4kw機櫃無通道封閉CFD模擬分析及優化(上篇) -孫長青

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隨着數據中心行業的快速發展,IT機櫃的密度也在持續增長,IT機櫃密度的增長,對機房內氣流組織的要求也越來越嚴格。針對IT機房的氣流組織,現在普遍的做法是劃分冷熱通道,至於冷熱通道封閉與否,一直是業內爭議的問題。畢竟進行冷熱通道封閉,會帶來初投資不小的增加,而在低密的情況下,費效比可能會得不償失。

6Sigma軟件簡介

6SigmaDC和一般CFD軟件最大不同之處在於除了可當作設計工具外,還可針對數據中心的熱管理提供最完整的解決方案。藉助6SigmaDC的分析和模擬,用戶可以減少產品設計成本、降低數據中心基礎設施的運行和維護成本、提高數據中心的使用壽命。

6SigmaRoom是6SigmaDC下的一個分支,爲機房設計或者對現有機房改進升級而特別設計的軟件工具,可以完全控制機房的構造以及設備的配置。6SigmaRoom 模型的構建,能用來了解冷卻系統和 IT 設備的擺放,同時也包括電力系統、線纜及管路安排,以及彼此間的相互作用。6SigmaRoom可以用來評估新機房在概念設計及配置階段的熱特性,或是針對既有機房面臨功率密度日益增加的挑戰下所表現的效能。

綜述

1、模擬機房的基本信息:

1)、提供機房詳細的CFD模擬氣流組織模擬。模型基本參數如下:

◾機房總面積600m2(含精密空調間),精密空調間面積:160m2。

◾機房層高6000mm,架空地板高度800mm,無吊頂。

◾地板送風口開孔率爲50%,局部不利點調整爲60%。

◾IT機房冷通道設計送風溫度23℃,熱通道設計迴風溫度35℃。

◾精密空調2N配置,6用6備,平時均滿負荷運行。顯冷量爲131KW,風量33000m3/h, 送風溫度設定爲22度。

◾空調送風形式爲地板下送風,迴風形式爲側牆開百葉上回風形式。

◾高架地板送風+無冷熱通道封閉+側牆上回風的氣流組織形式。

2)、模擬機房的CAD平面圖:

其中包含了牆、柱、門、IT機櫃、架空地板、送風格柵、迴風格柵、精密空調、加溼器、RPP等主要設備設施。

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2、方案比較

機房方案1(雙側全開):

◾IT 機櫃數量160臺,單臺功率4kw,IT總功率640KW。

◾電氣列頭櫃PDR:0.5KW/臺*20臺,總功率10kw。

◾精密空調12臺全部55%運行。

◾精密空調出風溫度設定爲22℃。

機房方案2(單側送風):

◾IT 機櫃數量160臺,單臺功率4kw,IT總功率640KW。

◾電氣列頭櫃PDR:0.5KW/臺*20臺,總功率10kw。

◾精密空調一側6臺100%運行,另一側6臺關閉。

◾精密空調出風溫度設定爲22℃。

CFD模型氣流組織詳細分析

1、方案1(雙側全開) CFD模型分析

1)、雙側全開模型基本參數

◾數據機房總面積:600m2, 其中精密空調間面積:160m2。

◾IT 機櫃數量160臺,IT總功率640KW。

◾電氣列頭櫃PDR:0.5KW/臺*20臺,總功率10kw。

◾空調顯冷量0.5131KW/臺12臺=786 KW

◾精密空調電量5KW,送風溫度設定爲22度

2)、機房方案1(雙側全開) IT設備參數

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圖1 機房設備參數佈置圖

3)、機房方案1(雙側全開)模型

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圖2 機房模型圖

4)、機房方案1(雙側全開)氣流分佈情況

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圖3 機房氣流分佈圖(雙側全開)

5)、機房方案1(雙側全開)機櫃平均進出風溫度分佈

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圖4 機房機櫃平均進風溫度分佈圖

(平均進風最高溫度23.9度/平均進風最低溫度22.7度)

機櫃平均最高與最低進風溫度差爲:23.9-22.7=1.2度

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圖5 機房機櫃平均出風溫度分佈圖

(平均出風最高溫度38.7度/平均出風最低溫度37.4度)

平均最高與最低出風溫度差爲:38.7-37.4=1.3度

機櫃進出風溫差:38.7-23.9=14.8度;37.4-22.7=14.7度

6)、機房方案1(雙側全開)中Y平面溫度分佈

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圖6 機房Y=機櫃底部溫度分佈圖

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圖7 機房Y=機櫃中部溫度分佈圖

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圖8 機房Y=機櫃頂部溫度分佈圖

7)、機房方案1(雙側全開)精密空調的送回風溫度佈置圖

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圖9 機房精密空調的送風溫度佈置圖

(送風溫度設定22度)

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圖10 機房精密空調的迴風溫度佈置圖

(迴風最高溫度31.9度/迴風最低溫度29.4度)

最高與最低迴風溫度差:31.9-29.4=2.5度。

31.9-22=9.9度;29.4-22=7.4度。

8)、機房模型(雙側全開)精密空調實際負荷率佈置圖

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圖11 機房精密空調運行負荷率佈置圖

9)、機房方案1(雙側全開)模型分析結論

◾此模型大部分IT機櫃的平均進風溫度都在23℃,部分機櫃的平均進風溫度到達23.9℃。機櫃的平均排風溫度在37.4到38.7℃之間。平均進出風溫差14.8℃。

◾IT機櫃出風溫度偏高的部分普遍分佈在每列機櫃的端頭。

◾精密空調平均供風溫度22℃,迴風最高溫度31.9度/迴風最低溫度29.4度,平均迴風溫度30.7℃。平均進出風溫差8.7℃。

◾由於冷熱通道未封閉,在精密空調平均進出風溫差爲8.7℃的情況下,IT機櫃的平均進出風溫差達到了14.8℃左右。也就說,有很大部分精密空調送出的冷風直接與機櫃熱出風混合後回到了精密空調,並未有效送入IT機櫃內。混風度爲:(14.8-8.7)/8.7=70%。

◾機櫃平均最高與最低進風溫度差爲:23.9-22.7=1.2度,機櫃進風不均勻度爲:1.2/22.7=5.3%。IT機房冷通道送風溫度與精密空調出風溫度偏差爲:23.9-22=1.9度,22.7-22=0.7度。

◾精密空調最高與最低迴風溫度差:31.9-29.4=2.5度。精密空調回風不均勻度爲:2.5/29.4=8.5%。,

◾機櫃平均最高與最低出風溫度差爲:38.7-37.4=1.3度,機櫃出風不均勻度爲:1.3/37.4=3.5%。

◾IT機房熱通道迴風溫度與設計值偏差爲:38.7-35=3.7度,37.4-35=-2.4度。最大偏率爲:3.7/35=10.6%,最小偏差率爲:7.0%

◾精密空調運行有負載率不均現象。

◾以上參數,均已是調整過通風地板開度後的最佳數值,通過調整部分不利點開孔地板的閥門開度,保證了所有機櫃均在安全範圍內運行。

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