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1引言
在數據中心眾多用電成本支出中，空調的用電占有相當大的比例。根據調查了解，僅小宝探花视频在线观看運行耗電就占機房電費總量的50％以上 。因此，合理設計數據中心的空調係統，對降低數據中心機房的運行成本具有重要意義。
機房中，因設計不合理等因素製約，會造成機房氣流組織不合理、不通暢，從而導致局部熱點、機房能源利用率低等問題 。因此，不僅需要合理設計機房的空調係統，更需要在空調係統運行階段利用CFD軟件模擬分析數據中心主機房氣流組織情況，並提出氣流組織優化設計方案，這對數據中心機房的節能減排有著巨大的作用。
2工程概況
本文設計對象———數據中心機房大樓位於江蘇省南京市，為四層鋼筋混凝土框架建築，總麵積2522ｍ2，機房樓層高5.5ｍ，淨高3ｍ。主要分為一層UPS區（約312ｍ2），二層網絡、介質區（797ｍ2），三層主機房區（827ｍ2），四層設備維運區（174ｍ2）等主要區域。
3機房環境技術要求
根據枟電子信息係統機房設計規範枠，該程控機房為Ａ級，其設計的參數要求如表1所示 。為使機房達到上述溫度、濕度、潔淨度等要求，需用機房專用小宝探花视频在线观看以滿足要求。
4空調係統設計
4．1 負荷計算
數據中心負荷一般包括牆體、窗、人等冷負荷及服務器產生的顯熱冷負荷。其負荷特點是：發熱量大且相對穩定，需要全年製冷。
空調負荷計算結果如表2所示。
4.2 空調方式設計
目前數據中心老王探花係統主要有３種空調方式：
(1)風冷直接蒸發式小宝探花视频在线观看機組；
(2)水冷直接蒸發式小宝探花视频在线观看機組；
(3)冷凍水型小宝探花视频在线观看機組。
結合現場環境條件，以及在建築格局、可靠性、安全性、初投資方麵的比較，本工程選擇水冷直接蒸發式小宝探花视频在线观看機組的空調方式，主要采用冷媒直接蒸發式蒸發器，冷凝器采用循環水直接冷卻方式，係統製冷介質為冷媒(R22)。係統原理如圖1所示。由圖1可知，係統主要由室內空調機組，冷卻水係統(含冷卻塔、水泵、管路)構成。冷卻塔一用一備，水泵設計為2用1備，冷卻水管采用機械循環同程式布置。冷卻塔放置樓頂，循環水泵房設置在冷水機房。
4．3 氣流組織方式設計
由於機房機櫃以麵對麵、背對背方式布置，在機房內形成冷熱通道分離。因此，主機房區采用下送上回的氣流組織方式，熱空氣從老王探花機頂部進入，經冷卻後送入地板下的送風靜壓箱，由穿孔地板進入機房，使末端送回風溫差增大，減少循環風量，送風口與回風口分別采用孔板風口600ｍｍ×600ｍｍ、格柵風口600ｍｍ×600ｍｍ。
4．4 新風係統設計
根據《電子信息係統機房設計規範》要求：（1）主機房與其它房間、走廊的壓差不宜小於5pａ，與室外靜壓差不宜小於10pａ。（2）空調係統的新風量應取下列兩項中的最大值：按工作人員計算，每人40ｍ3／ｈ；維持室內正壓所需風量 。
數據中心機房新風量計算公式為：
L＝SHN（1）
式中L———新風量，ｍ3／ｈ
S———房間麵積，ｍ2
H———機房有效高度，ｍ
N———換氣次數，取N＝1．5次／ｈ
以主機房為例，主機房麵積為400ｍ2，層淨高5．5ｍ，則主機房所需新風量應不小於3300ｍ3／ｈ，根據該參數選擇新風機。新風經過三級過濾，過濾效率達到９5％以上，能夠保證每升空氣中大於或等於0．5μｍ的塵粒數少於18000粒 ，處理新風溫度至23℃後送至室內。
新風機進風口由風管接至室外吊頂安裝，送風風管在機房內安裝，風管上接散流器，將新風均勻地送至機房內。另室內設置餘壓閥，當室內正壓超過10pａ，能夠自動啟動泄壓。
4．5 消防排煙係統設計
主機房區和UPS區采用七氟丙烷（FM200）氣體滅火係統，當發生火災經氣體滅火後，為有效排出滅火後的廢氣，需設氣體滅火後的排氣係統。
根據消防排煙係統特點以及《氣體滅火係統設計規範》的規定：“滅火後，防護區應及時進行通風換氣，換氣次數可根據防護區的性質考慮：通信機房、計算機機房可按每小時5次進行”，本工程采用5次／ｈ的換氣次數作為主機房及UPS室的排煙風量。
排風量計算公式為：
Q＝NV（2）
式中Q———排風量，m³/h
N———換氣次數，取5次／ｈ
V———房間體積，m³
以主機房為例，計算出主機房所需排風量為11000m³/h，以此參數來選擇消防排煙風機。由於七氟丙烷的密度比空氣大，當滅火後氣體聚集在房間的下部，因此需在架空地板上和下分別設置排煙風口。
4．6 高密度製冷方案設計
