制冷量系數（CCF）在資料中心的價值

目前資料中心的平均制冷量幾乎是it熱負荷的四倍。本文将介紹一個簡單實用的标準――制冷量系數(ccf)，說明如何通過将ccf作為參照衡量資料中心冷卻效率的标準，進而實作降低成本的機會。

制冷量系數(ccf)計算公式：

ccf通過将制冷量裝置總額定制冷量(千瓦)除以it裝置關鍵負載(千瓦)的110%來計算。

在 uptime調研的45個資料中心中，平均運作制冷量是it熱負荷的3.9倍(390%)。其中一個案例中，制冷量是熱負荷的30倍(3000%)。很難相信已經如此，資料中心依然低效的。

當運作制冷量遠遠大于需要制冷量時，可以通過關閉精密空調、選擇直接變速風扇或帶變頻器(vfd)的精密空調可以降低室外機風扇轉速，進而降低營運成本。

很多資料中心都将很關注如何提高、改善制冷效率，但卻不知道僅僅通過改進氣流組織( afm)平均每年就可以減少營運費用約32,000美元。

改善氣流組織不僅能夠提高制冷效率、節約運作成本，同時還能提高it裝置運作的可靠性。由于制冷裝置的成本投入占是整個基礎設施成本的一半，對此，做好氣流組織管理，不僅碳排放減少，制冷效率提高，pue值也随之降低，這是運維人員以及管理人員最樂于看到的場面。

(pue(power usage effectiveness)：能耗使用效率，pue值是指資料中心消耗的所有能源與it負載消耗的能源之比。即pue = 資料中心總裝置能耗/it裝置能耗，pue是一個比率，基準是2，越接近1表明資料中心的能效水準越好，能效越低。)

改善氣流組織同樣也可以有效地利用備援制冷量，企業可以無需增加添置制冷裝置的投入，而提高伺服器的密度。制冷量使用率得到改善還可以延長資料中心的壽命，延遲建構新資料中心所需的資本支出。

提高冷卻效率解決方案有很多，比如安裝在機櫃裡的盲闆，簡單卻有效。當涉及每一項新的“最佳方法”潛在利益宣傳比比皆是時，要能分辨出來哪些方法是真正可以發揮作用的呢?使用此方法，能在資料中心部署更多的it裝置嗎?能為資料中心消除熱點或降低pue值嗎?改進氣流組織可以給資料中心帶來哪些的變化?要做出是增加制冷裝置還是進行氣流組織改造，需要首先明确目前資源的利用程度。

計算ccf是确定制冷基礎設施使用率的最快、最有效的方法，通過改善氣流組織可以獲得更低的ccf，進而降低營運成本。

1)過去資料中心都是“傳統”的裝置布局方式――所有it裝置都面向同一個方向放置。這樣布局雖美觀，但是會導緻精密空調送風回風氣流組織的混合，使得資料中心内有非常差的氣流循環，為解決局部熱點問題，過去的運維人員會将精密空調溫度調低并使用額外的精密空調來解決局部熱點問題。

2)通常當資料中心投入使用時，即使其熱負荷并不高，也會啟用所有精密空調，保持運作狀态。即使伺服器負載逐漸增加，資料中心總負載依舊比運作的制冷量低。

3)運維人員難以冷卻房間内的某個角落時，他們經常去咨詢精密空調制造商。由于沒有把運作的制冷量與熱負荷進行比較，簡單認為問題是由于缺乏制冷量造成的。氣流組織不理想的真正原因還沒有找到，就要購買新的精密空調。

現場調查結果――幾乎每個資料中心都有改善的機會

從45個資料中心的評估收集的現場資料顯示，有些統計結果是非常令人驚訝的。圖1顯示各種形式和規格的資料中心具備的明顯可以改進的機會。

　　圖1

45個資料中心的ccf平均值為3.9 ，也就是說運作制冷量是資料中心熱負荷的3.9倍( 390%)。運作意味着在計算中僅考慮運作的(沒有考慮備份)精密空調的數量。許多資料中心已經關閉房間裡一些多餘的精密空調。

　　圖2理想的平均制冷量系數(ccf)

圖2顯示所調研的45個資料中心中每個資料中心的ccf資料。制冷量過度的問題不是小型、不太成熟的資料中心所獨有的。調研中的五個最大的資料中心ccf的平均值為2.4 ，顯著優于總體平均水準3.9，但仍然超過所需制冷量的兩倍。

