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数据中心静压层高度对不同地板送风方式 的影响研究 张萌 ，张忠斌，胡雨，姚喻晨，黄虎 南京师范大学 摘 要：随着数据中心发热量增大，空调系统及其气流分布要求也越来越高。通过架空 地板静压层优化数据中心气流分布的目标是改进气流均匀性，解决数据中心局部过热的问 题。本文选择数据中心的四列机柜子模块作为考察样本进行分析，采用CFD 方法分别研究6 种静压层高度（0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1m 和1.2m）对3 种地板送风方式的气流分布和 局部热点的影响。3 种地板送风方式分别为开放通道、热通道封闭、冷通道封闭。然后，本 文系统地阐述了三种性能考核指标，供应/回流热指数（SHI / RHI），回流冷却指数（RCI） 和回流温度指数（RTI），并通过三种性能指标把数据中心内各个机柜的过冷或过热的程度 和气流组织的特性体现出来，以此衡量数据中心的热环境。通常，适当增加地板高度可有效 地提高冷却效果和气流均匀性，但当高度增加一定程度时作用不再显著.本文根据不同静压 层高度和送风方式组合的 18 种情况，可得到不同结构形式数据中心，地板架空层高度的推 荐范围，并通过实测试验进行验证。 关键词：静压层高度，数据中心，CFD，试验验证，通道封闭 0 引言 如今的数据中心在保持可靠安全地运行的前提下，正逐渐地追求高效与低成本。因此， 节省运营费用中最重要的环节之一便是减少IT 服务器和冷却系统电能的消耗。数据中心能 源消耗的急剧增长已经成为了国家层面的问题。在过去10 年中，数据中心的能源消耗每4 年翻一番。IT 服务器发热量的急剧增加导致冷却系统产生的能量增加到大约数据中心的能 耗的40 ％。数据中心内高热流密度设备多，单位面积散热量大，设备全年全天候运行且对 环境温度有较严格的要求等给冷却系统提出严峻的考验。因此，减少冷却系统的能源消耗便 是数据中心节能的关键问题。在冷却系统产生足够冷量的前提下，改善气流组织可以有效地 提高冷气流对IT 服务器的冷却效率，减少数据中心产生局部过热。 1 过程 数据中心产生局部过热现象的最主要原因就是气流组织不合理，因此，本文旨在通过改 善气流组织来提高冷气流的利用率、减少局部过热问题和降低数据中心能源的消耗。目前， 在数据中心建设方案中，机架“面对面，背对背” 的摆放形式已经成为业界共识，架空地板下 送风、上回风被广泛采用。改善气流组织的关键是要优化地板下静压层内的流场，而对地板 下静压层的压力分布及流场形成的影响因素，主要包括：机房空调的位置及送风速度、静压 层的高度与地板的送风方式。本文选择数据中心的四列机柜子模块作为考察样本，怎么来的 根据18 种设计方案进行对比分析，例如，增加静压层的高度，冷通道封闭，热通道封闭等。 作者简介：张萌，( 1994.2-) ，硕士在读，210042 ，南京市玄武区板仓街78 号，E-mail ：297919254@ 这些条件组成不同结构形式的数据中心通过计算流体动力学（CFD ）进行模拟。基于数据中 心热环境评价指标，对模拟结果进行对比分析，并通过实测试验进行验证。 2 方法 2.1 机房设计 本文设计2 种变量因素，即静压层高度与地板送风方式。静压层高度有6 种分别为0.2m、 0.4m、0.6m、0.8m、1m 和1.2m；地板送风方式有3 种分别为开放通道、冷通道封闭、热通 道封闭。 设计数据中心机房是研究众多数据中心问题的关键环节，通常按照国际标准 TIA-942 进行设计。此外，设计数据中心的布局目的是使空气能够冷却，混合，再循环，分 布合理等要求。本文在选取4 列机柜作为研究子模块的前提下，对数据中心机房进行模拟设 计。由于本文设计采用地板下送风、上走线方式，地板支架忽略不计，可以认为地板下没有 障碍物。设计如下： 机柜尺寸 冷通道 热通道 穿孔地板尺寸 地板穿孔率 600mm×1100mm×2000mm 1200mm 1200mm 600mm×600mm 50% 开放通道 冷通道封闭 热通道封闭 2.2 模拟设计 2.2.1 数值求解 本文通过数值模拟的方法，以0.2m 作为静压层高度的变化步长，以3 种地板送风方式 作为变量，2 大因素互相组合