張　愷　張小松　李舒宏

(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京　210096)

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地板送風(fēng)數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)氣流組織的優(yōu)化

張愷張小松李舒宏

(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京210096)

摘要:針對(duì)地板送風(fēng)數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)熱量大、占地面積小、集成度高等特點(diǎn)，提出一種通過(guò)改善機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)部氣流組織與溫度分布的方法．首先，利用CFD軟件Airpak對(duì)地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值建模，并利用盒形圖對(duì)影響系統(tǒng)氣流組織的因素進(jìn)行優(yōu)化分析，得出系統(tǒng)具有最優(yōu)溫度分布情況時(shí)的參數(shù)值．然后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行驗(yàn)證，并將封閉冷通道的方法應(yīng)用到該優(yōu)化后的系統(tǒng)中，進(jìn)一步考察優(yōu)化后系統(tǒng)的可擴(kuò)展性．研究結(jié)果表明，該優(yōu)化方法不僅能夠改善冷通道開(kāi)放的地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的溫度分布及氣流組織，并且優(yōu)化系統(tǒng)在冷通道封閉后，系統(tǒng)的溫度分布還會(huì)得到進(jìn)一步的改善．

關(guān)鍵詞:地板送風(fēng);空調(diào)系統(tǒng);數(shù)據(jù)機(jī)房;氣流組織

引用本文:張愷，張小松，李舒宏．地板送風(fēng)數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)氣流組織的優(yōu)化［J］．東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，45(00) : 62－69．DOI: 10．3969/j．issn．1001－0505．2016．01．011．

地板送風(fēng)系統(tǒng)最初應(yīng)用于產(chǎn)熱量高、人員少的數(shù)據(jù)機(jī)房中，其負(fù)荷處理能力高達(dá)200～1 000 W/m2［1］．盡管如此，受到機(jī)房?jī)?nèi)部熱源及人員分布不均等因素的影響，機(jī)房?jī)?nèi)還是容易出現(xiàn)局部過(guò)熱等現(xiàn)象［2］．

通常改善機(jī)房?jī)?nèi)部熱環(huán)境的方法是增加機(jī)房空調(diào)的供冷量，但這會(huì)造成能源的巨大浪費(fèi)［3－6］．對(duì)此，劉成等［7］經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改善機(jī)房?jī)?nèi)部氣流組織可有效改善機(jī)房?jī)?nèi)部局部過(guò)熱等問(wèn)題．Arghode等［8］通過(guò)CFD建模分析了地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)房間及機(jī)柜的氣流分布情況，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證．Iyengar等［9］研究發(fā)現(xiàn)，采用k-ε紊流方程和簡(jiǎn)化模型使得地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)房間溫度分布的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差．Cruz等［10］通過(guò)7個(gè)紊流模型對(duì)地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用零方程和Spalart-Allamaras模型時(shí)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最為接近．

本文在上述研究的基礎(chǔ)上，提出一種通過(guò)改善機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)部氣流組織的方法對(duì)該地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，用以解決機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)部溫度分布不均等問(wèn)題．

1　研究方案

1. 1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)如圖1(a)所示．該地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)房間總尺寸為10 m(長(zhǎng))×6 m(寬)×3. 45 m(高)，其中，地板靜壓箱的高度為0. 45 m．機(jī)房?jī)?nèi)分2排布置10個(gè)尺寸相等的機(jī)柜，其中，單個(gè)機(jī)柜的尺寸為1. 1 m(長(zhǎng)) ×0. 6 m(寬)×2. 2 m(高)．如圖1(b)所示，2排機(jī)柜前門相對(duì)，平行放置在房間中部，2排機(jī)柜之間的距離為1. 4 m，機(jī)柜的前后門均由開(kāi)孔率為25%的多孔板構(gòu)成．機(jī)柜內(nèi)部則通過(guò)開(kāi)孔率為70%的多孔板將其分隔成6層，并且在2～6層每層上配備一個(gè)0. 75 kW的熱源，用來(lái)模擬數(shù)據(jù)設(shè)備．其中，將每個(gè)機(jī)柜最上層的熱源作為備用熱源，正常使用中僅2～5層的熱源工作．同時(shí)，系統(tǒng)中每個(gè)機(jī)柜頂部配備3個(gè)排風(fēng)扇，用以強(qiáng)化機(jī)柜內(nèi)部換熱．根據(jù)圖1(c)所示，2排機(jī)柜前門之間的送風(fēng)通道為冷通道，2排機(jī)柜各自的后門和與之相對(duì)的房間內(nèi)墻之間的排風(fēng)通道為熱通道．該地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)采用10個(gè)0. 6 m(長(zhǎng))×0. 6 m(寬)、開(kāi)孔率為45%的格柵板作為送風(fēng)末端，并安置在冷通道的架空地板上．另外，為了使送風(fēng)更加均勻，在地板靜壓箱下距靜壓箱送風(fēng)入口1. 2 m處設(shè)置有開(kāi)孔率為40%的整流板．為保證房間內(nèi)部不受外界溫度變化的影響，房間的墻壁及頂棚均采用100 mm厚的聚氨酯發(fā)泡板，所有聚氨酯發(fā)泡板的內(nèi)外表面均由彩鋼板包裹．