高架活動地闆旁通開放區域是由未密封的電纜出口和開孔以及放置在冷通道或開放區域的風口地闆組成。旁通開放區域的面積百分比等于旁通開放區域的面積除以高架活動地闆上的總開放面積。這個百分比應該小于10%。

資料中心中最重要的名額是熱點(最高進風溫度)與冷點(最低進風溫度)的百分比，該名額數值應該為零。計算包括至少一組需要冷卻的it裝置的機櫃數量以及設定進風溫度，通過這些資料可以準确的算出熱點與冷點的百分比。在45個資料中心中，隻有9個資料中心( 20%)沒有發現局部熱點。調研的最後8個資料中心收集的冷點的資料表明，隻有一個資料中心沒有冷點。

　　圖3顯示每個資料中心中包含熱點或冷點的機櫃百分比的資料。

資料中心制冷基礎設施比任何其它基礎設施組成部分的裝置都更耗電。到目前為止，使用風口地闆是最簡單和最廉價的管理氣流組織和制冷資源的方式，隻有77%風口地闆被正确放置的。在這次調研中，隻有6個資料中心正确放置它們所有的風口地闆。風口地闆不應放在開放空間或熱通道。

資料中心的共性：忽視氣流組織改善效果

随着行業的不斷發展，運維人員面臨着前所未有的挑戰――不斷增加的it裝置的負載，以及降低營運費用的壓力。通常，管理人員會尋求先進的氣流組織解決方案，比如通道遏制系統。但在許多情況下，由于忽視氣流組織基本原理，這些努力并沒有達到預期目标。除非同時設法解決氣流組織基本原理應用的問題，否則即使去做，也無法達到改善的目标。

　　(備注：1華氏度(℉)=-17.2222222攝氏度(℃)

機櫃底部溫度51.5華氏度=10.6攝氏度

機櫃頂部溫度80.7華氏度=27攝氏度)

圖4顯示位于機櫃底部的it裝置的進風溫度與完全遏制冷通道頂部的進風溫度的明顯差異

冷卻氣流是通過冷通道内的風口地闆被傳送機櫃正面，氣流量的不足，造成圖上顯示的溫度差異。再加上，遏制通道内在機櫃内it裝置之間有開放空間，冷卻氣流和廢氣都湧入該空間，這也是造成溫度差異的原因。是以即使安裝冷通道密封，資料中心的ccf值仍然達到3.8 ( 380 )，it裝置進風溫度并沒有得到改善。事實上，更具有改觀的氣流組織解決方案應該系統的從上至下解決氣流組織系統中所有的問題，而不是認為解決某一點的問題，就可以達到解決全部問題的效果。

資料中心另一種通常不恰當地解決方案是采用帶有軸流風扇的風口地闆，采用這種風口地闆的劣勢在于當你解決熱點問題後，其餘相鄰裝置會出現氣流組織不好的問題，同時會增加一定的電力負荷。在大多數情況下，處理好高架活動地闆開口問題就可以使現有風口地闆滿足it裝置制冷。當高架活動地闆高度或障礙物限制房間内某一區域的冷風量時，或高密機櫃需要更多冷量比标準風口地闆或格栅風口地闆提供的還要的多的時候，此時，可以适當采用幾塊這種地闆并收到較好的效果的。計算資料中心ccf值和進行基本的氣流組織改善還是有很多優勢。這些優勢通過下面這個面積為9000平房英尺的資料中心案例中就可以看到。(1平方英尺大約為0.0929平方米，9000平房英尺約為：836m2)

該資料中心共有170個機櫃，總負荷為240kw，這些熱負荷由7台制冷量為70 kw的精密空調和一台制冷量為85kw的精密空調來制冷。電費是0.10美元/千瓦小時。該資料中心運維人員正在努力調整it裝置的進風溫度，資料中心的ccf值為2.2。換句話說，運作的制冷量是資料中心熱負荷的兩倍，這說明該資料中心的制冷問題是由于氣流組織不理想而導緻的制冷量不足。

為了“合理地”規劃冷卻基礎設施，對資料中心進行簡單的改善，包括：

1、 密封電纜出口

2、 安裝機櫃盲闆

3、 調整風口地闆數量、位置

4、 調整部分機櫃的位置

5、 密封未放置機櫃的空間(将未擺放機櫃位置的冷通道地闆用蓋闆蓋上 達到密封效果)

