空間過小的隱患 小型機房的散熱策略
數據中心的設計一定會包含空調系統，但許多較小型的企業由於IT設備較少，并不會特別建構機房，而是把IT設備部署在辦公室的角落或僅是一個獨立的房間，由於沒有專屬的空調設備，常會造成IT設備的電力密度超過負荷、過熱甚至造成當機。大多數的小企業都忽視了這個問題，等到過熱的問題發生後，才開始尋求改善的方法。在本文中，將會說明機房散熱的基本原則，并分析各種散熱方法的優缺點，協助企業選擇合適的設備(51CTO推薦閱讀：太熱啦！從網絡惡搞到機房散熱)。
散熱的基本原則
IT設備耗用多少千瓦的電，就會制造出多少千瓦的熱量來，然而，高溫卻會影響IT設備的運作，一般來說執行關鍵任務的機房，溫度建議應保持在25℃以下，若是只有網路交換機等設備的非關鍵機房，溫度上限可放寬到32℃。要徹底解決熱的問題，最根本的就是要有效散熱，否則熱就會在IT機房內不斷的累積，溫度便會節節升高。
一般而言，熱的流向是從溫度較高的地方往溫度較低的地方流動，就像水會往低處流一樣，因此，想要散熱就必須提供一個能讓熱流向更低溫的地方的通道。但在現實的環境中，并不一定有這個通道存在。不過，可以利用下面五種方法，將辦公室或機房內的熱量有效散去。
■傳導：熱透過實體的物品傳遞出去。
■被動式對流：不使用風扇等空氣導流的裝置，讓熱量自然透過通風孔或氣窗流入低溫區域。
■主動式對流：藉由風扇等導流裝置，將熱量透過通風孔或氣窗排至較低溫的區域。
■室內空調降溫：藉由建筑物的中央空調降溫。
■專用空調降溫：透過機房專用的精密空調系統進行降溫。
圖1假設在一個無特殊環境下的機房，根據空間的用電量與期望的目標溫度，提供一個普遍的散熱方法，說明上述幾種散熱方式的適用范圍。這些方法界定不應該被認為是絕對的，因為有些還是相互共用，并且在最終設計時，還須考量到全盤的冷房變因。請注意，在本例中并未討論室內空調，因為室內空調有太多難以預測的變數，這部分會放在後面再作說明。
▲圖1根據電力負載與目標溫度的散熱方法指引。若在一個裝設1500ＷIT設備的機房，為了將溫度維持在25℃，那麼最佳的作法則建議采用主動式對流法。
圖2為選擇散熱方法的流程圖，可以協助企業初步選擇最適合的散熱方法。再次提醒，室內空調降溫不在此建議解決方法內。
#p#
上述提及的五種不同散熱方法，在效果、運用限制以及建制成本上都有所不同，就現今已開始運轉中的資料中心來說，企業應根據現有的條件及偏好，仔細評估哪種方法最合適，以及該如何設計以符合企業需求。
傳導散熱－完全被密封的機房
若機房是完全密閉式，沒有任何通風孔道，熱量就只能透過墻面傳導出去。根據熱往低溫處流動的定律，機房內的溫度勢必要比周圍的墻面溫度高，溫度才會傳導出去，這也表示機房的溫度一直是高於其他區域。
假設在一個3×3×3公尺的密閉機房，漏氣率為23.6升／秒，采用石膏墻（drywall）隔間，且四面墻另一側皆為有室內空調的辦公室，辦公室室內溫度約20℃。在這樣的空間內，若IT設備負載在400W以下，則光靠傳導就可讓機房維持在關鍵機房25℃的標準內；若是非關鍵機房，則設備負載可提升到1000W。不過需要注意的是，機房的大小、裝潢材料等因素都會影響傳導的效果（見表1）。
其中最明顯的影響是機房尺寸，大型機房因為墻面、天花板與地板的表面積更大，散熱能力較佳；反之，較小的空間，熱量傳導效果較低，這關系變化如圖3所示。
圖3機房大小對散熱的影響。
其次，墻壁、天花板與地板的材質，也會影響熱的傳導。例如用四英寸厚的混凝土墻取代上述的石膏墻與隔音板，可以發現散熱的效果更好。
