空調布局對機房內燕環境影響的試驗與仿真研究

隨著信息產業的蓬勃發展，通信機房設備集成度越來越高，發熱量越來越大，導致機房溫度控制成為數據中心節能的首要難題。對暖通專業來說，電子通信和數據機房的空調制冷要求也越來越高，在提高空調系統效率的同時降低能耗已成為空調系統設計、調試、安裝、運行過程中的一項艱巨任務。關于機房專用空調能效比的研究已經取得了很大進展，但是對于整個機房環境的改善以及節能來說，提高空調系統能效比和改善機房內的冷量利用率同樣重要，然而這一方面的研究目前還很少。根據文獻可知，在現有技術條件下，通過提高機房冷量利用率，至少可以節省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能具有非常重要的意義。

由于機房空調系統具有大風量、小焓差、高顯熱比、無新風及空調室內機兼作回風用等特點，室內機的布局直接影響回風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能;另一方面，機房設備要求不間斷運行，使得采用試驗研究空調布局對機房供冷及節能的影響難度很大。本文采用試驗和計算機仿真相結合的方法，首先利用現有空調布局形式下的試驗數據驗證模型的合理性，然后在此基礎上提出了其他兩種空調布局形式，通過對機房中溫度場和速度場進行分析，研究空調室內機的布局形式對于整個數據機房熱環境的影響，為數據機房空調系統的設計以及調試提供指導，以改善機房熱管理，提高機房的冷量利用率。

1數據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，機房平面布局及設備幾何參數如圖1a所示。該機房采用上送側回的氣流組織形式，2套空調系統供冷，空調室內機兼作回風用，冷風由空調室內機頂部送出，進入2條主送風管后經9條支風管送往機房各處，再由百葉出風口送至室內，送風口距地面3m，冷空氣首先和機房內的空氣混合，再通過設備自帶風機進入需冷卻的設備，排除的熱風進入回風口降溫、除塵、加濕后進行二次循環。整個循環利用出風口產生的正壓以及空調自身電動機工作產生的負壓來完成。

試驗測試通過建立機房內測量陣來進行，如圖作常數，即除考慮溫差引起的浮力項外，空氣的特征1a所示，測量參數包括各個送風口參數，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℃，數據記錄間隔時間為5s)和熱球風速儀(量程0.1～30m/s，精度0.1m/s)。

1.2實驗結果與分析

測量得到主送風管1(連接支風管a～e)和2(連接支風管f～i)的送風溫度分別為13℃和13.6℃。主風管和支風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。各送風口風速見表1，各列機柜散熱量如圖1所示。

從整個機房的設備分布來看，大功率設備分別安裝在機房兩邊，主風管l和2有0.6℃的送風溫差，同時送往回風遠端的風量大于近端，這樣設的的目的在于盡量降低機房中部環境溫度，同時利用壓差回風。而測量結果表明其效果并不明顯，沿回風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口，同時不斷加熱周圍空氣使機房中部環境溫度升高，從而使機房室內環境惡化，空調室內機布局不合理、回風口過于集中成為引起整個機房回風不暢的主要原因，下面通過模擬改變空調布局形式來優化整個房間的氣流組織進而改善整個機房的熱環境。

2空調室內機組布局形式對供冷影響的仿真研究

2.1空調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，幾何參數和設備布局見圖1a。針對改善整個機房氣流循環、提高冷量利用率，在模型建立時作如下假設。1)氣流為穩態、不可壓縮的黏性流體。2)采用Boussinesq假設，該假設包括：①流體內黏性耗散忽略不計;②除密度外，其他物性參數為常數;③。對密度僅考慮動量方程中與體積力有關的項，其余各項中的密度則可看作常數，即除考慮溫差引起的浮力項外，空氣的特征參數均為定值。模擬采用的數學模型表達式如下：

首先對模型進行簡化，空調室內機結構及靜壓箱、風管不作具體考慮，將送風口的測試數據作為入口邊界條件，空調室內機簡化為回風口，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，不考慮機架內部具體設備分布情況，內部設備熱源輻射忽略不計。