1、統機柜排列現狀和對機房節能的影響
數據中心機房中傳統機柜排列方式一般可列為如下幾種：1、機柜列相向排列，后列機柜的前門對著前一列機柜的后門，即機柜列的前門向著同一個方向；2、機柜列相對排列，即兩列機柜的前門對著前門或后門對著后門，每兩列機柜組成一個相對排列的組合；3、機柜混合排列。
我們知道，對于開放式機柜其前后門均為通風網孔門，前門的通道為進風通道即為冷通道，后門為排風通道即為熱通道，機房精密空調送出的冷風從機柜的前門吸入，冷卻設備后的熱風從機柜的后門排出再回到精密空調，由此完成空調氣流的循環，達到冷卻耗電設備的目的。但是以上傳統機柜的排列由于沒有對機柜的冷熱通道進行隔離，而造成冷熱氣流紊亂，存在著有些區域冷熱氣流短路現象，即由空調送出的冷氣流沒有去冷卻設備就與熱氣流混合而回到空調，有的機柜前門吸入的是對面機柜后門排出的熱氣流，使得該機柜內設備冷卻不好等等不良的氣流運行現象。
由于機房中傳統機柜排列沒有對冷熱氣流進行有效遏制措施，從而形成大量的冷熱氣流短路現象、機柜冷卻不均現象，有的機柜過渡冷卻，有的機柜散熱不良甚至過熱宕機，造成空調冷氣流利用率低，空調耗電量增加，空調運轉時間延長等現象，不利于機房安全運行，不利于機房節能減排。
2、封閉機柜冷熱通道有利于節能減排
對于使用開放式機柜的機房來說，采用封閉機柜冷熱通道技術可以有效降低機房的耗電量。機房封閉通道技術措施主要有封閉冷通道、封閉熱通道和冷熱通道同時封閉三種情況。
2.1封閉冷通道
封閉冷通道就是建立冷池。
2.1.1封閉冷通道原理
首先，我們應采用“冷熱通道”的設備布置方式合理的排列機柜，一般來說就是把每兩列相鄰的機柜列面對面的排列，機柜的正面對著正面，機柜的正面裝有通風網孔門，是機柜內用電設備的進風面，其中間的人行通道即為冷通道。我們把冷通道封閉起來就叫做封閉冷通道，就是建立了冷池；機柜的背面也裝有通風網孔門，是機柜內用電設備的排風面，機柜內耗電設備靠排風風扇把熱風排到熱通道。
這里介紹兩種封閉冷通道：
第一種封閉冷通道的機房是常見的典型節能機房，機房采用下送風上回風精密空調，冷池的地面采用通風地板，兩邊為相對排列的機柜前門，兩端開門方便人員進出，頂面為自動翻板消防天窗。平時正常運行時門和天窗均處于關閉狀態。
第二種封閉冷通道的機房采用上送風下回風精密空調，冷池的頂面采用送風管道送風，在送風管的底面設有送風風口，送風管構成冷通道的頂面，在水平送風管中部設置自動翻板消防天窗。兩邊為相對排列的機柜前門，兩端開門方便人員進出。平時正常運行時門和天窗均處于關閉狀態。
我們把由兩列面對面排列的封閉冷通道的機柜叫做雙列機柜冷池節能模塊，一個機房里可以有n個這樣的節能模塊；由單列機柜組成的封閉冷通道的機柜叫做單列機柜冷池節能模塊，一般用于只有一列機柜的機房或奇數列機柜機房在配雙列機柜冷池節能模塊后剩下的單列機柜。
2.1.2封閉冷通道的氣流組織
第一種封閉冷通道的氣流組織是：由精密空調送出的冷風通過地板下冷風靜壓箱從冷池內的通風地板送出來，冷風聚集在冷池內，只能通過機柜正面網孔門進入機柜，一般IT設備的前面設有進風口，后面設置風扇排風口，冷卻設備后的熱氣流從機柜背部網孔門排到熱通道，熱通道是開放的，熱通道的熱氣流在受空調頂部回風口負壓吸引下回到空調回風口，經過空調冷卻后其冷風再從下部送風口送入地板靜壓箱，如此完成氣流循環。
第二種封閉冷通道的氣流組織是：由精密空調送出的冷風通過空調頂部的冷風靜壓箱從水平送風管道底部的送風口送入冷池，冷風聚集在冷池內，只能通過機柜正面網孔門進入機柜，一般IT設備的前面設有進風口，后面設置風扇排風口，冷卻設備后的熱氣流從機柜背部網孔門排到熱通道，熱通道是開放的，熱通道的熱氣流在受空調下部回風口負壓吸引下回到空調回風口，經過空調冷卻后其冷風再從上部送風口送入空調頂部的冷風靜壓箱，如此完成氣流循環。
