数据中心行级制冷的工作原理
摘要：#数据中心#数据中心行级制冷通常被认为是采用行级冷却器进行“冷风供给”的架构。然而，行级制冷实际上是一种“热风捕捉”的架构，它是在IT 设备的热排风可能与机房内环境空气混合前将其进行冷却。本文讨论了有关行级制冷的常见误解，介绍了行级制冷的排热方法，并描述了使该方法效率最大化的主要设计属性。
简介：
什么是数据中心“IT区域”？
数据中心“IT 区域”是一组IT 机柜与供电和制冷物理基础设施（作为一个整体部署）的结合体。IT 机房可事先规划一定数量的IT 区域，但这些IT 区域可独立部署，或在日后进行升级。通常，IT 区域在机房现场组装成标准设计，但也可部分或整体预制。一般情况下，IT 区域是一对共用一个热通道的机柜排。基于IT 区域的设计是针对大型数据中心推荐的最佳实践。
紧靠热源的行级制冷，以机柜行为基础的制冷架构，以及行间制冷等名称通常用于描述数据中心的行级制冷。本文通篇将使用行级冷却器这一术语来描述此架构。此外，将使用术语“IT 区域”来描述行级冷却器通常的部署方式（参见边栏中的定义）。尽管行级制冷技术已应用了近十年，人们仍会对此类制冷技术的工作原理产生困惑。具体来说，人们对其工作原理和部署方式有三大误解：
误解1：行级冷却器需要安装导流板：通常认为，行级冷却器需要安装导流板以便将冷风直接送至机柜的正面。实际上，一些数据中心的设计人员、运行人员以及生产厂家会在行级冷却器的出风口设计导流板，从而试图将冷风直接吹入机柜。
误解2：每一机柜排都需要安装行级冷却器：通常认为，数据中心的每一机柜排都需要安装行级冷却器。如果当所有行级冷却器位于同一机柜排，也就是说另外一机柜排没有行级冷却器，则会直觉认为不可能冷却整个IT 区域。
误解3：行级冷却器不能冷却其IT 区域外的负荷：通常认为，行级冷却器可冷却其所处IT区域内的负荷。同样，人们经常认为，一个IT 区域的额外行级制冷容量不能帮助冷却另外一个IT 区域。
本文使用热空气捕获的科学理论和核心原理解释为何存在上述误解， 并描述了三个可最大化热空气捕获的主要行级制冷设计属性。
热空气捕获原理
任何数据中心制冷系统的目标均为排出IT 设备产生的废热。衡量制冷设备对IT 热排风（或对IT送冷风）捕获有效性的一个度量标准称为捕获指数。捕获指数仅基于与机柜冷送风或排排风有关的气流模式。捕获指数通常是一个机柜级的度量标准，且数值介于0 和100%之间；该数值越大，表明制冷架构的制冷性能和可扩展性越好。
热空气捕获指数是行级冷却器在IT 设备所属IT 区域内直接捕获的IT 设备热排风的比例。这是行级制冷有效性的量化准则。由图1 可看出，78%的IT 热排风被冷却器所捕获。图2 给出一个使用行级冷却器的数据中心温度云图CFD 仿真结果。
图1 热空气捕获指数示意图
图2 热空气捕获CFD 仿真示意图
（中间过道表示热通道，蓝色物体表示行级冷却器）
热空气捕获指数的一个有效应用是优化IT 区域内的机柜和制冷单元布置。设计目标是确保制冷单元捕获到所有排出的热空气，从而使机房内无净发热量。这种情况下，机柜级捕获指数可明确表明各机柜有多少气流被捕获到，从而实施适当的设计变更，直到找到可接受的解决方案。热空气捕获指数的设计目标通常为至少90%，实现该目标表明IT 区域的布置是有效的。以下设计实践可帮助实现或超出该数值。
使用盲板和毛刷 – 通过IT 机柜中开放的未使用“U”空间或机柜顶部和底部线缆穿入四周的开放区域，IT 热排风会逃离热通道。在开放的“U”空间安装盲板以及在线缆穿入四周安装毛刷对提高热空气捕获指数非常有效。
优化行级冷却器布置 – 行级冷却器应布置在IT 机柜之间，且通常不布置在机柜排的末端，以最大化热空气的捕获。对于机柜IT 负载均匀的情况，冷却器应沿热通道的长度方向均匀分布。对于机柜IT 负载不均匀的情况，冷却器应尽量靠近负载较高的机柜布置。
