NEC锂电池数据机房气流组织模拟研究

摘要：以计算流体动力学也就是CFD，Computational Fluid Dynamics模拟软件6SimaRoom，针对某有着单侧弥漫送风、封闭热通道吊顶回风情况的数据机房，开展气流组织模拟研究。将不同机柜漏风率、不同IT设备规格对气流组织的影响，进行对比分析。结果显示：在那种单侧弥漫送风，封闭热通道，吊顶回风的气流组织之内，首机柜当中的IT设备最大进口温度过高，极易出现超温现象。在泄露率呈现出增加态势的情况下，首机柜里头的 IT 设备的最大进出口温度持续不断地升高。在 IT 设备规格不停增大的情形下，首机柜里头的 IT 设备的最大进出口温度不停地降低。

关键词：数据机房；气流组织；漏风率；IT设备；CFD模拟

专注于基于CFD模拟的数据机房内空气分布的研究，进行，关于机房空气分布，借助CFD模拟这种方式，展开的研究 。

由李达☆、刘斌以及韩成福 。，。 （你提供的原内容不太完整规范明确，如果这不是你想要的效果，可以补充。

 

Abstract

Keywords:

☆李达，男，1994年12月生，本科，学士，助理工程师

二十一万，位于南京建邺的楠溪江东街五十八号的中通服咨询设计研究院有限公司，号码是一百七十八万零五百一十一九千零九十一，电子邮箱是十七万八千零五十一一千九百零一@一十八万九千点com 。

0引言

随着信息化社会的快速发展，电子信息设备的功率密度不断提高^[1]因此，对数据机房气流组织的要求变得越来越高，需要更优化的气流组织方式来有效降低 IT 设备温度，以此确保其正常运行，同时，这也有利于减少制冷设备能源消耗，进而提高数据中心的电能利用效率（PUE），逐步达成绿色高效、低碳环保的数据中心。本文运用CFD模拟软件6simaRoom，针对数据机房内的气流组织展开模拟研究，剖析了泄漏率、IT设备规格等各异因素，对气流组织所产生的影响规律，目的在于为实际工程建设以及运营，提供具备价值的参考 。

1建立模型

1.1模型建立条件

本研究选取某大型数据中心内一个标准化机房作为研究对象，此机房平面图呈图1所示样式。该机房运用弥漫送风的方法实施空调送风，其热通道采用封闭吊顶回风的设计方案。空调机组借助送风静压箱，把送风通过送风隔墙上的送风百叶送进机房内部。在研究期间，我们会设定空调机组AHU-08处于故障状态。机房的三维模型图呈图2所示形态。

图1 机房平面示意图	图2 机房三维模型图

模型的建筑围护结构条件如表1所示。

表1 模型的建筑围护结构输入条件
机房长度/(m)	机房宽度/(m)	机房面积/(m2)	机房层高/(m)	梁下净高/(m)	吊顶距地高度/(m)	送风隔墙与首机柜距离/(m)	送风百叶长度*宽度/(m)	回风百叶长度*宽度/(m)	冷通道间距/(m)	热通道间距/(m)
16.4	29.75	487.9	5.2	4.2	3.6	3.48	2.5*2.5	2.5*1.2	1.5	1

 

机房内机柜布置条件如表2所示。

表2 机房内机柜布置输入条件
机架尺寸（宽×深×高）/mm	单机架功耗/kW	机房总机架数量/架	单列机架数量/架	列数/列
600×1200×2200（42U）	7	192	18	11

空调设备设置条件如表3所示。

表3 空调设备输入条件
空调设备台数/台	主用空调设备台数/台	备用空调设备台数/台	单台空调设备额定制冷量/kW	单台空调设备室内风机额定风量/m3/h	送风温度/℃	控制方式
8	7	1	200	48000	25	送风温度控制

1.2求解控制

在不会对模拟准确性造成影响的情形下，为了达成简化模型的目的，针对需要去建立的数值模型，做出以下这般简化：

1) 流动呈现为稳态之下的湍流状态，运用标准K - ε湍流模型，各个参数的残差均收敛至1 。^[2]，代表各参数值稳定。

2) 模型之中的墙体，以及地板，都被视作绝热材料，室内并未设置门窗，其封闭性呈现出良好的状态，室内与室外，不存在热交换的情形。

2模拟结果分析

2.1机柜不同漏风率对气流组织的影响

为了探究不一样的泄漏率给机房内气流组织带来的影响，本文设定了三种各异的泄漏率，分别是：0%（无泄漏），5%（典型小缝隙）以及10%（大缝隙）。图3、4、5呈现出不同泄漏率状况下各IT设备进口的最高温度数值。观察所得结果表明，在不存在泄漏的情形下，机柜进口的温度大概是25℃，契合《数据中心设计规范》（GB50174 - 2017）里规定要维持进口温度在25至27℃的标准。当泄漏率分别递增到5%以及10%的时候，大部分IT设备的进口温度依旧能够维持在大约25℃。可是呢，距离进风隔墙最近的首个机柜（被称作首机柜）以及个别末端机柜的IT设备进口温度显著地升高了，具体的数值能够去参见表4 。

