摘要:1、建立数据中心 IT 机房“冷通道封闭模型”和“热通道封闭模型”，使用CFD 软件进行模拟仿真，从 IT 机房内的气流速度、气流压力、气流组织和温度 分布进行分析，对比不同气流遏制方式在实际应用中的差异。2、从舒适度、制冷 中断的响应时间、冷量损失、凝露风险和门禁设置等方面，对比不同的气流遏制 方式在实际应用中的优点和缺点。
一、 数据中心的气流扼制
数据中心的气流扼制是对 IT 机房内的冷/热气流进行隔离，采用气流遏制系 统可以使机房内的 IT 设备进风口温度尽量保持一致，从而减少或消除机房内的 局部热点。常用的气流扼制方法有:封闭冷通道和封闭热通道。
1. 冷通道封闭系统
冷通道封闭系统是采用高架地板下送风方式和封闭冷通道的顶部以及两端 来实现气流遏制;在高架地板下方流过冷却空气，高架地板上方的空间充满热空 气。(图 1 所示)
2.1 热通道封闭系统一般有两种方式:行间制冷的热通道气流遏制系统和垂直风管式热通道气流遏制系统。如果 IT 机房内有部分高功率机柜(15KW 及以上)时，也可以两种方式共同使用，在两个高功率机柜中间配置行间空调。
2.2 本文中的热通道封闭模型是采用垂直风管式热通道气流遏制系统，在机房顶 部区域采用吊顶的方式封闭出热空气回流区域，使用垂直风管与机柜间的热 通道和精密空调的回风口进行连接，部署热通道气流遏制系统。吊顶下方充 满冷却空气，吊顶上方充满热空气，热空气回流至精密空调的回风口。(图 2所示，热通道封闭模型是采用垂直风管式热通道气流遏制系统。)
二、 机房模型简介
1.2 通风地板开度为 100%
1.3 通风地板开度为 100%时，模型仿真结果
使用 CFD 软件对模型仿真计算后，发现在通风地板开度为 100%的情况下，冷通道中间的气流量很大，然后向两端逐渐减小;由以在冷通道两端的通风地板 流量为最小。(相关数据,如下表 1)
1.4 对通风地板开度进行调节(如图 6)
通风地板调整:冷通道中间的的开度 40~45%，然后向两端逐渐增大到 50%; 在冷通道两端的通风地板开度为 100%。使用 CFD 软件对模型仿真后，发现在对 通风地板进行调整后，冷通道的气流布局得到平衡，两侧的通风地板流量明显增 大。(相关数据,如下表 2)
1.5 通风地板开度调节后的 3D 仿真气流
1.6 通风地板开度调节后的气流压力仿真结果
1.7 冷通道两端通风地板的流量对比
1.8 机房温度的仿真结果
1.9 冷通道温度对比
1.10 热通道温度对比
综上所述，在对通风地板进行调节后，从仿真结果分析，冷通道两端的通风 地板流量低的不利情况，得到明显改善。冷通道中间的通风地板，由于阀门开度 减小气流得到遏制，冷通道中间区域的流量由原来的最高可达 0.488m3/s 下降到0.387~0.453m3/s;虽然流量有所下降，但是通过对仿真结果的温度场截图对比和分析，满足机房冷却需求，也没有出现热点。
1.11 采用冷通道封闭系统(地板下送风)注意事项
1) 架空地板内不应敷设通信线缆，空调管道和电线电缆等阻挡空调送风。
2) 建议架空地板下的送风横断面的风速控制在1.5~2.5米/秒，架空地板净高度不宜小于 500mm。在 TIA-942 标准中，Tier4 级要求的防静电地板架空的最低高度为 750mm。
3) 必须保证机架的进风与出风口是隔离的，使用盲板或防火防水布将空闲位置进行封闭，防止气流乱窜，造成气流短路。
4) 使用风速仪测试和计算通风地板的流量，结合机架内 IT 设备的上架情况，调整冷通道内的地板的开度，保证送风风量满足每个机柜的需求。
2.2 机房气流压力的仿真结果
2.3 机房气流组织的仿真结果
2.4 机房温度的仿真结果
封闭热通道系统的 IT 机房一般采用弥散式送风(侧送风/风墙送风),精密空 调间类似于静压箱;机房区域充满冷空气，形成微正压的冷池空间;由于机房区 域温度低(20~25°C)露点温度偏低，在该区域使用除湿机时效果不佳。
2.5 采用热通道封闭系统的注意事项
1) 必须保证机架的进风与出风口是完全隔离的，使用盲板或防火防水布将空闲 位置进行封闭，防止气流乱窜，造成气流短路。
2) IT房间吊顶下方送风区域是微正压的冷池空间，精密空调间和IT机房的防 火门需密封严实，下方缝隙应安装胶条或毛刷，尽量减少冷量流失。
3) IT房间吊顶上方回风区域安装的气灭管道、强弱电桥架较多，存在穿墙空洞， 需进行严实的防火封堵，避免外界湿气入侵。
4) 应考虑机房内近/远端机架的制冷需求，设置精密空调送风最低速度。
1 确保靠近送风百叶的第一个机架处的送风速度不应过快，满足该处机柜的冷却风量需求;
2 确保整列机柜中间或最远的机架处送风速度不应过慢，满足该处机柜的冷却风量需求。
四、 IT机房制冷量需求对比
1. 精密空调净显冷量统计
2. 冷量损失对比
机房冷热负荷的配置情况:IT 设备总功率为=940KW，开启的精密空调的净显冷 量为 145KW/台*8 台=1160KW。
2.1 采用封闭冷通道的模型，精密空调总的净显冷量为 963KW，冷量损失(结构散热)为:963KW-940KW=23KW;
2.2 采用封闭热通道的模型:精密空调总的净显冷量为 978KW，冷量损失(结构散热)为:978KW-940KW=38KW;
2.3 冷量损失(结构散热)封闭热通道模型比封闭冷通道模型的多:38KW-23KW=15KW。
3. 数据中心IT机房封闭冷/热通道对比
五、 结束语
封闭冷通道系统可以避免冷量由于人员进出和开关门的散逸，也能减少通过 建筑结构对外散逸冷量，但冷通道外的区域温度偏高，人体舒适度较差。
封闭热通道系统 IT 机房内的空间充满冷空气，在人员进出和开关门时冷量 散逸较大;冷空气与建筑结构的接触面积大，造成通过建筑结构对外散逸冷 量比封闭冷通道系统多，冷量损失较大。
在IT机房设计时，采用CFD对不同的设计方案进行仿真，分析和对比仿真 结果，可为机房设计工程师提供直观的参考数据和依据，起到优化和验证设 计方案的作用。
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