應(yīng)用背景
數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)耗電平均占數(shù)據(jù)中心總耗電量的40%左右，隨著國(guó)家十二五計(jì)劃對(duì)節(jié)能減排的重視，對(duì)機(jī)房空調(diào)的節(jié)能性提出了更高要求。
另一方面，高性能處理器的應(yīng)用，使得單個(gè)機(jī)柜熱密度大幅上升，機(jī)房局部過(guò)熱問(wèn)題尤為突出。
那么，如何在機(jī)房設(shè)計(jì)前提前預(yù)知設(shè)計(jì)效果？如何比較不同設(shè)計(jì)方案的節(jié)能性？如何有效地解決機(jī)柜過(guò)熱問(wèn)題呢？
佳力圖提供的CFD熱仿真評(píng)估服務(wù)，能有效解決上述難點(diǎn)問(wèn)題。
CFD是什么
CFD是計(jì)算流體力學(xué)ComputationalFluidDynamics的簡(jiǎn)稱，是目前國(guó)際上最先進(jìn)的流動(dòng)與傳熱仿真技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和工業(yè)設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域。
CFD技術(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估、CFD建模、冷卻評(píng)估、升級(jí)方案、能效比較和提交報(bào)告這幾個(gè)環(huán)節(jié)，完成熱仿真評(píng)估服務(wù)。
CFD機(jī)房熱仿真評(píng)估服務(wù)，通過(guò)建立虛擬三維機(jī)房模型，仿真獲得機(jī)房溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)等數(shù)據(jù)，獲得合理的氣流組織和科學(xué)的機(jī)房布局與散熱方案。
適用范圍
新機(jī)房設(shè)計(jì)項(xiàng)目；
老機(jī)房擴(kuò)容與改造項(xiàng)目；機(jī)房熱診斷及熱問(wèn)題分析；機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，安全預(yù)警；
針對(duì)具體機(jī)房設(shè)計(jì)方案，匹配和選擇各種機(jī)房空調(diào)產(chǎn)品（機(jī)房空調(diào)機(jī)、高熱密度解決方案、機(jī)柜空調(diào)機(jī)組、吊頂式空調(diào)機(jī)組、冷門、地板送風(fēng)機(jī)組、風(fēng)管送風(fēng)系統(tǒng)等）。
常見(jiàn)問(wèn)題
1.CFD在新機(jī)房設(shè)計(jì)項(xiàng)目中有何作用？
預(yù)測(cè)新機(jī)房熱環(huán)境，確保設(shè)計(jì)方案滿足運(yùn)行和節(jié)能要求。不同數(shù)據(jù)中心對(duì)機(jī)房空調(diào)有不同的設(shè)計(jì)要求。如小型交換機(jī)房熱功率不大（單個(gè)機(jī)柜熱功率在5kW以下），而大型刀片服務(wù)器機(jī)房的熱功率很高（單個(gè)機(jī)柜熱功率在5kW以上），因此，在很多核心機(jī)房出現(xiàn)局部過(guò)熱的情況——機(jī)房的局部溫度超過(guò)設(shè)計(jì)要求。在機(jī)柜服務(wù)器功率較高的場(chǎng)合，空調(diào)設(shè)備選配不周和機(jī)柜布置不合理等因素都會(huì)造成冷量分配不均，氣流組織不合理的現(xiàn)象，導(dǎo)致服務(wù)器死機(jī)、機(jī)房能耗增加。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和具體設(shè)計(jì)要求，需采用不同的空調(diào)解決方案。
利用CFD熱仿真分析技術(shù)進(jìn)行新機(jī)房設(shè)計(jì)，不會(huì)僅僅為滿足機(jī)柜過(guò)熱問(wèn)題的要求而盲目增大總冷負(fù)荷，而會(huì)針對(duì)具體過(guò)熱問(wèn)題進(jìn)行仿真，采用最為適合的解決方案，總冷負(fù)荷只是小幅增加。這樣，在滿足基本設(shè)計(jì)運(yùn)行要求的同時(shí)也滿足了節(jié)能要求，為用戶節(jié)約了運(yùn)行成本。
2.CFD在老機(jī)房擴(kuò)容與改造項(xiàng)目中有何作用？
