下送风通风机柜进风速度对其出风温度的影响

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2018年04月07日  点击数:1166

对数据机房内的机柜进行精确下送风的制冷模式,可以更合理地进行气流组织,将空调冷风直接输送到每个机柜内,先冷设备后冷环境,规划机柜内的气流走向,防止机柜内部局部温度较高的现象发生,有效提高空调的制冷效率。黄?指出数据机房采用空调精确送风系统之后,有效改善了设备运行环境和直接提高了机房的装机容量。对于单机柜的研究,程序等人指出,使机柜排出的热空气远离设备的进风口,是达到高热密度机柜的散热性能需要的关键要素之一。但是机柜进风速度对其散热情况的影响,却很少有相关的文献进行研究。本

文将通过实验研究分析机柜的进风速度对其出风温度的影响情况,从而确定机柜的较佳进风速度。

1 精确下送风原理

精确下送风方式是在空调风柜底部和机房通信设备摆放区域地板下做一架空支架,经过空调风柜处理过的低温空气,从空调机底部送到活动地板内,利用活动地板形成的空间作一个静压箱,然后通过机柜底板上的可调风口,根据需要将冷空气精确地送到每个机柜,冷空气带走通信设备的热量后,再流过机房走道等环境空间,回到空调风柜进行冷却降温处理,再循环使用。图1为空调精确下送风气流组织原理图。

空调精确下送风直接将冷空气从架空地板风口送入机柜内,遵循“先冷设备,后冷环境”的原则,可以适当提高回风温度,加大了冷却温差,减少空调风系统的输送能耗,是一种具有高效换热效率的气流组织,在一定程度上解决了大风量、小焓差设计和空调风系统能耗的矛盾。

2 单机柜实验台的建立

2.1 实验台的建立

单机柜实验台的基本结构如图2所示,实验台放置于某研究单位空调综合实验室的环境室中,实验台主要包括:机柜、架空地板和空调风柜。

机柜安置于架空地板上,如图3所示,其尺寸为:(高)2200 mm ×(深)1200 mm ×(宽)600 mm,属于标准机柜,机柜内部共有 10 台 500W的模拟通信设备(可通过稳压电源调整机柜的功率),两者上下间距约200 mm,共有 10 层。机柜采用下送风侧出风的气流组织形式,在机柜内部的前端留有假想冷风道,机柜进风口位于冷风道的下部,其结构尺寸为:360 mm×630 mm,可通过挡板调整进风口的大小,机柜内的热空气从后面排出,后面板开孔率为 40%。另外,在进风口旁安装有挡风盲板,防止冷空气直接从机柜底部流向后面。

架空地板连接空调风柜和机柜,如图3和图4所示。架空地板起到静压箱的作用,结构尺寸为:2400 mm × 1200 mm × 600 mm,其与空调风柜通过 300 mm 长的一段风管连接,风管截面为边长 310 mm 的正方形,架空地板上留有送风口,并与机柜连接。

空调风柜如图4所示,其结构尺寸为:(长)1200mm×(宽)600mm×(高)1600mm,额定制冷量为8kW,额定风量为 2300 m3/h,采用下送风上回风的送风方式。空调风柜负责送风温度和送风速度的调控,以满足实验工况的要求。温度控制通过控制模块的PID仪表实现,风速控制通过风机变频实现。(www.iwuchen.com)

2.2 实验测试

实验中的测试对象和所使用的测试仪表详见表1。

机柜进、出风温度测点布置如图5所示。其中,机柜出风温度的 1-5 测点由下至上距机柜底板距离分别约为 300 mm,700 mm,1100 mm,1500mm,1900 mm;6-8 测点距通信设备 230 mm左右,布置在机柜2、5、9层中间位置;9-11测点距通信设备50 mm,布置在机柜 2、5、9层的通信设备正前方位置。

机柜进风速度测点布置如图6所示,在进风口布置9个测点,取各测点的算术平均值作为机柜进风速度。

3 实验工况

本文以单机柜实验台为对象,通过相关实验,研究了机柜进风速度对其出风温度的影响。

通过改变机柜的进风速度进行了3个工况的实验,如表2所示。3个工况的机柜发热量基本相等,约为4995 W,进风口尺寸相同,均为360mm×630 mm,进风温度基本相等,为 15.7℃± 0.1℃,而工况1到工况3的进风速度从 0.99 m/s 增加到2.00 m/s,保证了单一改变研究参数的实验要求。

