計算機機房空調系統氣流優化設計分析

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摘要：針對電子計算機機房空調系統氣流組織能力較弱，從而無法為設備的連續性運行提供安全環境的問題，提出了電子計算機機房空調系統氣流組織的優化設計。首先，根據空調系統的尺寸和風量參數，建立機房空調系統模型；然后，模擬機房氣流組織環境，預處理空調系統的風速條件；最后，計算電子計算機機房負荷，選擇匹配的風機，保證空調循環水在較短時間內的冷卻循環。實驗證明，此種氣流組織優化方法的出風速度不均勻系數、進風溫度不均勻系數等指標均小于傳統氣流組織方法，送風的均勻性更好，能夠有效地提高機房內的散熱效果。

關鍵詞：電子計算機機房；空調系統；氣流組織；冷卻循環

現階段，我國電子計算機機房的空調系統普遍存在一定的缺陷。一方面是空調系統的空氣質量較差，部分機房空調系統的空氣潔凈度達不到我國的標準規范；另一方面是機房空調系統的氣流組織狀況較差，送風的效果與預期效果不符，降低了電子計算機機房空調系統的運行效率[1-2]。在經濟建設事業快速發展的趨勢下，各個企業和事業單位逐漸建立了電子計算機機房。電子計算機機房空調系統與傳統建筑的空調系統存在一定的差異，傳統建筑的空調系統消耗功率較低，氣流組織循環的效果較好，具有較高的安全性與可靠性；而電子計算機機房空調系統為了保證計算機設備能夠穩定地運行，需要及時將設備產生的熱量散發出去，為計算機設備提供恒溫恒濕的運行環境[3-4]。電子計算機設備的發熱量較大，產生的能耗較多，對于設備運行環境的潔凈度要求較高；而傳統的計算機機房空調系統的氣流組織能力較弱，不能保證機房空氣的濕度，組織送風與回風溫度差距較大，不利于電子計算機設備的連續運行[5]。綜上所述，本文提出了電子計算機機房空調系統氣流組織優化設計，通過本文的設計，改善傳統空調系統氣流組織存在的不足，為計算機設備的運行提供安全和可靠的環境條件。

1建立電子計算機機房空調系統模型

本文設計的電子計算機機房空調系統氣流組織優化方法，首先使用Gambit設計軟件，對電子計算機機房建立模型。通常情況下，電子計算機機房采用側面送風、上面回風的氣流組織方式，空調系統內的部分裝置安裝在吊頂內部，例如風盤和新風系統等[6-7]。本文建立的空調系統模型，設置風機盤管送風口尺寸為850mm*150mm，對應的回風口尺寸設置為450mm*150mm。保證空調系統的運行安全，將系統的額定送風量設置為725m3/h，當空調系統運行狀態出現變動時，根據實際情況及時調整額定送風量大小。根據空調系統風機盤管的結構與參數，設置系統內新風口尺寸為125mm*125mm，相應的新風量為105m3/h。大多數的電子計算機機房層高為3.85m，因此，設置模型中的底部標高為2.75m。通過構建的模型，獲得電子計算機機房的參數要求，如表1所示。表1為本文設計的電子計算機機房參數要求，嚴格按照上面設置的尺寸和風量參數建立計算機機房空調系統模型，保證氣流組織優化方法結果的精度。

2預處理風速條件

上述電子計算機機房空調系統模型建立完畢后，根據模型中設置的風口尺寸以及風量，通過一定的計算方式計算出風速，并對風速條件進行預處理。電子計算機設備運行過程中，每次釋放的熱量較大，對空調系統風速運轉的要求較高[8-9]。本文采用離散方程來計算計算機機房空調系統的風速參數。將上面建立的空調系統模型進行劃分，劃分為不同大小的網格結構，采用梯級處理方法，將模型中的部分位置進行加密處理，保證模型中的網格最小尺寸不小于15.55mm，最大尺寸不超過228.55mm，嚴格控制每個網格的質量，提高風速計算的效率與結果準確度[10]。（1）其中，ρ表示空氣擴散系數；表示在方向的氣體流速分量；表示在方向的氣體流速分量；表示在方向的氣體流速分量，單位統一設置為m/s?；谏鲜龅目諝饬鲃舆B續性方程，獲取電子計算機機房內微空氣元素在單位時間內的質量增量。將室內的屋頂和所有墻壁均視為絕熱邊界，送風口的邊界條件是將送風口設置為速度入口邊界，回風口的邊界條件是將回風口設置為自由回風邊界。模擬計算機機房的氣流組織環境，設置水平氣流的速度矢量，方便獲取截面氣流的速度矢量。當氣流從空調系統的吊頂風盤吹出時，受到后氣流的影響，氣流向下進行流動。當空氣氣流水平流經電子計算機設備，氣流不斷上升進入回風口。設置空調系統的通風形式為下端送風上端回風，將設備產生的熱量排除室外。提高電子計算機機房的吊頂高度，增加至548mm，采用分布式風口，設置出風口覆蓋面積與原始覆蓋面積相同，將機房內的多個出風口進行合并，合并為1個大型出風口，位于電子計算機設備的正中央，送風方式設置為垂直送風，減少吹風對電子設備造成的損害。拆分回風口，將原始的2個回風口根據位置特征進行拆解劃分，拆成4個結構回風速度與性能相同的小回風口，分別布設在計算機的總機附近，提高機房內的回風速度與氣流組織效果。