一方麵，在機房不同區域內，由於刀片式服務器的分布不均等原因，導致機房各個部位發熱量不同，加上一些機房因下送上回的送風方式，使得地板下線路擁堵，阻礙氣流流通；另一方麵，在業務增長而增加網絡設備過程中，不同機櫃內以及區域的功率密度也會變得不再均衡，導致不同節點設備輻射的熱量不同。這些問題都會使機房出現局部設備附近過熱現象，即產生局部熱點，嚴重增加機房能耗，影響機房效率。
為降低能耗，本工程使用冷水背板技術，一種近距離製冷技術來改善局部空間發熱密度過高的問題。該背板安裝在機櫃門後，不占用機房空間，使用過程中沒有功率損耗，也不產生噪聲，能夠滿足密度大的機房冷卻需要。該技術原理如圖2所示。
5氣流組織模擬分析及優化
目前數據中心空調節能技術歸結起來，可分為自然冷源利用、氣流組織優化、提高空調設備本5氣流組織模擬分析及優化目前數據中心空調節能技術歸結起來，可分為自然冷源利用、氣流組織優化、提高空調設備本身效率3種方式 。本文僅以數據中心主機房為例，從氣流組織優化角度進行氣流分析與優化。
5．1 數據中心主機房模型
為研究對象建立3D模型如圖3所示。
(1)房間麵積為400ｍ2，高為5.5ｍ。機房采用防靜電高架地板，鋪設高為750ｍｍ。
(2)根據測量資料，主機房內人員及照明等冷負荷為３2W，服務器顯熱冷負荷為444W，采用小宝探花视频在线观看機7台，5用2備。
5．2 氣流組織模擬分析
數據中心主機房應運行在一個穩定、合理、溫濕度分布均勻的環境中 ，主機房采用下送上回的氣流組織方式。下送風的氣流方式，雖然有簡單、製冷效果好等優點。但其應用中極易出現地板下走線擁堵等問題，導致氣流組織不合理，增長空調能耗。為避免以上問題，本文使用IBM機房專用氣流模擬分析軟件對主機房氣流組織、溫度場進行模擬，分析機房布局與氣流組織的合理性。因本工程主機房門窗較為密封，且開啟時間相當少；室外空氣難以滲透進室內，加上主機房無人值守，故假設此主老王探花係統運行在理想狀態下，室外溫度僅通過主機房外牆導熱到機房內，並且假設沒有室外濕度進入。
經過模擬後，主機房氣流組織模擬與溫度分布如圖4～7所示。
根據氣流模擬圖與溫度分布圖，需觀察分析如下數據：
(1)模擬氣流組織，監視冷熱氣流的交匯，以觀察造成的能量損失情況；
(2)驗證空調總製冷量計算及設計是否正確；
(3)驗證空調送風量計算及設計是否滿足要求；
(4)驗證靜電地板下的溫度、壓力情況是否符合設計要求；
(5)驗證地板下氣流組織是否符合設計要求；
(6)驗證離地1．6ｍ情況下，是否存在“熱點”問題；
通過模擬圖，可以看出程控機房的空調整體設計滿足基本的要求，氣流組織良好，滿足設計需求，但在熱氣流模擬圖與溫度分布圖中發現，主機房氣流出現幾處混亂，存在多處熱氣流和冷氣流混合的情況，並伴隨著局部熱點，主要集中在靠近空調的區域。分析原因是總的製冷量足夠，但是風量不夠(越靠近小宝探花视频在线观看的區域，風量越小)。
5．3 氣流組織優化設計
(1)冷池技術解決氣流混亂問題冷池技術是在機櫃內構建機櫃設備製冷用的冷通道，從而將冷空氣限製在機櫃中，避免了冷熱空氣混合，並限製冷氣設備散熱作用，從而改善冷空氣利用率、減少氣流紊亂問題 。
本機房采用“冷池”技術隔絕小宝探花视频在线观看送風，使其不參與與環境空氣以及服務器排風的混合過程，這樣空調係統就能提供更多有效送風風量，解決氣流紊亂問題的同時可降低小宝探花视频在线观看製冷能耗。
優化設計後，用IBM專用CFD軟件進行模擬，分析優化後其氣流組織情況如圖８所示，發現氣流組織良好，氣流混亂問題解決的效果良好，驗證了方案的有效性。
(2)變風量輔助製冷單元解決局部熱點問題變風量輔助製冷單元溫感探頭安裝在受控服務器機櫃區域，感測設備的出風溫度，調節送風機轉速改變風量。由於風量調節的過程中對地板送風靜壓箱內的靜壓產生影響，故用靜壓傳感器采集靜壓變化，實現空調送風機的變頻調節，以達到節能優化的目的。
優化後進行模擬實驗，觀察溫度與氣流分布如圖9所示，發現機房的溫度分布得到了明顯的改善，氣流也趨於穩定。
6結語
本數據中心工程已經竣工並投入使用，目前運行情況良好，機房內溫濕度穩定，工程中氣流優化設計能很好解決局部熱點等問題，使氣流組織分布均勻，既滿足了空調設計規範要求，又能滿足數據中心長遠發展的需要。本工程參考國內外的機房建設經驗，汲取現代數據中心機房工程前沿技術，設計了本數據中心的的空調節係統，該空調係統滿足機房高密度設備的製冷要求。
根據機房綠色節能要求，從氣流組織優化的角度，結合IBM專用CFD軟件模擬，分析了主機房的氣流組織及溫度場，發現主機房存在的局部熱點等問題，並對存在的問題提出節能優化方案。模擬仿真結果表明優化設計節能方案，能有效解決機房中存在的局部過熱等現象，對同類機房的節能設計與優化具有一定的參考意義。
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