解讀：如何應(yīng)對機房精密空調(diào)節(jié)能問題

高性能處理器的應(yīng)用，使得單個機柜熱密度大幅上升，機房局部過熱問題尤為突出。

那么，如何在機房設(shè)計前提前預(yù)知設(shè)計效果？如何比較不同設(shè)計方案的節(jié)能性？如何有效地解決機柜過熱問題呢？

CFD熱仿真評估服務(wù)，能有效解決上述難點問題。

CFD是計算流體力學(xué)ComputationalFluidDynamics的簡稱，是目前國際上最先進的流動與傳熱仿真技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和工業(yè)設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域。

CFD技術(shù)通過現(xiàn)場評估、CFD建模、冷卻評估、升級方案、能效比較和提交報告這幾個環(huán)節(jié)，完成熱仿真評估服務(wù)。

CFD機房熱仿真評估服務(wù)，通過建立虛擬三維機房模型，仿真獲得機房溫度場和速度場等數(shù)據(jù)，獲得合理的氣流組織和科學(xué)的機房布局與散熱方案。

適用范圍

新機房設(shè)計項目；

老機房擴容與改造項目；機房熱診斷及熱問題分析；機房運行狀態(tài)評估，安全預(yù)警；

針對具體機房設(shè)計方案，匹配和選擇各種機房專用空調(diào)產(chǎn)品（機房空調(diào)機、高熱密度解決方案、機柜空調(diào)機組、吊頂式空調(diào)機組、冷門、地板送風機組、風管送風系統(tǒng)等）。

常見問題

1.CFD在新機房設(shè)計項目中有何作用？

預(yù)測新機房熱環(huán)境，確保設(shè)計方案滿足運行和節(jié)能要求。不同數(shù)據(jù)中心對機房空調(diào)有不同的設(shè)計要求。如小型交換機房熱功率不大（單個機柜熱功率在5kW以 下），而大型刀片服務(wù)器機房的熱功率很高（單個機柜熱功率在5kW以上），因此，在很多核心機房出現(xiàn)局部過熱的情況——機房的局部溫度超過設(shè)計要求。在機 柜服務(wù)器功率較高的場合，空調(diào)設(shè)備選配不周和機柜布置不合理等因素都會造成冷量分配不均，氣流組織不合理的現(xiàn)象，導(dǎo)致服務(wù)器死機、機房能耗增加。針對不同 的應(yīng)用場合和具體設(shè)計要求，需采用不同的空調(diào)解決方案。

利用CFD熱仿真分析技術(shù)進行新機房設(shè)計，不會僅僅為滿足機柜過熱問題的要求而盲目增大總冷負荷，而會針對具體過熱問題進行仿真，采用最為適合的解決方案，總冷負荷只是小幅增加。這樣，在滿足基本設(shè)計運行要求的同時也滿足了節(jié)能要求，為用戶節(jié)約了運行成本。

2.CFD在老機房擴容與改造項目中有何作用？

預(yù)測老機房改造后的熱環(huán)境，確保改造方案滿足擴容后的局部發(fā)熱問題，減少投資浪費和運行風險。老機房多采用早期傳統(tǒng)的“平均放”空調(diào)設(shè)計原則，但基于 此傳統(tǒng)設(shè)計方法，很難確定擴容后空調(diào)設(shè)備擺放的位置；而且，高性能處理器和刀片服務(wù)器的應(yīng)用使新機柜的熱密度急劇增加，機房局部過熱問題非常突出，僅憑傳 統(tǒng)經(jīng)驗也很難做出科學(xué)判斷。

利用CFD熱仿真評估服務(wù)，可分析該問題產(chǎn)生的原因，針對性地提出科學(xué)合理的機房擴容與改造方案，不僅滿足了布局過熱問題使所有機柜都能安全運行，并且是在未大幅增加總冷負荷的情況下實現(xiàn)的，也滿足了節(jié)能的要求，為客戶節(jié)約了運行成本。

3.CFD在機房熱診斷及過熱問題分析中有何作用？

隨著服務(wù)器運算能力的提升，單個機柜熱密度大幅上升，單個機柜熱負荷超過5kW的情況增多，這些高熱密度機柜在氣流組織不合理時極易產(chǎn)生過熱問題，導(dǎo) 致服務(wù)器死機。針對機房可能發(fā)生的局部過熱問題，CFD熱仿真評估服務(wù)能模擬機房運行效果，給客戶提供局部過熱問題的最佳解決方案，降低機房運行的風險， 確保機房長期穩(wěn)定運行。

