Free Cooling Data Center Water-Side Air-Side Emerson Green 自然冷卻 機房 風側 水側

克服三大挑戰 自然冷卻輕鬆划算

2015-02-06
資訊機房最常聽見的天災,像是颱風、地震、淹水等等,遇到這些情況,就算是資訊機房導入自然冷卻法,也可能因為元件的受損而導致無法運行。但除了天災這類特定因素之外,其實還有一些威脅需要考慮。
利用免費的自然風,經過濾或處理後將其引進資訊機房,作為製冷系統或是輔助製冷系統,聽起來原理簡單,只需額外部署風側自然冷卻相關的解決方案或元件,就能源源不斷節省電費,對企業而言更是划算。但事實上,不管引進哪種天然資源,依據氣候環境與地域的不同,均有其需要克服的挑戰。

挑戰1-可能的風險

例如,資訊機房最常聽見的天災,像是颱風、地震、淹水等等,遇到這些情況,就算是資訊機房導入自然冷卻法,也可能因為元件的受損而導致無法運行。但除了天災這類特定因素之外,其實還有一些威脅需要考慮。

空氣品質

以風側自然冷卻為例,其所利用的天然資源主要是空氣,而空氣品質的優劣可能會影響到IT設備的壽命與運行。而台灣的空氣品質雖然在近年內有些改善,但平心而論,就全球的細懸浮微粒的空污程度而言,位於亞洲的台灣還需要有很大的改善空間。即使是在國外,也曾聽聞引進風側自然冷卻技術之後,因為空氣品質太糟而導致設備故障或短路的現象。

台灣的空氣品質如何運用在自然冷卻上,是一項大挑戰。從目前多數的解決方案來看,主要還是透過濾網來改善空氣品質。美國暖房冷凍空調技術協會(ASHRAE)建議,至少要採用MERV 8的濾網,一般會介於MERV 8…^MERV 11之間。MERV 8有30%的過濾效率,而MERV 11則是65%的過濾效率。

永旭環能系統有限公司冷凍空調技師黃沇鍚認為,以台灣的空氣品質,這樣的過濾效率可能還不足夠。「在我們找到的文獻中,建議外氣進氣採用HEPA(High-Efficiency Particulate Air,高效率濾網)來設計,當然,HEPA也有極限,僅能擋掉一般微粒,如果空氣中有腐蝕性微粒,系統最終還是可能受到影響。因此,資訊機房的所在位置也有關係,如果所在位置的空氣具有高濃度的腐蝕性微粒,或是空污太嚴重,一般也不會建議採用。」

資料中心的消防系統

在充滿電力設備的IT機房中,人為或意外引起的火災往往也不可預期。例如去年三星資訊機房以及今年初Amazon位於美國的一座資料中心起火,在在都顯示出消防系統的重要性。

一般而言,為了顧及IT管理人員的生命安全,資料中心消防設備,通常會選擇氣體式的滅火消防系統,因而資訊機房的設計通常需要進行氣密以及獨立防火區劃的規劃。所謂的防火區劃,就是將機房設計為一個獨立的空間,一旦火災發生,在固定的防火時效內,不會讓火災延燒到防火區劃以外,假設防火時效為1小時,那麼在1小時內,火勢不能延燒到隔壁。

▲台灣Emerson應用工程經理陳仲倉指出,空間是施行風側自然冷卻面臨的難題之一。
正常的情況下,氣密以及獨立防火區劃的施作並不會太難,但風側自然冷卻主要是引進外氣,勢必得在牆上開孔,因此必須提供相對的配套措施,來滿足隔間原始的防火時效。例如增加防火風門等元件,來達到防火區劃的要求。同理,氣密性也是如此,為了預防消防氣體鋼瓶洩漏,氣密等級也需拉高。

台灣Emerson應用工程經理陳仲倉指出,風側自然冷卻法一定會有風管引進外氣,而另一個風管負責排風,當火災發生,煙與火很有可能透過風管延燒出去,因此,事先就必須經過完善的考量,例如防火風門以及防火填塞等等,以確保火勢不會外竄。當然,遇到火災,第一時間內就必須將任何可能會讓火災蔓延的裝置關掉,同理風側自然冷卻法也會有環控的機制來自動關閉。

挑戰2-佔地面積

不同的自然冷卻方案,依據不同系統元件所需空間,其佔地面積也會有所不同。一般而言,風側自然冷卻對空間的要求較高,當要求的風量愈高,就需要部署更多的元件來達到進風量,空間需求也會增加。

黃沇鍚指出,雖然建議採用高效率濾網來取得較好品質的空氣,但愈細的過濾網,意謂著外氣愈不容易通過,因而會有壓損太高的問題。 簡單的說,為了達到資料中心需要的風量,就需要花更大的力氣來克服壓損,如此一來,風機又要變大,而且HEPA濾網的單位面積就必須更大。「直接的影響就是資訊機房的面積,一般來說,通常都要預留一倍以上的空間量來因應需求。但偏偏現今多數資訊機房都沒有辦法提供足夠的空間來施作。」

陳仲倉也分享,台哥大剛獲得Uptime Institute Tier 3認證的雲端機房,初期規劃時也曾評估施作風側自然冷卻的可行性,最終因為空間考量而作罷。「在過去配合的經驗中,資訊機房常常存在空間利用率的問題,當設施佔用的空間多了,也就意謂可以銷售的機櫃數就變少了,這個時候通常會選擇其他更為合宜的作法,例如穩定性以及可控制性較高的水側自然冷卻技術等等。」

挑戰3-成本回收

ASHRAE將資訊機房分為幾個等級,並且定義了溫度點。能不能全年都施作風側自然冷卻,主要是從這些溫度點反推,結合台灣氣候條件表現,多數的狀況下都會建議採取混合操作模式,讓不足的致冷量由冷卻空調系統提供。

黃沇鍚解釋,一般風側自然冷卻施行時,會搭配冷、熱通道設置,且通常是在冷通道引進外氣。假設資訊機房允許引進25℃的外氣,且全年8760個小時中有3000小時低於25℃。那麼在低於25℃的時段,系統就會自動引外氣至冷通道。

「但是剩下的5760小時,是否就要白白浪費了呢?」他提到,如果要能滿載的使用Free Cooling,最好熱通道也要引入。換句話說,冷、熱通道都要引入外氣,何時要進熱通道,何時要引入冷通道,則端看焓值與溫度點來判定,如此才可以把能用的時間再拉長。

其實,這樣的作法也有助於成本的回收,若能全年都運用自然冷卻,回收的成本自然也最快。如果只是三天打魚,兩天曬網,成效自然有所折扣。「需要特別留意的是,許多時候所提到的ROI,通常都只計算該解決方案元件或裝置的成本費用,再對比出可節省多少電費,換算幾年下來可以回本。不過,當空間增大,建物的成本也要考量進去,而不單單只是從解決方案的成本計算,如果再把空間成本計算進去,一般認為只要10年內可以回本,都是值得投資的方案。」陳仲倉說。


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