大型机房（精选4篇）
大型机房 篇1
摘要：在一个企业, 尤其是在大型的企业中, 信息系统的正常运行是企业稳定、高效运作的必不可少的条件之一。而为了保证信息系统的稳定运行, 电力——作为所有系统的基础设施也应该适应通信系统的特殊需求而进行单独的设计。本文尝试从系统的需求的角度上简单分析大型企业信息化机房所需的电源设计方案。
关键词：稳定,高效,基础设施,系统的需求,电源设计
1 概述
电源系统, 作为通信机房的基础保障设备, 电源系统在整个通信系统的设计中是十分重要的一个环节。通信系统的供电系统应包括市电供电系统、UPS电源供电系统、应急供电系统和接地四大部分构成。如何将这四大部分有效地连接为一个整体, 为系统提供稳定、高效的电力环境是每个设计人员都需要面对的问题。
2 系统建设位置选择
电源系统一般由于其线缆长度会影响系统整体的成本以及电力的损失, 因此一般其建设位置不会距离上级低压配电系统太远。出于对一般电力设备的自重, 尤其是UPS电池组重量较大的考虑, 系统应放置在一楼或者地下室为宜。系统的房间应保持清洁, 尽量选择防尘性较好的房间, 有条件的可在房间内加装新风系统和空调系统以维持一个良好的工作环境。
3 系统设计
3.1 接地系统
接地系统是每一个电力系统中必不可少的子系统之一, 其重要性是不言而喻的。就现在笔者的接触而言, 一般使用的接地方法有联合接地和单独接地两种。所谓的联合接地是指的直流地、交流地和保护地使用同一个接地铜排进行接地;单独接地是直流地、保护地和交流地以及其他有特殊要求的设备使用不同的接地系统进行接地。从效果来看, 单独接地的效果明显优于联合接地的效果。但是, 在工程成本上来看, 联合接地的成本远小于单独接地的成本。
一般来说, 在建设核心机房时都是使用的单独接地。单独接地中有一点要注意的是特殊设备或核心设备电源的单独接地。这一点在雷电多发区尤为重要, 在2007年山东省中部经历过一场较大的雷雨性天气, 在这一段时间过去后, 朗讯———程控交换机生产供应及服务商———曾一度要求将其所有程控交换设备的接地改为独立接地。原因就在于其设备在与其他设备共地时受到影响, 引发了交换机的故障。在制作接地系统的过程中, 应注意根据接地系统所处区域的地形以及土地状况选择接地所需的材料和制作方法。传统方法制作的接地棒适合于周围土壤状况较好的环境状况, 在周边地形及土壤状况较复杂的情况下, 传统接地效果并不是很好, 而且使用时间越长, 其效果由于使用铁棒表面被氧化的缘故变得越差。针对这种状况, 现在有一种新型的粒子接地棒可以有效的解决这一问题。这种接地棒在埋入地下后本身会向周围的土壤中扩散导电的粒子, 因此, 随着其使用时间的增加, 其接地效果是越来越好的。只是这种接地棒成本较传统接地极较高, 如果不是周围接地环境很差的情况下或在工程成本被控制很低的状况下, 一般不使用这种接地极。
3.2 市电供电
通信机房的市电供应最好是双路市电通过ATS或STS等自动切换装置组成互为热备的市电系统。这里提到的双路市电不应当是来自同一个变压器或低压配电室的市电, 应当是来自不同干路, 最好是两个完全无关联电力干线的市电。这两路电力干线的关联性越小, 机房在范围性停电事故中所受到的影响也就越小。选择的市电应当是较为稳定的电源, 机房中大部分使用市电的设备一般能够承受的电压波动范围为380V±10%左右。应当接入市电的设备应包括UPS设备、机房空调、新风系统、机房照明系统、各类维护用插座 (排) 及其他非核心类设备。这类设备一般功耗较大, 因此, 在敷设电缆时应选用质量较好的电力电缆, 且由于这类电缆一般是一次性敷设到位, 因此, 在选择电缆规格时应适当为未来扩容负荷做出考虑。电力电缆敷设入机房时, 如配电设备在通信类设备附近时, 应有一定防护措施, 有条件的应在电缆外包裹屏蔽层, 以减少其对设备的干扰。市电接入ATS或其他自动切换装置后最好加装进电的监控单元, 避免市电缺相、断相、相位不平衡等其他非断电类因素给机房设备带来不必要的损失。当某一路市电不稳定时, 应将自动切换功能关掉, 改为手动控制电源切换, 以避免设备频繁进行电源切换引发机房供电不稳和设备机械故障。
