【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心受到了越來越多的關注和重視。我國數(shù)據(jù)中心的飛速發(fā)展,導致數(shù)據(jù)中心的能耗急劇上升。2015年我國數(shù)據(jù)中心能耗高達1000億kWh,預計2020年我國數(shù)據(jù)中心耗電量將超過2500億kWh。數(shù)據(jù)中心能耗逐年增加不僅給企業(yè)造成了沉重的負擔,而且給整個社會的能源和環(huán)境帶來巨大的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)中心氣流組織設計不合理會導致服務器設備運行階段出現(xiàn)局部過熱問題,為了降低局部熱點溫度,往往需要調(diào)低整個機房的設置溫度,從而造成能源的巨大浪費。數(shù)據(jù)中心氣流組織設計不合理是導致數(shù)據(jù)中心高能耗的主要原因之一,因此合理優(yōu)化設計數(shù)據(jù)中心氣流組織,成為數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設計的關鍵。國內(nèi)外學者對優(yōu)化數(shù)據(jù)中心氣流組織及評價方法做了大量研究,其中有些研究通過CFD模擬手段針對某些因素對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部溫度場、速度場的影響規(guī)律進行分析,評價優(yōu)化得出單因素最優(yōu)工況,最后將各個因素最優(yōu)工況組合得出數(shù)據(jù)中心氣流組織整體優(yōu)化設計方案,缺少對架空地板內(nèi)氣流分布以及壓力分布均勻性進行分析,而架空地板內(nèi)氣流分布以及壓力分布均勻性是機房內(nèi)溫度、速度分布不均的根本原因,并且現(xiàn)有研究缺乏各影響因素對數(shù)據(jù)中心氣流組織影響的主次順序方面研究,單因素優(yōu)化得到的最優(yōu)工況簡單組合未必是最優(yōu)組合。有些學者根據(jù)空調(diào)送風溫度與機架進、出風溫度偏差提出數(shù)據(jù)中心氣流組織評價方法,這些評價方法不能從系統(tǒng)和能量的層面來反映整個機房的氣流組織狀況,在實際應用中具有一定的局限性。?是描述能量流動體系中能量品質(zhì)的物理量,但數(shù)據(jù)中心機柜服務器冷卻過程不涉及熱功轉(zhuǎn)換的熱量傳遞過程,其傳遞熱量能力的損失不等價于能量做功能力的損失,因此用?損失來評價數(shù)據(jù)中心氣流組織并不適用�；谀壳皵�(shù)據(jù)中心氣流組織及評價方法存在的問題,本文將熱學原理火積損失應用于數(shù)據(jù)中心氣流組織評價中,以標準化數(shù)據(jù)中心為對象開展如下幾方面的研究工作:1.通過專業(yè)CFD模擬軟件建立風管上送分、地板下送風、列間空調(diào)前送風后回風三種主要氣流組織形式的標準化數(shù)據(jù)中心模型,對三種氣流組織形式的溫度場、速度場進行模擬分析,通過熱學原理火積損失對三種氣流組織形式進行評價,得出冷熱空氣摻混程度為風管上送風地板下送風前送風后回風,驗證火積損失應用于數(shù)據(jù)中心氣流組織評價的合理性。2.由于《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017推薦對單臺機柜發(fā)熱量大于4kW的主機房,宜采用活動地板下送風/上回風、行間制冷空調(diào)前送風/后回風等方式,并且列間空調(diào)造價高,適用于單機柜功率10~30kW的機房服務器中,目前數(shù)據(jù)中心多采用地板下送風形式。因此本文以地板下送風形式的標準化數(shù)據(jù)中心為主要研究對象,通過采用CFD數(shù)值模擬的方法對架空地板內(nèi)氣流分布、壓力分布均勻性以及地板格柵風量、機房內(nèi)溫度分布進行全面分析,探究室內(nèi)溫度分布不均勻的根本原因,得出架空地板高度、地板格柵開孔率、是否封閉冷熱通道三個因素對數(shù)據(jù)中心氣流組織的影響規(guī)律,通過火積損失從系統(tǒng)和能量的層面對三種因素進行評價,量化各種工況冷熱空氣摻混程度,進而優(yōu)化數(shù)據(jù)中心氣流組織設計參數(shù)。3.以火積損失為試驗指標,應用正交試驗對地板下送風形式影響數(shù)據(jù)中心氣流組織的架空地板高度、地板格柵開孔率、是否封閉冷熱通道三種因素進行組合試驗分析。通過極差分析法和方差分析法對三種因素對試驗結(jié)果影響的顯著性進行分析,得出三種因素對火積損失影響重要程度順序為:是否封閉冷熱通道架空地板高度地板格柵開孔率;并結(jié)合火積損失計算得出架空地板高度800mm,地板格柵開孔率組合布置,封閉冷通道的方案為該標準化數(shù)據(jù)中心最優(yōu)的氣流組織方案。4.通過搭建數(shù)據(jù)中心實驗臺,對正交試驗得到的最優(yōu)組合進行實驗測試,驗證模擬結(jié)果的準確性。通過對數(shù)據(jù)中心設計參數(shù)的優(yōu)化,節(jié)省數(shù)據(jù)中心運行能耗,為數(shù)據(jù)中心氣流組織設計提供理論依據(jù)和方法指導。數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)能耗約占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%,而數(shù)據(jù)中心的氣流組織直接關系到機柜散熱效果和空調(diào)系統(tǒng)的能耗,因此優(yōu)化數(shù)據(jù)中心氣流組織節(jié)能潛力巨大,對于節(jié)省數(shù)據(jù)中心運行能耗及綠色可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的社會效益和經(jīng)濟效益。
【圖文】：

圖 1-1 實際數(shù)據(jù)中心地板下送風氣流組織形式[30]Fig. 1-1 Data center underfloor air distribution評價方法計規(guī)范》GB50174-2017 和 ASHRAE TC 9.9 對數(shù)據(jù)國內(nèi)外許多學者在評價實際數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境與理想由溫度構(gòu)建的環(huán)境評價指標來評價數(shù)據(jù)中心氣流組

圖 2-3 前送后回風機房設備布局平面視圖g. 2-3 Front-to-back air return date center equipment layout plane v流組織數(shù)值模擬計算及結(jié)果分析分析
【學位授予單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU83

【參考文獻】

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本文編號：2707950