預(yù)測(cè)老機(jī)房改造后的熱環(huán)境，確保改造方案滿足擴(kuò)容后的局部發(fā)熱問(wèn)題，減少投資浪費(fèi)和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。老機(jī)房多采用早期傳統(tǒng)的“平均放”空調(diào)設(shè)計(jì)原則，但基于此傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，很難確定擴(kuò)容后空調(diào)設(shè)備擺放的位置；而且，高性能處理器和刀片服務(wù)器的應(yīng)用使新機(jī)柜的熱密度急劇增加，機(jī)房局部過(guò)熱問(wèn)題非常突出，僅憑傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)也很難做出科學(xué)判斷。
利用CFD熱仿真評(píng)估服務(wù)，可分析該問(wèn)題產(chǎn)生的原因，針對(duì)性地提出科學(xué)合理的機(jī)房擴(kuò)容與改造方案，不僅滿足了布局過(guò)熱問(wèn)題使所有機(jī)柜都能安全運(yùn)行，并且是在未大幅增加總冷負(fù)荷的情況下實(shí)現(xiàn)的，也滿足了節(jié)能的要求，為客戶節(jié)約了運(yùn)行成本。
3.CFD在機(jī)房熱診斷及過(guò)熱問(wèn)題分析中有何作用？
隨著服務(wù)器運(yùn)算能力的提升，單個(gè)機(jī)柜熱密度大幅上升，單個(gè)機(jī)柜熱負(fù)荷超過(guò)5kW的情況增多，這些高熱密度機(jī)柜在氣流組織不合理時(shí)極易產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題，導(dǎo)致服務(wù)器死機(jī)。針對(duì)機(jī)房可能發(fā)生的局部過(guò)熱問(wèn)題，CFD熱仿真評(píng)估服務(wù)能模擬機(jī)房運(yùn)行效果，給客戶提供局部過(guò)熱問(wèn)題的最佳解決方案，降低機(jī)房運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，確保機(jī)房長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
4.CFD仿真準(zhǔn)確度有多高？仿真結(jié)果與實(shí)際情況差距多大？
CFD機(jī)房熱仿真模擬的準(zhǔn)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(jìn)行流動(dòng)仿真，經(jīng)過(guò)CFD業(yè)界幾十年的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該模型求解精度能滿足工程仿真要求。對(duì)新設(shè)計(jì)機(jī)房，采用機(jī)房CAD設(shè)計(jì)圖樣與設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)，這些參數(shù)來(lái)源可靠，因而仿真準(zhǔn)確度高。
對(duì)于正在運(yùn)行中的機(jī)房，我們會(huì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)可靠，仿真結(jié)果可信。下圖是CFD機(jī)房熱仿真結(jié)果與實(shí)際溫度熱學(xué)影像的對(duì)比，仿真結(jié)果與實(shí)際相符，仿真結(jié)果真實(shí)可信。
模擬結(jié)論：
?距離空調(diào)機(jī)最遠(yuǎn)位置處的機(jī)柜也能獲得足夠冷量，滿足設(shè)計(jì)要求。
?空調(diào)制冷量利用率高于80%，絕大部分制冷量被有效地利用于機(jī)柜熱負(fù)荷冷卻，能源浪費(fèi)少，符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求。
?增設(shè)地板送風(fēng)機(jī)組，能進(jìn)一步增加最遠(yuǎn)機(jī)柜的送風(fēng)量，提高系統(tǒng)安全性。
客戶收益：
通過(guò)CFD仿真，確認(rèn)設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)榫嚯x空調(diào)機(jī)最遠(yuǎn)位置處的機(jī)柜提供足夠的風(fēng)量和制冷量；通過(guò)CFD仿真，嘗試了多種解決方案（空調(diào)機(jī)，地板送風(fēng)機(jī)組）應(yīng)用的效果，為客戶提供了多種選擇；通過(guò)CFD仿真，提出了對(duì)特殊機(jī)房（狹長(zhǎng)型房間布置和一長(zhǎng)排機(jī)柜布置）的機(jī)房空調(diào)解決方案。