3.3 UPS供电
UPS电源即不间断电源, 它的作用就是在外来电源 (一般为市电) 被切断时, 保障其接入设备使用其储存电力继续进行工作。现在的UPS除了保障应急供电外, 也负担了一部分市电逆变整流的功能, 使得其接入设备得到更加稳定的电力供应。在为机房选择UPS时, 一要注意选择的UPS的容量, 二要注意选择UPS主机的入网方式。UPS的容量决定了它为机房持续供电的能力, 一般其容量越大供电持续能力越强, 但出于对成本、电池占地以及功耗几方面的考虑, UPS的容量并不是越大就越好。过度轻载运行虽有利于降低逆变器的损坏概率, 但可能造成市电停电时, 电池放电电流过小而放电时间偏长, 在电池保护装置故障时, 电池组被深度放电, 而遭永久性损坏。UPS容量不宜过小, 使其长期处于重载运行状态。这样虽可节省一部分投资, 但由于逆变器处于重载运行, 其输出波形将发生畸变, 输出电压幅值抖动过大。这样既不能为负载提供优质电源, 还极易造成UPS逆变器的本级驱动元件损坏, 即使从经济角度讲也是得不偿失。根据目前一些UPS厂家推荐, UPS负载量不宜长期超过其额定容量的80%。UPS接入供电系统的方式对接入的设备有着直接的影响。UPS除了保证电力的供应能力之外, 对精密设备来说也有着电流稳压、整流的功能, 一次, 在对UPS进行选择时应当结合实际的机房设备状况来进行。一般来说, 电网中经常存在差模噪扰和共模噪扰, 这些噪扰对计算机正常运行存在着不同程度干扰。另外, 零线电位的偏移也会对计算机运行造成影响。所以在考虑UPS供电方案时应采取措施把这些影响减少到最小。传统的UPS通过内部的工频输入及输出变压器来实现负载和电网间的电隔离和电压匹配, 抑制来自电网的共模及差模噪扰电压, 使其不致耦会到计算机电源。此类UPS的输出零点是取自隔离变压器次级Y型绕组的中性点。为保证输出零点电压不偏移, 应从通信机房的交流工作接地排上单独引线至该输出点。为了解决通信机房面积窄小及楼板荷载能力不足问题, 近年来, 出现了采用高频链结构的不含输出隔离变压器的UPS。由于采用了高频变压器代替工频变压器, 其体积重量明显减小, 但因为其输出直接通过变换元件输出, 一定程度上存在直流高压过人负载的危险, 而且在三相负载不平衡情况下, 还存在电压零点偏移问题。中性线与地线间的电压可达十几伏甚至更高, 大大超出一些计算机厂家的要求。所以对于大型计算机网络等比较重要的负载, 应尽量采用带工频隔离变压器的UPS系统。摆放UPS系统的地方最好有一个较大的空间, 使得UPS主机、电池柜 (架) 、配电机柜及墙面之间保持一定距离, 使得系统能够得到良好的散热空间并保证设备在维护时人员的作业空间。UPS主机应当维持清洁, 避免灰尘进入主机内部和附着于散热风扇出气口处。
3.4 应急供电
这里提到的应急供电系统并不是指的UPS类的不间断电源系统, 而是指的具有独立发电能力的供电系统。这类系统通常状况下并不会被使用到, 但是遇到自然灾害、战争或其他原因造成的供电长时间内无法回复的状态时, 却是系统最后的保障, 一般常用的设备为柴 (汽) 油发电机。由于其在应用上的特殊性, 因此, 这一系统应单独放置于安全性高的地方, 并且定期维护。由于其工作时有大量废气排出, 所以, 应为其选择通风性较好的工作场地。
4 结束语
电力系统是真个通信系统的心脏, 是为整个通信系统提供动力支持的关键所在。通信机房一般来说都有在建设好一段时间后就有设备扩容的需求这一客观规律存在, 因此系统在设计时一定要在考虑现有设备及客观环境的情况下, 兼顾未来发展的需求。为整个信息机房的负责提供稳定、有效的保障。
参考文献
[1]《UPS应用技术》, 曹保国主编, 化学工业出版社, 2007.1.1.
