机房气流组织优化实例

2014-05-10张彦才

通信电源技术 2014年1期

张彦才

（中国联合网络通信有限公司甘肃省分公司运行维护部，甘肃兰山730030）

1 概述

随着通信技术的发展与业务的增加，机房的环境发生了翻天覆地的变化。机房内的气流组织对整个机房的温度场影响越来越大。同时，气流组织的优劣也决定了机房空调的配置及运行能耗。为了优化机房的气流组织，解决机房局部散热问题，降低机房空调的运行能耗，提高设备运行安全性，现对两个机房进行了勘测分析，并提出相应的优化方案。

2 某2楼机房勘测与气流组织优化

2.1 机房概况

该机房面积较大，机房内主设备采用上走线的方式，未划分冷热通道，机房内配置了5台机房空调，均采用风帽上送风方式，如图1所示。

图1 某2楼机房

2.2 现状及存在问题

该机房存在如下问题：

（1）由于机房空调的送风气流组织无法送达局部区域，导致机房内存在局部过热问题（过热区域如上图1中的圆圈位置）。

（2）风帽上送风方式为弥散式送风，优点是：灵活简易，对空调前方局部区域的散热效果良好；缺点是：送风的覆盖面积小，送风的距离有限，尤其是传统的FC风机，如图2所示。

（3）传统的空调能耗较大，空调主要的耗能部件是压缩机与室内风机。

（4）机房内主设备的布置方式为同向式布置，每列机柜的距离有限，导致热量叠加如图3所示。

（5）机房局部区域（如图4所示）的负载率较大，现场查得空调的制冷运行时间占总运行时间的比率约为92.3%。

图2 上送风方式示意图

图3 设备布置方式导致热量叠加

图4 该机房负载分布

2.3 解决方案

针对上述问题，采用如下解决方案：

（1）图5中圆圈区域为过热区域，由于旁边的机房空调的送风方式为风帽弥散式送风，送风气流无法到达过热区域所导致。针对过热原因，在图5中的虚线圈区域增加相应的制冷单元。

图5 增加制冷单元

（2）由于传统的机房空调的能耗较大，新增的制冷单元建议采用数码涡旋技术＋EC风机技术机组。

数码涡旋技术：根据负载变化，采用径向柔性技术，通过加载与卸载功能，智能调节压缩机的容量输出，实现冷量从20%～100%的无级调节，实现对温度、湿度的精确控制，能耗较传统的涡旋压缩机技术降低约15%～20%左右。

EC风机技术：采用永磁同步电机、直流无刷技术，配合后倾式叶片的风机，跟传统的FC风机相比，效率与稳定性均有较大的提升，同时减少了维护量。经测试，节能率可达30%～50%左右。

（3）原有的CM＋空调，采用FC风机，通过皮带与皮带轮进行传动，效率低，同时送风距离短，建议针对此机房内的3台CM50AR空调，将空调原FC风机改造为EC风机。通过机房内现有的两台空调进行对比，一台为CM50AR，一台为P1031UA，由下面的现场测试数据可见，EC风机的效率较高，如果在同样的能耗下，EC风机的风量及风速均比FC风机要高，如果改造为EC风机，送风效果将得到改善，风机能耗将会有所下降。

FC风机的送风口风速：CM50AR空调，采用FC风机，送风风机约为3.7 m／s左右（图6）。

EC风机的送风口风速：P1031UA空调，采用EC风机，送风风速约为16 m／s左右（图7）。

图6 FC风机的送风口风速测量

图7 EC风机的送风口风速测量

3 某6楼计费机房勘测与气流组织优化

3.1 机房现状

该机房的面积约为485 m2左右，机房内有防静电地板，地板高约200 mm，主设备采用下走线，无冷热通道的方式布置。机房内共配置了3台机房空调，均采用风帽上送风的方式。此外，还有2台民用空调，及3套三菱海尔风机盘管末端。图8为机房的平面示意图。

图8 某6楼计费机房平面图

3.2 现状及存在问题

（1）机房内存在高热密度的负载，但该区域没有专门处理高热密度的设备（只有三个民用的风机盘管及一个一体化柜机），导致该区域的温度偏高。

（2）该机房内的2台斯图兹CCU432A空调的送风效果不理想，送风距离有限。

（3）该机房后期可能要进行改造及扩容，对于改造或扩容后的效果，没有一个量化的评估。

（4）传统的空调能耗较大，空调主要的耗能部件是压缩机与室内风机。

（5）机房内主设备的布置方式为同向式布置，每列机柜的距离有限，导致热量叠加。

3.3 解决方案与建议

（1）对此机房进行CFD热仿真评估，评估目前的气流组织情况（图9）、改造后的效果及扩容方案的合理性及扩容后的效果。CFD热仿真评估（图10）可以实现如下的功能：

a.机房目前的温度场情况；

b.机房目前的气流组织情况及问题；

c.改造方案建议及改造后的效果模拟评估；

d.机房空调故障后的温度场及气流组织情况；

e.机房空调的利用率分析；

f.机房扩容方案建议及扩容后的效果模拟评估。

图9 空调机组送风气流组织

图10 CFD热仿真评估

（2）采用数码涡旋＋EC风机技术的机房空调机组，替换原有的CCU432A老化机组，如图11的大椭圆中所示。P2070UA13型号的机房空调，制冷量约为70 kW，采用数码涡旋技术与EC风机技术，整机效率高，能效比高，运行能耗低。

图11 空调机组的重新配置

（3）针对局部的高热密度区域，建议采用就近冷却方式，在过热区域采用列间制冷单元。CRV空调是针对高热密度的列间制冷解决方案，安装在主设备的旁边，缩短送风距离，提高冷量的利用效率，在降低风机能耗的同时，可有效解决局部过热的问题。建议增加型号为CR035A的CRV制冷单元，单台冷量约为35 kW，安装在图11中两个小圆圈所示位置。

4 节能案例分析

一台P2070FA空调机组在7月份进行了数码涡旋改造，被测空调机组在使用标准涡旋和数码涡旋两种配置模式下各自运行48 h左右，通过电表分别计算两种配置下单位时间的耗电量。经计算，使用标准涡旋压缩机情况下空调机组每小时消耗1 315.02 kWh（度）电能，而配置数码涡旋压缩机，则每小时仅消耗11.26 kWh（度）电能。数码涡旋空调和标准涡旋空调在测试条件相同前提下，每小时的节电量为3.76 kWh，实测节能百分比为：（15.02－11.26）／15.02×100%＝25.03%。全年可节电约3.3万度。可在2～3年内回收改造投资。

为了验证此台P2070UA空调机组在EC风机改造前后的运行状态、性能、能耗等方面的对比，对机组进行了如下测试：

（1）空调多点送风风速测试：为了确保空调在改造后的风量不低于改造前，在改造前后，对空调风帽送风口处进行多点风速测试对比（图12）；测试结果见表1。