4 实验结果及分析

机柜出风温度测试结果见图 7 所示。参照图5,对图7中各出风截面的温度进行说明:① 1-5测点温度表示出风截面 1 上的温度分布;② 6-8 测点温度表示出风截面2 上的温度分布;③ 9-11 测点温度表示出风截面 3 上的温度分布。

图7为机柜各出风截面温度分布随进风速度的变化曲线,结合表 2 可知,随进风速度的增大,机柜出风温度随之减小,但各出风截面上的温度分布趋势随进风速度的变化而有所不同。当进风速度为 0.99 m/s 时(即工况 1),随着测点位置的升高,测点 1 至测点 5 的温度(即出风截面 1 上的温度)逐渐升高,从 31.6℃升高至 47.1℃,并且测点 4 到测点 5 温度升高迅速,增加了近8.4℃;测点 6 至测点 8 的温度(即出风截面 2 上的温度)同样逐渐升高,并且测点 7到测点 8的温度升高迅速,增加了近11.1℃;测点9至测点11的温度(即出风截面 3 上的温度)有先减后增的趋势,但测点 10 仅比测点 9 减少了0.4 ℃,测点 11 却比测点10 增加了将近 11℃。当进风速度为 1.39 m/s 时(即工况2),随着测点位置的升高,测点 1 至测点 5的温度以及测点 6 至测点8 的温度均逐渐升高,分别从 29.9℃增高到34.8℃和 30.4℃增高到35.2℃,但升高趋势均较工况1小,并且没有明显的温升现象;测点 9 至测点11 的温度分布出现先减后增的现象,但两测点间温差不大,约 2.0℃。当进风速度为 2.0 m/s 时(即工况3),随着测点位置的升高,测点 1至测点 5的温度分布基本呈现先增后减再增的现象,但在机柜上部出风温度随之变化较小,最高温度为 32.3℃,最大温差为3.7℃;测点6 至测点 8 的温度分布呈现先增后减的现象,最高温度为30.9℃,最大温差为1.7℃,出风截面 1 和2 上各测点间温差较小,温度分布较均匀,没有明显的温升现象;测点9至测点11的温度分布出现逐渐减小的现象,测点11比测点9温度减小了约6.0℃。

可见,当机柜的进风速度约为1.0 m/s 时,即冷量供应较小时,机柜上部出风温度比下部出风温度明显较高,随进风速度的增大,机柜上部出风温度与下部出风温度之间的差值逐渐减小,当进风速度达到2.0 m/s 时,机柜内部温度分布基本呈现下热上冷的现象,原因为:①当进风速度较小时,由于机柜内通信设备及其它构件对冷空气的阻挡,致使其很难及时上升到机柜上部,大量冷空气被机柜下部的通信设备所排出的热量所消耗,而能够达到机柜上部的冷空气量很小,以至无法全部带走机柜上部的通信设备排出的热量,从而造成机柜上部的出风温度较高。②当进风速度较大时,冷空气在较大的速度下可以快速达到机柜顶部,充分带走机柜上部的通信设备排出的热量,反而机柜下部的通信设备所吸收的冷空气量相对减小,以至机柜下部出风温度相对较高。

当机柜的进风速度约为1.4 m/s 时,机柜出风温度分布比较均匀,冷空气的利用效率较高,有利于提高机柜的换热效率,因此,建议机柜的进风速度在 1.4 m/s 左右为宜。

5 结论

(1)空调精确下送风遵循“先冷设备,后冷环境”的原则,直接将冷空气从活动地板风口送入机柜内,加大了冷却温差,可以适当提高回风温度,减少送风量,从而减少空调风系统的输送能耗,在一定程度上解决了大风量、小焓差设计和空调风系统能耗的矛盾。

(2)当机柜的进风速度约为 1.0m/s 时,机柜上部出风温度比下部出风温度明显较高,随进风速度的增大,机柜上部出风温度与下部出风温度之间的差值逐渐减小,当进风速度达到2.0m/s时,机柜内部温度分布基本呈现下热上冷的现象。

(3)当机柜的进风速度约为 1.4 m./s 时,机柜出风温度分布比较均匀,冷空气的利用效率较高,因此,建议机柜的进风速度在1.4 m/s 左右为宜。

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