大型机房 篇2
关键词：信息系统,网络机房,安全管理
许多网络设备、存储设备、服务器以及计算机都在医院的网络机房中进行运载,那么对医院的信息资料进行处理、存储、管理与传递等则是网络机房承担的重要作用。计算机在我们的日常生活中越来越普及,成为各行各业都离不开的工具,当然医院也包括在内。对医院网络机房的安全维护与日常管理的过程中,各式各样的问题都有可能出现,面临这种状况,就要努力把出现的问题解决掉,才能保证医院网络信息的安全。
1 建立网络机房
1.1 建筑装修方面
考虑到日后机房的安全使用状况,网络机房的装修就显得非常重要,对网络机房的装修包括铺设抗静电地板与强弱电管道、安装微孔回风吊顶以及对机房内部隔断、密封、内墙、门窗、棚顶的装修等。
1)地面装修
对机房这一特殊场所,不仅地面要采取防潮处理,铺设的地板通常选用的都是抗静电活动的。地板下面有单独设计的安装强电与弱电的金属架,同时,为了防止电磁干扰的出现,都设有相对应的管道来安装所有设备的电源线路以及数据线路,这样做又使得日后检查与维修线路更加方便。
2)棚顶的装修
为了能够分割出机房上部空间来设置通风管道,机房的棚顶通常都采用吊顶方式,这样做还可以安装灯具或者布置通风口等。微孔金属铝是大多数医院网络机房吊顶的首选材质,其具有很多方面的优点,如防火、防潮、不吸尘、量轻、吸音等,更重要的是使机房上部空间的卫生与安全得到保障,同时安装配套设施也变得更加便捷。
3)内墙的装修
为了使机房里的设备能够正常运行,需要装修机房的内墙,这样还能为工作在里面的人员提供一个舒适、整洁的大环境。功能性与美观性是在装饰内墙时首要考虑的因素,一般选用铝塑板和彩钢板等作为装修材料。当内墙的装修材料选用铝塑板时,能够使机房内墙的表面平滑光整,同时还具有透气性好、方便清洁,不易起灰,隔热、保温等多方面的优点。
4)门窗的装修
网络机房的门,一般考虑使用防火防盗门,关于机房的窗户,一方面为了保持室内温度,通常采用全密封的双层玻璃结构,另一方面为了保证机房内的财产安全,需要安装防盗网。为了使整个机房内更加直观、明亮,无框大玻璃门是很多医院机房采用的方式,同时使里面的工作人员的视野范围也更加宽阔。
5)机房的隔断
计算机的散热状况是装修机房时必须考虑的因素。首先,依据相关情况将设备进行分类,然后采用钢化玻璃根据前面的类别数将机房分割成相应的区域,最后安装空调设备、净化设备等来满足设备的温度需求。
1.2 监控系统
在安装机房监控系统时,需要考虑以下几方面的问题:首先,为了与医院的保卫部门配合一致,录像的存储要统一;第二,使工作人员对机房内的监控更及时、更方便;最后对机房的监督要有合理的管理体制,同时能够有效执行。当机房有了监控系统后,监控信号会一并传达给医院监控中心与值班室人员,因此在配置监控系统摄像机时,夜晚监控录像问题就要考虑在内。
2 网络安全的防护方法
2.1 网络的划分
整个网络分成内、外网,两网之间不连通,并且两者间设有防火墙,这种情况下,不仅能够很好的对数据流进行监控、过滤、记录与报告等功能,还能够防止内部与外部网络之间相互联系。医院的计算机有上网需求的都挂在外网上,外面的用户访问到的信息也是部分指定可以公开的;相对来说重要的信息都装在内部网络上,并且内网计算机是不允许上网的。
2.2 防治网络病毒
现在的网络病毒不仅种类多,传播速度也是十分迅速的,那么医院计算机网络的安全就会受到威胁,当计算机中了病毒,轻者会使某些功能不能使用,严重的会导致计算机多个系统瘫痪。因此为了防止电脑中病毒,就需要给网络机房中的每台电脑安装金山、瑞星等正版杀毒软件,并实时更新这些软件,同时对所有病毒预防系统借助控制台来进行统一管理。当运行一个新软件时,首先要对此软件进行检查看是否带有病毒,最好用杀毒软件先进行扫描,安全后再使用。