由於下班後及假日時通常都會把空調關閉或調小，而熱的傳導效果會隨著周遭空氣溫度的上升而變差。舉例來說，若周末時辦公室的空調溫度從20℃調到29℃，那麼機房的溫度一樣會增加9℃。這表示機房即使沒有任何IT設備，也不可能達到關鍵機房必須低於25℃的要求；即使是非關鍵機房，設備負載也必須要低於250瓦，才有可能符合溫度在32℃以下的要求。
另一個會影響熱傳導的西曬的問題，倘若機房的墻面就是大樓的外墻，且會直接曝曬到陽光，那麼在晴天時機房仍有可能會過熱。同樣以3×3×3公尺的機房為例，若室外溫度是38℃，則預期機房的溫度會高出4～7℃，且每平方公尺的墻面平均受熱可高達1000瓦。
對於密閉式機房傳導散熱效果會依據機房大小、建材以及周遭環境而有所不同。大體來說，若要單靠傳導來散熱，則建議使用在獨立且耗電量小於400瓦的關鍵機房，且已排除西曬等影響因素；若是運用在非關鍵機房，則建議整體耗電量控制在1000瓦以下，最好只有小型網路切換器這一類耗電量非常低的IT裝置。
此外，也要留意像燈光等額外的熱源，機房內應選擇低耗電量、低發熱量的照明設備，且建議加裝感應設備，當人員離開時，燈光可自動熄滅，或是乾脆不要安裝照明設備。#p#
被動式與主動式對流
第二種辦法是在機房內合適的區域打洞并安裝通風孔或是抽風設備，透過空氣對流的方式來散熱。
采用這個方法時，要確保機房溫度不會突然劇增且高於周邊溫度很多。圖4為機房對流系統的范例。
被動式對流曲線表示安裝了圖4A的通風孔，而主動式對流是安裝了圖4B抽風系統，散熱效果更佳。此例中所用的抽風系統的氣流量為226.5升／秒，主動式對流系統的氣流量越高，溫度上升的幅度便越平緩（可改用高風量的風扇或是加裝更多抽風扇）。
在機房散熱上，對流系統是非常實用的方法，當關鍵機房的耗電量低於700瓦時，采用被動式對流系統就已足夠；若耗電量在700～2000瓦間，則建議采用主動式對流系統。若電力需求更高，則可使用更高效率的抽風機或安裝多臺抽風機來散熱。
同樣的，對於非關鍵機房，耗電量在1750瓦以下可采用被動式對流系統；而耗電量在1750～4500瓦之間的，則建議使用主動式對流系統。其他應用的實際考量，例如進氣孔的地點，主動式對流系統與IT設備的相對位置都可以改善散熱效果。除此之外，表1提到的因素，也同樣會影響到散熱的效果。
#p#
室內空調可帶走熱量
大多數的建筑物都已安裝冷氣或空調系統，這些空調系統都還會包含通風管道，以便將冷空氣吹到各區域。大多數的企業都會選擇將空調的管線延伸到機房內，因為這樣子既簡單又省錢。然而，這些加裝的通風管線，其實對機房的降溫效果有限，而且往往會帶來更多問題。
室內空調通常會包含一個自動恒溫裝置，它會感應室內溫度的變化來控制空調系統運轉或停止。然而，自動恒溫系統通常不會安裝在機房內，這表示空調是依據辦公室的溫度來調整，而非機房的溫度，因此當空調系統開始運轉時，機房內溫度便會下降，停止運轉後溫度就會上升，這樣溫度上上下下，反而比讓IT設備維持在高溫還要糟糕。
再加上新型的空調設備通常都具備節能的功能，系統會自動在夜間或周末時將空調的溫度調高甚至關閉空調以節省電力，而機房內的溫度也會隨著設定的溫度而上升。若只是延伸空調管線到機房內，那麼勢必要在夜間及周末時將空調打開，這樣一來不但會增加耗電量，而且機房溫度還是會隨著辦公室溫度上上下下，實在不理想。
如果要使用室內空調來為機房降溫，則機房必須設置在一個獨立區域，有單獨的空調主機、回風管線、送風設備以及控制器（恒溫系統），但如此一來便失去原先的簡單又省錢的好處。
增加機房專用散熱區的挑戰包括：
●必須確保空調設備能供應充足且穩定的冷空氣，尤其在冷氣用量最大的夏季。