案例一：通信領(lǐng)域，某機(jī)房設(shè)計(jì)項(xiàng)目
案例要點(diǎn)：
典型通信機(jī)房布局，空調(diào)機(jī)和機(jī)柜分設(shè)在兩個(gè)房間，通過(guò)回風(fēng)格柵連通。空調(diào)機(jī)采用佳力圖ME系列機(jī)房空調(diào)機(jī)，空調(diào)機(jī)三用一備。
模擬結(jié)論：
發(fā)現(xiàn)送風(fēng)通道不合理問(wèn)題，采用下沉式風(fēng)機(jī)改善送風(fēng)方式，送風(fēng)距離更遠(yuǎn)，送風(fēng)阻力降低，有效降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗，提高空調(diào)機(jī)整體能效；
發(fā)現(xiàn)回風(fēng)通道不合理問(wèn)題，改善回風(fēng)通道后，回風(fēng)阻力降低，改善氣流組織；
空調(diào)制冷量使用率高，絕大部分制冷量都用于冷卻機(jī)柜內(nèi)熱負(fù)荷；風(fēng)量趨于均勻，降低機(jī)房?jī)?nèi)溫度波動(dòng)。
客戶收益：
通過(guò)CFD仿真，發(fā)現(xiàn)了原有設(shè)計(jì)送回風(fēng)方式不合理的問(wèn)題，解決方案更加合理和節(jié)能；
CFD仿真過(guò)程周期短、成本低，避免了盲目投資風(fēng)險(xiǎn)和浪費(fèi)；
直觀地檢查空調(diào)機(jī)運(yùn)用狀況，確保空調(diào)設(shè)備能滿足客戶的各類特殊要求（如送風(fēng)量、機(jī)柜排風(fēng)溫度等）；
可保證機(jī)房?jī)?nèi)正在使用空調(diào)設(shè)備的制冷量被充分利用，也可觀察機(jī)房?jī)?nèi)任何一臺(tái)空調(diào)設(shè)備停機(jī)對(duì)機(jī)房熱環(huán)境的影響。
案例二：非通信領(lǐng)域，某機(jī)房設(shè)計(jì)項(xiàng)目
案例要點(diǎn)：
空調(diào)機(jī)在房間兩側(cè)放置，每側(cè)均為一用一備；該空調(diào)機(jī)為佳力圖MEAD702機(jī)房空調(diào)機(jī)。
機(jī)柜成一長(zhǎng)排放置，機(jī)柜形式為前側(cè)進(jìn)風(fēng)，后側(cè)風(fēng)管排風(fēng)。排風(fēng)風(fēng)管連接到天花板吊頂內(nèi)，通過(guò)空調(diào)機(jī)與天花板吊頂?shù)倪B接管讓熱風(fēng)回到空調(diào)機(jī)。
部分機(jī)柜距離空調(diào)機(jī)位置較遠(yuǎn)，需確保距離空調(diào)機(jī)最遠(yuǎn)位置的機(jī)柜也能獲得足夠的制冷量和風(fēng)量。
模擬結(jié)論：
距離空調(diào)機(jī)最遠(yuǎn)位置處的機(jī)柜也能獲得足夠冷量，滿足設(shè)計(jì)要求。
空調(diào)制冷量利用率高于80%，絕大部分制冷量被有效地利用于機(jī)柜熱負(fù)荷冷卻，能源浪費(fèi)少，符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求。
增設(shè)地板送風(fēng)機(jī)組，能進(jìn)一步增加最遠(yuǎn)機(jī)柜的送風(fēng)量，提高系統(tǒng)安全性。
客戶收益：
通過(guò)CFD仿真，#hc360分頁(yè)符#/#hc360分頁(yè)符#確認(rèn)設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)榫嚯x空調(diào)機(jī)最遠(yuǎn)位置處的機(jī)柜提供足夠的風(fēng)量和制冷量；通過(guò)CFD仿真，嘗試了多種解決方案（空調(diào)機(jī)，地板送風(fēng)機(jī)組）應(yīng)用的效果，為客戶提供了多種選擇；通過(guò)CFD仿真，提出了對(duì)特殊機(jī)房（狹長(zhǎng)型房間布置和一長(zhǎng)排機(jī)柜布置）的機(jī)房空調(diào)解決方案。
文章來(lái)源：佳力圖機(jī)房空調(diào) http://www.ejwym.cn/jingmikongtiao/canatal.html
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