图3 IT设备最大进口温度（0%泄漏率）	图4 IT设备最大进口温度（5%泄漏率）	图5 IT设备最大进口温度（10%泄漏率）

以表4中的数据展开分析，能够观察到，伴随泄漏率的提升，首机柜的IT设备进口温度呈逐步上升态势，而且相应的出口温度也展现出同样的变化规律。于5%以及10%的泄漏率情形下，部分IT设备的进口温度不符合《数据中心设计规范》（GB50174 - 2017）里的要求。

表4 不同泄露率下IT设备最大进出口温度
项目	泄漏率
	0%	5%	10%
IT设备最大进口温度/℃	25.7	27.3	31
IT设备最大出口温度/℃	39.4	40.7	41.4

依据表5所展示的数据，我们能够观察到处于不同泄漏率状况下的空调使用情形。不管是何种泄漏率，空调的冷量使用率均小于100%，这体现了空调的冷量是足够的。其中，AHU - 01、AHU - 05以及AHU - 06空调的冷量使用率伴随泄漏率的提高而明显增大，而其他空调的冷量使用率差别不大。这同样表明了泄漏率的上升致使了部分空调的能耗增多。

表5 不同泄漏率下对应的空调使用情况
项目	使用率	AHU-01	AHU-02	AHU-03	AHU-04	AHU-05	AHU-06	AHU-07
冷量使用率（%）	0%	85.6	89.7	90.7	91.6	93.9	94.2	86.2
	5%	86.8	89.9	90.4	91.5	94.6	94.9	86.5
	10%	87.7	89.5	90.2	91.5	95.5	95.7	86.5

在工程建设当中，好比针对于盲板、四面的挡板以及安装导轨等似会产生缝隙之处，要开展精细处理，以此来确保封堵工艺完备。于实际运营里，应该加大检查与检测的频率跟力度，以便尽力减低机柜的泄漏率。这般做能够保证金属氧化物半导体场效应晶体管装置在适宜温度内安全可靠地施行运作，与此同时也能够切实减轻空调设备的能耗。为达成这个目标，能够采取诸般举措，像定期查验机柜的封堵状况，修复坏掉的盲板与挡板或者替换掉它们，保证它们能够有力遏止气流泄漏。于此之外，强化针对机柜周边区域的检测，像是查看导轨的安装是不是牢固，密封是不是完好等，进而削减有可能存在的缝隙。

2.2不同IT设备规格对气流组织的影响

在本文当中，将在泄漏率是5%（典型小缝隙哟）的状况之下，维持单个机架的功耗为7kW不改变。挑选了四种不一样规格的IT设备（1U、2U、4U以及7U），把它们填入到机柜里，并且分析对比它们对温度场和速度场的影响规律的方式。图6呈现出不同规格的IT设备所对应的机柜填充模型，每个机柜都是42U的标准机柜，还对空槽位做了封闭处理呢。

（a）1U	（b）2U	（c）4U	（d）7U
图6 不同规格IT设备的机柜填充模型图

机房内部气流所形成的温度场、速度场以及压力场的合理程度以及适宜状况，最终会在IT设备的进出口温度方面得以体现。下文当中的图7，呈现了不同规格IT设备的最大进口温度。

（a）1U	（b）2U
（c）4U	（d）7U
图7 不同规格IT设备的最大进口温度图

能够观察发现，不管IT设备的规格怎样变动，多数IT设备的最大进口温度都近乎25℃，仅有首机柜以及个别尾部机柜出现了温度过高的状况。随着IT设备规格由1U增至7U，超温的IT设备数量持续减少，与此同时进口的最大温度值也在渐渐降低。具体的最大进口温度与最大出口温度数据列于表6。依据表6的数据能够知道，若IT设备为1U，最大进口温度是27.3℃，超出了规范所要求的27℃。然而，当 IT 设备的规格呈现为 2U、4U 以及 7U 这几种情况时，其进口温度全都低于 27℃，进而都处于规范所要求的范围内。于是，随着 IT 设备规格的不断增大，该设备的最大进口温度以及最大出口温度也一直在持续降低。

表6 不同IT设备规格的最大进出口温度
项目	IT设备规格
	1U	2U	4U	7U
IT设备最大进口温度/℃	27.3	26.8	26.3	25.8
IT设备最大出口温度/℃	40.7	40.1	39.8	39.5

得到上述结果后，我们能够得出相应结论，在实际工程建设刚开始的阶段，要依据机柜里所填充的不一样规格的IT设备来开展方案设计，对于不同规格的IT设备，要变动IT机柜、空调设备、送风隔墙、送风口等的布置形式，靠优化气流组织，保证IT设备的进出口温度维持在合理且适宜的范围之中，进而保障设备安全可靠地运行。

3结论

IT 设备能否安全可靠运行很大程度取决于数据机房气流组织，然而数据机房气流组织受多种因素左右，本文针对其中两种因素，其分别是漏风率以及 IT 设备规格，展开分析研究，得出以下结论：

在气流组织为单侧弥漫送风、封闭热通道以及吊顶回风的情况下，首机柜里的 IT 设备最大进口温度过高，进而容易出现超温现象。

2）伴随泄露率有所增加，首机柜里头的 IT 设备，其进口的最大温度持续地升高，出口温度展示出相同的变化规律 。

首先，IT设备的规格处于持续增大的状态，在此过程当中，首机柜里头的IT设备，其最大进口温度，在不断地降低，并且，其最大出口温度，也在不断地降低 。