空调布局对机房内燕环境影响的试验与仿真研究

随着信息产业的蓬勃发展，通信机房设备集成度越来越高，发热量越来越大，导致机房温度控制成为数据中心节能的首要难题。对暖通专业来说，电子通信和数据机房的空调制冷要求也越来越高，在提高空调系统效率的同时降低能耗已成为空调系统设计、调试、安装、运行过程中的一项艰巨任务。关于机房专用空调能效比的研究已经取得了很大进展，但是对于整个机房环境的改善以及节能来说，提高空调系统能效比和改善机房内的冷量利用率同样重要，然而这一方面的研究目前还很少。根据文献可知，在现有技术条件下，通过提高机房冷量利用率，至少可以节省25%的冷量，因此，提高机房冷量利用率对于改善机房热管理以及节能具有非常重要的意义。

由于机房空调系统具有大风量、小焓差、高显热比、无新风及空调室内机兼作回风用等特点，室内机的布局直接影响回风效果甚至整个机房气流组织的好坏.影响整个机房的供冷及节能;另一方面，机房设备要求不间断运行，使得采用试验研究空调布局对机房供冷及节能的影响难度很大。本文采用试验和计算机仿真相结合的方法，首先利用现有空调布局形式下的试验数据验证模型的合理性，然后在此基础上提出了其他两种空调布局形式，通过对机房中温度场和速度场进行分析，研究空调室内机的布局形式对于整个数据机房热环境的影响，为数据机房空调系统的设计以及调试提供指导，以改善机房热管理，提高机房的冷量利用率。

1数据机房的试验测试及分析

1.1机房概述及试验测试

选取广州移动公司某典型机房为研究对象，机房平面布局及设备几何参数如图1a所示。该机房采用上送侧回的气流组织形式，2套空调系统供冷，空调室内机兼作回风用，冷风由空调室内机顶部送出，进入2条主送风管后经9条支风管送往机房各处，再由百叶出风口送至室内，送风口距地面3m，冷空气首先和机房内的空气混合，再通过设备自带风机进入需冷却的设备，排除的热风进入回风口降温、除尘、加湿后进行二次循环。整个循环利用出风口产生的正压以及空调自身电动机工作产生的负压来完成。

试验测试通过建立机房内测量阵来进行，如图作常数，即除考虑温差引起的浮力项外，空气的特征1a所示，测量参数包括各个送风口参数，机房0.3，1.2以及1.8m高处测量主要测试仪器包括铜一康铜T形热电偶(量程一20～50℃，精度0.1℃，数据记录间隔时间为5s)和热球风速仪(量程0.1～30m/s，精度0.1m/s)。

1.2实验结果与分析

测量得到主送风管1(连接支风管a～e)和2(连接支风管f～i)的送风温度分别为13℃和13.6℃。主风管和支风管之间采用标准的法兰连接，并用10mm宽的防火型8501胶条密封。各送风口风速见表1，各列机柜散热量如图1所示。

从整个机房的设备分布来看，大功率设备分别安装在机房两边，主风管l和2有0.6℃的送风温差，同时送往回风远端的风量大于近端，这样设的的目的在于尽量降低机房中部环境温度，同时利用压差回风。而测量结果表明其效果并不明显，沿回风方向温度有不断升高的趋势，这是因为从机架出来的热空气都要穿过机房中部到达回风口，同时不断加热周围空气使机房中部环境温度升高，从而使机房室内环境恶化，空调室内机布局不合理、回风口过于集中成为引起整个机房回风不畅的主要原因，下面通过模拟改变空调布局形式来优化整个房间的气流组织进而改善整个机房的热环境。

2空调室内机组布局形式对供冷影响的仿真研究

2.1空调机房仿真模型的建立与求解

以该测试机房为研究对象建立物理模型，几何参数和设备布局见图1a。针对改善整个机房气流循环、提高冷量利用率，在模型建立时作如下假设。1)气流为稳态、不可压缩的黏性流体。2)采用Boussinesq假设，该假设包括：①流体内黏性耗散忽略不计;②除密度外，其他物性参数为常数;③。对密度仅考虑动量方程中与体积力有关的项，其余各项中的密度则可看作常数，即除考虑温差引起的浮力项外，空气的特征参数均为定值。模拟采用的数学模型表达式如下：

首先对模型进行简化，空调室内机结构及静压箱、风管不作具体考虑，将送风口的测试数据作为入口边界条件，空调室内机简化为回风口，只考虑布局的变化。墙体的冷热负荷采用第二类边界条件，即定热流密度(160W/m2)；照明设备的热负荷折算为屋顶热流密度，其值为40W/m2;机架按照热通量边界条件处理，不考虑机架内部具体设备分布情况，内部设备热源辐射忽略不计。