4.CFD仿真準確度有多高？仿真結(jié)果與實際情況差距多大？

CFD機房熱仿真模擬的準確性，取決于建立模型的精確性。CFD求解算法上，佳力圖采用k-ε湍流模型進行流動仿真，經(jīng)過CFD業(yè)界幾十年的實驗驗 證，該模型求解精度能滿足工程仿真要求。對新設(shè)計機房，采用機房CAD設(shè)計圖樣與設(shè)備設(shè)計參數(shù)，這些參數(shù)來源可靠，因而仿真準確度高。

對于正在運行中的機房，我們會進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)可靠，仿真結(jié)果可信。下圖是CFD機房熱仿真結(jié)果與實際溫度熱學(xué)影像的對比，仿真結(jié)果與實際相符，仿真結(jié)果真實可信。

模擬結(jié)論：

l距離空調(diào)機最遠位置處的機柜也能獲得足夠冷量，滿足設(shè)計要求。

l空調(diào)制冷量利用率高于80%，絕大部分制冷量被有效地利用于機柜熱負荷冷卻，能源浪費少，符合節(jié)能設(shè)計要求。

l增設(shè)地板送風機組，能進一步增加最遠機柜的送風量，提高系統(tǒng)安全性。

客戶收益：

通過CFD仿真，確認設(shè)計方案能夠為距離空調(diào)機最遠位置處的機柜提供足夠的風量和制冷量；通過CFD仿真，嘗試了多種解決方案（空調(diào)機，地板送風機 組）應(yīng)用的效果，為客戶提供了多種選擇；通過CFD仿真，提出了對特殊機房（狹長型房間布置和一長排機柜布置）的機房空調(diào)解決方案。

案例一：通信領(lǐng)域，某機房設(shè)計項目

案例要點：

典型通信機房布局，空調(diào)機和機柜分設(shè)在兩個房間，通過回風格柵連通。空調(diào)機采用佳力圖ME系列機房空調(diào)機，空調(diào)機三用一備。

模擬結(jié)論：

發(fā)現(xiàn)送風通道不合理問題，采用下沉式風機改善送風方式，送風距離更遠，送風阻力降低，有效降低風機運行能耗，提高空調(diào)機整體能效；

發(fā)現(xiàn)回風通道不合理問題，改善回風通道后，回風阻力降低，改善氣流組織；

空調(diào)制冷量使用率高，絕大部分制冷量都用于冷卻機柜內(nèi)熱負荷；風量趨于均勻，降低機房內(nèi)溫度波動。

客戶收益：

通過CFD仿真，發(fā)現(xiàn)了原有設(shè)計送回風方式不合理的問題，解決方案更加合理和節(jié)能；

CFD仿真過程周期短、成本低，避免了盲目投資風險和浪費；

直觀地檢查空調(diào)機運用狀況，確保空調(diào)設(shè)備能滿足客戶的各類特殊要求（如送風量、機柜排風溫度等）；

可保證機房內(nèi)正在使用空調(diào)設(shè)備的制冷量被充分利用，也可觀察機房內(nèi)任何一臺空調(diào)設(shè)備停機對機房熱環(huán)境的影響。

案例二：非通信領(lǐng)域，某機房設(shè)計項目

案例要點：

空調(diào)機在房間兩側(cè)放置，每側(cè)均為一用一備；該空調(diào)機為佳力圖MEAD702機房空調(diào)機。

機柜成一長排放置，機柜形式為前側(cè)進風，后側(cè)風管排風。排風風管連接到天花板吊頂內(nèi)，通過空調(diào)機與天花板吊頂?shù)倪B接管讓熱風回到空調(diào)機。

部分機柜距離空調(diào)機位置較遠，需確保距離空調(diào)機最遠位置的機柜也能獲得足夠的制冷量和風量。

模擬結(jié)論：

距離空調(diào)機最遠位置處的機柜也能獲得足夠冷量，滿足設(shè)計要求。

空調(diào)制冷量利用率高于80%，絕大部分制冷量被有效地利用于機柜熱負荷冷卻，能源浪費少，符合節(jié)能設(shè)計要求。

增設(shè)地板送風機組，能進一步增加最遠機柜的送風量，提高系統(tǒng)安全性。

客戶收益：

通過CFD仿真，

確認設(shè)計方案能夠為距離恒溫恒濕空調(diào)機最遠位置處的機柜提供足夠的風量和制冷量；通過CFD仿真，嘗試了多種解決方案（空調(diào)機，地板送風機組）應(yīng)用的效果，為客戶提供了多種選擇；通過CFD仿真，提出了對特殊機房（狹長型房間布置和一長排機柜布置）的機房空調(diào)解決方案。