数据中心地板送风系统气流组织研究

薛学营，王国立，王克勇

（烟台荏原空调设备有限公司）

数据中心地板送风系统气流组织研究

薛学营，王国立，王克勇

（烟台荏原空调设备有限公司）

随着国家信息化水平的不断提高、数据业务快速发展，数据中心机房的建设规模不断扩大。目前，绝大多数新建的数据中心机房采用地板下送风的气流组织形式；但由于建筑本身的特点，地板送风系统还存在一些问题。论文提出一种新型空调末端形式，以改善机房的气流组织。

数据中心；气流组织；背板空调

1 引言

随着国家信息化水平的不断提高、数据业务快速发展，数据中心机房的建设规模不断扩大。目前，绝大多数新建的数据中心机房采用地板下送风的气流组织形式。

地板送风系统是全空气空调系统的一种形式。系统通过架空地板下的夹层空间作为静压箱来实现空调送风，处理过的空气经安装在地板上的开孔地板送入服务器机架。

地板送风系统是20世纪50年代随着大型计算机的使用而诞生的。使用地板送风系统的主要目的就是快速散热、提高维护人员的舒适性，使机房维持一个相对恒温、恒湿环境。

地板送风将低温空气直接从底部送到通信设备内，吸收通信设备的热量后，从机房顶部回到空调机组的顶部。空调风流动方向与空气特性相一致，空调效果好。因为地板送风系统具有送风均匀、降低噪声、美观等优点，在数据中心机房里普遍采用。但实际工程中，由于建筑自身存在柱子、墙等构筑物，使得架空地板无法形成静压箱，经常会在机房内形成一些局部的热点。

下文通过一个典型数据中心机房的气流组织模拟，来分析存在的问题。

2 机房介绍

该机房为某互联网公司的数据中心机房，其平面结构如图1所示。机房面积440m2，机架数量143个；单机架的功耗4.4kW，配置恒温、恒湿空调机组9台（其中2台备份）；空调机组的显冷量107.9kW；风量25000m3/h；机架采用“背对背、面对面”摆放，冷通道封闭。冷、热通道的间距均为1200mm。

该数据中心机房气流组织形式为：地板下送风，侧回风，地板高度700mm。数据机房剖面如图2所示。

3 机房的气流组织模拟与分析

本文通过CFD建立三维的数据中心机房模型，对机房的热特性进行分析。通过地板下送风流线图（见图3）、地板送风口的风量分布图（见图4）和机房的温度云图（见图5）来分析地板送风系统效果。

图2 某数据中心D区机房的剖面图

图3 数据中心机房地板下空气流线图

从图3可以看到，由于机房平面的限制，空调机组无法均匀布置；另一方面由于柱子等对气流的影响，使地板下的气流形成了很多涡旋，导致送风不均匀。

从图4可以看到，地板送风口靠近空调机组一侧的送风量较小；远离空调机组的一侧送风量较大。这是因为空调机组的出风口风速较大（5.8m/s），因而靠近空调机组的地板送风口处的动压比较大、静压比较小，导致送风量小；远离空调机组的地板送风口处静压比较大、动压比较小，导致送风量大。

图4 数据中心机房地板送风口的风量分布图

从图5可以看到，由于G、H和I三列机架的冷通道的送风量比较小，导致了上述3列机架的回风热通道出现了局部热点问题。

通过CFD的模拟分析，发现由于空调机组布置不均匀、送风口风速过快以及柱网对气流的影响，导致架空地板无法形成静压箱，地板送风口送风不均匀，甚至形成局部热点，影响IT设备的正常工作。上述问题在目前数据中心机房中普遍存在。

背板空调的出现，很好地解决了高密度和局部过热的问题[1～2]。

4 解决办法

背板空调由安装在机架背面的冷却盘管、提供冷源的制冷机组和冷却水系统组成。根据使用的载冷剂不同，可以分为水冷背板与热管背板（氟利昂为载冷剂）[3]。

图6所示为背板空调工作原理图：机房内23℃的冷空气进入机架内，被服务器加热升温至31～33℃，高温的空气经过背板空调后降温至23℃。

图5 某数据中心D区机房温度云图

图6 背板空调工作原理图

图7 使用背板空调的送风流线图

因为背板空调直接安装在每个机架的背面，一对一地冷却服务器机架，因而能够形成更好的气流组织，避免局部过热，如图7所示。

5 结束语

与传统的恒温、恒湿空调机组相比，背板空调贴近热源，能够形成更好的气流组织，具有更节能、可避免局部热点等优点，越来越受到数据中心建设方和使用方的欢迎。

【1】田浩，李震，刘晓华，江亿.信息机房热管空调系统应用研究[J].建筑科学，2010，（10）：141-145.

【2】ASHRAE Technical Committee（TC）9.9.Thermalguidelines for data processing environments.TC 9.9 mission critical facilities[R].Atlanta，Geor：American Society of heating,Refrigerating，and Air Conditioning Enginering.2004.

【3】王克勇，潘俊，卜东洁，刘海.背板空调在数据中心机房中的应用分析［J］．建筑节能，2015，（4）：34-36.

Research on Air Flow Organization of Data Center Floor Air Supply System

XUE Xue-ying，WANG Guo-li，WANG Ke-yong
（Yantai Ebara Air Conditioning Equipment Co.,Ltd.）

With the continuous improvement of the level of information technology, the rapid development of data services, the construction of data center room scale continues to expand. At present, most of the new data center computer room uses the air flow organization form under the floor, but because of the characteristics of the building itself, there are still some problems in the air supply system. In this paper, a new type of air conditioner is presented in order to improve the air flow in the engine room.

data center; air distribution; air conditioning

10.13655/j.cnki.ibci.2015.07.022