數(shù)據(jù)中心地板送風(fēng)系統(tǒng)氣流組織研究

薛學(xué)營(yíng)，王國(guó)立，王克勇

（煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司）

數(shù)據(jù)中心地板送風(fēng)系統(tǒng)氣流組織研究

薛學(xué)營(yíng)，王國(guó)立，王克勇

（煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司）

隨著國(guó)家信息化水平的不斷提高、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。目前，絕大多數(shù)新建的數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用地板下送風(fēng)的氣流組織形式；但由于建筑本身的特點(diǎn)，地板送風(fēng)系統(tǒng)還存在一些問(wèn)題。論文提出一種新型空調(diào)末端形式，以改善機(jī)房的氣流組織。

數(shù)據(jù)中心；氣流組織；背板空調(diào)

1 引言

隨著國(guó)家信息化水平的不斷提高、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。目前，絕大多數(shù)新建的數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用地板下送風(fēng)的氣流組織形式。

地板送風(fēng)系統(tǒng)是全空氣空調(diào)系統(tǒng)的一種形式。系統(tǒng)通過(guò)架空地板下的夾層空間作為靜壓箱來(lái)實(shí)現(xiàn)空調(diào)送風(fēng)，處理過(guò)的空氣經(jīng)安裝在地板上的開孔地板送入服務(wù)器機(jī)架。

地板送風(fēng)系統(tǒng)是20世紀(jì)50年代隨著大型計(jì)算機(jī)的使用而誕生的。使用地板送風(fēng)系統(tǒng)的主要目的就是快速散熱、提高維護(hù)人員的舒適性，使機(jī)房維持一個(gè)相對(duì)恒溫、恒濕環(huán)境。

地板送風(fēng)將低溫空氣直接從底部送到通信設(shè)備內(nèi)，吸收通信設(shè)備的熱量后，從機(jī)房頂部回到空調(diào)機(jī)組的頂部。空調(diào)風(fēng)流動(dòng)方向與空氣特性相一致，空調(diào)效果好。因?yàn)榈匕逅惋L(fēng)系統(tǒng)具有送風(fēng)均勻、降低噪聲、美觀等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房里普遍采用。但實(shí)際工程中，由于建筑自身存在柱子、墻等構(gòu)筑物，使得架空地板無(wú)法形成靜壓箱，經(jīng)常會(huì)在機(jī)房?jī)?nèi)形成一些局部的熱點(diǎn)。

下文通過(guò)一個(gè)典型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的氣流組織模擬，來(lái)分析存在的問(wèn)題。

2 機(jī)房介紹

該機(jī)房為某互聯(lián)網(wǎng)公司的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，其平面結(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)房面積440m2，機(jī)架數(shù)量143個(gè)；單機(jī)架的功耗4.4kW，配置恒溫、恒濕空調(diào)機(jī)組9臺(tái)（其中2臺(tái)備份）；空調(diào)機(jī)組的顯冷量107.9kW；風(fēng)量25000m3/h；機(jī)架采用“背對(duì)背、面對(duì)面”擺放，冷通道封閉。冷、熱通道的間距均為1200mm。

該數(shù)據(jù)中心機(jī)房氣流組織形式為：地板下送風(fēng)，側(cè)回風(fēng)，地板高度700mm。數(shù)據(jù)機(jī)房剖面如圖2所示。

3 機(jī)房的氣流組織模擬與分析

本文通過(guò)CFD建立三維的數(shù)據(jù)中心機(jī)房模型，對(duì)機(jī)房的熱特性進(jìn)行分析。通過(guò)地板下送風(fēng)流線圖（見圖3）、地板送風(fēng)口的風(fēng)量分布圖（見圖4）和機(jī)房的溫度云圖（見圖5）來(lái)分析地板送風(fēng)系統(tǒng)效果。

圖2 某數(shù)據(jù)中心D區(qū)機(jī)房的剖面圖

圖3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房地板下空氣流線圖

從圖3可以看到，由于機(jī)房平面的限制，空調(diào)機(jī)組無(wú)法均勻布置；另一方面由于柱子等對(duì)氣流的影響，使地板下的氣流形成了很多渦旋，導(dǎo)致送風(fēng)不均勻。