該地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)房間內(nèi)的溫度測(cè)點(diǎn)布置如圖1(b)和(c)所示．為測(cè)量機(jī)柜內(nèi)、外的溫度，分別在機(jī)柜1和機(jī)柜10內(nèi)部以及機(jī)柜3外部布置溫度測(cè)點(diǎn)．溫度測(cè)點(diǎn)的垂直高度分別為0. 27，0. 62，0. 97，1. 40，1. 67和2. 02 m(從架空地板表面算起)．同時(shí)，以機(jī)柜內(nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)的水平位置作為機(jī)柜內(nèi)部各層的水平中心位置，而機(jī)柜外部測(cè)點(diǎn)則與柜門的垂直中心線平行布置，且與柜門相距0. 15 m．同時(shí)，該地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為:靜壓箱入口溫度為17. 0℃;房間回風(fēng)溫度為35. 0℃;房間送風(fēng)量為8 000 m3/h;機(jī)柜頂部單個(gè)排風(fēng)扇的排風(fēng)量為3. 7 m3/min．

圖1　地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)(單位: m)

1. 2數(shù)值建模

本文的數(shù)值建模通過(guò)Computational Fluid Dynamics (CFD)軟件中的Airpak來(lái)完成．Airpak數(shù)值模擬軟件提供了室內(nèi)零方程模型、RNG k-ε模型及k-ε兩方程模型等［11］．其中，室內(nèi)零方程具有穩(wěn)定性好、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于預(yù)測(cè)室內(nèi)氣流組織分布［12］．為了簡(jiǎn)化計(jì)算，做如下假設(shè):

1)室內(nèi)空氣遵循Bossinesq假設(shè)，為不可壓縮流體;

2)室內(nèi)氣流為穩(wěn)定湍流;

3)忽略黏性力產(chǎn)生的熱耗散;

4)忽略房間的空氣滲漏．

根據(jù)以上假設(shè)，給出如下控制方程［13］:

1)連續(xù)性方程

2)動(dòng)量方程

式中，ρ為空氣密度，kg /m3; ui為速度在xi方向的分量，m /s; xi為坐標(biāo)軸方向，i =1，2，3時(shí)分別表示X，Y，Z軸方向; uj為速度在xj方向的分量，m /s; xj為坐標(biāo)軸方向，j = 1，2，3時(shí)分別表示X，Y，Z軸方向; p為壓力，Pa;μeff為有效黏度系數(shù)，m2/s;β為膨脹系數(shù); Te為環(huán)境溫度，K; T為空氣溫度，K; gi為i方向的重力加速度分量，m /s2;Γeff為有效湍流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s; s為房間熱源發(fā)熱量，W; cp為空氣質(zhì)量定壓熱容，J/(kg·K)．

式(2)中的有效黏度為湍流黏度和層流黏度之和，可表示為

3)能量方程

式中，Preff為有效普朗特?cái)?shù)，取為0. 9．

1. 3優(yōu)化方案

在保持地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的房間尺寸、房間負(fù)荷、送風(fēng)量及機(jī)柜的相對(duì)位置不變的情況下，可能影響機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)部氣流組織及溫度分布的因素主要有機(jī)柜柜門的開(kāi)孔率、機(jī)柜內(nèi)部隔板的開(kāi)孔率、機(jī)柜排風(fēng)扇的數(shù)量及位置、送風(fēng)格柵的數(shù)量．這4個(gè)因素對(duì)機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)部的氣流組織及溫度分布的影響并非獨(dú)立存在，而是相互關(guān)聯(lián)的．因此，針對(duì)以上4個(gè)影響因素，提出圖2所示的優(yōu)化方案．圖中，“/1”表示優(yōu)化前的結(jié)果，“/2”表示優(yōu)化后的結(jié)果．

式中，μ為層流黏度系數(shù)，m2/s;μt為湍流黏度系數(shù)，m2/s．

為便于計(jì)算，Chen等［13］對(duì)μt的求解進(jìn)行了簡(jiǎn)化，即

式中，V為局部平均速度，m /s; l為長(zhǎng)度，m．

有效湍流擴(kuò)散系數(shù)可表示為

圖2　優(yōu)化流程圖

根據(jù)圖2，整個(gè)優(yōu)化過(guò)程可分為4個(gè)步驟:

①保持機(jī)柜頂部排風(fēng)扇的位置及數(shù)量、機(jī)柜柜門的開(kāi)孔率以及格柵板的數(shù)量不變，調(diào)整機(jī)柜內(nèi)部隔板的開(kāi)孔率．利用Airpak計(jì)算機(jī)柜內(nèi)部隔板的開(kāi)孔率由0%變化到90%時(shí)機(jī)柜內(nèi)外的溫度分布的變化，選取系統(tǒng)最優(yōu)溫度分布時(shí)所對(duì)應(yīng)的機(jī)柜內(nèi)部隔板的開(kāi)孔率，以此作為下一步的輸入值．

