079-风道结构对数据中心气流组织影响的数值设计.pdfVIP

风道结构对数据中心气流组织影响的数值设计 1 张萌 ，胡雨，张忠斌，姚喻晨，黄虎 江苏省能源系统过程转化与减排技术工程实验室，南京师范大学能源与机械工程学院 摘要：本文以排布奇数列机柜冷通道封闭的数据中心子模块为研究对象（3 列机柜为例），采用 CFD 模拟将静压层高度与地板穿孔率对数据中心气流组织的联合影响进行可视化呈现，并对静压层高度与地板 穿孔率参数相互组合形成的 25 个典型模型的温度场进行分析，选择出最佳静压层高度和地板穿孔率的范 围为600mm~700mm，20%~50%。进一步地，对比最佳静压层高度与地板穿孔率组合范围值内的8 个数据中心 气流组织模型，选出机柜内部温度分布较均匀的气流组织模型。在此基础上，为了得到最优冷却效果，在 静压层内架设挡板，并在-15°~45°的挡板角度中选择最佳角度位置。最后，得到静压层高度为600mm， 穿孔地板穿孔率为20%，设置15°挡板的数据中心子模块最优模型，为大型数据中心的热环境设计优化提 供借鉴。 关键词：数据中心；风道结构；温度场；静压层高度；地板穿孔率；挡板角度 0 引言 21 世纪是网络和信息的时代，数据处理需求的巨大增长极大地带动了数据中心的建设和发展，其能耗 量也急剧增加。2011 年我国数据中心总耗电量达700 亿kW·h ，已经占到全社会用电量的1.5%。预计2017 年我国数据中心的能耗量将超过1000 亿kW·h ，且大多数数据中心的PUE 指标（PUE=数据中心总能耗/ IT 设备能耗）仍普遍高于2.0[1] 。而目前美国数据中心平均PUE 值可达1.9，先进数据中心PUE 已达到1.2 以下[2,3] ，我国数据中心能效水平与国际先进水平相比还存在较大的节能降耗空间。同时，数据中心作为 电力消耗的大户已经被社会高度关注，对其进行节能改造或建造高能效的数据中心对于节能降耗研究具有 重要意义。 目前，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[4] 。对于架空地板数据中心，地板下静压层内的气流组织在数据中心有效运作上起关键 作用。因此改变气流组织分布的关键就是要分析和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、穿孔地板的穿孔率 和地板下障碍物的位置，如地板支架、电缆和管道等[5-11]。虽然国内外学者对这几个影响因素的研究相对 较多，但对数据中心冷、热通道封闭情况下的研究还不够充分和完善，且大多只是研究了单个因素对气流 组织的影响，各个参数综合对数据中心气流组织的影响模型不全面，更加没有进行全面的分类讨论和对比。 另外，学者们均是以实际工程上的数据中心作为研究对象，得到的结论不具普适性。 大型数据中心的建设往往都是以排布奇数列或者偶数列机柜的数据中心子模块为基础扩展而成[12] 。本 文以排布奇数列机柜的数据中心子模块为研究对象，采取冷通道封闭，机房空调正向送风、地板下送风的 气流组织方案。由于单列机柜作为研究对象得到的结论不够全面，3 列奇数机柜含两列偶数机柜模型，故 本文以布置有3 列机柜的数据中心子模块（以下简称数据中心）为基础，采用数值分析的方法研究了静压 层高度、穿孔地板穿孔率对气流组织的影响，并通过在静压层内架设挡板进行再优化，设计出地板下送风 风道结构优化，冷通道封闭的数据中心子模块模型。 1 数据中心设计概况 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@ 本文选择数据中心尺寸为10974mm （长）×7300mm （宽）×2500mm （高，不含地板下静压层高度）。 穿孔地板布置在机柜近侧，尺寸为600mm×600mm 。3 列相同的机柜由上至下记为A 、B 、C ，机柜尺寸为 600mm×1100mm×2000mm，机柜之间形成的冷、热通道宽度为1200mm，两边机柜到边界的距离分别为 1000mm、600mm，机房空调距离第一排机柜1500mm，最后一排机柜距离边界1200mm，数据中心平面布 置如图 1 所示。 图1 数据中心平面布置图 2 数据中心模型的数值求解 数据中心地板下静压层的高度为300mm~700mm，穿孔地板穿孔率为20%~60%[13] 。由于本文采用地 板下送风、上走线方式