使用侧配风单元 – 多类交换机和路由器采用侧向气流模式。这种气流配置通常是与IT 机柜典型的前进后出送风模式不兼容的。侧配风单元允许交换机和路由器并排放置，且依然保持适当的气流，因此占用较少地板空间。
避免采用风扇组 – 机柜中使用的风扇组或顶置风扇实际上会扰乱气流管理，因为产生的气流模式与IT 设备前进后出送风模式不兼容。
采用深度较深的IT 机柜 – 在过去的十年中，IT 设备深度趋于更深。对这类IT 设备使用深度较浅的机柜（如900mm/35 英寸）会限制热空气从机柜背部的排出。较深的机柜为布线提供更多的空间，从而降低气流阻力。
采用气流遏制系统 – 行级冷却器离IT 机柜越远，越难阻止IT 热排风循环至IT 设备的送风口。使用行级冷却器的热通道气流遏制系统可改善制冷系统效率，尤其是对密度低于3kW/机柜的区域。
揭穿误解
简介部分所提到的三个误解表明人们对行级冷却器如何捕获热空气缺乏理解。本部分将首先描述行级冷却器的三个主要设计属性，接着以这些属性为基础揭穿每个误解。
行级冷却器的设计属性
在IT 设备排出的热空气有机会与机房环境空气混合或再循环至IT 机柜之前，行级冷却器捕获IT设备排出的热空气并将其进行冷却。捕获所有的热空气可改善电能利用效率并消除热点。有三个主要设计属性可帮助行级冷却器捕获并冷却热空气：
后进前出的气流模式
与机柜相仿的占地空间
可变制冷容量设备
后进前出的气流模式
行级冷却器通过采用沿冷却器高度方向的一系列小风扇来实现后进前出的气流模式。由于行级冷却器的后部处于热通道中，风扇能够从热通道中直接均匀（从顶部至底部）捕获IT 设备排出的热空气，如图3 所示。基于计算流体动力学（CFD）分析和性能测试，表明与行级冷却器距离最近的IT 机柜通常具有最高的热空气捕获指数。相反，离行级冷却器较远的IT 机柜的热空气捕获指数会有所降低。这种关系引出第二种设计属性“与机柜相仿的占地空间”的益处。
图3 具有垂直对齐风扇和后进前出气流模式的行级冷却器
与机柜相仿的占地空间
行级冷却器的设计具有与IT 机柜相仿的占地面积（整个或半个机柜宽度）。这种设计属性允许用户将行级冷却器分布于整个IT 机柜区域。任一行级冷却器和IT 设备排风口的最大距离通常不大于3 米（10 英寸）。这种分布式冷却布局意味着整个IT 区域的热空气捕获指数可以得到改善。
当一个IT 机柜排出的热空气超出较远行级冷却器“所能抵达”的范围时，该IT 区域中另一个较近的行级冷却器将捕获所排出热空气的绝大部分。
如果一个IT 区域内的所有热空气排放均被该IT 区域内的分布式冷却器捕获（即100%热空气捕获），则根据定义，IT 设备的送风口将不存在热点。图4 给出了一个分布式行级冷却器的布局示例。行级冷却器的数量和位置是根据机柜密度和气流遏制程度来确定的。
图4 给出了一个分布式行级冷却器的布局示例
可变制冷容量设备
行级冷却器采用EC 风机，可通过调整风机转速来改变气流和所输出的制冷容量。传统房间级空调通常只通过控制气流来保证高架地板下的静压，与IT 负载无关。这种设计属性允许行级冷却器根据IT 负载并通过检测IT 机房附近机柜的进风温度来平衡制冷容量。
纠正误解1：行级冷却器需要安装导流板
如果不清楚热空气捕获的前提，很容易得出需要安装导流板来实现将冷风送至IT 设备入口的结论。然而，上文所述的两种设计属性均表明不需要安装导流板。如果IT 设备所排放的热空气100%被捕获并冷却，（在其有机会与机房内的环境空气混合之前），机房内的其余空间将变成一个冷通道。因此，（行级冷却器）冷风的去向无关紧要；关键在于（IT 设备）热空气的捕获和冷却。
