浅议电信IDC机房的气流组织

　　摘要：本文先阐述了机房环境系统建设的基本原则及一体化解决方案，然后论述机房气流组织形式，并重点阐述了上送风方式和控制精确送风的CFD数值模拟，为实现通信机房有效的热管理和节能改造提供了依据。
　　关键词：机房环境；气流组织；CFD数值模拟；
　　0前言
　　通信机房作为数据处理和电子通讯设备的存放基地，热负荷大，对环境条件要求高。机房空调系统主要是为电子信息设备散热服务的，它的冷却方式、气流组织形式也是随着电子信息设备的发展而不断演变的。通常风冷的气流组织形式有“下送上回”、“下送侧回”、上送上回”和“上送侧回”几种。
　　近年来随着电子设备的体积小型化、功能多样化以及运行速度的不断提高，单位面散热量大幅增长，对机房的环境条件要求越来越高；另一方面，作为通信机房热管理主要设备的空调系统每年消耗大量的电能。CFD被广泛用来分析和优化通信机房和数据处理设备内部的气流组织和温度分布、确定地板高度及开孔面积、对比不同的机架布局方式对机房环境的影响等，同时还提出了无量纲参数、能量等评估方法来评估机房的运行工况和能量利用效率。CFD模拟了通信机房内的气流组织，分析了速度场和温度的分布，为通信机房的节能改造提供指导。
　　1机房环境系统建设的基本原则及一体化解决方案
　　1.1系统设计原则
　　1.1.1通用性
　　系统的设计要符合相关国家设计标准。
　　1.1.2稳定性
　　机房所有产品都经过全球主要电信商、数据网长期的运行考验，在业界具有领先的技术、领先的制造和领先的品牌。
　　1.1.3可维护性
　　主设备采用模块化结构设计，便于故障的维护处理。
　　1.1.4智能化设计
　　空调均采用智能化设计，便于远程监控。
　　1.1.5经济性
　　系统整体设计，可合理设计设备容量，减少设备成本。
　　1.2机房环境建设一体化解决方案
　　以某电信分公司IDC中心机房为例，其建筑面积705.6平方米，层高4.3米，按照功能的要求分为A区、B区、C区及D区，第一消防分区为A区，第二消防分区为B区、C区及D区。如下图：
　　
　　考虑建筑热负荷及设备（计算机等）热负荷,A区所需冷量不小于210Kw,B区、C区及D区所需冷量不小于190Kw。在这个方案中，如果考虑应用舒适空调，以5P为例，即使不考虑备份，也需要32套，应用中无法达到IDC机房需要的温湿度、洁净度标准。同样中央空调也无法实现这个IDC机房的空气调节要求。合理的机房专用空调应用及设计方案，才能满足机房环境建设的合理性、安全性、可扩容性。此IDC机房空调方案分析如下：
　　1.2.1A区机房采用4台机房专用空调产品（其中1台备用），单台机组可制冷量为.77.3Kw，可提供总冷量为309.2Kw；B区、C区及D区机房采用4台机组（其中1台备用），单台机组可制冷量为66.6Kw，可提供总冷量为266.4Kw，以上推荐配置机组均能完全满足机房冷负荷的要求，并均实现3+1备份，任意机组故障或维护，其它机组正常工作，保障系统安全性。
　　1.2.2空调机组采用上送风形式，单机送风风量为15680m3/h，主用机组工作实现IDC机房换气次数30.96次，符合IDC机房设备换热特点以及风量设计要求。
　　1.2.3室外冷凝器按当地照室外环境温度配置；
　　1.2.4空调机组通过智能通讯接口，直接接入环境监控系统实现远程及本地监控。
　　1.2.5空调机组自带漏水报警器，对机组附近可能发生的漏水情况进行实时监测及报警。
　　1.2.6空调机组严格按照标准机房空调环境条件要求进行设计，满足恒温恒湿、噪音、洁净、供电、抗电磁干扰及A级安全等级的要求。
　　2机房内气流组织形式
　　2.1制冷方式的演变
　　设备的冷却方式最早是采用自然通风的方法，以后随着设备功率密度的增加，设备发热量越来越大。为了使设备能正常工作，就在设备上增加了风扇，对整个设备进行强制风冷。当设备热密度再增加时，这种泛泛的强制风冷已经不能保证设备，特别是重要元器件的正常工作，因此就在强制风冷的基础上又增加了对重要元器件的单独冷却。这些冷却方法的基础都是建立在常温的空气已经足够带走设备产生的热。一旦常温空气不能完全把设备产生的热带走，则设备将越来越热，最终导致元器件失效，设备不能工作。
　　而降低空气的温度，不但冷却设备的效果好，工艺也不复杂，而且容易实现，所以目前多采用这种方法。
　　2.2送风方式的演变
　　降低机房空气的温度是目前在机房制冷中采用最多的一种方法。在所有机房其他条件相同的情况下，对设备的冷却效果与机房采用的气流组织形式即对机柜的送风方式有很大的关系。
　　通常机房内气流的组织形式有“下送上回”、“下送侧回”、“侧送侧回”、“上送上回”和“上送侧回”几种。
　　最先机房送风都是采用“侧送侧回”方式，这也是目前小机房仍然采用的一种简单的送风方式。它的原理就是采用空调机使机房内的空气温度降低，设备的冷却由设备商自己解决。该送风方式的优点是简单、便宜，但机房内温度冷热不均。比较适用于规模小、设备少、设备发热量不大、不是很重要的机房。
　　当机房规模大、设备多时，“侧送侧回”方式造成的机房内温度冷热不均问题会十分严重，四处摆放空调也不现实，就产生了“上送”或者“下送”的送风方式。起初的“上送”、“下送”方式都是采用风道将空调机吹出的冷风直接送到需要冷却的设备或机柜处。这样一台大功率空调可以给许多设备冷却，既解决了空气温度冷热不均的问题，也不用在机房内摆放多台空调。
　　但管道送风有其局限性：风速太小，送风距离不远；风速太大，风机功率加大，噪音增加。所以风速一般只能限定在某一个范围内。要想将冷空气送的更远，就必须增加管道的口径。而在机房这样空间十分紧张的地方，管道口径的增加是十分有限的。管道送风的优点是能够保证重要设备得到重点照顾。优秀的管道设计方案，可以基本上解决在一定范围内的机房温度冷热不均的问题。管道送风可以把管道设计在吊顶上，也可以在活动地板下。把管道设计在吊顶上的送风方式就是通常所说的“上风”。

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