進入21世紀的最初幾年,隨著電信大型IDC機房的建設,使“上送上回”成為一種時尚。它的產生主要原因有如下幾個:
2.2.1電信IDC機房內的設備發熱量相對現有的計算機來說比較小,采用“上送風”方式可以滿足設備的工作需要。
2.2.2電信IDC機房布線操作比較頻繁,采用上走線利于維護和使用。采用活動地板的主要目的就是為了容易走線,采用上走線方式,活動地板就顯得有些多余了。
2.2.3電信IDC機房一般面積很大,撤除吊頂和地板,可以大大降低造價。沒有了地板,“下送風”方式就不存在了。
2.3當選擇上送風時,機房必須符合下列基本要求:
2.3.1當數據機房面積過大時,宜將機房間隔成幾個空氣調節區,減少氣流組織上的難度;也可以選擇在幾個不同區域建空調主機房,以縮短風管送風距離。
2.3.2機柜排列宜采用面對面、背靠背排列方式。
2.3.4為保證大型機房長距離風管末端的氣壓符合要求,有條件時還可以在機房上方做靜壓箱。送風口應密集布置,避免采用長條型風口代替數個分立送風口方式,保證過道上的冷熱氣流分布均勻。每個送風口應能輸出滿足對應機柜設備制冷所需最大風量要求,且有能完全調節風量大小的裝置;送風口還應有能靈活改變氣流下射角度的導風裝置。
3CFD數值模擬
精確送風是目前較為推廣的一種方式,如何實現精確送風,如何控制精確送風量,要對機房氣流進行CFD(計算機模擬氣流組織)。
3.1模擬對象及其簡化
以某電信分公司IDC機房作為研究對象,此機房處于五樓,長23.48m,寬14m,高3m,除了機房的東墻是外墻其它都與具有相同環境條件的機房用隔離墻隔開,沒有冷量的流通,東墻內表面進行了特殊的隔熱處理。機房內一共有8排機架,每排機架數量8到16不等,機架的幾何尺寸為:長×寬×高=1m×0.6m×2m。機房采用非典型的上送側回送風方式,送風口高度為3m,一共有9排,每排5個,分布于兩排機架中間上部的天花板,幾何尺寸為:長×寬:0.25m×0.5m,回風口有兩個,設在機房的西側靠南墻面,幾何尺寸分別為:長×寬:2m×1.8m和1.6mX1.8m,空調系統全天候運行。
因為涉及到典型的流速和特征尺寸,流動為湍流,所以采用k一£雙方程模型對通信機房進行模擬。模擬過程作如下假設:(1)室內氣體低速流動,可視為不可壓縮流體,忽略由流體粘性力做功所引起的耗散熱;(2)流動為穩態紊流;(3)滿足Boussi-nesq假設,認為流體密度的變化僅對浮升力產生影響。
3.2網格劃分及邊界條件處理
首先采用Fluent公司的Gambit軟件建立幾何模型,整個計算空間873m3,考慮到通信機房的復雜性,本文采用混合網格對計算區域進行離散,對送風口、回風口以及機架周圍進行網格加密,所得網計算節點313929個,離散單元1691792個。
重點分析在實測條件下此通信機房的氣流組織分布情況,送風口設置為速度邊界條件,送風溫度12.1℃,風速根據實測值設置,大小0~8.5m不等,各風口風風速詳見表1,回風口為壓力出口,在機房環境條件下回風。通信機架設為熱通量邊界(HeatFlux),數值上取其總發熱量與散熱表面積之比。此通訊機房處于五樓,周圍為相同溫度條件的通訊機房,機房的圍墻、地板設為恒溫邊界。
表1實測各送風口速度(單位:m/s)

3.3數值模擬結果及分析
3.3.1速度場分析
上圖分別為通信機房不同高度平面的速度矢量圖。通信機房的進深較大,回風口設在房間的一角,從圖中可以看出,上送側回的送風方式造成房間氣流組織的不均勻,室內個部分風速差異明顯,大小0.0037~7.86m不等,這跟實際情況相符合。遠離回風口一側的閑置空間上方沒有送風口,空氣擾動微弱形成了滯留區。F排左側沒有放置機架,回風口低壓使來自前面機架的回風在這一區域加速,形成的風阻使F排和G排右側機架間空氣滯留,回風困難。
從圖Z=0.3可以看出,大風量送風口形成的高速射流未來得及衰減可以直接到達地面形成反沖,同時卷吸周圍空氣,在地面附近和風口周圍形成渦流,加速了空氣流動。小風量送風口風速偏低,并且易受周圍空氣特別是相鄰風口的風速影響,在達到地面之前已經衰減完畢,因此小風量送風口下方空氣擾動較小。對比三張圖可以發現,空氣擾動隨著高度的增加而減小,這是因為射流寬度同到射流源的距離成正比,在2m處射流還沒有擴張開來,在1m處射流進一步擴張并卷吸周圍空氣擾動加強,在接近地面處反沖使空氣沿著地面流動,擾動強化。
3.3.2溫度場分析
在遠離送風口的一側(東北角)出現了局部過熱,達到28℃左右;接近回風口的兩排機架周圍也有不同程度的溫度相對過高。這跟上面速度場的分布相符。機架的散熱能力跟周圍空氣的運動密切相關,空氣的高速流動加強了與機架的對流換熱,使機架的熱量能隨著周圍空氣的循環及時的排出,相反,空氣滯留區的對流換熱強度小,同時由于滯留熱量很難通過空氣循環帶出,使這一區域的空氣溫度升高,減小了換熱驅動力。
對比同一排送風口下不同高度處機架的溫度,大約有0~2.5℃的溫度梯度,這在通信機房中是符合要求的。高速送風口下在Z=2高度處機架溫度略高,而低速送風口下Z=0.3高度處機架溫度略高,Z=1高度處機架溫度介于兩者之間。風速過高,在達到機架頂部之前還沒有擴展開,機架表面處于卷吸形成的渦流邊緣,這一部分的對流換熱程度較弱;在Z=1高度渦流擴散開來加強了換熱,未衰減完全直接到達地面形成反沖形成的繞動加強了底部機架的換熱;小風量送風口的風速在通信機架頂部擴散開來,到達中部完成衰減,通信機架的中上部換熱效果良好。由此可得,不同風量的送風口交錯排列相對于同風量送風口相鄰排列換熱效果較好,有利于提高冷空氣的利用率節省能量。
4結束語
總之,氣流組織是機房基礎建設的重要因素,它會直接影響到設備的安全穩的持續運行。在研究通信機房的熱管理過程中,結合CFD數值模擬可以得到合理的機架擺放位置以及氣流組織方式,以便在保證通信機房的微觀環境條件的前提下,提高冷空氣的利用率,降低空調能耗。
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