一些制造商使用导流板将冷风送至邻近的机柜，这表明他们不理解热风捕获的原理。使用导流板不仅增加了投资成本和冷通道的宽度，而且还会导致气流问题。离开导流板的气流处于较高速度，且与邻近IT 机柜的气流相垂直。高速射流在IT 机柜前产生低压区域，影响机柜气流。（这被称为伯努利定律，飞机机翼就是利用该定律为飞机提供升力。）与热通道中IT 设备热排风被均匀“吸入”相比，覆盖机柜送风口的强射流在各机柜上产生的情况差异很大。（射流以局部压力和速度变化为特征。）请注意，导流板还会造成明显的压损，导致风扇功耗的增加。
纠正误解2：每一排机柜排都需要安装行级冷却器
许多人认为，行级冷却器只能冷却与冷却器处于同一排的机柜。上文所述的两种设计属性均表明，当具有高热风捕获指数时，行级冷却器是否需要同时位于IT 区域的两机柜排（或任何布置组合）并不重要。CFD 建模和实际应用均表明，当行级冷却器只位于其中一机柜排时是可以同时冷却两排机柜的，如图5 所示。各机柜的百分数表示热风捕获指数。请注意，在图中，所有的IT 设备入口均暴露在被冷却的蓝色气体中，中间的红色区域为热通道。
图5
分布式行级冷却器的CFD 分析实例
机柜顶部3D 俯视图
平均负载为5kW/机柜，无制冷冗余或气流遏制
纠正误解3：行级冷却器不能冷却其IT 区域外的负荷
该误解也有以下其它几种说法，包括：
行级冷却器仅适用于热点的冷却
行级冷却器不能冷却其他IT 区域内的机柜
行级冷却器不能用于冷却大型机房
行级冷却器不能冷却数据中心周边布置的存储器单元
采用N+1 冗余的行级制冷表示每个IT 区域均需要部署冗余制冷单元
弄清该误解的一个重要事实是，热风捕获指数测量由行级冷却器直接捕获的与其处于同一IT 区域的机柜所排放热的热空气的百分比。根据定义，如果一个机柜的热空气全部被远离其IT 区域的另一个行级冷却器所捕获，则该机柜的热风捕获指数将为0%。
因此，冷却独立的IT 装置，比如存储设备，一种最可预测的方式是将行级冷却器布置在设备旁，确保其具有较高的热空气捕获指数。实质上，这样产生了一个小型的IT 区域，热风捕获高达100%。这与在高架地板制冷架构中的独立装置前放置一个穿孔地板相似。主要区别是，穿孔地板以冷风捕获为前提运行，这种情况下冷风捕获受所提供的气流量（以及kW 制冷容量）限制，
独立IT 装置（在其IT 区域内）无行级冷却器时如何处理？该装置在行级制冷架构中如何冷却？可在行级冷却器的“与机柜相仿的占地空间”和“可变制冷容量设备”设计属性中找到答案。与机柜相仿的占地空间允许冷却器分布于整个数据中心，对所有热负荷产生紧靠热源的的制冷效果。可变制冷容量设备在检测到机房温度升高后，向冷通道中增加供应冷风。使用行级冷却器的热通道气流遏制系统同样可改善热风捕获，尤其是在负载密度低于3kW/机柜的情况下。气流遏制系统是否会对冷却独立IT 装置产生负面影响？解答该问题的最简单办法是对两个具有相同布局的数据中心进行比较，各数据中心分别具有65 个机柜，235kW IT 负载，两个独立IT 设备，其中一个采用气流遏制系统，另外一个不采用气流遏制系统。
图6A 给出了14 个行级冷却器均匀分布于数据中心时的CFD 分析结果。20 个宽机柜的密度为5kW/机柜，43 个窄机柜的功率密度为3kW/机柜。右上角的两个辅助机柜表示独立IT 装置。热空气捕获指数值（百分数）显示在各机柜上。5kW 独立和1kW 独立设备的平均送风温度均为22°C (71.6°F)。图6B 给出了采用热通道气流遏制系统，而其他方面均相同的数据中心的CFD分析结果，以说明其对独立IT 设备的热空气捕获和进风温度的影响。大多数机柜的热风捕获指数为100%。两个独立IT 设备的平均进风温度均为21C (69.8F)。
图6A 分布式行级冷却器的CFD 分析实例
机柜顶部3D 俯视图
总负荷为235kW/机柜总数为65 个/宽机柜=5kW/机柜/窄机柜=3kW/机柜
无制冷冗余或气流遏制
图6B 中心式行级冷却器的CFD 分析实例
机柜顶部3D 俯视图
