4kw机柜无通道封闭CFD模拟分析及优化(下篇)

Posted 2021-02-21

本文继续接上篇文章，【技术分析】4kw机柜无通道封闭CFD模拟分析及优化(上篇) 进行解析。

2、方案2(单侧送风)CFD模型分析

1)、方案2(单侧送风)模型基本参数

方案2(单侧送风)：

?数据机房总面积：600m2, 其中精密空调间面积：160m2。

?IT 机柜数量160台，单台功率4kw，IT总功率640KW。

?电气列头柜PDR：0.5KW/台*20台,总功率10kw。

?精密空调一侧6台100%运行，另一侧6台关闭。

?精密空调出风温度设定为22℃。

2)、方案2(单侧送风)IT设备参数

图12 机房设备参数布置图

3)、机房方案2 (单侧送风)模型

图13 机房模型图

4)、机房方案2 (单侧送风)气流分布情况

图14 机房气流分布图

5)、机房方案2(单侧送风)机柜平均进出风温度分布

图15 机房机柜平均进风温度分布图

（平均进风最高温度25度/平均进风最低温度22.6度）

平均最高与最低进风温度差为：25-22.6=2.4度

图16 机房机柜平均出风温度分布图

（平均出风最高温度39.8度/平均出风最低温度37.3度）

平均最高与最低出风温度差为：39.8-37.3=2.3度

机柜进出风温差：39.8-25=14.8度；37.3-22.6=14.7度

6)、机房方案2(单侧送风)中Y平面温度分布

图17 机房Y=机柜底部温度分布图

图18 机房Y=机柜中部温度分布图

图19 机房Y=机柜顶部温度分布图

7)、机房方案2(单侧送风)精密空调的送回风温度布置图

图20 机房精密空调的送风温度布置图

（送风温度设定22度）

图21 机房精密空调的回风温度布置图

（回风最高温度32.7度/回风最低温度30.5度）

8)、机房模型(单侧送风)精密空调实际负荷率布置图

图22 机房精密空调的运行负荷率布置图

9)、机房方案2(单侧送风)模型分析结论

?此模型大部分IT机柜的平均进风温度都在23℃，机柜的平均进风温度到达25℃。机柜的平均排风温度在37.3到39.8℃之间。

?IT机柜出风温度偏高的部分普遍分布在每列机柜的端头。

?精密空调平均出风温度22℃，最高进风温度32.7℃，最低进风温度30.5℃，平均进风温度31.6℃。平均进出风温差9.6℃。

?由于冷热通道未封闭，在精密空调平均进出风温差为8.7℃的情况下，IT机柜的平均进出风温差达到了14.8℃左右。也就说，有很大部分精密空调送出的冷风直接与机柜热出风混合后回到了精密空调，并未有效送入IT机柜内。混风度为：（14.8-9.6）/9.6=54%。

?机柜平均最高与最低进风温度差为：25-22.6=2.4度，机柜进风不均匀度为：2.4/22.6=10.6%。IT机房冷通道送风温度与精密空调出风温度偏差为：25-22=3度，22.6-22=0.6度。

?精密空调最高与最低回风温度差：32.7-30.5=2.2度。精密空调回风不均匀度为：2.2/30.5=7.2%。

?机柜平均最高与最低出风温度差为：39.8-37.3=2.5度，机柜出风不均匀度为：2.5/37.3=6.7%。

?IT机房热通道回风温度与设计值偏差为：39.8-35=4.8度，37.3-35=2.3度。最大偏率为：4.8/35=13.7%，最小偏差率为：2.3/35=6.6%。

?精密空调运行有负载率不均现象。

?以上参数，均已是调整过通风地板开度后的最佳数值，调整部分不利点开孔地板的阀门开度。在方案1调整部分不利点开孔地板的阀门开度的基础上，所有机柜的温度也均在安全范围内运行，但是有局部机柜的回风达到39.8℃，接近了40℃，接近了高温报警的警戒线。

10)、单侧送风与双侧全开对比

?机柜平均进出风温差均为14.8℃，单侧送风与双侧全开时温差一致，说明末端IT机柜自身风扇的风量基本保持恒定，不受精密空调单侧或双侧全开情况影响。

?IT机柜出风温度偏高的部分普遍分布在每列机柜的端头。

?精密空调的进风温度，最高及最低温度单侧比双侧均高出1度左右，平均进出风温差单侧比双侧也高出1度左右。

?IT机房气流组织混风度，双侧全开反而比单侧送风的混风度更高，双侧全开带来了更多的送风量，而IT机柜的通风量保持恒定，多余的送风量就与回风混合后回到了精密空调。

?IT机柜的最低进风温度，双侧全开与单侧送风基本一致，而IT机柜最高进风温度，单侧送风比双侧全开高了1.1℃，远离精密空调的IT机柜进风温度明显升高，与精密空调出风温度的温差达到了3℃，冷通道长距离送风的温升不可忽视。

?精密空调进风不均匀度，双侧全开与单侧送风基本一致，不均匀度差别不大。

?机柜出风不均匀度，单侧送风比双侧全开要差一些，同时，单侧送风的机柜回风最高温度比双侧全开的整体高了1.1℃。

3、方案的改进

鉴于两种方案都有IT机房内机柜出风温度偏高的现象，且这种现象普遍分布在每列机柜的端头，需要针对这种进行特定的调整，比如考虑送风地板的区域布置优化，增加柜列端头的送风地板数量等，经过对送风地板区域布置多轮调整，以及微调送风地板开度，IT机柜出风温度模拟结果分布图如下：

图23 方案1（双侧全开）增加开孔地板后机房机柜平均出风温度分布图

（平均出风最高温度38.0度/平均出风最低温度35.4度）

图24 方案（单侧送风）2增加开孔地板后机房机柜平均出风温度分布图

（平均出风最高温度38.5度/平均出风最低温度35.7度）

经过多次模拟及调整，以及考虑到柱子的影响，由上面模拟结果可知，双侧全开和单侧送风的机柜出风温度均处于良好状态，最终实现了端头IT机柜出风温度偏高现象的解决，使得所有IT机柜的出风温度保持了相对均匀。

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结论

通过气流组织模拟分析，无通道封闭的IT机柜设置，采用与冷热通道封闭一样的送风地板布置方式，双侧全开与单侧送风均会出现IT机柜出风温度不均的现场，单侧送风方式不均现象更甚。而通过优化送风地板的布置，可以较好的解决这个问题。但是，在一般的情况下，要想很好的解决模拟中出现的所有问题，比如混风、机柜进风不均、机柜进出风温差过大等问题，建议尽量能采用冷热通道封闭的方案。