資料中心為何需要冷熱通道？機房冷熱通道改善的原理及應用
對於管理龐大數據的企業而言，資料中心的穩定性及能源效益是最為關注。而在眾多提升效率的方案中，冷熱通道的佈局與封閉技術，已成為現代化機房不可或缺的標準配置。本文將深入探討機房冷熱通道的運作機制，解釋為何資料中心冷熱通道的隔離如此重要，並提供針對性的機房冷熱通道改善策略，協助 IT 管理人員優化散熱效能，達致更佳的電源使用效率。
什麼是冷熱通道？了解氣流管理概念
冷熱通道是透過排列伺服器機櫃，以物理佈局管理氣流動向，防止冷熱空氣混合。在未有規劃冷熱通道的傳統機房中，機櫃通常是採取「面對背」（Front-to-Back）的單一方向排列。這種做法會導致前一排機櫃排出的熱廢氣，直接被後一排機櫃吸入，造成過熱宕機。為了避免伺服器過熱，空調系統便需要把溫度調得極低，浪費能源。
冷熱通道的標準佈局
標準的機房冷熱通道設計採取「面對面、背對背」的排列方式：
- 冷通道（Cold Aisle）： 兩排機櫃的正面相對，中間區域充滿由高架地板或行間空調吹出的冷空氣。
- 熱通道（Hot Aisle）： 兩排機櫃的背面相對，中間區域匯集伺服器排出的熱廢氣，並引導回空調系統。
透過這種資料中心冷熱通道的區隔，我們可以確保伺服器入口永遠吸入低溫冷氣，而排出的熱氣則被有效帶走。
為什麼資料中心需要透過冷熱通道隔離？
機櫃排列調整只是第一步，要將效益最大化，現代資料中心冷熱通道技術更強調「通道封閉」（Containment）。這也是許多香港企業進行機房冷熱通道改善時的重點項目。
1. 提升冷卻容量與提升電源使用效率
香港電費高昂，PUE（Power Usage Effectiveness）數值直接影響營運成本。若機房冷熱通道沒有做封閉處理，冷風在到達機櫃上方前可能已與周圍熱氣混合，導致冷卻效能大打折扣。 透過通道封閉（例如安裝頂板與通道門），可以強制冷風必須經過伺服器內部才能排出，這樣使空調設備不需要長期以控制至低溫，PUE 大幅降低，節省成本。
2. 消除混風與氣流短路
機房冷熱通道改善的最直接效益是消除「旁通氣流」（Bypass Airflow）。在封閉系統下，冷空氣不會無故流失到非冷卻區域，確保冷空氣用在伺服器散熱上。這對於高密度運算（High Density Computing）的環境尤為關鍵，能有效預防因局部過熱導致的硬件損壞。
3. 延長硬件壽命
穩定的進氣溫度能讓伺服器風扇維持在低轉速運作。當我們完善了資料中心冷熱通道的建設，伺服器內部的溫差波動減少，電子元件的壽命自然得以延長，減少企業更換硬件的頻率與成本。
機房冷熱通道改善的原理及應用：冷通道封閉 vs 熱通道封閉
企業在進行機房冷熱通道改善工程時，通常會用到冷通道封閉或熱通道封閉兩種方案，它們各有千秋，適用於不同的場景。
冷通道封閉
這是將冷通道區域完全密封，就像一個冷空氣池。
- 原理： 蓋住冷通道頂部並加裝門，將冷氣限制在機櫃前方。
- 優點： 實施成本通常較低，適合改裝現有的舊式機房。
- 缺點： 機房其餘空間（冷通道以外）會變得很熱，對於需要在機房內長時間工作的人員較不友善。
熱通道封閉
這是將機櫃排出的熱氣直接透過風管或封閉結構導回天花板回風口。
- 原理： 封鎖熱通道，讓其餘整個房間充滿冷空氣。
- 優點： 機房整體環境溫度較舒適，且利用整個房間作為冷空氣緩衝區，在空調故障時能提供較長的反應時間。
- 缺點： 建置成本較高，且對天花板高度及回風路徑有特定要求。
冷熱通道封閉技術選擇比較
| 比較項目 | 冷通道封閉 | 熱通道封閉 |
|---|---|---|
| 適用場景 | 舊機房改造、高架地板送風 | 新建資料中心、高密度機房 |
| 實施難度 | 低，干擾較少 | 中至高，需配合天花板風管 |
| 工作環境舒適度 | 差（其餘空間變熱） | 佳（全室維持低溫） |
| 冷卻效率潛力 | 高 | 極高 |
針對香港常見的中小型企業機房，若預算有限且不想大幅改動消防系統，改善機房冷熱通道時通常會首選冷通道封閉。
香港企業部署機房冷熱通道時要留意的地方
要在香港寸金尺土的限制下建立機房冷熱通道系統，需要經過周詳的規劃。以下是專為香港環境建議的實施步驟：
現場評估
在採購任何封閉組件前，必須先對現有的資料中心冷熱通道狀況進行熱流分析（CFD）。
- 測量漏風率： 檢查高架地板是否有不必要的開孔（如線纜穿孔），這些漏洞會導致靜壓損失。
- 確認氣流方向： 確保所有機架設備的風扇方向一致。
- 檢查消防限制： 香港消防條例嚴格，封閉冷熱通道後可能影響氣體滅火系統的運作，需評估是否需要安裝消防排煙天窗。
選擇合適的封閉物料
為了符合防火標準並兼顧透光性，機房冷熱通道改善工程中常使用以下物料：
- 強化玻璃或聚碳酸酯（Polycarbonate）： 用於頂板與門，透光性好，美觀耐用。
- PVC 垂簾： 成本最低，但氣密性較差，且可能累積靜電，在香港較高端的資料中心已逐漸少用。
- 智能聯動門： 與消防警報系統連接，一旦偵測火警會自動打開，確保滅火氣體能進入通道。
盲板（Blanking Panels）的重要性
這是最容易被忽視的一環。如果在機櫃未安裝設備的空位（U位）沒有安裝盲板，機櫃內的熱氣會迴流到前方。無論你的機房冷熱通道封閉做得多好，若不安裝盲板，整體機房冷熱通道改善的效果將大打折扣。必須確保所有閒置 U 位都已封閉，以維持氣密性。
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參考資料：
- ASHRAE – Mission Critical Facilities, Data Centers, Technology Spaces and Electronic Equipment
- The Green Grid – PUE™: A COMPREHENSIVE EXAMINATION OF THE METRIC
- TIA Standard: Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers
