中国IDC圈8月3日报道：　由于电力能耗的增长以及功率密度的不断增加，数据中心的环境已经变得尤为重要。因此，我们一直在关注各种各样的室内制冷解决方案。其中很多对制冷系统的影响因素都没有引起人们的注意，比如说重力。这就提出了一个问题：能否让重力在数据中心强制对流环境中发挥作用？

本文的目的是为了确定在数据中心环境中，重力是否起到了作用。仔细分析相关现象，我们称“重力辅助”空气混合利用为计算流体动力学模型，其度量标准为机架冷却指数。本文我们比较一下广泛应用与数据中心里地板下送风系统系统、上送风系统与垂直送风系。机架冷却指数是用来度量机有效冷却架设备散热效率的值。

一、反向重力场分析

为了表明重力对系统的影响会受到强制对流的控制，以下围绕“反向重力”进行讨论。在这个例子中，是给常规高架地板下送风一个重力反向牵引。虽然在现实世界中这是不可能实现的，但这个简单的想法演示了重力的重要性。如果实验结果是不同的，那么我们可能需要在设计和分析中重新考虑重力的作用。

图1和图2是重力和反向重力作用下的温度示意图

图1是一个数据中心过道的横截面示意图，其特征就是冷、热空气在机架顶部有很多的混合。人们会认为这种环境受到了来自于地板下的强迫气流影响。但是，只要扭转重力场，温度分布看起来就会有很大不同。这种不同不仅仅表现在整个数据中心内部，还体现在设备通道里，显然，重力起到了重要作用。

这个发现是至关重要的，但是它存在于理想化的条件下。那么，这一发现又与现在的制冷装置有什么关联呢？我们接下来比较一下三种不同的制冷系统。

二、三种数据中心制冷技术比较

图3是基于穿孔地板的下送风制冷系统，地板下的气流压力会分布的相对均匀，所提供的冷却温度为60华氏度（16℃）。图4是由安装在机架上的模块制冷单元组成机架顶部送风系统，内置的风扇和冷却线圈可以推动和支配空气流动，提供65华氏度（18℃）的温度以确保干燥盘管正常运作。

天花板垂直送风冷却系统（图5）是从本质上逆转了高架地板下送风。所提供的温度与地板下送风制冷系统相同，为60华氏度（16℃）。

这三种制冷方式都适用于部署了冷、热通道的数据中心，对于机架顶部送风系统和天花板垂直送风制冷系统而言是不需要高架地板的，整个冷通道可铺设有孔地砖。假设每个机架装有10台服务器设备，机架采用的是前后左右立体式冷却，那么，机架本身四周温度的变化就会产生一股气流。然而，每个机架速散发的3kW热会使温度提升15℃，所以制冷系统速产生的气流必须要强于机架本身的气流。

从图3到5中可以看出，这三个制冷系统使数据中心产生了不同的温度条件。地板下送风的制冷系统会在机架顶部发生再循环；冷、热空气交接处比较明显（图中用黑线表明）。另一方面，机架顶部送风制冷系统形成了一个良好的冷通道，服务器吸入的冷空气温度比较一致。在同一个条件下，天花板垂直送风系统也能达到同样的效果。

虽然计算流体动力学模型实现了温度的可视化，但是确定系统的冷却效果仍然具有挑战性。最重要的一点是要确保进入风冷设备的循环空气温度不要过高，这个温度是要通过监测设备的，以确进入风冷设备的温度在指定的范围之内，然而，这些传感器不能有效地反馈给室内冷却系统。

三、机房标准环境温度

图6描述的是可能出现在数据中心里的温度条件。首先，应该把数据中心的标准环境温度作为设备设计和运行的工作温度标准，第二，电子设备的设计应该允许在极限环境下运行，但是长时间运行会导致设备的可靠型降低和缩短使用寿命。另外，长期在规定温度范围外运行会导致设备的灾难性故障。不同的行业标准对工作温度的范围的规定也不尽相同。电信NEBS标准所规定的温度范围是18-27℃；而暖通空调行业给出的建议则是20-25℃。

四、机架冷却指数

机架冷却指数（RCI）是一个有效的衡量机房制冷效果的标准，RCI可以很直观的显示出机房的制冷效果，若RCI为100%，表示机房的制冷效果达到了最佳，温度都在正常温度以下。若RCI降低，则意味着有些设备的温度高于正常温度，制冷效果没有达到最佳。若RCI低于80%，则通常认为该设备的制冷效果很差。

五、结论

从图7的机架制冷指数中我们可以看出，机架顶部送风系统比其他两种送风系统要显得要更为有效。因为冷通道内存在的重力作用，使机柜顶部送风系统能够更为有效地限制机架周围的热空气，从而达到良好的制冷效果。在ASHRAE（美国采暖，制冷与空调工程师学会）的一级环境测试下，采用顶部送风系统的送风口温度都能够达到要求，无论是高温还是低温环境下，机架制冷指数都接近100%.

高架地板下送风系统的表现最为糟糕，在低温下，机架的低温制冷指数仅仅只有40%，虽然随着温度的上升这一指数会上升，但该系统的高温机架制冷指数是这三种制冷系统里最低的。天花板垂直上送风系统的表现介于前面提到的两者之间。

在制冷通道内，由于重力作用和空气密度产生的自然对流，会使冷空气向下更为容易一些。所以在上方的送风口产生的制冷空气会更容易在整个通道内达到制冷效果，而如果从下方的送风口产生的冷空气将很难到达冷通道的上方，所以冷通道上方的制冷效果就很不理想。