●低電力密度—大部分室內空調只能提供每平方公尺43～54瓦的冷房效果，也就是每個機柜約150瓦（1個機柜大約等於30平方尺）。
●缺乏擴充性。
●安裝成本高。
此外，中央空調系統也是主要熱源之一，在與辦公室共用室內空調的情形下，冬季時，空調管線必須同時提供辦公室暖氣，還要提供機房冷空氣，這幾乎是不太可能的事。因此，延伸室內空調來對機房進行降溫是不合適的。如果原本機房內就已有通風管路，也建議應該把管路拆掉或是封閉。#p#
使用機房專用空調來降溫
安裝精密空調是控制機房溫度最有效的方法，然而，安裝精密空調比安裝主動式對流系統來得復雜而且昂貴，因此應確定確實有此需求時再安裝較為恰當。
一般來說，當關鍵機房內的設備負載超過2,000瓦或是非關鍵機房的負載超過4,500瓦時，就建議使用精密空調。
值得注意的是，在評估耗電量時，比較IT廠商提供的耗電規格以及IT設備的詳細輸出功率是很重要的，因為往往設備的實際耗電量遠低於背板所標示的功率，若能確實測量出耗用的電量不但可以節省相當高的散熱成本，還能降低機房散熱復雜度。
舉例來說，一臺路由器的背板上標示固定功率為5～6kW，在正常的使用狀況下可能僅耗1～2kW的電力，若能實際測得設備的使用功率，就能大幅降低對散熱系統的需求。
不過，在某些狀況下，雖然機房負載不高，但仍建議采用機房專用空調，例如室外空氣夾雜許多塵埃以及污染物、室外空氣的日夜溫差過大，或是由於租約及裝潢的限制，無法加裝通風管路等等，在這些情況下，利用四周空氣對流進行散熱并不理想，建議采用機房專用空調。
在決定機房應采用的空調設備時，也應考量到周遭環境的限制，圖7的決策流程圖可協助企業選擇合適的空調設備。#p#
UPS對機房散熱系統的影響
大多數企業都會在機房安裝UPS以確保停電時設備可以繼續運轉，UPS可分為提供IT設備短暫電力備援以便正常關機，以及供應IT設備在停電期間持續運轉二大類。UPS在運作時雖然也會發出熱量，但發出的熱量遠小於IT設備運轉時發出的熱量，因此可以忽略不計。
不過有了UPS的備援後，停電時，IT設備仍會持續運轉，并繼續產生熱量，因此機房內也必須繼續進行散熱的工作。
一般來說，當停電時間低於十分鐘時，靠基本的傳導散熱，機房及機柜的溫度還能維持在適當的范圍內；然而，若停電超過十分鐘以上，且設備仍持續運轉時，散熱系統也必須能夠繼續運作，以便維持機房的溫度。
若機房原本便采用主動式對流風扇或空調設備來散熱，這些設備在停電時也必須依靠UPS供電。因此在規劃UPS容量時，除了IT設備的負載外，還必須連散熱系統所需的電力也一并估算進去。
一般的主動式對流風扇并不會增加太多的用電量，但若機房采用的是空調設備，因為壓縮機啟動的電流約為額定電流的4～6倍，因此所采用的UPS的規格就必須規劃得更高。這也是為何在已安裝空調設備的機房中，仍建議裝設主動式對流風扇作為備援系統的原因。
最實用且經濟的解決方案是為空調系統裝設獨立的UPS，并加裝主動式對流風扇作為備援。如此一來，停電時空調系統仍可運轉一段時間，而當空調專用的UPS系統耗盡電力時，主動式對流風扇便會自行啟動，提供一定程度的散熱功能；當電力恢復時，主動式對流風扇則會關閉，并自動啟動空調系統。
結論
對流通風系統對於大部分的IT機房是最有效且實用的散熱方式，規劃且設置完善的被動式對流系統對低功率機房來說就已經足夠；至於像是裝有VoIP路由器或伺服器的高功率機房，則建議使用主動式對流系統。
當關鍵機房的使用功率大於2,000瓦（或是大於4,500瓦的非關鍵機房），或是機房周圍的溫度較高、溫差大或是空氣污染嚴重，則建議采用機房專用的精密空調系統；而建筑物的室內空調系統通常會造成機房溫度大幅變動，因此不建議使用。
【編輯推薦】
