计算机机房空调系统气流优化设计分析

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摘要：针对电子计算机机房空调系统气流组织能力较弱，从而无法为设备的连续性运行提供安全环境的问题，提出了电子计算机机房空调系统气流组织的优化设计。首先，根据空调系统的尺寸和风量参数，建立机房空调系统模型；然后，模拟机房气流组织环境，预处理空调系统的风速条件；最后，计算电子计算机机房负荷，选择匹配的风机，保证空调循环水在较短时间内的冷却循环。实验证明，此种气流组织优化方法的出风速度不均匀系数、进风温度不均匀系数等指标均小于传统气流组织方法，送风的均匀性更好，能够有效地提高机房内的散热效果。

关键词：电子计算机机房；空调系统；气流组织；冷却循环

现阶段，我国电子计算机机房的空调系统普遍存在一定的缺陷。一方面是空调系统的空气质量较差，部分机房空调系统的空气洁净度达不到我国的标准规范；另一方面是机房空调系统的气流组织状况较差，送风的效果与预期效果不符，降低了电子计算机机房空调系统的运行效率[1-2]。在经济建设事业快速发展的趋势下，各个企业和事业单位逐渐建立了电子计算机机房。电子计算机机房空调系统与传统建筑的空调系统存在一定的差异，传统建筑的空调系统消耗功率较低，气流组织循环的效果较好，具有较高的安全性与可靠性；而电子计算机机房空调系统为了保证计算机设备能够稳定地运行，需要及时将设备产生的热量散发出去，为计算机设备提供恒温恒湿的运行环境[3-4]。电子计算机设备的发热量较大，产生的能耗较多，对于设备运行环境的洁净度要求较高；而传统的计算机机房空调系统的气流组织能力较弱，不能保证机房空气的湿度，组织送风与回风温度差距较大，不利于电子计算机设备的连续运行[5]。综上所述，本文提出了电子计算机机房空调系统气流组织优化设计，通过本文的设计，改善传统空调系统气流组织存在的不足，为计算机设备的运行提供安全和可靠的环境条件。

1建立电子计算机机房空调系统模型

本文设计的电子计算机机房空调系统气流组织优化方法，首先使用Gambit设计软件，对电子计算机机房建立模型。通常情况下，电子计算机机房采用侧面送风、上面回风的气流组织方式，空调系统内的部分装置安装在吊顶内部，例如风盘和新风系统等[6-7]。本文建立的空调系统模型，设置风机盘管送风口尺寸为850mm*150mm，对应的回风口尺寸设置为450mm*150mm。保证空调系统的运行安全，将系统的额定送风量设置为725m3/h，当空调系统运行状态出现变动时，根据实际情况及时调整额定送风量大小。根据空调系统风机盘管的结构与参数，设置系统内新风口尺寸为125mm*125mm，相应的新风量为105m3/h。大多数的电子计算机机房层高为3.85m，因此，设置模型中的底部标高为2.75m。通过构建的模型，获得电子计算机机房的参数要求，如表1所示。表1为本文设计的电子计算机机房参数要求，严格按照上面设置的尺寸和风量参数建立计算机机房空调系统模型，保证气流组织优化方法结果的精度。

2预处理风速条件

上述电子计算机机房空调系统模型建立完毕后，根据模型中设置的风口尺寸以及风量，通过一定的计算方式计算出风速，并对风速条件进行预处理。电子计算机设备运行过程中，每次释放的热量较大，对空调系统风速运转的要求较高[8-9]。本文采用离散方程来计算计算机机房空调系统的风速参数。将上面建立的空调系统模型进行划分，划分为不同大小的网格结构，采用梯级处理方法，将模型中的部分位置进行加密处理，保证模型中的网格最小尺寸不小于15.55mm，最大尺寸不超过228.55mm，严格控制每个网格的质量，提高风速计算的效率与结果准确度[10]。（1）其中，ρ表示空气扩散系数；表示在方向的气体流速分量；表示在方向的气体流速分量；表示在方向的气体流速分量，单位统一设置为m/s。基于上述的空气流动连续性方程，获取电子计算机机房内微空气元素在单位时间内的质量增量。将室内的屋顶和所有墙壁均视为绝热边界，送风口的边界条件是将送风口设置为速度入口边界，回风口的边界条件是将回风口设置为自由回风边界。模拟计算机机房的气流组织环境，设置水平气流的速度矢量，方便获取截面气流的速度矢量。当气流从空调系统的吊顶风盘吹出时，受到后气流的影响，气流向下进行流动。当空气气流水平流经电子计算机设备，气流不断上升进入回风口。设置空调系统的通风形式为下端送风上端回风，将设备产生的热量排除室外。提高电子计算机机房的吊顶高度，增加至548mm，采用分布式风口，设置出风口覆盖面积与原始覆盖面积相同，将机房内的多个出风口进行合并，合并为1个大型出风口，位于电子计算机设备的正中央，送风方式设置为垂直送风，减少吹风对电子设备造成的损害。拆分回风口，将原始的2个回风口根据位置特征进行拆解划分，拆成4个结构回风速度与性能相同的小回风口，分别布设在计算机的总机附近，提高机房内的回风速度与气流组织效果。

