系計中機房規劃記

溫度是機房設計中最重要的一環, 不適當的機房設計, 除了會增加未來管理時的不便, 更容易影響伺服器的運作, 而伺服器運作時所產生的高溫, 在密閉的機房中, 是造成機器熱當的元兇。

機房並不只是將放置機櫃的房間。伺服器安裝於狹窄的機櫃中, 是為了盡量減少眾多伺服器所佔用的體積。然而, 傳統的機櫃設計並不會內建冷卻裝置, 但在機櫃上方通常會安裝數個 風扇, 以求主動將機櫃內的熱氣抽出。當機房為一密閉空間, 機櫃所抽出的熱空氣將造成室內溫度急速上升。冷氣空調系統是機房必備的裝置, 然而, 在強調節能省電的現代環境中, 主管機關對於安裝大型冷氣有許多環保與經費的考量。若是安裝一般使用的分離式冷氣, 則冷房效果有限, 此時可能造成降溫能力不足, 機房內部的溫度無法下降, 最後室內溫度超過 40度時, 多數伺服器即可能因溫度過高而觸發自動關機的功能。每一部伺服器都可視為主動式的空氣加熱器, 在密閉的機房中, 熱空氣進入空調系統循環, 當空調系統的冷房能力不足 以在時間內將熱空氣全數轉為冷空氣, 則空調系統所輸出的空氣之溫度依然很高。

當機房溫度過高時, 最簡單的方式是打開機櫃門, 讓冷氣直吹機櫃, 甚至使用電風扇等工具強制冷空氣進入伺服器中。然而這種方法僅能用於一時, 主要的原因在於, 機房內的熱空氣 無法被冷空氣完全置換。熱源(伺服器)不斷產生廢熱, 空調系統所產生的冷空氣亦不夠低溫, 此時的空氣循環將導致兩種可能:

1. 部份伺服器因過熱而停機
伺服器停止運轉後, 也停止產生熱空氣, 少了這些熱源, 最後機房的溫度將會下降至合適區間。

2. 熱平衡狀態
機房內溫度低於伺服器所能容忍的上限, 此時達到一熱平衡狀態, 伺服器仍可正常運作。但是, 若伺服器開始加重負載, 則溫度必然上升, 最後將導致上一個結果的發生。

我們為了解決機房溫度問題, 打算以DIY的方式進行改裝工程, 目標是將機房內的溫度控制在25度以下。我們所採用的設計合併了兩種想法:建立冷、熱通道與空氣循環。以機櫃前方為冷通道, 機櫃後方為熱通道。機櫃的方向一致, 因此所有伺服器的熱空氣皆在機櫃後方, 我們裁製透明防水 布, 將後方通道封閉, 並在左側窗戶上安裝2具排風扇。一般來說, 機房為了保持濕度與空氣的純淨度, 是不會設計窗戶的。但我們發現, 空調系統具有除濕功能, 可以保持濕度在一定區間; 排風扇令空氣只出不進, 我們將排風扇的四週以透明防水布密封, 灰塵不容易進入機房。為了增加熱空氣離開機房的效率, 我們採購空氣循環扇, 由右向左強制流動右側機櫃所排出的熱空氣。 冷通道亦由防水透明布所裁製, 空調系統所進氣循環的空氣為冷通道中的冷空氣混合機房內部空氣, 致冷能力不足的空調系統不會過載。

在施工前, 當室外溫度為30度時, 機房內的溫度可測得為41度。在施工後, 機房中, 離空調最遠的左側機櫃所測得之溫度為20至27度之間, 冷卻效果相當明顯。我們所建立的系統一度讓讓防水 透明布上因低溫而凝結水氣, 造成部份積水。在修正冷通道空度與空調系統出氣角度後, 此問題亦立即得到解決。設計此系統的最大優勢有下列幾點:

    • 效率

原先空調系統設定冷房溫度為16度, 但因其所吸入之空氣溫度過高, 導致其過度運轉, 且出氣溫度約在30度, 不僅消耗電力, 更幾乎沒有冷房效果。

    • 經濟

我們所使用的防水透明布每50cm約為24元, 約使用2000cm, 僅花費960元。用於固定防水布的材料為鐵絲與透明膠帶, 花費不到一百元。排風扇、空氣循環扇與電風扇約為4000元。也就是說, 我們所 設計的系統可降低機房溫度10度以上, 僅使用約5000元。

    • 樂趣

學生在設計與施工時, 除了可以享受DIY的成就感, 也明白冷熱空氣對流與原理, 寓娛樂於教學中, 達到更佳的學習效果。

 

此系統利用了許多不同的概念, 亦進行了不少次實驗, 從目前的溫度監控中, 我們發現此系統的確可以達到預期的目標。未來我們將進行結構化佈線材計劃, 將系計中機房朝向更專業的目標邁進。

參考資料

  1. 林文彬, “機房到底可不可以用電風扇?”, IThome online, June 10, 2010
  2. 王宏仁, “勤益電算中心24小時待命 善用冷熱分流打造超省電機房 “, IThome online, June 13, 2011
  3. 王宏仁, “Facebook公開超省電機房設計藍圖”, IThome online, May 25, 2011
  4. 吳其勳, 羅正漢, “集貨櫃機房、自然進氣法於一身的新世代機房”, IThome, Dec 27, 2010

Leave a Reply

你的電子郵件位址並不會被公開。 必要欄位標記為 *