某数据机房气流组织模拟及运行优化

图 ８ ３＃ 空 调 机 组 停 机 时 机 房 温 度 场
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暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１５年第４５卷第３期
图 ６ ３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 正 常 运 行 时 机 房 温 度 场
图 ７ ３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 正常运行时送风气流组织
２）３＃ 空 调 机 组 停 机 图８是３＃空 调 机 组 停 机 时 机 房 的 温 度 场 分
布模拟图，图９是其送风气流 组 织 模 拟 图。 从 图 ８ 可 以 看 出 ，３＃ 空 调 机 组 停 机 的 情 况 下 ，机 房 的 整 体 温度有所上 升，大 部 分 区 域 在 距 地 面 １．８ ｍ 高 度 处的温度超过了 ２５ ℃，温 度 场 分 布 比 压 缩 机 出 现 故障而风机继续运行的情况均匀一些。由于风量 和冷量 的 下 降，对 设 备 发 热 量 较 大 的 Ａ 列 机 柜 会 造成不 良 影 响，部 分 机 柜 在 １．０ ｍ 和 １．８ ｍ 高 度 上的排风温度达到３０ ℃。从图９可以看出，３＃空 调 机 组 停 机 后 ，与 压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 正 常 运 转 相比，风道的出风 温 度 变 化 不 大，相 对 来 说 运 行 较 为安全。
下 ，机 房 整 体 温 度 上 升 ，大 部 分 区 域 温 度 在２４～ ２８ ℃ 之 间 ，Ｄ 列 远 端 机 柜 附 近 的 温 度 可 达 ２８ ℃ 。 从 图 ７ 可 以 看 出 ，３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障 后 出 风 温 度 明 显 上 升 ，与 进 风 温 度 基 本 相 同 ，在 ２３～２６ ℃ 之 间 。 回 风 气 流 组 织 与 现 有 机 房 基 本 相同。
＊ 北 京 市 优 秀 人 才 培 养 计 划 资 助 项 目 （编 号：
２０１３Ｄ００８０１６０００００５）
影 响 ，风 管 精 确 送 风 是 否 会 造 成 机 柜 表 面 结 露 等 情
况，使用 ＣＦＤ 技术 模Байду номын сангаас拟 了 机 房 的 温 度 场 分 布 和 气
流组织情况。
１ 机 房 概 况 该 机 房 面 积 约 ２４０ ｍ２，两 侧 与 走 廊 相 邻 ，一
☆ 刘婷婷，女，１９８１年６月生，硕士，副教授 １０１４００ 北京市怀柔区小中富乐一区１８８号 （０）１３５５２７９７９５８ Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｔｔｇｒａｃｅ＠１６３．ｃｏｍ
收 稿 日 期 ：２０１４－０３－２５ 修 回 日 期 ：２０１４－０４－２４
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暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１５年第４５卷第３期
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｄａｔａ ｒｏｏｍ，ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，ＣＦＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｉｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
★ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ
设计参考
暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１５年第４５卷第３期
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某数据机房气流组织模拟及运行优化＊
北京京北职业技术学院 刘婷婷☆
摘要 对某采用风管精确送风 的 数 据 机 房 进 行 数 值 模 拟，分 析 机 房 的 温 度 场 和 气 流 组 织 情况，评估了部分空调机组出现故障或空调温度设定值提高时，机房的温度场分 布 及 对 设 备 运 行安全的影响。ＣＦＤ 模拟结果表 明，风 管 送 风 温 度 偏 低，运 行 中 可 能 存 在 结 露 的 风 险；如 果 １ 台空调压缩机出现故障，在维修恢复前将该台空调整机关停可减轻故障对机柜 散 热 的 影 响 ；如 果把温度设定值从２２ ℃提高到２５ ℃，机房整体温度随之升高，机柜进排风温度也会上升２～３ ℃ ，运 行 不 安 全 。
设计参考
图 １ 机 柜 及 空 调 机 组 布 置
图 ３ 送 风 气 流 组 织
２．２ 空 调 机 组 回 风 气 流 组 织 图４为该机房空调采用机组前回风方式的回
风 气 流 组 织 模 拟 图 。 从 图 ４ 可 以 看 出 ，空 调 回 风 大 部分来自 空 调 周 围 空 间 较 大、气 流 阻 力 较 小 的 区 域，从机柜排风口 吸 回 的 风 量 并 不 多，如 图 ４ 中 红 色虚线所圈的区域。
相 同 负 荷 条 件 下 ，采 用 不 同 的 气 流 组 织 会 导 致不同的 空 调 效 果。 计 算 机 机 房 的 一 大 特 点 就 是空 间 大 、热 量 大 ，因 此 常 采 用 全 空 气 方 式 。 在 确 定 气 流 组 织 时 主 要 考 虑 以 下 问 题［２］：１）计 算 机 系 统 的 散 热 方 式 及 发 热 量 ；２）计 算 机 设 备 在 机 房 内 的 布 置 ；３）机 房 内 的 冷 负 荷 ；４）机 房 内 的 操 作 人员。
由于 ３＃，４＃ 空 调 机 组 的 制 冷 量 较 １＃，２＃ 大，且靠近发热量较大的 Ａ 列机柜，因此模拟３＃， ４＃ 空 调 机 组 出 现 故 障 的 情 况 。 分 别 模 拟 压 缩 机 出 现故障但风机正常运行和完全停机２种情况对机 房 气 流 组 织 及 温 度 场 分 布 的 影 响 ，此 时 机 房 空 调 能 提 供 的 冷 量 为７８．１ｋＷ，从 冷 量 配 置 上 看 空 调 仍 能
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刘 婷 婷 ：某 数 据 机 房 气 流 组 织 模 拟 及 运 行 优 化
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图 ５ 机 房 ３ 个 高 度 上 的 温 度 场
基本满足要求。 １）３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障
