空調布局對機房內燕環(huán)境影響的試驗與仿真研究

采用CFD軟件Fluent6.3進行模擬，用控制容積法離散微分方程組，采用SIMPLE算法求解速度壓力耦合方程。擴散項采用中心差分的離散格式，動量方程與能量方程的離散格式選用一階迎風格式，Fluent6.3軟件選用已標定殘差來控制方程的收斂精度，模擬時各計算殘差曲線都趨于水平以保證各參數值的穩(wěn)定。

2.2仿真模型的數值驗證

首先對模型進行了網格數量敏感性驗證，以測量陣測得的各點的溫度、速度值為依據，研究不同網格類型和數量下模擬值與測試值的差異。通過驗證得到在網格計算節(jié)點為313929個、離散單元為1691792個時，測試值和模擬值吻合較好，圖1b為模型網格圖，圖2為機房中最不利點的溫度、流速測量值與模擬值對比。

從圖2可以看出，溫度、速度的模擬值和實測值最大誤差分別為2.1℃，0.45m/s，相對誤差在10%以內。實測值比模擬值波動大，原因在于實際機架有前后之分，一般前面進風，后面排風，排風溫度高于進風溫度，部分設備還配有風機，加強了換熱，而模擬時對機架作了簡化處理，忽略了機架位置以及其內部設備不同造成的影響。對于整個機房的氣流組織而言，這些簡化只影響接近機架處的空氣參數，對機架間的空氣循環(huán)影響有限，故假設合理。

2.3空調室內機組布局形式對室內溫度影響的仿真與優(yōu)化

速度場、溫度場是否合理不但決定著機房內環(huán)境狀況的好壞和熱管理水平的高低，還決定著達到節(jié)能效果。試驗結果表明，該機房存在嚴重的局部過熱問題(形式1)，在機房兩端設備功率相對較大的情況下出現了機房中部溫度高于兩端的現象，說明機房內的氣流組織不合理。因此本文提出了空調機兩邊同側(形式2)和斜對角(形式3)布置形式，空調布置位置如圖1a中虛線所示，并運用Fluent軟件在已驗證的形式1模型的基礎上對這2種形式進行了模擬，分析對比了3種形式下速度、溫度分布情況，研究了機房在不同布局形式下的氣流組織特點、送風口風量大小的配置及供冷效果。圖3，圖4分別為3種布局形式下距地面1.2m高處機房速度、溫度的等值線圖。機房內熱源密集、氣流組織復雜，不同空調機布局形式下必然會產生不同的室內空氣速度、溫度分布規(guī)律。

圖3a和圖4a分別為元機房的模擬記過，機房遠端空氣滯留現象比較嚴重，大風量送風口送出的冷風只在風口正下方及周圍形成了擾動，加強了周圍機架的換熱，但由于機房面積很大以及機架的阻擋，在遠離回風口的一側空氣流速低，等值線閉合，空氣齡加長，出現了局部地方空氣滯留的現象，機架間等值線沿兩側扁平延伸，整個機房的熱空氣能否循環(huán)困難。機房內溫度分區(qū)明顯并且中部溫度明顯高于兩端，大部分區(qū)域溫度達到23℃，在中部出現嚴重的熱島效應，這對機房中間的機架換熱極其不利。究其原因，整個機房的熱空氣循環(huán)都要經過空調窒內機上面的回風口來進行，遠端的熱空氣必須經過整個機房才能到達回風口，沿四風路徑不斷地加熱周圍空氣，使得機房中部空氣循環(huán)惡化。

圖3b和圖4b為形式l改進方案的結果，將l臺空調機移向機房一端，原來邊界條件不變。在這種情況下機房內的熱空氣可以通過置于機房兩側的回風口進行循環(huán)，回風路徑縮短，空氣齡也相應變小，特別是在離空調機近的左側，機房內的速度場得到改善，中部過熱現象也有所緩解，大部分區(qū)域溫度在19℃左右，但機房的溫度分區(qū)并沒有明顯改善，接近回風口處的高速送風射流對周圍熱風產生風阻，使熱空氣向低壓區(qū)聚集，使得低壓區(qū)溫度有升高的趨勢，達到約24℃，同時冷空氣直接進入回風口，形成冷空氣循環(huán)短路，回風溫度降低，造成冷量浪費。因此，空調機擺放一定要結合周圍送風口送風量一起考慮。為了避免回風風阻以及冷風短路，應該相應減少接近空調處的送風口風量。

圖3c和圖4c是針對形式2的缺點所做的改進方案——將2臺空調對角擺放并且將送風溫度提高1.5℃時的模擬結果。相對于前2種情況，這種布局形式不但減小了機房中部熱空氣滯留造成的局部過熱，而且回風口周圍送風量相對較小，解決了冷空氣短路及回風口風阻問題。整個機房內空氣處于一種均衡的動態(tài)循環(huán)之中，無滯留區(qū)，機房內空氣循環(huán)、送風口風量分布得到優(yōu)化，在送風溫度提高1.5℃的情況下，整個機房平均溫度維持在20℃左右，機房環(huán)境符合數據機房環(huán)境要求。局部過熱現象明顯改善，同時節(jié)約了大量冷量。

3結論

通過建立機房內測量陣實現房間速度場、溫度場的測量，并以試驗值為依據確定了合理的機房簡化模型，借助Flutent軟件，研究了空調室內機不同布局形式下整個機房的氣流組織分布及其對機房環(huán)境的影響。研究表明，對于無新風熱空氣全部循環(huán)利用的大型數據機房，空調室內機的布局關乎整個機房回風是否順暢以及冷量能否有效利用；空調機的布局要結合周圍送風El風量綜合考慮。在本文實例中采用空調室內機斜對角布置，不但解決了機房局部過熱問題，而且實現了冷量的有效利用，達到了機房節(jié)能要求。建議在進行數據機房設計時應綜合考慮機房室內機的布局及回風口風量大小的調試。