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缜密沙盘推演 规避有碍节能负面因子

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CFD流场模拟,为绿色机房设计之必经历程
CFD流场模拟,为绿色机房设计之必经历程

事实上,纵使有助于帮助企业提升机房节能与冷却效率的解决方案一一出笼,个个都有其运用价值,但企业在部署这些实用工具的前后,仍宜谨守一些基本原则,才能避免犯下若干低级错误。

意欲追求好的机房节能与散热效率,相关方法不少,辅助工具也愈来愈多,但企业可别以为用了这些方法与工具,即能如愿提升效率、降低PUE,因为倘若疏于建立适当的机房设计、管理或维护等基本概念,就很难藉由这些方法与工具创造相得益彰之妙效。

不可否认,很多事情如果一开始就走错了路,日后便得费尽九牛二虎之力,来修正相关错误,论及机房节能与散热议题,也适用相同逻辑,意即如果一开始选错了机房位置,先天上就会让机房处在「能耗偏高」、「难以散热」的立足点,后续即需投入更多人力、物力、时间来推动改善措施,与其如此,倒不如期初就慎选机房位置。

只不过,现今不少机房位置的决定过程,并不十分严谨。比方说,假设企业决定搬迁至一栋新大楼,而在这栋大楼内,所有空间规划,都先以满足多数同仁需求为主,因此等到总经理室、业务部门、财务部门、行政部门、研发部门…等一干单位都各自选好了青睐的位置,剩下没人要的空间,就自然而然变成了机房,殊不知这个迫于无奈产生的机房位置,可能有西晒问题,容易使热源渗入机房,如此一来,未来便将迫使企业动用更大的制冷量,来排除尾大不掉的热气,影响所及,PUE就只能在高档盘旋,与节能减碳目标渐行渐远。

机房的所在位置是一个问题,其型态的设计,又是另一大问题,而不少企业正是肇因于期初设想得不甚周到,导致产生了一些令人喷饭的情况;持平而论,稍有正确观念的人都心知肚明,最适合的机房型态为独立空间、且未对外开窗,但依据政府首次有系统的进行机房耗能量测调查作业(『数据中心耗能量测技术建立与能源效率管理研析』计划),透过实地访查发现,台湾过半数政府机关的机房属于「独立空间、但对外开窗」,另有近7%政府机关的机房则是「混合用途空间、且对外开窗」,学术单位情况更不理想,高达62%机房属于「独立空间、但对外开窗」,另有18%为「混合用途空间、且对外开窗」,足以显示台湾公教领域的信息机房,对外开窗的比例颇高,可以想见,为数众多的中小企业,应该也有类似状况。

空调系统及机房设施 皆需悉心琢磨
紧接着需要检视的部分,即是空调系统状态,以及机房设施的设置状态。在空调系统状态方面,观察重点是空调系统究竟是独立式、抑或混合式,理所当然,前者才是正确模式,就业者初步观察,目前大多数企业都逐渐建立正确概念,懂得为信息机房配置独立空调系统,比例粗估至在7成以上,所以此部分较不是问题;至于机房设施之设置,首先应观察单位坪数的机柜数量,如果「机柜?坪」数值愈大,姑且先不论机柜里头的服务器装置比例,大致意谓机房空间的有效利用率愈高,空调负荷范围较愈小,反之若是坪效较低,则代表机房空间尚未充分运用,空调负荷范围较自然较大,此时便应思考是否需要进行机柜扩充。

其次仍以坪效为检视依据,应观察单位坪数内装置了多大的UPS容量,也就是「kVA/坪」,如同前述,此一数值愈小,即代表机房空间尚未充分利用,导致空调负荷范围扩大,恐垫高PUE水平,然而如果「kVA/坪」数字愈大,虽然意谓机房空间的有效利用率较高,但也可能衍生「UPS over Design」的疑虑,此时机房管理者宜搭配UPS设备实际负载率之检测,避免因UPS装置容量之过度设计,而虚耗不必要资源。

此外,甚至有的企业或机构,系将数组并联的UPS设备,置于距离机房较远的地方,虽然这般配置方式,不见得会反应在「kVA/坪」数值的失当,但由于UPS与机房距离较远,彼此之间不仅需要大费周章布线串联,而且无可避免地会因为距离过长,从而产生较大的电源耗损,同样会迫使PUE数值欲小不易。

冷热通道管理 为重头好戏
下一步的检视重点,则为是否进行冷热通道管理。只可惜在不少企业机房环境中,往往出现「侧边出风+天花板回风」、「侧边出风+侧边回风」或「地板出风+天花板回风」等种种混风情况,如此会造成何等不利影响?举例来说,不少企业都采取面对背的机柜摆设方式,所以第二排机柜的正面,就会对着第一排机柜的背面,而第三排机柜的正面,也会正对第二排机柜的背面,所以当冷气从高架地板吹入第一排机柜,历经热交换排出热气,便会与第二排机柜前方高架地板所吹出的冷气混杂在一起,连带使得第二排机柜所吸入的冷气温度变高,同时也排出温度更高的热气,依此类似,处于最后一排的机柜,便将承受更为巨大的高温,散热效果即令人堪虑。

在此情况下,只要把机柜摆设走向予以调整,转变为背对背或面对面模式,此时从高架地板的冷气,便可同时吹入两排机柜的正面,因而形成冷通道,相反的,相邻机柜排放出来的热气,也会因背对背关系而形成热通道,并从天花板上方回风口排出,如此便能避免冷热空气混风,达到冷热通道隔离的效果。

但不可讳言,机房毕竟是一个对流空间,仅倚靠机柜摆设来隔绝冷热气流,虽然一定会收到相当程度的功效,但仍不能完全排除可能产生混风的缝隙,因此意欲善尽冷热通道管理,除了「隔离」外,最好加上「封闭」,比方说有的机房在两柜之间的通道配置长条状PVC塑胶垂帘,藉以封闭冷通道,然后又在上方加入压克力板,强化隔绝效果,便是很好的例子,因为不管是PVC塑胶垂帘或压克力板,都不算是昂贵材质,虽然封闭效果未必胜过冷煤式或水冷式冷却背板,但容易在成本与效益之间,创造更好的平衡点。

有些用户在当初机房设计时考虑欠周,使得空调设备的送风处,过于接近机柜热气的排放出口,遂形成了难以避免的混风场景,徒然造成冷气耗损幅度扩大、PUE数值节节高涨,亟需加以导正。

总归一句,气流管理之于机房节能,是相当重要的一环,而传统由高架地板出风、室内空间回风的格局,容易形成「服务器无法满足所需之冷却风量」,此时便会出现热气Bypass情况,终至产生热点,只好动用更大的风量,来维持主机的散热;为了彻底解决这些难题,专家建议可采用CFD模拟及热显像仪现场测试,再援引外部专业顾问提供辅导或验证,进而从流场色温状况,预先找出一些出现红色、可能形成热点的区域,接着判断其形成热点的因素(例如流场过长而导致回风困难),作为研判是否调整出风口风量等改善依据。