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侧向气流机架设备的
冷却方案






作者:Neil Rasmussen
第 50 号白皮书
摘要
在当今的数据中心中,采用侧向气流的设备在冷却方面提出了特殊的挑战。普通机柜和常规机架
布局与侧向冷却根本不相容,从而导致温度过高并最终降低设备的可靠性。本白皮书对这些挑战
进行了详细说明,并介绍了一些通常不会引起人们重视的负面影响。同时还对不同的冷却方案进
行了讨论,并论述其相关成本和优点。

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简介
当机架设备呈现出从前到后的冷却气流时(如图 1 所示),设计上采用热通道/冷通道气流模式的数据中心和
网络机房的冷却效率是最佳的。大多数服务器和机架安装存储设备采用从前到后的气流。但是,许多类型的交
换机和路由器由于自身的设计所限,需要采用侧向气流。

图 1 –热通道/冷通道冷却方式
冷通道
前面
热通道
背面
冷空气
供给

这种情况对于当今普遍采用一体化数据/声音/视频网络的趋势提出了一个难题。过去,电话系统被分散地放在
若干安全的小房间里。但随着一体化时代的到来,需要使用标准化的机柜来安放数据设备、语音设备和视频设
备。另一个推动一体化的趋势是存储区域网络(SAN),在存储区域网络中,存储设备与交换设备(如路由器)
一起使用。随着这些趋势不断地增强,IT 管理者逐渐感到需要将采用侧向气流的设备与传统的采用从前到后
气流的设备组合起来。

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无论是将设备设计为从前到后冷却还是侧向冷却,其本质都是要获得足够的冷空气。如果输送的冷空气不能满
足要求,设备的可用性及其承担的业务流程将受到损害,因为电子设备的寿命与其工作温度直接相关。根据
MIL-HNBK 338,设备的运行温度比额定温度每升高 10°C (18°F),设备的寿命就会减少一半。图 2 所示是电
子元件受温度影响的一个示例。薄膜电容的寿命和可靠性随着温度上升而大大降低。

图 2 –温度对薄膜电容可靠性的影响
70°F (21°C) 额定电容
100%
1,400,000
99%
1,300,000 可靠使用年限= 5 年
1,200,000 98%
1,100,000 97%
1,000,000
96%
900,000
95%
800,000
94%
700,000 可靠性
600,000 93%
使用寿命(小时)
500,000
92%
400,000 Capacitor Lifetime
电容使用寿命 91%
300,000 Capacitor电容可靠性 Reliability
200,000 90%
100,000 89%
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80
工作温度°F

用户用来解决侧向气流的一些常见解决方案并不能有效地解决这一问题,而且还带来了很多隐藏成本。本白皮
书随后将探讨这些解决方案,但为了了解最有效的解决方案以及诊断问题,数据中心用户需要熟悉基本的冷却
原理,下一节中将介绍这些原理。

基本气流要求
机架内部及周围的气流是决定冷却性能好坏的关键因素。要认识机架气流,关键要了解以下两个基本原则:

•在设备的进气口处具有符合条件的适宜空气
•设备内外的气流必须不受任何限制

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对于采用从前到后冷却的设备,机柜在正确使用时可以提供气流系统的一项非常重要的功能,因为它们可以防
止排出的热空气回流到设备的进气口。从设备中排出的空气的压力稍有升高,这种情况一旦与设备进气口的吸
力相结合,就会引导排出的空气返回到设备的进气口(如图 3A 所示)。这种效应大大高于排出热空气的浮力
效应,但许多人却认为,这种浮力效应能够让排出的热空气自然而然地向上漂离设备。如果采用