总负荷为235kW/机柜总数为65 个/宽机柜=5kW/机柜/窄机柜=3kW/机柜
无制冷冗余，但采用气流遏制
以上两幅图可帮助人们更形象地了解行级冷却器对热风捕获指数以及冷却独立IT 设备的影响。因为行级冷却器为可变制冷容量设备，即能够向冷通道提供过多冷风。当系统处于平衡状态时，冷却器的送风温度等于IT 设备进风温度。如果辅助设备（即独立设备）最初部署在IT 区域外，由于空气混合，机房环境的整体温度会升高。附近行级制冷单元检测到该升高的温度，并通过增加制冷容量予以响应，从而冷却热空气。增加制冷容量是通过提高气流（行级冷却器提高风扇转速）和/或降低送风温度（行级冷却器提高冷冻水水阀流量）实现的。这些调整仅在开始时发生，一旦数据中心进入稳定状态，就会维持不变。
行级冷却器“冷却辅助设备负载”的步骤与上述步骤相同，即使在采用气流遏制系统的情况下。在任一情况中，我们均认为辅助设备运行于比行级机柜更高的温度下，因为辅助设备未直接紧靠其IT 区域内的行级冷却器。独立IT 装置离行级冷却器越远，进风温度将越高。考虑辅助设备的温度升高是否必要，大多数情况下，IT 设备可承受ASHRAE 推荐的最大温度27C (80.6F)。如果这个温度不可接受，则最好将行级冷却器布置于辅助设备机柜附近。
结论
行级制冷的设计理念在于捕获IT 区域中IT 设备排出的热空气。热空气捕获指数值越高，发生热风再循环就越少，机柜间的温度变化（如热点）就会减少。行级冷却器的冷风去向并不重要，重要的是机柜热排风如何被捕获。行级制冷单元还可帮助冷却其IT 区域外的辅助设备或机柜，但这种情况下不使用热风捕获指数作为性能指标。相反，行级冷却器采用本文所述的紧靠热源的制冷过程。理解这些原理有助于澄清本文所描述的三种误解，并为有效使用行级制冷提供基础。
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数据中心行级制冷的工作原理
摘要：#数据中心#数据中心行级制冷通常被认为是采用行级冷却器进行“冷风供给”的架构。然而，行级制冷实际上是一种“热风捕捉”的架构，它是在IT 设备的热排风可能与机房内环境空气混合前将其进行冷却。本文讨论了有关行级制冷的常见误解，介绍了行级制冷的排热方法，并描述了使该方法效率最大化的主要设计属性。
简介：
什么是数据中心“IT区域”？
数据中心“IT 区域”是一组IT 机柜与供电和制冷物理基础设施（作为一个整体部署）的结合体。IT 机房可事先规划一定数量的IT 区域，但这些IT 区域可独立部署，或在日后进行升级。通常，IT 区域在机房现场组装成标准设计，但也可部分或整体预制。一般情况下，IT 区域是一对共用一个热通道的机柜排。基于IT 区域的设计是针对大型数据中心推荐的最佳实践。
紧靠热源的行级制冷，以机柜行为基础的制冷架构，以及行间制冷等名称通常用于描述数据中心的行级制冷。本文通篇将使用行级冷却器这一术语来描述此架构。此外，将使用术语“IT 区域”来描述行级冷却器通常的部署方式（参见边栏中的定义）。尽管行级制冷技术已应用了近十年，人们仍会对此类制冷技术的工作原理产生困惑。具体来说，人们对其工作原理和部署方式有三大误解：
误解1：行级冷却器需要安装导流板：通常认为，行级冷却器需要安装导流板以便将冷风直接送至机柜的正面。实际上，一些数据中心的设计人员、运行人员以及生产厂家会在行级冷却器的出风口设计导流板，从而试图将冷风直接吹入机柜。
误解2：每一机柜排都需要安装行级冷却器：通常认为，数据中心的每一机柜排都需要安装行级冷却器。如果当所有行级冷却器位于同一机柜排，也就是说另外一机柜排没有行级冷却器，则会直觉认为不可能冷却整个IT 区域。
误解3：行级冷却器不能冷却其IT 区域外的负荷：通常认为，行级冷却器可冷却其所处IT区域内的负荷。同样，人们经常认为，一个IT 区域的额外行级制冷容量不能帮助冷却另外一个IT 区域。