3電子計算機機房負荷計算

電子計算機機房的負荷一般包括墻體、窗戶、電子設備和人等，其中電子計算機設備以及服務器運行所產生的負荷稱為顯熱冷負荷。機房負荷具有一定的特點，以發熱量大為主要特點，所以機房需要24小時制冷，保證電子設備與服務器運行環境的安全。采用一定的計算方式，計算出機房的空調負荷，結果如表2所示。表2為本文計算的電子計算機機房空調負荷，根據負荷結果設計空調機組的安裝方式?，F階段，計算機機房空調系統的空調方式包括風冷蒸發式空調機組、水冷蒸發式空調機組以及冷凍水型空調機組3種。根據機房空調方式的不同，采用的空調機組也不同。本文設計的氣流組織優化方法，采用冷凝器對空氣循環水進行冷卻，安裝冷卻塔裝置，布置循環式冷卻水管，保證循環水能夠在較短時間內完成冷卻循環。根據電子計算機機房的實際分布狀況，設置機柜的布置方式，通常情況下采用背對背方式布置，主要目的在于方便機房內形成冷熱通道分離的模式。機房內的熱空氣通過空調系統的頂部進入，經過冷卻循環后，進入送風靜壓箱，通過系統內的穿孔地板循環進入機房。在送風過程中，嚴格控制末端送風的溫差，保證循環送風的風量。將空調系統的孔板風口尺寸調整為550mm*550mm，促進風量的穩定流通。調節主機房的溫度與相對濕度，保證主機房與機房外的壓力差大于5.65Pa，促使空調系統的風量達到最優的效果。電子計算機機房風量的計算公式如下：（2）公式（2）中，表示機房空調系統運行的風量；表示電子計算機機房的面積；表示電子計算機機房的實際有效高度；表示電子計算機機房空調系統的換氣次數（通常情況下取值為2.5次/ｈ）。根據計算得出的風量參數選擇與空調系統匹配的風機，通過風機的過濾作用，保證空氣中的塵粒數達到空氣潔凈標準，最終循環進入電子計算機機房。

4實驗分析

4.1實驗準備

為了驗證本文設計的電子計算機機房空調系統氣流組織優化方法的有效性，綜合考慮機房內的環境因素，進行了如下實驗分析。首先選定實驗的目的和指標，本次實驗的目的是測試電子計算機機房空調系統氣流組織的送風均勻性是否良好，是否能夠有效地提高機房內部空氣的散熱效果、保證機房的制冷性能與空氣的流通。實驗的指標設定為空氣流動速度與溫度的不均勻系數，對不均勻系數進行測試判定，指標越小，表明送風均勻性越好，則證實本文設計的空調系統氣流組織優化方法合理有效。首先，以空調系統的送風布局、孔隙率、架空高度為主要因素，采用順序標記的方式分別標記為X、Y、Z；然后，結合正交實驗的方式，選取不同的水平，標記為水平1、水平2、水平3等，構建本次實驗的因素水平表以及實驗方案，如表3所示。表3為本次實驗構建的因素水平表和實驗方案，根據實驗方案的不同，計算出空調系統的出風速度不均勻系數、進風溫度不均勻系數等指標。

4.2結果分析

設置本文提出的電子計算機機房空調系統氣流組織優化方法為實驗組，傳統的RNM空調系統氣流組織方法為對照組，對比兩種氣流組織方法的各項不均勻系數指標，指標數值越小，表明空調系統的送風效果越好，如表4所示。通過表4的指標對比結果可知，本文設計的空調系統氣流組織優化方法，在各項不均勻系數指標方面的數值均小于傳統的氣流組織方法，證明本文設計的氣流組織方法的送風效果更好，能夠有效地提高電子計算機機房空調系統運行的效率，為計算機設備的運行提供安全穩定的環境。

5結論

綜上所述，由于傳統的空調系統氣流組織方法的氣流組織能力較弱，不能保證機房空氣的濕度、溫度等條件，不利于電子計算機設備的連續性運行，因此，本文提出了電子計算機機房空調系統氣流組織優化設計。通過建立模型的方式，模擬電子計算機機房的空調系統，并進行相應的氣流組織方法設計。實驗證明，本文提出的氣流組織優化方法，各項不均勻系數指標均小于傳統的氣流組織方法，氣流組織能力較強，對保障電子計算機設備的連續性運行具有重要作用。但是本文的研究還存在不足之處，如：老機房協調用戶調整服務器的擺放方向有一定難度，尤其單個機房內存在較多規模較小的不同用戶時，容易互相推諉；單個機房內用戶規模較大，甚至租用整個機房的用戶，因改造后可大大改善服務器的運行環境，更容易獲得用戶的積極配合。

作者：農毅杰 單位：國家稅務總局大新縣稅務局