热通道密封和冷通道密封已经在计算机房中使用多年了，以提高效率，增加机架密度和提高计算机房的总体利用率。到目前为止，整个数据中心行业主要使用硬墙密封遏制和软帘密封遏制的解决方案来实现这些目标。本文中，我们将为广大读者朋友们介绍一种更为简单、更符合成本效益、而且更容易部署实施的、被称为模块化密闭遏制(Modular Containment)的解决方案。
许多企业组织正在采取措施，以便在其计算机房内改进空气流管理(AFM)。这些措施可能是出于希望改进IT设备的进气温度，提高设备的可靠性，增加冷却能力或降低运行成本的动机。改进计算机机房AFM的第一步是部署实施开口具备垫圈的密封的活动地板和安装挡板的基本实践方案。然而，即使有了这些改进，许多企业组织仍然难以实现他们的目标。
有研究表明，一般的计算机机房所具备的冷却能力比其安装的IT负载所需的冷却能力高3倍至4倍。通常，安装这种过量的容量是为了用以克服由计算机机房的低效配置和操作导致的热点。过度驱使冷却系统以消除热点，并克服糟糕的空气流管理会导致能量的浪费，并同时也限制了计算机机房的冷却利用率。
数据中心通常可以通过投资于过道密封遏制的解决方案来实现其冷却能量开销的显著降低，释放搁浅的能力，并能够改善计算机机房的操作环境。与其他类型的密封遏制解决方案类似，模块化密闭遏制解决方案可以消除热点，提高冷却能力利用率，并且通过一个未密封的计算机机房提供节能效果。模块化密闭遏制解决方案所提供的关键优势是快速的部署，不会中断现有操作，并且能够根据计算机机房的需要更改安装。在许多配置中，模块化密闭遏制解决方案代表了对于传统的热通道和冷通道遏制方法的一种简单的替代方法。
将热空气和冷空气实施物理分离的方法是提高数据中心的效率和利用率的最有效方法之一。在通道层面管理空气流对于实现这些目标是至关重要的。在计算机机房中安装AFM将能够降低能量消耗(以及相关的能量成本)，并且在机架和机架行级水平上提高利用率，同时保持或改善计算机机房的操作环境。
传统上，热空气和冷空气的分离需要实施固定的、高度定制化的热通道和冷通道密封遏制系统。这种方法需要详细的工程规划，需要额外的资金支持来实施，并会导致数据中心操作运营的中断，而且会使得未来的机架配置更改也相当不容易。与硬和软密封遏制设计不同，模块化密封遏制解决方案提供了完全的灵活性，以适应当前的通道配置，而不需要在计算机机房内的工程服务或建筑。这意味着模块化密封遏制可以轻松的实现，并可以增长和适应计算机房的变化。
具体来说，模块化密封遏制解决方案可以实现：
• 通过在冷却设备装置上允许更高的供给/回温设定点降低能源成本。其通过在单元内部的散热线圈上实现更大的温差而增加了冷却设备装置的效率。此外，这将有效地增加冷却设备装置的利用率和整个计算机室内的冷却系统的总容量。
• 消除热点。这可以通过提供较低的IT入口温度和较少的部件上的热应力来增加IT设备的可靠性。消除热点还通过允许IT设备风扇以较慢的速度运行来降低能耗。
• 在这些站点节约设备装置利用时长的增加有助于充分利用节约设备装置。
• 降低加湿/除湿成本。增加冷却设备装置的温度设定点可以减少线圈上的水分冷凝(潜在的冷却)。这降低或消除了潜在的冷却和加湿的成本。
• 增加机架密度。改进的AFM为机架带来了冷却能力的增加，并且因此潜在的提升了机架密度。模块化密封遏制更好地管理机架的空气流，减少了热空气和冷空气的混合，并减少旁路和再循环空气。这允许机架密度增加，而不超过ASHRAE TC9.9指南的机架入口温度。
本文的剩下的部分还将关注组成模块化密封遏制的组件，从这些组件创建模块化密封遏制解决方案，显示解决方案的预期优势的模型，以及模块化密封遏制解决方案的部署所带来的现场数据结果。
模块化密封遏制
管理计算机房中的空气流是增加利用率，降低能量使用和实现计算机机房更有效的运营的关键。模块化密封遏制系统中的组件允许数据中心操作人员通过寻找数据中心中的五大最重要的热空气和冷空气的混合区域来更好地管理空气流量：
• 在冷通道中控制冷空气。防止空气流超过机架顶部。
• 控制和引导热空气到达冷却设备装置。
• 在设备行中填充机架间的间隙。
• 防止空调或废气流过设备列的末端。
通过模块化密封遏制解决方案进行空气流管理的四个主要优势是：
1、减少空气流量的供应，这降低了运行成本和旁路空气流量。对于具备固定驱动冷却设备装置的数据中心而言，可能意味着其能够在任何时间减少所运行的冷却设备装置的数量。对于具有变频驱动冷却设备装置的数据中心而言，其将允许显著的减小鼓风机速度，从而减少能量的使用和成本。