2.3 对硬盘的维护
硬盘是操作系统、软件以及数据唯一的载体,因此要定时对硬盘进行系统垃圾清理与碎片整理,维护最少每月进行一次。然而电脑表面的干净也很重要,否则硬盘的散热会出现问题,从而引发故障。与此同时,不能随意搬动计算机,特别是硬盘工作时,否则会使硬盘在移动中受到损伤,产生文件丢失的后果。鉴于以上情况,要及时备份那些重要的文件,并且考虑到硬盘的使用寿命,应避免经常开关机或者格式化硬盘。
2.4 监测系统
网络的监测系统要能够做到寻找安全漏洞快速准确,并能及时报警,这样就能最大限度的消除安全隐患、更新安全漏洞。同时,检测系统不仅要全面监测服务器、网络及业务,并且要动态监测网络数据流,当攻击行为被检查出时,还要做出响应,然后采用合理、有效的防治措施。
3 对网络机房的管理
3.1 建立机房规章制度
把责任具体到个人,是实现更好管理网络机房的保障,一旦出现问题就能够直接找到相应负责人,避免责任的推卸。操作权限规定与规章制度是要求所有工作人员都要遵守的,为了防止文件数据的丢失,与机房没有关系的人是不允许访问服务器的。重要的是专管服务器的工作人员一定要将保密工作做好,定时更换操作口令,绝不能将其透露给任何人。
3.2 电源的管理
计算机用电与市电存在一定差距,一般使用220V单相交流电为计算机供电,因此为了使计算机能够维持正常工作,就要用交流稳压电源不间断地对其进行充电。依据网络服务器的数目,计算出所需UPS功率,要求UPS至少能够对机房连续提供半小时甚至更长的时间,与此同时,为了避免意外状况,网络机房也要有自己的发电机作为备用。
3.3 机房内部环境的管理
机房空间的安全保障是首要考虑的,同时要尽可能的宽敞,服务器需放在彼此之间留有空隙的机柜里。其次,也要注意机房内的温度,因为服务器的正常工作需要一个合适的温度范围,如果过高,就会导致某些元器件不能正常工作,因此,空调的安装显得十分必要,机房内部标准温度一般控制在22℃上下,波动幅度不宜超过2℃。同样,合适的湿度也是十分重要的,最好控制在25% 到65% 。机房内部还要安装避雷系统、火灾监测系统等,并且设有网络机房的大楼,一定要设置防雷设备。
4 结束语
大型机房 篇3
首先盖医院大楼时就要将各个影像设备机房的大小, 位置设计出来, 由影像科主任和建筑工程师共同完成。避免安装机器时现场改造房屋。然后还应注意以下几个方面的问题。
1 影像科选址应遵循下列基本原则
(1) 有利于病人就诊。影像设备机房应至于医技楼的一层。门诊或急诊科有一些外伤和脑心管意外的病人, 常常需要快速确立诊断, 进行紧急处理, 病房也经常有些危重病人或行动不便的病人进行CT、MRI检查。 (2) 有利于医学影像设备集中和网络形成。每种医学影像设备都有自己的长处和局限性。而各种影像设备之间具有互补性。 (3) 有利于影像设备的安装和维护。影像设备为高精密的仪器, 机房选择应符合防潮防尘防震原则。还要统筹考虑大型设备安装路线, 影像中心应设置在易于安装的位置。一般首层的结构厚度较大, 所以能够满足设备运输承重要求。建筑设计时要考虑走廊通道足够宽阔。 (4) 特殊部位特殊处理。MRI磁体的强磁场对环境要求很高:如金属性物质、铁磁性物质、电动机、水泵工作、空调压缩机引起的震动都会由影响。因此在建筑设计时, 不可在周围 (包括相应位置的地下层) 设计空调机房。否则空调机房设备产生的震动会影响MRI的图像质量。
2 影像设备机房的设计
