解讀：如何應對機房精密空調節(jié)能問題

高性能處理器的應用，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，如何在機房設計前提前預知設計效果？如何比較不同設計方案的節(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，能有效解決上述難點問題。

CFD是計算流體力學ComputationalFluidDynamics的簡稱，是目前國際上最先進的流動與傳熱仿真技術，被廣泛應用于基礎研究和工業(yè)設備研發(fā)領域。

CFD技術通過現(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。

CFD機房熱仿真評估服務，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的機房布局與散熱方案。

適用范圍

新機房設計項目；

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，安全預警；

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

常見問題

1.CFD在新機房設計項目中有何作用？

預測新機房熱環(huán)境，確保設計方案滿足運行和節(jié)能要求。不同數(shù)據(jù)中心對機房空調有不同的設計要求。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計要求。在機 柜服務器功率較高的場合，空調設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，導致服務器死機、機房能耗增加。針對不同 的應用場合和具體設計要求，需采用不同的空調解決方案。

利用CFD熱仿真分析技術進行新機房設計，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”空調設計原則，但基于 此傳統(tǒng)設計方法，很難確定擴容后空調設備擺放的位置；而且，高性能處理器和刀片服務器的應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)驗也很難做出科學判斷。

利用CFD熱仿真評估服務，可分析該問題產(chǎn)生的原因，針對性地提出科學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 致服務器死機。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。對新設計機房，采用機房CAD設計圖樣與設備設計參數(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，仿真結果可信。下圖是CFD機房熱仿真結果與實際溫度熱學影像的對比，仿真結果與實際相符，仿真結果真實可信。

模擬結論：

l距離空調機最遠位置處的機柜也能獲得足夠冷量，滿足設計要求。

l空調制冷量利用率高于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)能設計要求。

l增設地板送風機組，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，確認設計方案能夠為距離空調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（空調機，地板送風機 組）應用的效果，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）的機房空調解決方案。

案例一：通信領域，某機房設計項目

案例要點：

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

模擬結論：

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；

直觀地檢查空調機運用狀況，確保空調設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)正在使用空調設備的制冷量被充分利用，也可觀察機房內(nèi)任何一臺空調設備停機對機房熱環(huán)境的影響。

案例二：非通信領域，某機房設計項目

案例要點：

空調機在房間兩側放置，每側均為一用一備；該空調機為佳力圖MEAD702機房空調機。

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

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

模擬結論：

距離空調機最遠位置處的機柜也能獲得足夠冷量，滿足設計要求。

空調制冷量利用率高于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)能設計要求。

增設地板送風機組，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，

確認設計方案能夠為距離恒溫恒濕空調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（空調機，地板送風機組）應用的效果，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）的機房空調解決方案。