2、防止热空气超过机架顶部从背面到正面再循环。这将减少在机架顶部的机架入口温度，并且能够增加冷却设备装置上的温度设定点。
3、防止热空气缠绕在机架行的末端再循环。这将沿着机架的高度减小机架的入口温度，并且还可以增加冷却设备装置上的温度设定点。
4、在机架行的间隙之间防止旁路和空气再循环。旁路空气简单地返回到冷却设备装置，而不在冷却的IT设备中执行任何工作。这是低效率和能量的浪费。围绕机架侧面进入的再循环空气与冷的供给空气混合并增加机架的入口温度。减少或消除混合也将有助于增加冷却设备装置的温度设定点。
模块化密封遏制解决方案有四个空气流管理组件。
1、弧度机架顶部挡板。
2、垂直机架顶部挡板。
3、双向门。
4、可调节的机架间隙面板。
如下，我们将为您详细介绍。
弧度机架顶部挡板
图1 弧度机架顶部挡板
通常安装在冷通道中IT机架的顶部前边缘。机架顶部挡板从机架的前边缘延伸到通道中，减小了通道的开放区域，并相对于周围区域稍微加压冷通道。此外，机架顶部挡板显著减少了从机架设备穿过机架顶部并回到机架的前进口的热废气再循环。
垂直机架顶部挡板
图2 垂直机架顶部挡板
通常安装在IT机架的顶部后边缘。这些机架顶部挡板进一步限制热/冷空气的混合。它们将机架后部的热排气与机架前部的冷空气分离，并产生一个烟囱效应，将热空气引向天花板室和冷却设备装置的返回。实际上消除了机架顶部上的空气再循环。垂直机架顶部挡板也可以安装在冷通道机架的前部。在一些计算机机房的配置中，这可以提供比弧度挡板更好的空气分离解决方案。
双向门
图3 双向门
在过道末端的门是进一步隔离计算机房中的热空气和冷空气混合的第三个部件。在大多数计算机机房中，热排气流在通道的末端缠绕在机架的侧面。这导致热空气和冷空气的显著混合，以及这些机架中的IT设备的入口温度的提高。
通常，对于此的补偿是添加多孔砖，增加冷却装置的空气流量，或降低温度设定点。虽然这些部署通常是奏效的，但其使用的是强力的方法。增加风扇速度或降低温度设定点对电气使用和能量成本具有显著的影响。为了几台机架而产生这些低效率是资源的浪费，并损害了利用率。
可调节的机架间隙面板
图4 可调节的机架间隙面板
模块化密封遏制系统的最终组件是可调节的机架间隙面板。当它们不彼此相邻时，可调节的机架间隙面板将密封机架之间的空间。在许多计算机机房中，机柜在机架行中不连续。间隙通常由于障碍物，例如支撑柱，可变宽度的机柜，机柜被移除和未更换，或许多其他原因造成。机架排中的开口允许排气的显著的旁路或再循环。防止这种情况提高了整个计算机机房的效率，并减少了机架级别的热点。
模块化密封遏制系统
下图5显示了模块化密封遏制系统的基本原理。当存在结构化的热通道/冷通道布局时，能够最佳地在任何计算机房中实现密封遏制。具体地，当每个设备排具有相等的长度时，使得通道的端部可以用一对双向门有效地密封。尽管这是理想的配置，但是可以通过在其它配置中安装而实现显著的益处，例如单排过道、独立设备、传统布局、不同长度的行等。
模块化密封遏制解决方案被设计为用于冷热通道密封的非密封架构。非密封架构是有益的，因为IT设备所需的空气体积存在相当大的变化。即使具有高度精细的气流管理，稍微过量的空气调节也会被输送到冷通道。这主要是为了适应IT设备空气流量需求的变化。稍微过量的气流量也是在机房中运行的冗余冷却能力的结果，因此当冷却设备装置失效时，仍有足够量的调节空气可用。如果没有用于过量气体逸出的开口，则可能在冷通道中产生过大的压力。当这种情况发生时，比设备实际所需的更多的空气被迫通过IT设备。 ASHRAE明确建议避免冷通道过压的这种情况。模块化密封遏制解决方案的开放密封结构通过将冷空气容纳到所需水平来解决这个问题，同时允许任何过量空气流在需要时逸出。
图5 模块化密封遏制系统
机架顶部挡板和双向门安装快速而轻松，无需使用工具。移动或重新配置这些组件很简单，不需要特殊技能。机架顶部垂直面板在传统的高架地板计算机房中工作良好，但也可以在具有专用冷通道供应管道的板地板环境中提供类似的益处。在淹没的供给/回流的环境中，在安装模块化密封遏制解决方案时，或存在计算机房内的空气流有任何类型的屏障的情况下，应当谨慎使用。在这种情况下，空气流的中断可能会导致机架入口空气温度升高。
火灾烟雾探测和抑制系统的影响
