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制冷量系数(CCF)在数据中心的价值(二)

       CCF是数据中心冗余制冷量的直接指标。大部分数据中心,在IT设备得不到充分冷却的同时却运行着过剩的制冷量。冷却不充分是指IT设备的进风温高于或低于由ASHRAE为主要任务设备制定的标准温度。由ASHRAE制定的IT设备推荐允许的进风温度范围如图5所示。ASHRAE明确指出,推荐的范围适用于传统设备。确定CCF值,找到进风温度不良的根本原因是缺乏制冷量还是气流组织管理不理想。

  (ASHRAE:美国采暖,制冷与空调工程师学会)


  冗余制冷量产生的最主要原因是旁通气流(这在其它文章已作出详细说明):精密空调提供的冷却气流在返回精密空调之前未通过IT设备的那部分气流。最小化旁通气流对于优化冷却基础设施至关重要。另一种估计旁通气流的方法是将UPS负荷乘以120 ,IT负荷的行业平均值用CFM/kW表示。(CFM是气体流量单位)这是IT负荷所需的气流量。将这个量与运行的精密空调提供的气流量进行比较,可能会发现该数据中心存在明显的过多供给的冷却气流。(制造商说明书可以提供精密空调气流量的数据。)另一个低效率指标是将精密空调的送风温度与一些最高机架进风温度相比。温度升高是IT负荷污染供应的冷却气流产生的废气造成的。

  “合理规模”制冷量可提供以下优势:

  1. 通过提高回风温度提高精密空调的效率

  2. 通过消除热点和冷点提高IT设备的可靠性

  3. 通过提高制冷的有效性和效率降低运营成本

  4. 释放冗余制冷量来增加数据中心制冷量

  5. 通过提高制冷量冷却更多的IT设备来实现业务增长

  6. 推迟增加冷却基础设施资本支出,或者可以建立一个新的数据中心

  7. 降低冷却负荷改进PUE

  8. 通过减少公用设施的使用减少碳排放

无论数据中心是否有进风温度问题,CCF都适用

  数据中心目的之一是为IT设备提供稳定和适当的进风温度。由此,将数据中心分为两类,

  1、 具有进风温度问题的数据中心

  2、 没有进风温度问题的数据中心

  对于没有进风温度问题的数据中心,计算CCF可以更有效帮助数据中心更有效运行,同时可以降低运营成本,还可以为后期IT设备增长释放更多制冷量。

  对于具有进风温度问题的数据中心或保持适当进风温度,第一个要解决的问题是:是不是由于缺乏冷却能力或气流组织差而引起的问题?计算CCF可以明确回答这个问题。


计算制冷量系数(CCF)


  CCF通过将总运行的额定制冷量(千瓦)除以IT设备关键负载(千瓦)的110%来计算。

  总制冷量是运行精密空调额定制冷量的总和。如果所有精密空调都正在运行,则这将与总安装的精密空调的额定制冷量相同。例如,如果安装10台制冷量为30冷吨精密空调,运行其中的7台,则总制冷量为739千瓦( 7 x 30 = 210冷吨, 210x 3.52 =739KW)。将冷吨换算成千瓦,乘以常数3.52。

  (备注:1美国冷吨=3024千卡/小时(kcal/h)=3.517千瓦(KW))

  数据中心的IT负载等于数据中心的UPS输出。确保使用的UPS输出仅用于数据中心内设备。如果UPS向其它数据中心提供输出,则必须从UPS总输出中减去这些负载。要计算UPS输出中未反映的数据中心典型负荷(照明、建筑围层、人员等)需要添加10%。

  制冷量系数=总运行制冷量/ PUS输出x 1.1

  精密空调通常涉及到额定制冷量(如30冷或20冷吨精密空调)。如果额定制冷量未知,请记录精密空调铭牌上的型号


(图6 ),并在线搜索或致电制造商。

  额定制冷量是指精密空调在标准条件下总的制冷量,解精密空调的额定制冷量是很重要的,它涉及返回精密空调气流的温度和相对湿度。通常标准条件是75 ℉( 24℃)和45%的相对湿度( RH)。如果回风条件不同,设备将有不同的制冷量。如果回风温度比低于标准状态,设备将输送小于额定的制冷量。如果回风温度高于标准状态,设备将超过的额定制冷量。

