空調布局對機房?jì)妊喹h(huán)境影響的試驗與仿真研究

隨著(zhù)信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，通信機房設備集成度越來(lái)越高，發(fā)熱量越來(lái)越大，導致機房溫度控制成為數據中心節能的首要難題。對暖通專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，電子通信和數據機房的空調制冷要求也越來(lái)越高，在提高空調系統效率的同時(shí)降低能耗已成為空調系統設計、調試、安裝、運行過(guò)程中的一項艱巨任務(wù)。關(guān)于機房專(zhuān)用空調能效比的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是對于整個(gè)機房環(huán)境的改善以及節能來(lái)說(shuō)，提高空調系統能效比和改善機房?jì)鹊睦淞坷寐释瑯又匾?，然而這一方面的研究目前還很少。根據文獻可知，在現有技術(shù)條件下，通過(guò)提高機房冷量利用率，至少可以節省25%的冷量，因此，提高機房冷量利用率對于改善機房熱管理以及節能具有非常重要的意義。

由于機房空調系統具有大風(fēng)量、小焓差、高顯熱比、無(wú)新風(fēng)及空調室內機兼作回風(fēng)用等特點(diǎn)，室內機的布局直接影響回風(fēng)效果甚至整個(gè)機房氣流組織的好壞.影響整個(gè)機房的供冷及節能;另一方面，機房設備要求不間斷運行，使得采用試驗研究空調布局對機房供冷及節能的影響難度很大。本文采用試驗和計算機仿真相結合的方法，首先利用現有空調布局形式下的試驗數據驗證模型的合理性，然后在此基礎上提出了其他兩種空調布局形式，通過(guò)對機房中溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)進(jìn)行分析，研究空調室內機的布局形式對于整個(gè)數據機房熱環(huán)境的影響，為數據機房空調系統的設計以及調試提供指導，以改善機房熱管理，提高機房的冷量利用率。

1數據機房的試驗測試及分析

1.1機房概述及試驗測試

選取廣州移動(dòng)公司某典型機房為研究對象，機房平面布局及設備幾何參數如圖1a所示。該機房采用上送側回的氣流組織形式，2套空調系統供冷，空調室內機兼作回風(fēng)用，冷風(fēng)由空調室內機頂部送出，進(jìn)入2條主送風(fēng)管后經(jīng)9條支風(fēng)管送往機房各處，再由百葉出風(fēng)口送至室內，送風(fēng)口距地面3m，冷空氣首先和機房?jì)鹊目諝饣旌?，再通過(guò)設備自帶風(fēng)機進(jìn)入需冷卻的設備，排除的熱風(fēng)進(jìn)入回風(fēng)口降溫、除塵、加濕后進(jìn)行二次循環(huán)。整個(gè)循環(huán)利用出風(fēng)口產(chǎn)生的正壓以及空調自身電動(dòng)機工作產(chǎn)生的負壓來(lái)完成。

試驗測試通過(guò)建立機房?jì)葴y量陣來(lái)進(jìn)行，如圖作常數，即除考慮溫差引起的浮力項外，空氣的特征1a所示，測量參數包括各個(gè)送風(fēng)口參數，機房0.3，1.2以及1.8m高處測量主要測試儀器包括銅一康銅T形熱電偶(量程一20～50℃，精度0.1℃，數據記錄間隔時(shí)間為5s)和熱球風(fēng)速儀(量程0.1～30m/s，精度0.1m/s)。

1.2實(shí)驗結果與分析

測量得到主送風(fēng)管1(連接支風(fēng)管a～e)和2(連接支風(fēng)管f～i)的送風(fēng)溫度分別為13℃和13.6℃。主風(fēng)管和支風(fēng)管之間采用標準的法蘭連接，并用10mm寬的防火型8501膠條密封。各送風(fēng)口風(fēng)速見(jiàn)表1，各列機柜散熱量如圖1所示。

從整個(gè)機房的設備分布來(lái)看，大功率設備分別安裝在機房?jì)蛇?，主風(fēng)管l和2有0.6℃的送風(fēng)溫差，同時(shí)送往回風(fēng)遠端的風(fēng)量大于近端，這樣設的的目的在于盡量降低機房中部環(huán)境溫度，同時(shí)利用壓差回風(fēng)。而測量結果表明其效果并不明顯，沿回風(fēng)方向溫度有不斷升高的趨勢，這是因為從機架出來(lái)的熱空氣都要穿過(guò)機房中部到達回風(fēng)口，同時(shí)不斷加熱周?chē)諝馐箼C房中部環(huán)境溫度升高，從而使機房室內環(huán)境惡化，空調室內機布局不合理、回風(fēng)口過(guò)于集中成為引起整個(gè)機房回風(fēng)不暢的主要原因，下面通過(guò)模擬改變空調布局形式來(lái)優(yōu)化整個(gè)房間的氣流組織進(jìn)而改善整個(gè)機房的熱環(huán)境。

2空調室內機組布局形式對供冷影響的仿真研究

2.1空調機房仿真模型的建立與求解

以該測試機房為研究對象建立物理模型，幾何參數和設備布局見(jiàn)圖1a。針對改善整個(gè)機房氣流循環(huán)、提高冷量利用率，在模型建立時(shí)作如下假設。1)氣流為穩態(tài)、不可壓縮的黏性流體。2)采用Boussinesq假設，該假設包括：①流體內黏性耗散忽略不計;②除密度外，其他物性參數為常數;③。對密度僅考慮動(dòng)量方程中與體積力有關(guān)的項，其余各項中的密度則可看作常數，即除考慮溫差引起的浮力項外，空氣的特征參數均為定值。模擬采用的數學(xué)模型表達式如下：

首先對模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，空調室內機結構及靜壓箱、風(fēng)管不作具體考慮，將送風(fēng)口的測試數據作為入口邊界條件，空調室內機簡(jiǎn)化為回風(fēng)口，只考慮布局的變化。墻體的冷熱負荷采用第二類(lèi)邊界條件，即定熱流密度(160W/m2)；照明設備的熱負荷折算為屋頂熱流密度，其值為40W/m2;機架按照熱通量邊界條件處理，不考慮機架內部具體設備分布情況，內部設備熱源輻射忽略不計。