一、引言

1946年數據中心誕生于美國，至今已經歷4個階段近70年的發展歷程，數據中心從最初僅用于存儲的巨型機，逐漸轉向多功能、模塊化、產品化、綠色化和智能化。在越來越注重節能和精細化的今天，數據中心的每一個細節設計都閃耀著工程師智慧的光芒。他們對于數據中心的規劃設計，不再滿足于僅停留在功能這一基本的要求上，現在的數據中心你會看到更多關于節能環保及工程之美、綠色之美等設計理念。

評價數據中心的優劣，與其提供的服務質量，成本控制及綠色程度密切相關。能夠提供穩定及具備高可用性的服務是對云服務商和數據中心的基本要求。在此基礎上具備良好的成本控制能力是數據中心綜合能力的體現。此外，《穹頂之下》已為我們揭開的環境污染遮羞布，不容許作為占全球用電量1.5%的數據中心行業保持沉默。綠色程度，是數據中心勇于承擔社會責任的詮釋。

數據中心穩定運行的前提是必須保證各個設備部件的正常工作，目前保證各個設備部件正常工作的做法是由運維人員定期進行設備巡檢，依靠運維人員的個人經驗以及給設備設定的告警閥值進行判斷。由于沒有準確的判斷標準，或因告警閥值設置不合理而出現資源浪費甚至因延遲事故告警時間影響數據中心穩定運行是目前讓運維人員非常頭痛的問題。基于此，本文引入計算流體力學仿真軟件，將機房物理建模（CFD仿真），根據機房實際負荷計算并展示出機房目前的氣流組織及機房空調冷量使用情況。發現機房過熱或者過冷區域，通過模擬調節，尋找最佳氣流組織設置方案，消除局部過熱及過冷現象，以期達到消除安全隱患，發掘節能潛力的目的。

1、CFD實例說明

下面結合具體事例闡述氣流組織合理設計配置的重要意義。

某機房，自2012年7月投入使用以來已運行了2個年頭。為評估目前機房內散熱性能是否與初始設計一致，需要對機房內的熱物理參數進行分析。但是，氣流具有不可視且流動性強的特點，若直接采集數據工作量極大，且分析工作難度很大。本文采用CFD仿真模擬，計算出機房內的溫度場、壓力場和速度場等數據，直觀地展示關鍵熱物理參數，大大降低分析氣流與傳熱過程的難度，給氣流組織優化設計配置工作帶來極大便利。

1.1.機房基本信息及建模

某運營商合建機房位于中國南方熱帶地區（該地區普通數據中心PUE約1.7~2.0），由物流倉儲改造而成，面積約數百平方米。部署了10列機柜數千臺服務器。每個機柜設計電流20A。機柜采用冷暖通道布置，且冷通道封閉。制冷采用11臺某品牌某型號空調，按照7用4備的運行方式為機房提供冷量。根據機房的建筑結構、IT設備、制冷設備、配電設備等實際布局建立物理模型如圖1所示。

圖1 某機房布局仿真模型圖

1.2.機房初始狀態現象描述

以現場實際采集電、冷、風的相關數據作為輸入條件，模擬出機房目前的運行狀態。圖2、3是通過計算得到的機房靜壓箱內壓力溫度分布和機房空間內壓力溫度分布情況。

從靜壓箱的壓力分布情況（圖2a）來看，靜壓箱下壓力分布并不均勻。在房間中部出現了綠色區域，表明了機房中部存在低氣壓甚至負壓現象，負壓會使得氣流倒流，影響冷熱空氣的正常循環，應盡量避免。

圖2靜壓箱中熱參數圖

從（圖2b）靜壓箱的溫度分布情況可以看出，機房地板下的冷空氣中出現了2個局部溫度偏高的區域（綠色）。如果不及時處理，這部分“問題”的冷空氣可能會進入機柜。由于這部分冷空氣溫度與設計值不一致，將無法按設計要求帶走相應的熱量，從而影響后續一系列換熱過程。此外，該高溫區域的氣流還會對靜壓箱中其他部位的冷空氣造成“污染”，消耗一部分由其他空調產生的冷量。

圖3 機房中的熱參數圖

圖3展示的是機房空間中的壓力和溫度分布情況，從圖中可以看出，機房區域溫度場分布不均勻，底部第一個冷通道內左右兩側存在溫差。機房整體呈現中部較冷，上下部偏熱的情況。

1.3.原因分析

根據靜壓箱中溫度不均勻現象，結合調取空調運行參數（圖4）綜合分析發現，空調送風溫度不均勻、水閥開度差別很大，風機基本都維持在高速運轉的區域，能耗較大。

圖4 空調運行參數

如圖4顯示173號、180號兩臺空調水閥開度零，表明他們并未開啟。也就是說，這兩臺空調沒有起到制冷作用，僅僅是作為風扇，將熱通道的回風未加任何冷處理直接送入地板下，這才出現了173號、180號兩臺空調送風溫度偏高現象（圖4）從而使與之相對應的冷通道出現溫度偏高的情況（圖3b）。173號空調輸送的熱風與其對面的177號空調輸送的冷風進入同一個冷通道，導致給該通道機柜送風的冷通道出現了左熱右冷的情況（圖3b）。自動調節模式關閉了173號、180號兩臺空調水閥，客觀上證明了機房空間開啟的5臺空調所產生的冷量已能夠滿足IT設備散熱需求。如再增加新的空調設備，不但不會減輕其他空調的負擔，反而使其負荷增加，既影響IT設備散熱，又加大了數據中心運行成本，據此我們建議關停部分空調。

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