影像设备机房面积应根据各种不同影像设备的机组结构来决定, 原则上是方便工作和病人, 便于病人及推车或推床出入。有的房间面积还应符合放射卫生部门发布的相关规定。例如新建X线射线机房, 单管头200m A的射线机房应不小于24m2, 双管头的宜不小于36m2。通常装一台影像设备需许多相应的房间。
影像设备机房设计以扫描室为主体, 根据实际情况合理布局, 将各功能房间布置得整齐美观, 方便工作人员操作和病人检查。扫描室应以扫描机架为中心, 扫描机架和检查床周边应留有一定的活动空间, 扫描机架倾斜和扫描床面伸延的空间, 便于工作人员、病人和准备车的活动, 也利于维修, 便于高压注射器活动空间。一般面积约为30m2, 高度以3m为宜。操作室位于扫描室隔壁, 可安装操纵平台, 电子计算机、打印机等, 面积20m2~30m2为宜。阅片室内安装医生独立诊断工作台, 方便于医生、进修生和学生对CT、MRI等影像进行分析、评判和讨论, 面积为20m2~40m2为宜, 从防护的角度考虑阅片室应尽量远离扫描室。
3 影像设备机房结构
地面:影像设备是大型设备, 重量较大, 要求机房结构坚固, 能有效地承受负荷, 防止机座下沉, 机房地面要求平坦, 光洁, 无尘, 以利设备安装和保养, 现代医院常用PVC地板, 即可防潮, 又可防静电, 图案花色多样, 施工方便, 有利于保护设备及人身的安全。地面预留电缆沟, 并做沟盖板沟盖板要做成钢衬外包不锈钢, 600mm~800mm一段, 方便开启进行检修并保证机房地面整体性和美观性。
如大楼整体结构是框架结构, 墙体通常采用普通砖墙结构, (不能采用空心砖因为不利于防护, ) 要求有足够的厚度 (24cm~36cm) , 并用水泥灌封。根据需要在墙体上准确设置预埋件并留好预埋孔, 在扫描间和操作间要预留出电缆线走线孔及各相关设备留出的走线孔。装修要注意防火问题, 装修材料应用B1级以上装饰防火材料。房间除照明灯外不要有装饰灯。
4 影像设备机房的防护
(1) 墙壁和楼板, 影像设备大多是X线放射源, 机房的墙壁、楼板和门窗等X线防护都应根据影像设备使用的最高千伏来决定, 即要达到相应的铅当量。MRI的扫描室要六面铜板屏蔽防护, 同时做好通风准备要专业施工单位完成设计和施工。因MRI主磁体体积很大, 所以扫描室房间的外墙不要施工, 须预留出足够进设备空间, 预留口在安装完设备后再封闭, 要保证大楼的整体美观。 (2) 设备机房局部楼板可以浇注到250厚度, 即可保证承重要求又可不再做特殊辐射防护 (可节约资金) , 并房间结构层地面局部下沉, 这样可以以后方便电缆沟的设计。 (3) 主射线墙应有2mm铅当量的防护厚度, 其他侧墙壁应有1mm铅当量的防护厚度。 (4) 机房门外要有电离辐射标志, 并安设醒目的工作指示灯。 (5) 门窗:扫描室的门通常由2mm的铅板防护, 考虑病人推床或轮椅出入方便, 病人出入口门的宽度约为1.1m~1.5m, 以双开门为宜。在病人扫描室和医生操作室设有观察窗镶有铅玻璃80cm×120cm, 铅玻璃距地面大约90cm, 影像设备操作室的门不用防护。MRI扫描室的门要由专业施工队完成。
5 机房环境
(1) 温度:影像设备通电工作后, 元器件与周围环境进行热交换, 器件内的温度要比周围的环境温度高, 应及时散发出去, 以免超过元器件的最高热容量。为此, 机房应配备空调设备, 特别是计算机室。空调机的制冷量要考虑X线影像设备的产热量与室内空间的所需降温量, (可保守计算热负荷值) 室内温度以18℃~22℃为宜。 (2) 湿度:影像设备机房的工作环境要求保持一定的相对湿度。 (3) 防尘:防尘是电气设备的共同要求。静电感应可使灰尘附着于元件表面, 既影像元件的散热, 又影响电气的性能, 甚至影响元器件的寿命。一般机房和计算机室可做成封闭式, 通过VRV空调系统保持与室外新鲜空气交换。保证室内空气相对洁净。
