数据中心机房空调系统气流组织研究与分析

数据中心机房空调系统

气流组织研究与分析 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

IDC机房空调系统气流组织研究与分析

摘要：本文阐述了IDC机房气流组织的设计对机房制冷效率有重要影响，叙述现有空调系统气流组织的常见形式。同时重点对IDC机房常见的几种气流组织进行了研究与分析，对比了几种气流组织的优缺点，从理论与实践中探讨各种气流组织情况下冷却的效率。

关键词：IDC、气流组织、空调系统

一、概述

在IDC机房中，运行着大量的计算机、服务器等电子设备，这些设备发热量大，对环境温湿度有着严格的要求，为了能够给IDC机房等提供一个长期稳定、合理、温湿度分布均匀的运行环境，在配置机房精密空调时，通常要求冷风循环次数大于30次，机房空调送风压力75Pa，目的是在冷量一定的情况下，通过大风量的循环使机房内运行设备发出的热量能够迅速得到消除，通过高送风压力使冷风能够送到较远的距离和加大送风速度；同时通过以上方式能够使机房内部的加湿和除湿过程缩短，湿度分布均匀。

大风量小焓差也是机房专用空调区别于普通空调的一个非常重要的方面，在做机房内部机房精密空调配置时，通常在考虑空调系统的冷负荷的同时要考虑机房的冷风循环次数，但在冷量相同的条件下，空调系统的空调房间气流组织是否合理对机房环境的温湿度均匀性有直接的影响。

空调房间气流组织是否合理，不仅直接影响房间的空调冷却效果，而且也影响空调系统的能耗量，气流组织设计的目的就是合理地组织室内空气的流动使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好地满足要求。

影响气流组织的因素很多，如送风口位置及型式，回风口位置，房间几何形状及室内的各种扰动等。二、气流组织常见种类及分析：

按照送、回风口布置位置和形式的不同，可以有各种各样的气流组织形式，大致可以归纳以下五种：上送下回、侧送侧回、中送上下回、上送上回及下送上回。

1)投入能量利用系数

气流组织设计的任务，就是以投入能量为代价将一定数量经过处理成某种参数的空气送进房间，以消除室内某种有害影响。因此，作为评价气流组织的经济指标，就应能够反映投入能量的利用程度。

恒温空调系统的“投入能量利用系数”βt，定义：？

（2-1）

式中：t0一一送风温度，

tn一一工作区设计温度，

tp一一排风温度。

通常，送风量是根据排风温度等于工作区设计温度进行计算的．实际上，房间内的温度并不处处均匀相等，因此，排风口设置在不问部位，就会有不同的排风温度，投入能量利用系数也不相同。

从式(2—1)可以看出：

当tp= tn时，βt=，表明送风经热交换吸收余热量后达到室内温度，并进而排出室外。

当tp>tn 时，βt>，表明送风吸收部分余热达到室内温度、且能控制工作区的温度，而排风温度可以高于室内温度，经济性好。

当tp

2)上送下回

孔板送风和散流器送风是常见的上送下回形式。如图2-1和图2-2所示．？

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图2-1散流器上送下回气流流型图2-2孔板送风气流流型

孔板送风和密布散流器送风，可以形成平行流流型、涡流少，断面速度场均匀。对于温湿度要求精度高的房间于温湿度要求精度高的房间，特别是洁净度要求很高的房间，则是理想的气流组织型式。这种形式的排风温度接近室内工作区平均温度，即 tp= tn时，βt=。

3)侧送侧回

侧送风口布置在房间的侧墙上部，空气横向送出，气流吹对面墙上转折下落到工作区以较低速度流过工作区，再由布置在同侧的回风口排出，根据房间跨度大小，可以布置成单侧回和双侧送双侧回。如图2-3所示。

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图2-3侧送气流流型

侧送侧回形式使工作区处于回流区，具有以下优点，由于送风射流在到达工作区之前，已与房间空气进行了比较充分的混合，速度场与温度场都趋于均匀和稳定，因此能保证工作区气流速度和温度的均匀性。所以对于侧送侧回来说，容易满足设计对于速度不均匀系数的要求．