图 ６ 是 ３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 正 常 运 行 时 机 房 温 度 场 分 布 模 拟 图 ，图 ７ 是 其 送 风 气 流 组 织 模 拟 图 。 从 图 ６ 可 以 看 出 ，３＃ 空 调 机组的压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 继 续 运 行 的 情 况
０ 引 言 数 据 中 心 设 备 布 置 密 集 、发 热 集 中 、显 热 量 大 、
全年需制冷、耗 电 量 非 常 大。 我 国 ２０１１ 年 数 据 中 心总耗 电 量 达 ７００ 亿 ｋＷ ·ｈ，占 全 国 用 电 量 的 １．５％［１］。如果一个数据中心机房空调的气流 组 织 设计不 合 理，６０％ 的 空 调 冷 量 将 会 被 浪 费 。 ［２］ 因 此 ，为 满 足 机 房 内 设 备 对 温 湿 度 、洁 净 度 、送 风 速 度 等空气环 境 参 数 的 要 求，同 时 满 足 节 能 降 耗 的 要 求，需要有合理的 气 流 组 织，以 有 效 消 除 机 房 内 的 热量。某数据中心机房空调系统气流组织为风管 精 确 上 送 风 前 回 风 ，为 了 评 估 该 机 房 在 此 送 风 形 式 下 ，部 分 空 调 机 组 停 机 或 故 障 对 机 房 温 度 及 气 流 组 织的影响，空调温度设定值由２２ ℃提高到２５ ℃的
图 ４ 回 风 气 流 组 织
２．３ 机 房 不 同 高 度 的 温 度 场 图５为该 机 房 距 地 面 ０．２，１．０，１．８ ｍ３ 个 高
度 上 的 温 度 场 模 拟 图 。 从 图 ５ 可 以 看 出 ，采 用 这 种 气流组织形式，机房的整体温度在２１～２４ ℃之间， 控制良好。但是风管送风侧由于精确送风口送风 温度过低，运 行 中 可 能 存 在 结 露 的 风 险。 经 实 测， 部分送风口送风温 度 低 至 １１ ℃，鉴 于 冷 量 配 置 冗 余度达４４．３５％，建议运行时 关 闭 １ 台 机 组 作 为 备 用。 ３ 空 调 机 组 故 障 对 室 内 温 度 分 布 及 气 流 组 织 的 影 响分析
侧 与 电 力 室 相 邻 ，一 侧 与 另 一 个 机 房 相 邻 。 各 机 柜 和 空 调 机 组 的 摆 放 位 置 见 图 １，机 房 内 机 架 发 热 量 分 布 情 况 见 图 ２。 经 测 算 ，机 房 总 冷 负 荷 为 ７７．４５ｋＷ，共 安 装 机 房 精 密 上 送 风 空 调 机 组 ４ 台 ，总 制 冷 量 为１１１．８ｋＷ，其 中１＃ 和２＃ 空 调 机 组的 制 冷 量 均 为 ２２．２ｋＷ，３＃ 和 ４＃ 空 调 机 组 均
目 前 ，数 据 中 心 常 用 的 机 房 空 调 系 统 气 流 组 织 有下送上回、上送前回（或侧回）等方式 。 ［３］ 该 机 房 采用上送风机组前回风的气流组织方式。 ２．１ 空 调 机 组 送 风 气 流 组 织
图３为该机房空调机组采用上送风方式的送 风 气 流 组 织 模 拟 图 。 从 图 ３ 可 以 看 出 ，如 果 ４ 台 机 房空调全部运行，通 过 风 管 定 点 精 确 送 风 的 方 式， 气流基本上可以到达机柜进口。风管出风在机柜 前 方 精 确 送 风 区 有 组 织 地 进 入 机 柜 ，受 风 管 尺 寸 限 制 ，气 流 量 会 有 一 定 的 减 少 。
关键词 数据机房 空调 ＣＦＤ 模拟 气流组织 温度场分布
Ａｉｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｄａｔａ ｒｏｏｍ
Ｂｙ Ｌｉｕ Ｔｉｎｇｔｉｎｇ★
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｉｍｕｌａｔｅｓ ａ ｄａｔａ ｒｏｏｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｕｃｔ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｉｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ａｉｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｅｖａｌｕａｔｅｓ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｃａｂｉｎｅｔｓ ｗｈｅｎ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒｓ ｆａｉｌ ｏｒ ｔｈｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｔ ｐｏｉｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ ＣＦＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａ ｌｏｗｅｒ ｄｕｃｔ ｓｕｐｐｌｙ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍａｙ ｂｒｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｒｉｓｋ ｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｉｆ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ ｆａｉｌｓ，ｔｈｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ ｂｅｆｏｒｅ ｂｅｉｎｇ ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｃａｂｉｎｅｔ ｈｅａｔ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ；ａｎｄ ｉｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｔ ｐｏｉｎｔ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｒｏｍ ２２ｔｏ ２５ ℃，ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｅｎｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｌｌ ｒｉｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｌｌ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ２ｔｏ ３ ℃ ｃａｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｂｉｎｅｔ ｕｎｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．