6 建立电源供电系统
(1) 专用变压器:不仅要求电源提供足够大的电源功率, 而且要求电源工作频率稳定。电源变压器功率要求不能小于设备要求 (一般影响设备功率为30k W左右, 除满足现有设备的用电还要预留出以后增加的用电容量) , 关于电源变压器功率计算要咨询影响设备的安装工程师。为了确保影像设备的正常运行, 影像设备的供电应采用专用变压器, 专用变压器距离影像设备越近越好, 100m以内。 (2) 专用电缆线:在大楼主体建设时要将电缆线预留在墙体内, 电缆直径要够粗, 预备今后增加设备时够用。 (3) 安装交流稳压电源的重要性:设备在电源电压波动时损坏, 最好安装一台自动调节电压的交流稳压电源及过压保护装置, 以保护影像设备免受外界突变电压的影响。为预防突然停电给机器带来的损失, 最好为每台设备配备一台UPS不间断电源。 (4) 制作地线:地线接地电阻2Ω~4Ω, 最好达到1Ω以下。
7 结语
总之, 医院医技大楼的建设, 一定要先考虑影像设备的安装问题, 其他科室的小型设备的安装均不用特殊考虑房间的改造问题。而影像设备的安装一定要考虑房间和电源的问题。根据设备厂家提供的样本要求做好二次设计, 设计做得好, 设备到现场后就不用改造房屋, 可以为医院节约很大的一笔资金, 还可提高影像设备的安装速度。
摘要：分析了当前医院大型影像设备房屋建设应做的前期准备工作, 阐述了从建筑平面设计、机房结构要求、安全防护、用电要求等方面应遵循的原则和要求。对医院机房建设提出了部分建议。
关键词：医院,影像设备,机房建设
参考文献
大型机房 篇4
一、热负荷及送风量计算
某科研单位综合实验楼的227 房间原有用途为资料室, 现根据业主要求改造为信息机房, 房间面积33m2, 层高3.5m。根据IT设备负载情况, 一期工程机房内配备7 台C200型曙光标准机柜。
本机房室内环境设计基准采用《电子信息系统机房设计规范》GB50174 - 2008 B级要求, 室内温湿度要求为: 温度: 23± 1℃ ; 湿度40% ~ 55% 。经过计算, 各项负荷如下: 机房外围护结构最大负荷为1. 0k W; UPS电源及蓄电池散热量为2. 0k W; C200 型曙光标准机柜的散热量为6. 7k W, 7 台共计46. 9k W。机房平时很少人员进入且逗留时间较短, 不计新风及照明负荷。叠加以上各项负荷, 信息机房空调总冷负荷为49. 9k W。根据室内设计温、湿度参数及室内冷负荷[2], 送风温度选用16℃ , 即可确定送风量为17, 700m3/ h。
二、物理模型
以该信息机房为模拟对象, 对比分析目前机房专用空调机组的2 种主要送风方式, 即上送风方式和下送风方式。采用Gambit软件生成的信息机房的几何模型见图1。其中每个机柜均简化为有7 个水平风道, 风道内部壁面模拟机柜内部散热的物理模型。
( 一) 上送风 ( 方案1) 。送风管道置于机房吊顶内部, 空气经空调机组处理后, 通过设置在送风管道上的风口送入室内, 回风口位于室内空调机体侧下部。
( 二) 下送风 ( 方案2) 。架空静电地板 ( 400mm) 作为送风静压箱和送风道, 空气经机房专用空调处理后, 通过设置在静电地板上的风口送入室内。吸收室内热量后返回空调机组, 回风口位于室内空调机体上部。
信息机房内部署与不规则空间, 为保证模型计算效率及精度, 以上2 种方案均采用TGrid方式生成四面体非结构化网格[3], 网格数量均为70 万左右。