3电子计算机机房负荷计算

电子计算机机房的负荷一般包括墙体、窗户、电子设备和人等，其中电子计算机设备以及服务器运行所产生的负荷称为显热冷负荷。机房负荷具有一定的特点，以发热量大为主要特点，所以机房需要24小时制冷，保证电子设备与服务器运行环境的安全。采用一定的计算方式，计算出机房的空调负荷，结果如表2所示。表2为本文计算的电子计算机机房空调负荷，根据负荷结果设计空调机组的安装方式。现阶段，计算机机房空调系统的空调方式包括风冷蒸发式空调机组、水冷蒸发式空调机组以及冷冻水型空调机组3种。根据机房空调方式的不同，采用的空调机组也不同。本文设计的气流组织优化方法，采用冷凝器对空气循环水进行冷却，安装冷却塔装置，布置循环式冷却水管，保证循环水能够在较短时间内完成冷却循环。根据电子计算机机房的实际分布状况，设置机柜的布置方式，通常情况下采用背对背方式布置，主要目的在于方便机房内形成冷热通道分离的模式。机房内的热空气通过空调系统的顶部进入，经过冷却循环后，进入送风静压箱，通过系统内的穿孔地板循环进入机房。在送风过程中，严格控制末端送风的温差，保证循环送风的风量。将空调系统的孔板风口尺寸调整为550mm*550mm，促进风量的稳定流通。调节主机房的温度与相对湿度，保证主机房与机房外的压力差大于5.65Pa，促使空调系统的风量达到最优的效果。电子计算机机房风量的计算公式如下：（2）公式（2）中，表示机房空调系统运行的风量；表示电子计算机机房的面积；表示电子计算机机房的实际有效高度；表示电子计算机机房空调系统的换气次数（通常情况下取值为2.5次/ｈ）。根据计算得出的风量参数选择与空调系统匹配的风机，通过风机的过滤作用，保证空气中的尘粒数达到空气洁净标准，最终循环进入电子计算机机房。

4实验分析

4.1实验准备

为了验证本文设计的电子计算机机房空调系统气流组织优化方法的有效性，综合考虑机房内的环境因素，进行了如下实验分析。首先选定实验的目的和指标，本次实验的目的是测试电子计算机机房空调系统气流组织的送风均匀性是否良好，是否能够有效地提高机房内部空气的散热效果、保证机房的制冷性能与空气的流通。实验的指标设定为空气流动速度与温度的不均匀系数，对不均匀系数进行测试判定，指标越小，表明送风均匀性越好，则证实本文设计的空调系统气流组织优化方法合理有效。首先，以空调系统的送风布局、孔隙率、架空高度为主要因素，采用顺序标记的方式分别标记为X、Y、Z；然后，结合正交实验的方式，选取不同的水平，标记为水平1、水平2、水平3等，构建本次实验的因素水平表以及实验方案，如表3所示。表3为本次实验构建的因素水平表和实验方案，根据实验方案的不同，计算出空调系统的出风速度不均匀系数、进风温度不均匀系数等指标。

4.2结果分析

设置本文提出的电子计算机机房空调系统气流组织优化方法为实验组，传统的RNM空调系统气流组织方法为对照组，对比两种气流组织方法的各项不均匀系数指标，指标数值越小，表明空调系统的送风效果越好，如表4所示。通过表4的指标对比结果可知，本文设计的空调系统气流组织优化方法，在各项不均匀系数指标方面的数值均小于传统的气流组织方法，证明本文设计的气流组织方法的送风效果更好，能够有效地提高电子计算机机房空调系统运行的效率，为计算机设备的运行提供安全稳定的环境。

5结论

综上所述，由于传统的空调系统气流组织方法的气流组织能力较弱，不能保证机房空气的湿度、温度等条件，不利于电子计算机设备的连续性运行，因此，本文提出了电子计算机机房空调系统气流组织优化设计。通过建立模型的方式，模拟电子计算机机房的空调系统，并进行相应的气流组织方法设计。实验证明，本文提出的气流组织优化方法，各项不均匀系数指标均小于传统的气流组织方法，气流组织能力较强，对保障电子计算机设备的连续性运行具有重要作用。但是本文的研究还存在不足之处，如：老机房协调用户调整服务器的摆放方向有一定难度，尤其单个机房内存在较多规模较小的不同用户时，容易互相推诿；单个机房内用户规模较大，甚至租用整个机房的用户，因改造后可大大改善服务器的运行环境，更容易获得用户的积极配合。

作者：农毅杰 单位：国家税务总局大新县税务局