空調布局對機房內燕環(huán)境影響的試驗與仿真研究

隨著信息產業(yè)的蓬勃發(fā)展，通信機房設備集成度越來越高，發(fā)熱量越來越大，導致機房溫度控制成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能的首要難題。對暖通專業(yè)來說，電子通信和數(shù)據(jù)機房的空調制冷要求也越來越高，在提高空調系統(tǒng)效率的同時降低能耗已成為空調系統(tǒng)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(huán)境的改善以及節(jié)能來說，提高空調系統(tǒng)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(jù)文獻可知，在現(xiàn)有技術條件下，通過提高機房冷量利用率，至少可以節(jié)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(jié)能具有非常重要的意義。

由于機房空調系統(tǒng)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(jié)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(jié)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(xiàn)有空調布局形式下的試驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)機房熱環(huán)境的影響，為數(shù)據(jù)機房空調系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)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(tǒng)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(huán)。整個循環(huán)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(shù)，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(shù)包括各個送風口參數(shù)，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(shù)據(jù)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(huán)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(huán)境溫度升高，從而使機房室內環(huán)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(yōu)化整個房間的氣流組織進而改善整個機房的熱環(huán)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(shù)和設備布局見圖1a。針對改善整個機房氣流循環(huán)、提高冷量利用率，在模型建立時作如下假設。1)氣流為穩(wěn)態(tài)、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(shù)為常數(shù);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(shù)，即除考慮溫差引起的浮力項外，空氣的特征參數(shù)均為定值。模擬采用的數(shù)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(shù)據(jù)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。