隨著計算設備密度的增加，數據中心和網絡機房的冷卻問題已經凸顯出來，成為一個嚴峻的挑戰。一些服務器合并計劃，以及服務器和存儲系統物理體積上的縮小，已經導致功率密度和熱量密度大大提高。盡管在數據中心中，每個機柜通常的能耗保持在 1kW 的量級上，但設備經過配置后，每個機柜的能耗可能會超過15kW。這超出了一般數據中心的冷卻能力，因為按照設計,它們只能可靠地冷卻每個機柜2-3kW的能耗。此外，在數據中心中引入高密度機柜可能會導致機房內出現“熱點”區域，制冷系統可能無法應對這種情況，因為傳統的冷卻設計假定：在數據中心中，冷卻模式是相對均勻分布的。

　　網絡機房或數據中心的制冷系統由計算機房空氣調節 (CRAC) 裝置和相關的空氣分配系統組成。在規模較大的數據中心中，也可以用計算機房空氣處理 (CRAH) 裝置來取代 CRAC。所有的制冷系統都使用某種類型的CRAC或CRAH裝置，或二者并用，它們在性能上各有不同，但作用都是帶走機房中的熱量。然而，影響制冷系統性能的z*根本因素在于空氣分配系統。正是由于空氣制冷系統的配置不同，從而決定了不同數據中心將采用不同類型的制冷系統。這正是本章將要討論的中心話題。

　　制冷系統的九種類型

　　所有制冷系統都由送風系統和回風系統組成。送風系統把冷氣從CRAC裝置分配到負載，而回風系統把負載排出的熱氣抽回CRAC裝置。無論是送風系統還是回風系統，在CRAC 裝置與負載之間輸送空氣都有以下三 種基本方式：

　　開啟方式

　　局部管道方式

　　全管道方式

　　所謂開啟方式，即 CRAC 和負載直接從房間吸入或排出大量空氣，中間不用任何專門的管道來引導。所謂局部管道方式，即通過管道送風或回風，管道的通風孔位于靠近負載處。而在全管道方式中，空氣直接通過管道進出負載。

　　以上三種方式，都可以用在送風路線和回風路線中。因此，共有9種組合，即9種空氣分配系統類型。所有類型都已在不同場合中得到應用，有時還在同一數據中心混合使用不同類型。其中有些類型需要安裝高架地板，而有些類型即可以使用硬地板，也可以使用高架地板。這9種類型的示意圖見表 1。

　　注 1：術語“管道”指任何可用于送風或回風的強制通風裝置。全管道回風系統中的管道把排出的熱氣從機柜尾部抽走。

　　注 2：在本白皮書中，假設冷卻每千瓦功耗需要 160cfm(立方英尺/分鐘)氣流，該值是根據當今 IT 服務器的典型氣流量估計出來的。

　　表 1 圖釋了送風方式和回風方式的各種組合。總體而言，位于該表左上角的冷卻系統z*為簡單，成本z*低;越往下往右，管道系統越來越復雜，冷卻系統的成本和復雜性都在提高。

　　對于數據中心的冷卻系統而言，其關鍵目標之一是把進出設備的空氣分離，以防止設備過熱。這種分離同時大大提高了冷卻系統的效率和性能。當設備功率密度增加時，排出和吸入的空氣量也相應增加，這時要阻止設備吸入自身或鄰近設備排出的空氣變得更加困難。因此，隨著功率密度的增加，采用部分管道或全部采用管道將空氣引入或引出設備就顯得十分必要。

　　以下對這 9 種冷卻系統進一步給出了概括性的陳述。全管道送風系統一般用于活動地板環境，在這種環境中，地板下面的障礙物會導致低靜壓問題，使冷氣無法到達機柜前端，如圖 1B 所示。全管道送風系統還應用 于具有直接送風管道的專門設備，如大型計算機中。全管道回風系統主要與其他系統組合使用，并可用于混合密度環境。開啟方式和局部管道方式的四種組合，占據了冷卻系統的絕大部分。為進一步評估這些方法各自的優勢和局限性，下文將按以下兩大類進行論述：使用活動地板的環境和不使用活動地板的環境

　　硬地板環境中冷卻系統的類型

　　雖然一般認為數據中心應使用活動地板，但任何規模的數據中心都可以且常常沒有活動地板。絕大多數局域網機房和網絡機房都沒有采用活動地板。許多較新的大功率數據中心也未使用活動地板。在現代數據中心中，以前那些需要采用活動地板的理由已不復存在，而且使用活動地板還存在許多重大缺陷，諸如專業工程設計、成本、設計時間、凈高度要求、抗震性、安全隱患、保密隱患、地板載荷、不便操作以及其他問題。這些問題在APC的19號白皮書“重新考察活動地板對于數據中心的適用性”中有更詳細的討論。出于這些原因，新建造的數據中心常常使用硬地板，對于小型數據中心和網絡機房則一直如此。表2列出了硬地板環境中的9種冷卻系統。

　　在硬地板環境中，安裝局部管道送風系統需要借助架空管道和通風裝置，如表2第2行所示。局部管道送風系統和局部管道回風系統的組合貌似很復雜，但實際上這是商業建筑z*常用的冷卻方式，在商業建筑里，安裝在屋頂的送風柵格和回風柵格散布于冷卻空間中。

　　為硬地板環境選擇合適的制冷系統類型

　　要判斷各種制冷類型適用于哪種具體環境，s*先應了解這些系統。雖然應對具體問題進行具體分析，不過仍可就每種類型何時適用給出一般性的指導原則。對于規模較大或功率密度需求較高的系統，其制冷系統的設計一般較為復雜，常常需要使用管道。

　　以下是進行有效設計的一個重要原則：根據所需平均功率密度設計制冷系統，并使其冷卻能力可適應高密度機柜所在的位置。雖然高密度機柜一般只占總負載的一小部分，但事先無法準確預測它們在數據中心的位置。在很多使用傳統活動地板的數據中心中，由于擔心不能充分冷卻潛在“熱點”，而把制冷設備和空氣分配系統設計得過大，這樣不僅會導致資金和運行費用飆升，而且往往仍不能達到預期效果。如果使用管道輸送空氣或冷卻冷氣，則不僅能冷卻高熱密度區域，同時還可避免因制冷系統過大導致的額外成本。

　　表 3 說明了如何為硬地板環境選擇合適的冷卻系統。規模越大、密度越高，管道系統越復雜。有些高密度機架的功耗遠遠超出平均水平，每種冷卻系統中都給出了相應的解決方法。