  如果数据中心规划、配置合理,使用精密空调额定制冷量计算CCF,精密空调至少可以提供额定制冷量。事实上,在数据中心运行状态下,许多精密空调设定的回风温度都比标准值要低,这两者的差别在于运行状态下实际提供的制冷量与在理想状态下提供的潜在制冷量或者设定回风温度高,这都是制冷量过剩的一种表现。


如何理解CCF值,合理改善数据中心


  CCF值为1.0到1.1的数据中心,又恨少或没有冗余制冷量。主要是在这些数据中心中在透彻了解AFM基本原理基础上,进行改善,尽可能提供冗余制冷量。根据自身情况需要,增加精密空调来产生冗余制冷量。气流组织的改善会改变IT设备进风温度,并为提高精密空调进风温度提高创造条件,这样可以提高精密空调的效率和制冷量。在CCF值为1.0-1.1的条件下,不能关闭精密空调或降低风扇转速。

  CCF值为1.1至1.2的数据中心,运行精密空调的数量与数据中心的热负荷密切相关。IT设备的进风温度没有超出ASHRAE推荐的范围,而且气流组织管理相应做到位。每10台精密空调约有一台冗余(10 1)。在大多数情况下,如果有一个精密空调发生故障,足以保持数据中心的制冷。除非数据中心内有24小时全天候的监控和人员配置,否则不应关闭空调。

  CCF值为1.2至1.5的数据中心,有适度机会关闭精密空调实现降低运营成本。这通常只能在气流组织得打充分改善后才能成功。降低成本并不需要全面的遏制策略,但是需要彻底密封高架活动地板的开放区域和机架间的开放空间,并且将风口地板和格栅风口地板放置在最佳位置。

  CCF值为1.5到3.0的数据中心是最常见的。这些数据中心有大量机会可以降低运营成本、改善IT环境并增加能被有效冷却的IT负荷。在这一范围内的数据中心通常有明显的可以通过改善气流组织从而释放过剩制冷量。

  CCF值大于3.0的数据中心有很大的改善潜力,因为运行精密空调的总额定制冷量至少是IT负荷的110%的三倍。


CCF值的最理想范围


  有几个因素影响数据中心最佳情况下的CCF值。良好的数据中心平面规划对达到理想CCF值有很大的影响。如果机柜面向同一方向(传统布局)并且大量独立设备,这样的气流组织能效比是很不理想的,并且制冷量与IT负载也是有着密切的关系。此时,CCF在1.8左右。没有做气流遏制系统的数据中心将比做气流遏制系统的数据中心拥有更高的CCF值。更多的应用气流遏制系统的数据中心能实现最低CCF值。根据精密空调的规格和数量,采用集装箱或模块化应用的数据中心CCF值看可以降低至1.2。

其它重要指标

  如果不需要计算数据中心CCF值,其它指标也有助于准确算出气流组织在数据中心的有效性和效率:

  1、 热点与冷点的数值是制冷效果的重要衡量指标。

  2、 从精密空调到IT机柜进风温度的变化表明在进入机柜的冷风与多少其它气流混合(比如与回风混合等)。

  3、 从IT设备进风温度到从机柜热通道返回到精密空调的回风温度表明,在从风口地板向机柜进风开始就有多少气流与之混合,回风的时候又与多少气流与之混合。

  此外,PUE值已成为确定数据中心基础设施总体效率的最普遍的指标。事实上,PUE显示出来的是冷却基础设施是数据中心电力的最大消耗因素。

  因此,提高冷却基础设施的效率将对降低PUE能产生显而易见的效果。然而,PUE虽是一个很好的总体指标,但它并不能带我们找到改善数据中心问题的根源与机会。业界人士需进一步对数据中心CCF进行分析和论证,从而帮助改善自身数据中心得到改善。

(文章转自机房360)

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