這樣做可以資料中心内全部it裝置熱點，同時還可以關掉兩台精密空調，進而每年節省21,900美元，投資回收期不到8個月。

ccf的好處――在進入氣流組織系統另一層級改善(比如遏制)之前，企業常常忽視“合理規模”冷卻it負荷或無法完成氣流組織基本原理應用(密封高架活動地闆孔和機櫃中的開口，管理風口地闆等)。解資料中心的ccf值在氣流組織改善進行的所有階段都很重要，它可以幫助區分氣流組織改善規劃的優先次序。跟蹤ccf對資料中心進行的改善效果，可以證明在效率方面的投資與降低pue相聯系的重要性。

如果很少或還沒有做氣流組織管理，計算ccf值可以幫助需要做什麼，以此提高使用率,顯示潛在投資回報以及投資回收期。如果改善氣流組織，ccf将能表現出可以繼續改善的地方。

ccf是資料中心備援制冷量的直接名額。大部分資料中心，在it裝置得不到充分冷卻的同時卻運作着過剩的制冷量。冷卻不充分是指it裝置的進風溫高于或低于由ashrae為主要任務裝置制定的标準溫度。由ashrae制定的it裝置推薦允許的進風溫度範圍如圖5所示。ashrae明确指出，推薦的範圍适用于傳統裝置。确定ccf值，找到進風溫度不良的根本原因是缺乏制冷量還是氣流組織管理不理想。

(ashrae：美國采暖，制冷與空調工程師學會)

備援制冷量産生的最主要原因是旁通氣流(這在其它文章已作出詳細說明)：精密空調提供的冷卻氣流在傳回精密空調之前未通過it裝置的那部分氣流。最小化旁通氣流對于優化冷卻基礎設施至關重要。另一種估計旁通氣流的方法是将ups負荷乘以120 ，it負荷的行業平均值用cfm/kw表示。(cfm是氣體流量機關)這是it負荷所需的氣流量。将這個量與運作的精密空調提供的氣流量進行比較，可能會發現該資料中心存在明顯的過多供給的冷卻氣流。(制造商說明書可以提供精密空調氣流量的資料。)另一個低效率名額是将精密空調的送風溫度與一些最高機架進風溫度相比。溫度升高是it負荷污染供應的冷卻氣流産生的廢氣造成的。

“合理規模”制冷量可提供以下優勢:

通過提高回風溫度提高精密空調的效率

通過消除熱點和冷點提高it裝置的可靠性

通過提高制冷的有效性和效率降低營運成本

釋放備援制冷量來增加資料中心制冷量

通過提高制冷量冷卻更多的it裝置來實作業務增長

推遲增加冷卻基礎設施資本支出，或者可以建立一個新的資料中心

降低冷卻負荷改進pue

通過減少公用設施的使用減少碳排放

無論資料中心是否有進風溫度問題，ccf都适用

資料中心目的之一是為it裝置提供穩定和适當的進風溫度。由此，将資料中心分為兩類，

1、 具有進風溫度問題的資料中心

2、 沒有進風溫度問題的資料中心

對于沒有進風溫度問題的資料中心，計算ccf可以更有效幫助資料中心更有效運作，同時可以降低營運成本，還可以為後期it裝置增長釋放更多制冷量。

對于具有進風溫度問題的資料中心或保持适當進風溫度，第一個要解決的問題是：是不是由于缺乏冷卻能力或氣流組織差而引起的問題?計算ccf可以明确回答這個問題。

計算制冷量系數(ccf)

ccf通過将總運作的額定制冷量(千瓦)除以it裝置關鍵負載(千瓦)的110%來計算。

總制冷量是運作精密空調額定制冷量的總和。如果所有精密空調都正在運作,則這将與總安裝的精密空調的額定制冷量相同。例如，如果安裝10台制冷量為30冷噸精密空調，運作其中的7台，則總制冷量為739千瓦( 7 x 30 = 210冷噸, 210x 3.52 =739kw)。将冷噸換算成千瓦，乘以常數3.52。

(備注：1美國冷噸=3024千卡/小時(kcal/h)=3.517千瓦(kw))

資料中心的it負載等于資料中心的ups輸出。確定使用的ups輸出僅用于資料中心内裝置。如果ups向其它資料中心提供輸出，則必須從ups總輸出中減去這些負載。要計算ups輸出中未反映的資料中心典型負荷(照明、建築圍層、人員等)需要添加10%。