冷池起到匯聚冷氣作用，能防止冷氣無效發散而損失，能有效防止冷熱氣流短路，使空調送出的冷風只有通過機柜內發熱設備交換熱量后才能從熱通道回到空調，使得機房內冷熱氣流有序循環，使整個機房氣流、能量流流動通暢。
2.1.3封閉冷通道的節能效果
采用封閉冷通道技術措施的機房能大大提高精密空調制冷效率，有效降低PUE值。除此以外，由于精密空調耗電量和機械磨損的下降，精密空調自身發熱量也下降，從而延長了精密空調的使用壽命；由于機柜內IT設備能夠更均勻更有效地散熱，從而提高了IT設備的使用壽命，使系統運行的更加安全可靠。
2.1.4封閉冷通道的應用
封閉冷通道一般應用于采用機房精密空調制冷的的低密機柜機房；也可應用于以低密機柜為主設有部分中密或高密機柜的機房，這種機房在采用機房精密空調制冷的同時適當增加行間精密空調疊加制冷或其他增強局部冷風量的技術措施。
2.2封閉熱通道
封閉熱通道就是建立熱池。
2.2.1封閉熱通道原理
首先，我們應采用“冷熱通道”的設備布置方式合理的排列機柜，一般來說就是把每兩列相鄰的機柜列背對背的排列，即機柜的背面對著背面，機柜的背面裝有通風網孔門，是機柜內用電設備的熱風排風面，其中間的人行通道即為熱通道。我們把熱通道封閉起來就叫做封閉熱通道，就是建立了熱池；機柜的正面也裝有通風網孔門，是機柜內用電設備的進風面，機柜內耗電設備靠排風風扇把熱風排到熱通道。
這里介紹兩種封閉熱通道：
第一種封閉熱通道是常見的典型節能機房，機房采用行間精密空調，行間精密空調穿插在機柜列中排列，送風方式是前面平行送風，后面平行回風，兩邊為相對排列的機柜后門，兩端開門方便人員進出，頂面為自動翻板消防天窗。平時正常運行時門和天窗均處于關閉狀態。
第二種封閉熱通道的機房采用下送風上回風機房精密空調，冷通道的地面采用通風地板，熱池兩邊為相對排列的機柜后門，其兩端開門方便人員進出，頂面采用回風管道回風，在回風管的底面設有回風風口，回風管構成熱通道的頂面，在水平回風管中部設置自動翻板消防天窗。平時正常運行時門和天窗均處于關閉狀態。
我們把由兩列背對背排列的封閉熱通道的機柜叫做雙列機柜熱池節能模塊，一個機房里可以有n個這樣的節能模塊；由單列機柜組成的封閉熱通道的機柜叫做單列機柜熱池節能模塊，一般用于只有一列機柜的機房或奇數列機柜機房在配雙列機柜熱池節能模塊后剩下的單列機柜。
2.2.2封閉熱通道的氣流組織
第一種封閉熱通道的氣流組織是：由行間精密空調前部把冷風送到開放的冷通道，冷風平行進入機柜前門，冷卻設備后的熱氣流從機柜背部網孔門排出到封閉熱通道，熱空氣聚集在熱池內，只能通過行間精密空調背部的回風口回到行間精密空調，經過行間精密空調冷卻后其冷風再從空調前部送風口送出，如此完成氣流循環。
第二種封閉熱通道的氣流組織是：由機房精密空調送出的冷風通過地板下冷風靜壓箱從開放的冷通道的通風地板送出來，冷風通過機柜正面網孔門進入機柜，冷卻設備后的熱氣流從機柜背部網孔門排到熱通道，熱通道是封閉的，熱氣流通過熱通道頂部的回風管底面回風風口進入回風管道，在受空調上部回風口負壓吸引下回到機房精密空調回風口，經過空調冷卻后其冷風再從空調下部送風口送入地板靜壓箱，如此完成氣流循環。
熱池起到匯聚熱氣流作用，能防止熱氣流無序發散到機房空間而提高冷通道冷氣流的溫度，能有效防止冷熱氣流短路，使空調送出的冷風通過機柜內發熱設備交換熱量后只能從封閉熱通道頂部的回風管才能回到機房精密空調，使得機房內冷熱氣流有序循環，使整個機房氣流、能量流流動通暢。