模块化密封遏制解决方案利用弧形挡板将从上方部分地包围通道。双向门将从末端封闭通道。在通道中部分地密封空气可能影响计算机房中的火灾烟雾探测模式，并且因此可能影响再检测系统的有效性。此外，通过安装机架顶部挡板和双向门产生的障碍物可能阻碍灭火剂的扩散。 与任何密封遏制解决方案的情况一样，具有管辖权的地方主管部门(AHJ)将做出关于系统是否满足防火和安全代码的最终确定，以及是否需要进行任何修改以使系统符合监管规定。
模块化密封遏制的CFD分析
由Upsite公司和第三方共同进行的计算流体动力学(CFD)分析表明，模块化密封遏制解决方案可以实现传统封闭的许多核心优势，例如降低入口温度，节能和增加机架密度，但没有当前的密封遏制选项的成本或操作的不便。模块化密封遏制解决方案的主要优点是其能够通过简单且具有成本效益的设计达到类似水平的功效。
无通道密封遏制(前视图)
图6 机架正面图
CFD模型显示了排气空气在机架顶部的再循环。红色表示温度超过了ASHRAE TC 9.9所推荐的80.6华氏度的温度。
模块化密封遏制(前视图)
图7 机架正面图
借助模块化密封遏制解决方案，机架入口温度从顶部到底部变得非常一致，并且都低于ASHRAE TC9.9推荐的80.6华氏度的温度。机架入口温度的最大降低为10.3华氏度，并且机架入口温度的平均降低为3.7华氏度。值得注意的是，机架现在具有均匀的入口温度。这使得能够进一步优化冷却砖空气流和冷却设备装置操作设定点温度。
无过道的密封遏制(终端视图)
图8 机架的终端视图
CFD模型显示在机架通道末端上从后向前的显著再循环。来自机架后部的热废气被缠绕并被拉入机架前部的设备入口。红色表示温度超过了ASHRAE TC 9.9所推荐的80.6华氏度的温度。
模块化密封遏制(终端视图)
图9 机架的终端视图
随着双向门的安装，阻止了围绕通道端部的空气再循环。所有IT设备入口温度现在都满足ASHRAE TC 9.9所推荐的80.6华氏度的温度。对于过道终端机柜，机柜入口温度的最大降低为10.2华氏度，支架入口温度的平均降低为6.2华氏度。支架入口温度的均匀性使得能够进一步优化冷却砖气流和冷却设备装置操作设定点温度。
模块化密封遏制解决方案现场的结果
在全球金融机构的基本计算机机房架构
• 计算机机房活动高架地板。
• 在四英尺宽的冷通道具备25%的开放区域穿孔瓷砖。
• 下行外围CRAH单元。
• 在冷通道的弧形机架顶部挡板。
• 冷通道的双向门。
最大机架入口温度
下图10显示了终端通道机柜显示了随着双向门的安装所带来的最大机架入口温度的显著减少。最大进口温度发生在机架的顶端前部。在机架顶部和端架周围从后向前的再循环排气是增加入口温度的主要原因。
图10 最大机架入口温度
平均机架入口温度
在机架前部从顶部到底部均匀间隔的四个位置处测量温度。这些温度的平均值被用于下图11中的每个机架，其展示出了模块化密封遏制解决方案的应用如何降低了整个板上的平均机架入口温度。对于这个站点，机架顶部挡板和双向门在机架行的中心的影响较少，而最戏剧性的变化是在过道的末端。
图11 平均机架入口温度
最小机架进口温度
当检查模块化密封遏制解决方案对最小机架入口温度的影响时，结果进一步重申，温度最剧烈的变化发生在过道的末端。
图12 最小机架进口温度
结论
预防冷热空气的混合是所有高效计算机房冷却策略的关键。实施模块化密封遏制解决方案有效地减少了热空气和冷空气的混合，并创造了可以实现成本的显著降低的环境，同时还允许增加机架，排和基础设施的利用率。模块化密封遏制解决方案还允许优化计算机室的冷却基础设施的配置和操作。这包括改变冷却系统，例如提高冷冻水的温度设定点，增加水和空气侧的节约设备装置的利用时间，降低风扇速度，循环CRAC/CRAH设备装置等。
模块化密封遏制解决方案的实施还意味着显着降低了安装的复杂性和成本，在不中断操作的情况下安装在现有计算机房间中的容量能力以及改变模块化密封遏制解决方案配置的灵活性。并能够随着计算机房基础设施的需要而改变。密封热通道和冷通道的其它方式还包括硬墙壁密封遏制，软帘密封遏制，以及市场上的其他产品。虽然这些产品工作良好，但是它们通常需要复杂的引用，设计，定制化和专业化安装的过程，并且对于典型的计算机机房中所存在的密度通常是不必要的。
模块化密封遏制解决方案提供了实现类似的密封遏制解决方案效果的手段，但却没有全面密封遏制系统的成本和复杂性。
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