本文使用热空气捕获的科学理论和核心原理解释为何存在上述误解， 并描述了三个可最大化热空气捕获的主要行级制冷设计属性。
热空气捕获原理
任何数据中心制冷系统的目标均为排出IT 设备产生的废热。衡量制冷设备对IT 热排风（或对IT送冷风）捕获有效性的一个度量标准称为捕获指数。捕获指数仅基于与机柜冷送风或排排风有关的气流模式。捕获指数通常是一个机柜级的度量标准，且数值介于0 和100%之间；该数值越大，表明制冷架构的制冷性能和可扩展性越好。
热空气捕获指数是行级冷却器在IT 设备所属IT 区域内直接捕获的IT 设备热排风的比例。这是行级制冷有效性的量化准则。由图1 可看出，78%的IT 热排风被冷却器所捕获。图2 给出一个使用行级冷却器的数据中心温度云图CFD 仿真结果。
图1 热空气捕获指数示意图
图2 热空气捕获CFD 仿真示意图
（中间过道表示热通道，蓝色物体表示行级冷却器）
热空气捕获指数的一个有效应用是优化IT 区域内的机柜和制冷单元布置。设计目标是确保制冷单元捕获到所有排出的热空气，从而使机房内无净发热量。这种情况下，机柜级捕获指数可明确表明各机柜有多少气流被捕获到，从而实施适当的设计变更，直到找到可接受的解决方案。热空气捕获指数的设计目标通常为至少90%，实现该目标表明IT 区域的布置是有效的。以下设计实践可帮助实现或超出该数值。
使用盲板和毛刷 – 通过IT 机柜中开放的未使用“U”空间或机柜顶部和底部线缆穿入四周的开放区域，IT 热排风会逃离热通道。在开放的“U”空间安装盲板以及在线缆穿入四周安装毛刷对提高热空气捕获指数非常有效。
优化行级冷却器布置 – 行级冷却器应布置在IT 机柜之间，且通常不布置在机柜排的末端，以最大化热空气的捕获。对于机柜IT 负载均匀的情况，冷却器应沿热通道的长度方向均匀分布。对于机柜IT 负载不均匀的情况，冷却器应尽量靠近负载较高的机柜布置。
使用侧配风单元 – 多类交换机和路由器采用侧向气流模式。这种气流配置通常是与IT 机柜典型的前进后出送风模式不兼容的。侧配风单元允许交换机和路由器并排放置，且依然保持适当的气流，因此占用较少地板空间。
避免采用风扇组 – 机柜中使用的风扇组或顶置风扇实际上会扰乱气流管理，因为产生的气流模式与IT 设备前进后出送风模式不兼容。
采用深度较深的IT 机柜 – 在过去的十年中，IT 设备深度趋于更深。对这类IT 设备使用深度较浅的机柜（如900mm/35 英寸）会限制热空气从机柜背部的排出。较深的机柜为布线提供更多的空间，从而降低气流阻力。
采用气流遏制系统 – 行级冷却器离IT 机柜越远，越难阻止IT 热排风循环至IT 设备的送风口。使用行级冷却器的热通道气流遏制系统可改善制冷系统效率，尤其是对密度低于3kW/机柜的区域。
揭穿误解
简介部分所提到的三个误解表明人们对行级冷却器如何捕获热空气缺乏理解。本部分将首先描述行级冷却器的三个主要设计属性，接着以这些属性为基础揭穿每个误解。
行级冷却器的设计属性
在IT 设备排出的热空气有机会与机房环境空气混合或再循环至IT 机柜之前，行级冷却器捕获IT设备排出的热空气并将其进行冷却。捕获所有的热空气可改善电能利用效率并消除热点。有三个主要设计属性可帮助行级冷却器捕获并冷却热空气：
后进前出的气流模式
与机柜相仿的占地空间
可变制冷容量设备
后进前出的气流模式
行级冷却器通过采用沿冷却器高度方向的一系列小风扇来实现后进前出的气流模式。由于行级冷却器的后部处于热通道中，风扇能够从热通道中直接均匀（从顶部至底部）捕获IT 设备排出的热空气，如图3 所示。基于计算流体动力学（CFD）分析和性能测试，表明与行级冷却器距离最近的IT 机柜通常具有最高的热空气捕获指数。相反，离行级冷却器较远的IT 机柜的热空气捕获指数会有所降低。这种关系引出第二种设计属性“与机柜相仿的占地空间”的益处。