工作区处于回流区，故而tp = tn时，投入能量利用系数βt=，此外，由于侧送侧回的射流射程比较长，射流来得及充分衰减。故可加大送风温差。基于上述优点，侧送侧回是一般建筑中用得较多的气流组织形式。

4)中送风下上回风

图2-4是中部送风下部回风或下部上部同时回风的气流流型图。

图2-4中送气流流型

对于高大房间来说，送风量往往很大，房间上部和下部的温差也比较大，因此将房间分为上下两部分对待是合适的。下部视为工作区，上部视为非工作区。采用中部送风，下部的上部同时排风，形成两个气流区，保证下部工作区达到空调设计要求，而上部气流区负担排走非空调区的余热量。显然下部气流区的气流组织就是侧送侧回，故βt=。

5)上送上回？

图2-5上送上回气流流型

这种气流组织形式是将送风口和回风口叠在一起，布置在房间上部。如图2-5所示。对于那些因各种原因不能在房间下部布置回风口的场合是相当合适的。但应注意气流短路的现象发生。如果气流短路时，则tp < tn时，βt <经济性差。

6)下送上回

这种形式的送风口布置在下部，回风口布置在上部，如图2-6所示。

图2-6下送上回气流流型

对于室内余热量大，特别是热源又靠近顶棚的场合，如计算机房，广播电台的演播大厅等，。由于下送上回tp > tn时，故而βt >。经济性好。但是，下部送风温差不能太大。在上述条件下，采用下送上回形式是一种较为理想的气流组织形式。

三、IDC机房的气流组织研究:

根据IDC机房的特点，机房气流组织的确定,—般要从以下几个主要方面来考虑。

1)IDC机房的结构与建筑面积。

2)IDC设备的装机功率及散热量。

3)计算机设备的采用的冷却方式。如自然冷却机柜或自带风机强制送风冷却、用冷却水或冷却液冷却、冷却水和冷空气综合冷却等。

4)同时考虑自带风机机柜的进排风口位置，便于迅速排走机柜内的热量。

1.IDC机房的气流组织

数据中心机房空调系统的气流组织简单的说就是送风口回风口的位置设计布置以及采用相应的风口型式，以下是几种常用气流组织形式。

1)上送下回气流组织

上送下回气流组织是通常采用的全室空调送回风的基本方式。上送还可分为机房顶送或紧靠机房顶下的上部侧送两种形式。下回通常采用为机房的下部侧回形式。

图3-1上顶送下侧回气流组织

上图3-l 所示的上顶送下侧回的气流组织，送风经过顶棚上的空调风口往下送冷空气，至室内先与机房内的空气棍合，通过设备自带的风机，再进入需送风冷却的计算机设备。机房顶棚安装散流器或孔板风口送风，顶棚风口送下的冷空气与机柜顶上排出的热空气，两股气流逆向混合，导致进入机柜的空气温度偏高，影响了对机柜的冷却效果，我们曾在调查中发现这类情况。由于机柜进风温度偏高，机柜内得不到良好的冷却效果，必然造成机柜内的气温偏高，导致计算机不能进行有效的正常工作。

因此采用上顶送下侧回的气流组织，对于散热量较大的机房，只有采用较低(12—16℃)的空调送风温度，来维持机房较低的(20土2℃)空调温度基数。机柜才能获得较好的冷却效果，但这样的能源消耗较大。

图3-2上侧送下侧回气流组织

图3-2所示的上侧送下侧回气流组织，在机房室内净空较低以及计算机设备布置较密时，部分回风气流有可能被机柜阻挡，形成不了一个通畅的气流回路，造成局部滞流或出现小区的涡流。机房内出现的不均匀温度场，影响着部分机柜散热的冷却效果。

因此上送下回气流组织宜用在机房面积不大于100m2，散热量较小的小型计算机及微型计算机机房，这种方式用在大型的IDC机房，效果并不理想。

2)上送风上回风气流组织

在多排机柜排列时，当机柜与机柜采用背对背的形式布置时，可采用上送风上回风气流组织方式，出风口与回风口的位置可以采用图3-3的方式布置。形成以机柜冷热通道相间隔的状态（图3-4）。

图3-3上送上回气流组织