制冷量系數=總運作制冷量/ pus輸出x 1.1

精密空調通常涉及到額定制冷量(如30冷或20冷噸精密空調)。如果額定制冷量未知，請記錄精密空調銘牌上的型号

　　(圖6 )，并線上搜尋或緻電制造商。

額定制冷量是指精密空調在标準條件下總的制冷量，解精密空調的額定制冷量是很重要的，它涉及傳回精密空調氣流的溫度和相對濕度。通常标準條件是75 ℉( 24℃)和45%的相對濕度( rh)。如果回風條件不同，裝置将有不同的制冷量。如果回風溫度比低于标準狀态，裝置将輸送小于額定的制冷量。如果回風溫度高于标準狀态，裝置将超過的額定制冷量。

如果資料中心規劃、配置合理，使用精密空調額定制冷量計算ccf，精密空調至少可以提供額定制冷量。事實上，在資料中心運作狀态下，許多精密空調設定的回風溫度都比标準值要低，這兩者的差别在于運作狀态下實際提供的制冷量與在理想狀态下提供的潛在制冷量或者設定回風溫度高，這都是制冷量過剩的一種表現。

如何了解ccf值，合理改善資料中心

ccf值為1.0到1.1的資料中心，又恨少或沒有備援制冷量。主要是在這些資料中心中在透徹了解afm基本原理基礎上，進行改善，盡可能提供備援制冷量。根據自身情況需要，增加精密空調來産生備援制冷量。氣流組織的改善會改變it裝置進風溫度，并為提高精密空調進風溫度提高創造條件，這樣可以提高精密空調的效率和制冷量。在ccf值為1.0-1.1的條件下，不能關閉精密空調或降低風扇轉速。

ccf值為1.1至1.2的資料中心，運作精密空調的數量與資料中心的熱負荷密切相關。it裝置的進風溫度沒有超出ashrae推薦的範圍，而且氣流組織管理相應做到位。每10台精密空調約有一台備援(10+1)。在大多數情況下,如果有一個精密空調發生故障，足以保持資料中心的制冷。除非資料中心内有24小時全天候的監控和人員配置，否則不應關閉空調。

ccf值為1.2至1.5的資料中心，有适度機會關閉精密空調實作降低營運成本。這通常隻能在氣流組織得打充分改善後才能成功。降低成本并不需要全面的遏制政策，但是需要徹底密封高架活動地闆的開放區域和機架間的開放空間，并且将風口地闆和格栅風口地闆放置在最佳位置。

ccf值為1.5到3.0的資料中心是最常見的。這些資料中心有大量機會可以降低營運成本、改善it環境并增加能被有效冷卻的it負荷。在這一範圍内的資料中心通常有明顯的可以通過改善氣流組織進而釋放過剩制冷量。

ccf值大于3.0的資料中心有很大的改善潛力，因為運作精密空調的總額定制冷量至少是it負荷的110%的三倍。

ccf值的最理想範圍

有幾個因素影響資料中心最佳情況下的ccf值。良好的資料中心平面規劃對達到理想ccf值有很大的影響。如果機櫃面向同一方向(傳統布局)并且大量獨立裝置，這樣的氣流組織能效比是很不理想的，并且制冷量與it負載也是有着密切的關系。此時，ccf在1.8左右。沒有做氣流遏制系統的資料中心将比做氣流遏制系統的資料中心擁有更高的ccf值。更多的應用氣流遏制系統的資料中心能實作最低ccf值。根據精密空調的規格和數量，采用集裝箱或子產品化應用的資料中心ccf值看可以降低至1.2。

其它重要名額

如果不需要計算資料中心ccf值，其它名額也有助于準确算出氣流組織在資料中心的有效性和效率:

1、 熱點與冷點的數值是制冷效果的重要衡量名額。

2、 從精密空調到it機櫃進風溫度的變化表明在進入機櫃的冷風與多少其它氣流混合(比如與回風混合等)。

3、 從it裝置進風溫度到從機櫃熱通道傳回到精密空調的回風溫度表明,在從風口地闆向機櫃進風開始就有多少氣流與之混合，回風的時候又與多少氣流與之混合。

此外，pue值已成為确定資料中心基礎設施總體效率的最普遍的名額。事實上，pue顯示出來的是冷卻基礎設施是資料中心電力的最大消耗因素。

是以，提高冷卻基礎設施的效率将對降低pue能産生顯而易見的效果。然而，pue雖是一個很好的總體名額，但它并不能帶我們找到改善資料中心問題的根源與機會。業界人士需進一步對資料中心ccf進行分析和論證，進而幫助改善自身資料中心得到改善。

本文轉自d1net（轉載）