图3 具有垂直对齐风扇和后进前出气流模式的行级冷却器
与机柜相仿的占地空间
行级冷却器的设计具有与IT 机柜相仿的占地面积（整个或半个机柜宽度）。这种设计属性允许用户将行级冷却器分布于整个IT 机柜区域。任一行级冷却器和IT 设备排风口的最大距离通常不大于3 米（10 英寸）。这种分布式冷却布局意味着整个IT 区域的热空气捕获指数可以得到改善。
当一个IT 机柜排出的热空气超出较远行级冷却器“所能抵达”的范围时，该IT 区域中另一个较近的行级冷却器将捕获所排出热空气的绝大部分。
如果一个IT 区域内的所有热空气排放均被该IT 区域内的分布式冷却器捕获（即100%热空气捕获），则根据定义，IT 设备的送风口将不存在热点。图4 给出了一个分布式行级冷却器的布局示例。行级冷却器的数量和位置是根据机柜密度和气流遏制程度来确定的。
图4 给出了一个分布式行级冷却器的布局示例
可变制冷容量设备
行级冷却器采用EC 风机，可通过调整风机转速来改变气流和所输出的制冷容量。传统房间级空调通常只通过控制气流来保证高架地板下的静压，与IT 负载无关。这种设计属性允许行级冷却器根据IT 负载并通过检测IT 机房附近机柜的进风温度来平衡制冷容量。
纠正误解1：行级冷却器需要安装导流板
如果不清楚热空气捕获的前提，很容易得出需要安装导流板来实现将冷风送至IT 设备入口的结论。然而，上文所述的两种设计属性均表明不需要安装导流板。如果IT 设备所排放的热空气100%被捕获并冷却，（在其有机会与机房内的环境空气混合之前），机房内的其余空间将变成一个冷通道。因此，（行级冷却器）冷风的去向无关紧要；关键在于（IT 设备）热空气的捕获和冷却。
一些制造商使用导流板将冷风送至邻近的机柜，这表明他们不理解热风捕获的原理。使用导流板不仅增加了投资成本和冷通道的宽度，而且还会导致气流问题。离开导流板的气流处于较高速度，且与邻近IT 机柜的气流相垂直。高速射流在IT 机柜前产生低压区域，影响机柜气流。（这被称为伯努利定律，飞机机翼就是利用该定律为飞机提供升力。）与热通道中IT 设备热排风被均匀“吸入”相比，覆盖机柜送风口的强射流在各机柜上产生的情况差异很大。（射流以局部压力和速度变化为特征。）请注意，导流板还会造成明显的压损，导致风扇功耗的增加。
纠正误解2：每一排机柜排都需要安装行级冷却器
许多人认为，行级冷却器只能冷却与冷却器处于同一排的机柜。上文所述的两种设计属性均表明，当具有高热风捕获指数时，行级冷却器是否需要同时位于IT 区域的两机柜排（或任何布置组合）并不重要。CFD 建模和实际应用均表明，当行级冷却器只位于其中一机柜排时是可以同时冷却两排机柜的，如图5 所示。各机柜的百分数表示热风捕获指数。请注意，在图中，所有的IT 设备入口均暴露在被冷却的蓝色气体中，中间的红色区域为热通道。
图5
分布式行级冷却器的CFD 分析实例
机柜顶部3D 俯视图
平均负载为5kW/机柜，无制冷冗余或气流遏制
纠正误解3：行级冷却器不能冷却其IT 区域外的负荷
该误解也有以下其它几种说法，包括：
行级冷却器仅适用于热点的冷却
行级冷却器不能冷却其他IT 区域内的机柜
行级冷却器不能用于冷却大型机房
行级冷却器不能冷却数据中心周边布置的存储器单元
采用N+1 冗余的行级制冷表示每个IT 区域均需要部署冗余制冷单元
弄清该误解的一个重要事实是，热风捕获指数测量由行级冷却器直接捕获的与其处于同一IT 区域的机柜所排放热的热空气的百分比。根据定义，如果一个机柜的热空气全部被远离其IT 区域的另一个行级冷却器所捕获，则该机柜的热风捕获指数将为0%。
