空調(diào)布局對機房內(nèi)燕環(huán)境影響的試驗與仿真研究

隨著信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，通信機房設(shè)備集成度越來越高，發(fā)熱量越來越大，導(dǎo)致機房溫度控制成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能的首要難題。對暖通專業(yè)來說，電子通信和數(shù)據(jù)機房的空調(diào)制冷要求也越來越高，在提高空調(diào)系統(tǒng)效率的同時降低能耗已成為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試、安裝、運行過程中的一項艱巨任務(wù)。關(guān)于機房專用空調(diào)能效比的研究已經(jīng)取得了很大進展，但是對于整個機房環(huán)境的改善以及節(jié)能來說，提高空調(diào)系統(tǒng)能效比和改善機房內(nèi)的冷量利用率同樣重要，然而這一方面的研究目前還很少。根據(jù)文獻可知，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，通過提高機房冷量利用率，至少可以節(jié)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(jié)能具有非常重要的意義。

由于機房空調(diào)系統(tǒng)具有大風(fēng)量、小焓差、高顯熱比、無新風(fēng)及空調(diào)室內(nèi)機兼作回風(fēng)用等特點，室內(nèi)機的布局直接影響回風(fēng)效果甚至整個機房氣流組織的好壞.影響整個機房的供冷及節(jié)能;另一方面，機房設(shè)備要求不間斷運行，使得采用試驗研究空調(diào)布局對機房供冷及節(jié)能的影響難度很大。本文采用試驗和計算機仿真相結(jié)合的方法，首先利用現(xiàn)有空調(diào)布局形式下的試驗數(shù)據(jù)驗證模型的合理性，然后在此基礎(chǔ)上提出了其他兩種空調(diào)布局形式，通過對機房中溫度場和速度場進行分析，研究空調(diào)室內(nèi)機的布局形式對于整個數(shù)據(jù)機房熱環(huán)境的影響，為數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計以及調(diào)試提供指導(dǎo)，以改善機房熱管理，提高機房的冷量利用率。

1數(shù)據(jù)機房的試驗測試及分析

1.1機房概述及試驗測試

選取廣州移動公司某典型機房為研究對象，機房平面布局及設(shè)備幾何參數(shù)如圖1a所示。該機房采用上送側(cè)回的氣流組織形式，2套空調(diào)系統(tǒng)供冷，空調(diào)室內(nèi)機兼作回風(fēng)用，冷風(fēng)由空調(diào)室內(nèi)機頂部送出，進入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(nèi)，送風(fēng)口距地面3m，冷空氣首先和機房內(nèi)的空氣混合，再通過設(shè)備自帶風(fēng)機進入需冷卻的設(shè)備，排除的熱風(fēng)進入回風(fēng)口降溫、除塵、加濕后進行二次循環(huán)。整個循環(huán)利用出風(fēng)口產(chǎn)生的正壓以及空調(diào)自身電動機工作產(chǎn)生的負壓來完成。

試驗測試通過建立機房內(nèi)測量陣來進行，如圖作常數(shù)，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(shù)包括各個送風(fēng)口參數(shù)，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(shù)據(jù)記錄間隔時間為5s)和熱球風(fēng)速儀(量程0.1～30m/s，精度0.1m/s)。

1.2實驗結(jié)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)速見表1，各列機柜散熱量如圖1所示。

從整個機房的設(shè)備分布來看，大功率設(shè)備分別安裝在機房兩邊，主風(fēng)管l和2有0.6℃的送風(fēng)溫差，同時送往回風(fēng)遠端的風(fēng)量大于近端，這樣設(shè)的的目的在于盡量降低機房中部環(huán)境溫度，同時利用壓差回風(fēng)。而測量結(jié)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的熱空氣都要穿過機房中部到達回風(fēng)口，同時不斷加熱周圍空氣使機房中部環(huán)境溫度升高，從而使機房室內(nèi)環(huán)境惡化，空調(diào)室內(nèi)機布局不合理、回風(fēng)口過于集中成為引起整個機房回風(fēng)不暢的主要原因，下面通過模擬改變空調(diào)布局形式來優(yōu)化整個房間的氣流組織進而改善整個機房的熱環(huán)境。

2空調(diào)室內(nèi)機組布局形式對供冷影響的仿真研究

2.1空調(diào)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(shù)和設(shè)備布局見圖1a。針對改善整個機房氣流循環(huán)、提高冷量利用率，在模型建立時作如下假設(shè)。1)氣流為穩(wěn)態(tài)、不可壓縮的黏性流體。2)采用Boussinesq假設(shè)，該假設(shè)包括：①流體內(nèi)黏性耗散忽略不計;②除密度外，其他物性參數(shù)為常數(shù);③。對密度僅考慮動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(shù)，即除考慮溫差引起的浮力項外，空氣的特征參數(shù)均為定值。模擬采用的數(shù)學(xué)模型表達式如下：

首先對模型進行簡化，空調(diào)室內(nèi)機結(jié)構(gòu)及靜壓箱、風(fēng)管不作具體考慮，將送風(fēng)口的測試數(shù)據(jù)作為入口邊界條件，空調(diào)室內(nèi)機簡化為回風(fēng)口，只考慮布局的變化。墻體的冷熱負荷采用第二類邊界條件，即定熱流密度(160W/m2)；照明設(shè)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(nèi)部具體設(shè)備分布情況，內(nèi)部設(shè)備熱源輻射忽略不計。