三、数值模型和边界条件
( 一) 数学模型。空调涉及到的气流流动大多数情况为湍流流动, 满足连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程[4]。
为使问题简化, 作出如下假设: 机房内空气为不可压缩流体并且符合Bossinesq假设; 机房内空气流动为稳态湍流, 忽略质量力; 忽略固体壁面间的热辐射; 室内封闭良好, 不考虑漏风影响。
上述假设下, 本模拟计算所用的控制方程如下:
方程中对于i, j = 1, 2, 3 , xi、xj代表三个垂直坐标向; Ui、Uj为流体在xi、xj方向的流速 ( m/s) , ρ 为空气密度 ( kg/m3) ; p为空气压力 ( Pa) ; μ 为空气层流动力粘性系数[kg/ ( m·s) ]; β 为空气热膨胀系数 ( 1 /K) ; Tref为参考温度 ( K) ; T为空气温度 ( K) ; gi为i方向之重力加速度 ( m/s2) ; h为空气定压比焓 ( J/kg) ; SH为热源 ( W) ; λ 为空气热导率[W/ ( m·K) ]; cp为空气比定压热容[J/ ( kg·K) ]。
为对上述方程组求解, 引入k - ε 双方程湍流模型, 这里采用目前应用最广泛的标准k - ε 模型[5]。
( 二) 边界条件。227 房间只有一面外墙, 外墙的热负荷采用第二类边界条件, 定热流密度, 内墙均为内隔墙, 忽略温差传热, 均按照绝热边界处理; 为了和实际情况更加相符和综合考虑计算过程, 将机柜分成7 部分, 每部分分别按照定热流密度边界条件处理[3], 不考虑其内部具体温度分布情况, 内部设备热辐射源忽略不计, 每部分之间预留通风孔道;送风口设置为速度边界条件, 6 个风口风速均为2. 28m/s, 送风温度16℃ ; 回风口为压力出口, 在机房环境条件下回风。
四、模拟结果和分析
( 一) 数值计算。文中利用Fluent进行数值求解。由于机房内气流为湍流, 故采用k - ε 三维湍流模型; 压力速度耦合求解方式采用SIMPLE算法; 计算迭代收敛条件为: 流动方程残差小于1 × 10- 4, 能量方程残差小于1 × 10- 6。计算过程中当各种残差曲线都趋于稳定, 并低于所设定值时停止计算, 以保证计算结果的精确可靠[6]。
( 二) 结果分析。通过Fluent软件模拟得出了两种送风方案下的XY、YZ和XZ截面上的温度场和速度场, 分别对三个截面的温度场、速度场模拟结果对比分析如下。
1. XY截面。
( 1) Z = 0. 575m上送风和下送风模拟结果。
XY截面为机房的水平截面, 对不同高度水平截面的温度场和速度场的分析有利于对机房内整体的气流分布进行了解。
方案1 中, 由上送风口送出的冷空气, 其中一部分进入机柜进风口对机柜进行冷却后, 从机柜后部排出, 回到空调机组, 机组内部冷却情况较好; 另外, 其余较大部分则直接回至空调机组, 存在短路情况, 对室内冷却效果不明显。
方案2 中, 气流从底部垂直向上送出, 进入机柜的冷空气相对方案1 较少, 机柜内部温度偏高, 比方案1 高6 ~ 8℃左右, 导致此种情况发生的原因在YZ截面模拟结果中进行讨论。
通过对Z = 0. 575m截面的比较, 可以看到, 下送风情况下的室内温度和速度场明显优于上送风方案, 但是下送风情况下的机柜内部的温度却明显高于上送风方案。
( 2) Z = 1. 575m上送风和下送风模拟结果。
在Z = 1. 575m的水平截面, 下送风在室内和机柜内部的温度场和速度场的分布, 都要优于上送风。