從圖4可以看到，地板送風(fēng)口靠近空調(diào)機(jī)組一側(cè)的送風(fēng)量較??；遠(yuǎn)離空調(diào)機(jī)組的一側(cè)送風(fēng)量較大。這是因?yàn)榭照{(diào)機(jī)組的出風(fēng)口風(fēng)速較大（5.8m/s），因而靠近空調(diào)機(jī)組的地板送風(fēng)口處的動(dòng)壓比較大、靜壓比較小，導(dǎo)致送風(fēng)量?。贿h(yuǎn)離空調(diào)機(jī)組的地板送風(fēng)口處?kù)o壓比較大、動(dòng)壓比較小，導(dǎo)致送風(fēng)量大。

圖4 數(shù)據(jù)中心機(jī)房地板送風(fēng)口的風(fēng)量分布圖

從圖5可以看到，由于G、H和I三列機(jī)架的冷通道的送風(fēng)量比較小，導(dǎo)致了上述3列機(jī)架的回風(fēng)熱通道出現(xiàn)了局部熱點(diǎn)問(wèn)題。

通過(guò)CFD的模擬分析，發(fā)現(xiàn)由于空調(diào)機(jī)組布置不均勻、送風(fēng)口風(fēng)速過(guò)快以及柱網(wǎng)對(duì)氣流的影響，導(dǎo)致架空地板無(wú)法形成靜壓箱，地板送風(fēng)口送風(fēng)不均勻，甚至形成局部熱點(diǎn)，影響IT設(shè)備的正常工作。上述問(wèn)題在目前數(shù)據(jù)中心機(jī)房中普遍存在。

背板空調(diào)的出現(xiàn)，很好地解決了高密度和局部過(guò)熱的問(wèn)題[1～2]。

4 解決辦法

背板空調(diào)由安裝在機(jī)架背面的冷卻盤管、提供冷源的制冷機(jī)組和冷卻水系統(tǒng)組成。根據(jù)使用的載冷劑不同，可以分為水冷背板與熱管背板（氟利昂為載冷劑）[3]。

圖6所示為背板空調(diào)工作原理圖：機(jī)房?jī)?nèi)23℃的冷空氣進(jìn)入機(jī)架內(nèi)，被服務(wù)器加熱升溫至31～33℃，高溫的空氣經(jīng)過(guò)背板空調(diào)后降溫至23℃。

圖5 某數(shù)據(jù)中心D區(qū)機(jī)房溫度云圖

圖6 背板空調(diào)工作原理圖

圖7 使用背板空調(diào)的送風(fēng)流線圖

因?yàn)楸嘲蹇照{(diào)直接安裝在每個(gè)機(jī)架的背面，一對(duì)一地冷卻服務(wù)器機(jī)架，因而能夠形成更好的氣流組織，避免局部過(guò)熱，如圖7所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的恒溫、恒濕空調(diào)機(jī)組相比，背板空調(diào)貼近熱源，能夠形成更好的氣流組織，具有更節(jié)能、可避免局部熱點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到數(shù)據(jù)中心建設(shè)方和使用方的歡迎。

【1】田浩，李震，劉曉華，江億.信息機(jī)房熱管空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].建筑科學(xué)，2010，（10）：141-145.

【2】ASHRAE Technical Committee（TC）9.9.Thermalguidelines for data processing environments.TC 9.9 mission critical facilities[R].Atlanta，Geor：American Society of heating,Refrigerating，and Air Conditioning Enginering.2004.

【3】王克勇，潘俊，卜東潔，劉海.背板空調(diào)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的應(yīng)用分析［J］．建筑節(jié)能，2015，（4）：34-36.

Research on Air Flow Organization of Data Center Floor Air Supply System

XUE Xue-ying，WANG Guo-li，WANG Ke-yong
（Yantai Ebara Air Conditioning Equipment Co.,Ltd.）

With the continuous improvement of the level of information technology, the rapid development of data services, the construction of data center room scale continues to expand. At present, most of the new data center computer room uses the air flow organization form under the floor, but because of the characteristics of the building itself, there are still some problems in the air supply system. In this paper, a new type of air conditioner is presented in order to improve the air flow in the engine room.

data center; air distribution; air conditioning

10.13655/j.cnki.ibci.2015.07.022