因此，冷却独立的IT 装置，比如存储设备，一种最可预测的方式是将行级冷却器布置在设备旁，确保其具有较高的热空气捕获指数。实质上，这样产生了一个小型的IT 区域，热风捕获高达100%。这与在高架地板制冷架构中的独立装置前放置一个穿孔地板相似。主要区别是，穿孔地板以冷风捕获为前提运行，这种情况下冷风捕获受所提供的气流量（以及kW 制冷容量）限制，
独立IT 装置（在其IT 区域内）无行级冷却器时如何处理？该装置在行级制冷架构中如何冷却？可在行级冷却器的“与机柜相仿的占地空间”和“可变制冷容量设备”设计属性中找到答案。与机柜相仿的占地空间允许冷却器分布于整个数据中心，对所有热负荷产生紧靠热源的的制冷效果。可变制冷容量设备在检测到机房温度升高后，向冷通道中增加供应冷风。使用行级冷却器的热通道气流遏制系统同样可改善热风捕获，尤其是在负载密度低于3kW/机柜的情况下。气流遏制系统是否会对冷却独立IT 装置产生负面影响？解答该问题的最简单办法是对两个具有相同布局的数据中心进行比较，各数据中心分别具有65 个机柜，235kW IT 负载，两个独立IT 设备，其中一个采用气流遏制系统，另外一个不采用气流遏制系统。
图6A 给出了14 个行级冷却器均匀分布于数据中心时的CFD 分析结果。20 个宽机柜的密度为5kW/机柜，43 个窄机柜的功率密度为3kW/机柜。右上角的两个辅助机柜表示独立IT 装置。热空气捕获指数值（百分数）显示在各机柜上。5kW 独立和1kW 独立设备的平均送风温度均为22°C (71.6°F)。图6B 给出了采用热通道气流遏制系统，而其他方面均相同的数据中心的CFD分析结果，以说明其对独立IT 设备的热空气捕获和进风温度的影响。大多数机柜的热风捕获指数为100%。两个独立IT 设备的平均进风温度均为21C (69.8F)。
图6A 分布式行级冷却器的CFD 分析实例
机柜顶部3D 俯视图
总负荷为235kW/机柜总数为65 个/宽机柜=5kW/机柜/窄机柜=3kW/机柜
无制冷冗余或气流遏制
图6B 中心式行级冷却器的CFD 分析实例
机柜顶部3D 俯视图
总负荷为235kW/机柜总数为65 个/宽机柜=5kW/机柜/窄机柜=3kW/机柜
无制冷冗余，但采用气流遏制
以上两幅图可帮助人们更形象地了解行级冷却器对热风捕获指数以及冷却独立IT 设备的影响。因为行级冷却器为可变制冷容量设备，即能够向冷通道提供过多冷风。当系统处于平衡状态时，冷却器的送风温度等于IT 设备进风温度。如果辅助设备（即独立设备）最初部署在IT 区域外，由于空气混合，机房环境的整体温度会升高。附近行级制冷单元检测到该升高的温度，并通过增加制冷容量予以响应，从而冷却热空气。增加制冷容量是通过提高气流（行级冷却器提高风扇转速）和/或降低送风温度（行级冷却器提高冷冻水水阀流量）实现的。这些调整仅在开始时发生，一旦数据中心进入稳定状态，就会维持不变。
行级冷却器“冷却辅助设备负载”的步骤与上述步骤相同，即使在采用气流遏制系统的情况下。在任一情况中，我们均认为辅助设备运行于比行级机柜更高的温度下，因为辅助设备未直接紧靠其IT 区域内的行级冷却器。独立IT 装置离行级冷却器越远，进风温度将越高。考虑辅助设备的温度升高是否必要，大多数情况下，IT 设备可承受ASHRAE 推荐的最大温度27C (80.6F)。如果这个温度不可接受，则最好将行级冷却器布置于辅助设备机柜附近。
结论
行级制冷的设计理念在于捕获IT 区域中IT 设备排出的热空气。热空气捕获指数值越高，发生热风再循环就越少，机柜间的温度变化（如热点）就会减少。行级冷却器的冷风去向并不重要，重要的是机柜热排风如何被捕获。行级制冷单元还可帮助冷却其IT 区域外的辅助设备或机柜，但这种情况下不使用热风捕获指数作为性能指标。相反，行级冷却器采用本文所述的紧靠热源的制冷过程。理解这些原理有助于澄清本文所描述的三种误解，并为有效使用行级制冷提供基础。
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