157-CFD模拟应用于数据中心机房优化改造.pdfVIP

CFD 模拟应用于数据中心机房优化改造 上海邮电设计咨询研究院有限公司 原世杰 摘要:针对早期建设的在用数据中心机房气流组织混乱、冷量利用不充分等问题，选取 某电信运营商的通信机房进行研究，根据实地调研数据，应用专业的CFD 模拟软件6SigmaDC 进行数值模拟研究，研究目前机房存在的问题并对改造方案进行模拟分析。 关键字: 在用通信机房，气流组织，数值模拟，优化改造 1 引言 早期通信机房建设年代较早，整体规划不充分，房间功能及使用情况经常调整。随着电 信业务的快速发展，机柜设备等更新改造，使得原有的交换机房、传输机房等机柜空间紧张。 机柜布局摆放受限，早期空调配备不合理等因素造成了部分机房气流组织混乱、冷量利用不 充分。 为寻求上述问题的合理解决方案，本研究以某运营商在用核心机房为研究对象，通过实 地查勘、数据采集获得初始数据，归纳存在的问题提出改造方案，实施改造工程，并采用基 于计算流体动力学理论的仿真模拟软件数值模拟研究，对改造后方案进行评估。 2 概况 本文以上海某运营商的某核心机房为研究改造对象。该机房位于三层，核心机房与程控 机房通过铁丝网进行隔断。核心机房面积约为117m2，建筑冷负荷约为11.7kW。机房内现 有设备发热量约为86kW，考虑到冷量耗损等因素，机房空调所需的显冷量为98kW。 机房内存在部分已退网退电的机柜设备未拆除，占据一定的空间。机房的布局详见建筑 基础条件图，图1。 机房内现有1 台显冷量约为30.6kW 的下送风风冷专用空调，2 台显冷量约为33.3kW 的 下送风风冷专用空调及1 台显冷量约为36.2kW 的下送风风冷专用空调，可提供显冷量约为 97.2kW ，机组运行情况为3 主1 备（显冷量36.2kW 的专用空调作为备机），可以满足机房 的制冷需求。机房架空地板高度为350mm 。 图1 三层通信机房（程控机房加核心机房）建筑基础平面图 图2 铁丝网隔断实物图 第一作者：原世杰，男，1991.04，硕士，助理工程师，200092，上海市国康路38 号，电话 邮箱：ysj_work@163.com 3 现状及分析 3.1 查勘现状及问题 通过实地查勘发现该机房存在以下问题：机房（核心机房与程控机房采用铁丝网进行隔 断处理，整个机房为下送风上回风的送风气流组织方式，核心机房内配备的专用空调的冷量 扩散至程控机房内，考虑可能存在冷量无法充分利用的问题。另外还存在部分机架下部进风 口无送风导流板、部分机架内未安装服务器的部位没有设置盲板等调控气流运动路径的装置。 为解决上述存在的问题，本期改造方案之一即是考虑将架空地板下加装挡板进行隔断处 理，保证核心机房内的冷量得以充分利用。 3.2 机房现状的CFD模拟及分析 为在改造初期辅助判断改造实施的可行性及改造方案预期能够实现的改造效果，本期采 用专业的CFD 模拟软件进行数值模拟研究。 该数值模拟软件为由英国Future Facilities 公司开发的6SigmaDC。针对本工程实际，在 改造进行之前，对整个机房进行了大空间的建模和数值模拟计算，建立模型详见图3、4 。 图3 机房模型平面图 图4 机房三维模型示意图 对上述模型进行模型检查和计算求解后，选择在通信机房数值计算结果中选取典型位置 平面的温度场进行研究。 图5 所示为机房距离地面高度1.5m 平面位置的温度云图。观察云图可以发现，核心机 房内存在几列设备出风温度较高，热环境比较理想，考虑是因为存在冷量利用不充分的原因。 图6 为截取的主要立面的温度云图结果。 图5 距地高度1.5m 处（Z=1.5m ）平面温度云图 图6 自定义立面温度云图 图7 距地高度1.5m 处（Z=1.5m）平面温度云图 图8 机房大空间气流流线示意图 观察图7 可以发现，下面右侧有部分机柜进风温度较高，考虑由于此处没有对应下送风 专用空调的冷量输送，仅靠内墙一侧的立柜式空调的冷量供应因此表现出这部分机柜呈现出 平均进风温度比较高的结果。由于该位置机柜属于程控机房内设备，且已经规划准备退网不 作为本期研究重点对象，本期主要研究对象为核心机房内数据机房内设备。 由图5-6 可以看出，