperaturegoesdown,thecoolingefficiencyofairconditionerwillgoesup.IfyouuseONSPOTunits,youwillnotonlyneednottodecreasetheroomtemperature,butalsoincreasetheroomtemperature,say:28℃，andget10%aroundenergysavedONSPOT節能ONSPOTSAVESENERGYEnergyconsumptionratiocurve能耗比例曲線名義工作點Nominalworkingpoint高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案Manyuserswilldecreasetheroomairtemp.indatacenterifthereisahotspot.Butthiswillleadtoahigherenergyconsumption,becausewhenairtemperaturegoesdown,thecoolingefficiencyofairconditionerwillgoesup.IfyouuseONSPOTunits,youwillnotonlyneednottodecreasetheroomtemperature,butalsoincreasetheroomtemperature,say:28℃，andget10%aroundenergysavedONSPOTSAVESENERGYEnergyconsumptionratiocurveNominalworkingpoint高密度發熱數據中心空調系統技術解決方案應在數據中心機房配備數臺ONSPOT產品，出現熱點時，將熱點空調機移到熱點位置，接上電源，熱點就消除了，就像滅火器一樣。SeveralONSPOTshouldbepreparedandbackedupindatacenter.Ifthe