2.2.3封閉熱通道的節能效果
采用封閉熱通道技術措施的機房能大大提高精密空調制冷效率，有效降低PUE值。除此以外，由于精密空調耗電量和機械磨損的下降，機柜內IT設備能夠更均勻更有效地散熱，從而延長了設備的使用壽命，使系統運行得更加安全可靠。
2.2.4封閉熱通道的應用
封閉熱通道一般應用于采用行間精密空調制冷的的高密機柜機房；也可應用于以低密機柜為主設有部分中密或高密機柜的機房，這種機房在采用機房精密空調制冷的同時適當增加行間精密空調疊加制冷或其他增強局部冷風量的技術措施。
2.3同時封閉冷通道和熱通道
同時封閉冷通道和熱通道的機房一般采用行間精密空調制冷，這種雙通道封閉式機房模塊獨立性強，對內部配置強電暖通消防等支持設備要求高，對室內安裝場所大環境的條件要求可以比單獨封閉冷通道和單獨封閉熱通道的情況要低，由于實際使用少，這里不進行詳細討論。
3、典型封閉冷熱通道的結構和形式
3.1封閉冷熱通道的一般結構
這里以常用典型的雙列機柜冷池節能模塊機房為例進行結構分析，其主要組成部分如下圖示意：
常用典型的雙列機柜冷池節能模塊機房主要由機柜列、通道門、門框、門頭隔斷、通風風口地板、柜頂金屬板隔斷和型鋼支架、通道頂面玻璃窗和窗框、橋架等設備和部件組成，機柜的數量每列一般不超過18臺，其中包括一臺電源列頭柜和一臺網絡列頭柜，雙列機柜面對面對稱排列；兩列機柜之間的維護通道為冷通道，冷通道地面鋪設通風風口地板，每臺機柜前面鋪設一塊600mmX600mm的風口地板，冷通道的寬度為1.2m；冷通道的兩端為通道門，冷通道門一般采用金屬框架防火玻璃門結構，門上裝有門禁電子鎖管理控制人員的進入，門可以為自動開關門，也可以為手動開關門，可以為單開門，也可以為雙開門，可以為推拉門，也可以為平開門，消防聯動時門禁電子鎖自動打開，滿足人員逃生要求；門的上方設有門頭隔斷，門頭隔斷由金屬板隔斷和型鋼支架構成，門頭隔斷能擋住模塊機房頂部的天窗和橋架電纜等部件，有利于模塊機房整齊美觀；可以在門頭隔斷上或在推拉門的門套上的合適高度設置監控屏幕，提高模塊機房的智能監控能力；冷通道的頂面為自動翻板消防天窗，天窗采用金屬框架防火玻璃窗，每臺機柜間距之間設置一個天窗，天窗支撐在窗框上，窗框上設有門磁或電動開關窗機構，使天窗具有與消防聯動自動打開、滿足消防氣體能快速進入冷池的功能，天窗可以根據機房凈高度條件設置成單開窗或雙開窗，單開窗天窗與雙開窗天窗比較其冷通道的高度要高一些，這是由于單開窗在開啟時由關閉時的水平位置翻轉到垂直位置時所占空間高度較大，天窗的玻璃應透光性好，以有利于冷通道外機房上方的照明燈光射入冷池內；裝設門磁機構的天窗消防聯動時能自動打開，但要手動關閉，裝設電動開關窗機構的天窗既能自動打開也能電動關閉。為確保天窗打開時窗扇垂直翻轉后其底邊與地面之間有足夠的安全高度，在天窗的兩邊機柜列的頂部與天窗列窗框之間設置金屬板隔斷，以提高天窗的架設高度，滿足人員維保空間高度要求和提供人性化舒適空間。
冷池的門和天窗采用防火玻璃是為了最好地滿足消防要求，如采用雙層保溫式中空防火玻璃和采用保溫式金屬板隔斷則更有利于節能，但增加了投資成本。通常冷池的顏色與機柜顏色一致。
在冷池的天窗下部兩邊金屬隔斷上可平行設置兩排冷池應急智能照明燈光，人進入冷池時自動打開，離開時自動關閉，既能在正常時補充冷池照度，又能作為應急照明使用。在冷池的頂面適當位置窗框上還可設有冷池溫濕度模塊、煙感模塊、攝像頭等，以提高冷池模塊機房智能化水平。
3.2封閉冷熱通道的一般形式
針對機房內遏制冷熱氣流的封閉通道模塊機房一般有三種典型形式：
