空調(diào)布局對機房內(nèi)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，F(xiàn)luent6.3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(shù)值的穩(wěn)定。

2.2仿真模型的數(shù)值驗證

首先對模型進行了網(wǎng)格數(shù)量敏感性驗證，以測量陣測得的各點的溫度、速度值為依據(jù)，研究不同網(wǎng)格類型和數(shù)量下模擬值與測試值的差異。通過驗證得到在網(wǎng)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(wǎng)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(nèi)。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(shè)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(nèi)部設(shè)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(shù)，對機架間的空氣循環(huán)影響有限，故假設(shè)合理。

2.3空調(diào)室內(nèi)機組布局形式對室內(nèi)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(nèi)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(jié)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(shè)備功率相對較大的情況下出現(xiàn)了機房中部溫度高于兩端的現(xiàn)象，說明機房內(nèi)的氣流組織不合理。因此本文提出了空調(diào)機兩邊同側(cè)(形式2)和斜對角(形式3)布置形式，空調(diào)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(chǔ)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(nèi)熱源密集、氣流組織復(fù)雜，不同空調(diào)機布局形式下必然會產(chǎn)生不同的室內(nèi)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(xiàn)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(cè)空氣流速低，等值線閉合，空氣齡加長，出現(xiàn)了局部地方空氣滯留的現(xiàn)象，機架間等值線沿兩側(cè)扁平延伸，整個機房的熱空氣能否循環(huán)困難。機房內(nèi)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(xiàn)嚴重的熱島效應(yīng)，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(jīng)過空調(diào)窒內(nèi)機上面的回風口來進行，遠端的熱空氣必須經(jīng)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(jié)果，將l臺空調(diào)機移向機房一端，原來邊界條件不變。在這種情況下機房內(nèi)的熱空氣可以通過置于機房兩側(cè)的回風口進行循環(huán)，回風路徑縮短，空氣齡也相應(yīng)變小，特別是在離空調(diào)機近的左側(cè)，機房內(nèi)的速度場得到改善，中部過熱現(xiàn)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(chǎn)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(diào)機擺放一定要結(jié)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(yīng)該相應(yīng)減少接近空調(diào)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(diào)對角擺放并且將送風溫度提高1.5℃時的模擬結(jié)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(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)機房環(huán)境要求。局部過熱現(xiàn)象明顯改善，同時節(jié)約了大量冷量。

3結(jié)論

通過建立機房內(nèi)測量陣實現(xiàn)房間速度場、溫度場的測量，并以試驗值為依據(jù)確定了合理的機房簡化模型，借助Flutent軟件，研究了空調(diào)室內(nèi)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(shù)據(jù)機房，空調(diào)室內(nèi)機的布局關(guān)乎整個機房回風是否順暢以及冷量能否有效利用；空調(diào)機的布局要結(jié)合周圍送風El風量綜合考慮。在本文實例中采用空調(diào)室內(nèi)機斜對角布置，不但解決了機房局部過熱問題，而且實現(xiàn)了冷量的有效利用，達到了機房節(jié)能要求。建議在進行數(shù)據(jù)機房設(shè)計時應(yīng)綜合考慮機房室內(nèi)機的布局及回風口風量大小的調(diào)試。