2. YZ截面。
X = 3. 300m上送风和下送风模拟结果。
YZ截面选取X = 3. 300m截面的模拟结果来做2 种送风方案的比较分析, 该截面可以明显看到2 种方案下机柜内部的温度和速度分布。
通过YZ截面的模拟结果, 可以合理解释XY截面两个不同高度截面上的温度和速度场。
方案1 中, 由于机柜上部距离上送风口较近, 由上送风口送出的冷空气, 只有较少部分进入了机柜上部的通风孔道, 大部分冷空气进入到机柜下部的通风孔道, 而进入机柜下部通风孔道的冷空气在携带热量排至机柜后部后, 部分气流没有直接回到空调机组, 而是继续上升, 到达机柜顶部。这就阻挡了从机柜上部通风孔道排出的气流, 导致了机柜上部区域内部的气流速度变小, 仅有0. 25m/s左右。
方案2 的情况和方案1 非常类似, 但是在下送风和上送风风速一致的情况下, 这种现象却更加明显, 从地板送风口送出的冷空气, 大部分进入机柜上部的通风孔道, 从机柜后部排出后, 继续下降, 到达机柜底部, 不但阻挡了从机柜下部通风孔道排出的气流, 甚至更有部分气流从机柜后部进入机柜, 使机柜下部区域存在了明显的滞留区域, 导致了机柜下部区域温度明显高于室温的结果发生。
3. XZ截面。
( 1) Y = 1. 400m上送风和下送风模拟结果。
Y = 1. 400m截面也截取了2 种方案机柜内部的温度场、速度场分布情况, 大致能够得到和YZ截面相一致的结论, 即上送风情况下, 机柜下部区域的温度和速度分布优于机柜上部区域; 下送风情况下, 机柜上部区域的温度和速度分布优于机柜下部区域。同时在Y = 1. 400m截面, 也能够看到下送风情况下的室内温度场和速度场的分布情况优于上送风。
( 2) Y = 2. 400m上送风、和下送风模拟结果。
Y = 2. 400m区域为无机柜区域, 综合比较该截面下的2种送风方案, 上送风方案气流的短路效应更加明显, 较多部分气流直接回至空调机组。
五、结语
通过对比在2 种送风方案下机房内部三个维度截面的温度场和速度场分布情况, 基本能够得出下送风方案优于上送风方案的结论。依据模拟的结果, 无论是上送风还是下送风的方案, 机柜内部都存在滞流区, 即温度较高区域, 这与空调系统的送风口风速、送风角度等存在较大关系, 同时这与本模型对机柜进行简化也有一定关联, 在机柜内部存在引风设备的实际情况下, 此种情况会有相当程度的改善。限于篇幅, 本文未针对送风风速、送风角度和送风温度的变化对机房整体和机柜内部温、速度场的影响进行讨论, 例如, 通过风道将冷风直接送向机柜内部的情况, 此种送风情况下, 机柜内部将不存在明显的滞留区, 在目前的机房空调系统中, 还未见有此类设计出现。依照模拟计算的结果, 该工程的施工图设计采用了下送风的设计方案, 据了解, 在该综合实验楼的3 楼已经有1 个投入使用的同等规模的采用上送侧回型空调系统的数据机房, 待本工程投入运行后, 将对2 个机房的PUE值进行实测, 以调查清楚2 种送风工况下的数据机房的能源利用率。
摘要：本文利用CFD技术对空调系统的2种气流组织方式 (下送上回和上送上回) 进行了对比研究, 分析了2种气流组织下的室内和机柜内部的温度场和速度场, 得出了下送风形式下的室内温度、速度场优于上送风形式以及2种送风形式下机柜内部均存在滞留区的结论, 为该信息机房的空调系统设计提供了依据。
关键词：信息机房,数值模拟,气流组织,温度场,速度场
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