3.2.1、第一種形式為雙列機柜冷池（或熱池）節能模塊
兩列機柜相對排列布置，中間為封閉冷通道或封閉熱通道，兩邊為開放式熱通道或開放式冷通道，封閉通道的兩端為金屬框防火玻璃門，頂部為滿足消防聯動功能自動翻板的金屬框防火玻璃消防天窗。
3.2.2第二種形式為單列機柜冷池（或熱池）玻璃隔斷式節能模塊
一列機柜布置，封閉冷通道或封閉熱通道的兩側的一邊是機柜列，另一邊采用金屬框防火玻璃隔斷，通道兩端為金屬框防火玻璃門，頂部為滿足消防聯動功能自動翻板的金屬框防火玻璃消防天窗。這種形式由于封閉通道的一邊采用了玻璃隔斷封閉，所以通透性好，外形美觀，方便運維人員工作。
3.2.3第三種形式為單列機柜冷池（或熱池）靠墻封閉式節能模塊
一列機柜布置，封閉冷通道或封閉熱通道的兩側的一邊是機柜，另一邊靠墻封閉，通道兩端為金屬框防火玻璃門，頂部為滿足消防聯動功能自動翻板的金屬框防火玻璃消防天窗。這種形式由于封閉通道的一邊靠墻封閉，所以能節省投資。
下圖為封閉冷通道或封閉熱通道節能模塊機房的布置效果圖：左圖為單列機柜冷池（或熱池）靠墻封閉式節能模塊，中圖為雙列機柜冷池（或熱池）節能模塊；右圖為單列機柜冷池（或熱池）玻璃隔斷式節能模塊。
4、封閉冷熱通道的特點
4.1模塊化
對于機柜冷池或熱池節能模塊從整體上看，不論是雙列機柜冷池（或熱池）節能模塊還是單列機柜冷池（或熱池）節能模塊，都具有典型的模塊化特性，在一個機房空間里，可以根據需求放置N個模塊，也可以分期投入。
從機柜冷池或熱池節能模塊內部組成上看，一個機柜冷池或熱池節能模塊除了兩個門以外，消防天窗和兩邊柜頂封閉隔斷都是以機柜寬度為單元的模塊化部件，是與機柜配套安裝的，可以隨著機柜數量需求的增減而同步增減。另外，封閉通道的各個部件也是以模塊化標準而定制的，有利于現場安裝。
4.2智能化
機柜冷池或熱池節能模塊封閉通道的頂部天窗能夠在接受消防聯動信號時迅速打開，使得機房消防滅火氣體能夠及時進入冷通道或熱通道滅火；封閉通道的兩個門的門禁鎖在接受消防聯動信號時能迅速開啟，以便人員逃生；封閉通道的頂部裝有溫濕度傳感器、消防煙感、攝像頭、智能照明傳感器等，溫濕度傳感器能實時檢測封閉通道內的溫濕度狀況，消防煙感在檢測到封閉通道內煙霧火災時能及時把信號上傳消防控制模塊啟動消防報警和消防聯動，攝像頭能夠實時檢測封閉通道內的物體圖像或紅外圖像，智能照明傳感器能智能控制封閉通道內的照明。另外機柜冷池或熱池節能模塊還保留了機柜內部的動環智能監控功能。
4.3安全性
封閉通道的門、頂部天窗和玻璃隔斷材質均為鋼結構或鋁合金結構和防火鋼化玻璃組成，柜頂隔斷為鋼結構或鋁合金結構組成，不易燃不助燃，符合消防要求；封閉通道的門設有門禁鎖，能有效管理和控制人員的進入；封閉通道內的照明燈能在事故斷電時點亮，為工作人員事故處理提供應急照明；還有消防天窗和門禁鎖與消防聯動等功能，都有力提高了機柜冷池或熱池節能模塊的安全性。
4.4穩定性
機柜冷池或熱池節能模塊的封閉組件是根據現場機柜布置精心測量定制，與機柜緊密結合，穩定性高，使用壽命長。
4.5快速實施性
機柜冷池或熱池節能模塊的封閉組件一般采用量體定制，實施模塊化設計、標準化生產，現場模塊化組裝，施工快捷，特別有利于運行中機房的節能改造。
4.6有利于機房節能減排
根據浩德科技試驗機房檢測，封閉冷通道比傳統機房可節能達8％。封閉熱通道比傳統機房可節能達10％。
作者簡介：呂純強，浩德科技副總工，高級工程師，中國計算機用戶協會機房設備應用分會專家委員會委員。本文發表于《機房技術與管理》。
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