（2）致死劑量LPS組（LPS組）：按照Kayagaki等（Kayagaki,et al.Science.2013）［8］的方法，腹腔注射LPS每千克體質(zhì)量54 mg（致死劑量LPS）。

②將第1步計(jì)算所得的機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率作為設(shè)定值，同時(shí)保持機(jī)柜頂部排風(fēng)扇的位置及數(shù)量、格柵板的數(shù)量不變，調(diào)整機(jī)柜柜門的開(kāi)孔率．通過(guò)Airpak計(jì)算出機(jī)柜柜門的開(kāi)孔率由5%變化到95%時(shí)機(jī)柜內(nèi)外溫度分布的變化，從而得到最佳的溫度分布所對(duì)應(yīng)的柜門與隔板的開(kāi)孔率．將最佳開(kāi)孔率與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果二者一致，則進(jìn)行下一步優(yōu)化過(guò)程．否則根據(jù)本次計(jì)算結(jié)果調(diào)整柜門開(kāi)孔率的設(shè)定值，并返回①重新計(jì)算．

③保持第2步計(jì)算確定的柜門與隔板的開(kāi)孔率，以及格柵板的數(shù)量不變，改變機(jī)柜排風(fēng)扇的位置和數(shù)量，通過(guò)Airpak計(jì)算出最適合第2步所得的安裝位置和數(shù)量．

④以第3步的計(jì)算結(jié)果作為輸入值，通過(guò)Airpak計(jì)算出格柵板的最佳安裝數(shù)量，并以此組合作為最終計(jì)算結(jié)果．

2　溫度分布影響因素

2. 1機(jī)柜隔板開(kāi)孔率

為了可以簡(jiǎn)單直觀地反映出機(jī)柜內(nèi)部及前后門處的溫度分布，本文借助盒形圖進(jìn)行分析．盒形圖是一種用于分析數(shù)據(jù)分布情況的統(tǒng)計(jì)圖．在盒形圖中，水平直線是該批數(shù)據(jù)的中位值，盒子的上邊和下邊分別是上四分位值和下四分位值，盒子外面的短橫線為該批數(shù)據(jù)的最大值和最小值，盒子中間的小方框?yàn)樵撆鷶?shù)據(jù)的平均值［14］．通過(guò)盒形圖可以直觀地看出機(jī)柜內(nèi)部及機(jī)柜前后門處的最高及最低溫度，以及機(jī)柜內(nèi)部和機(jī)柜前后門處的溫度分布情況．

圖3為隔板開(kāi)孔率的變化對(duì)地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)溫度分布影響的盒形圖．為了保證機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備能夠安全可靠地長(zhǎng)期運(yùn)行，一方面機(jī)房?jī)?nèi)部的溫度應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求;另一方面，則要在安裝及加工工藝允許的前提下，盡可能保證機(jī)柜內(nèi)部及機(jī)柜前后門處的溫度分布相對(duì)均勻，避免局部過(guò)熱．

從圖3(a)和(b)可以看出，在其他條件不變的前提下，隨著機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率的增加，機(jī)柜內(nèi)部的溫度總體上呈下降的趨勢(shì)，且機(jī)柜內(nèi)部溫度分布的均勻性也明顯提高．因此，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量加大機(jī)柜內(nèi)部隔板的開(kāi)孔率．從圖3 (c)可以看出，隨著機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率的增大，氣流在機(jī)柜內(nèi)部流動(dòng)的阻力將逐漸減小，這會(huì)促使空調(diào)送風(fēng)在較低的位置改變流向，從而使得大量溫度較低的空調(diào)送風(fēng)直接進(jìn)入機(jī)柜．同時(shí)，由于大量空調(diào)送風(fēng)直接進(jìn)入機(jī)柜，機(jī)柜前門的垂直溫差則會(huì)有所增加．這一現(xiàn)象在機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率達(dá)到70%時(shí)最為明顯．從圖3(d)可以看出，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率超過(guò)30%時(shí)，機(jī)柜隔板的開(kāi)孔率對(duì)機(jī)柜后門的溫度分布影響很小．因此，綜合考慮圖3的溫度分布情況及多孔板的加工工藝，選取開(kāi)孔率為70%的多孔板作為該機(jī)柜的內(nèi)部隔板．

圖3　隔板開(kāi)孔率對(duì)溫度分布的影響

2. 2柜門開(kāi)孔率

保持機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率為70%不變，調(diào)整機(jī)柜柜門的開(kāi)孔率．圖4為機(jī)柜柜門開(kāi)孔率由5%增大到95%時(shí)機(jī)柜內(nèi)外的溫度分布變化情況．

由圖4(a)～(c)可以看出，機(jī)柜柜門開(kāi)孔率的變化對(duì)機(jī)柜內(nèi)部及機(jī)柜前門的溫度分布的影響要明顯低于機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率對(duì)其的影響，并且該影響主要集中在5%～35%開(kāi)孔率的范圍內(nèi)．當(dāng)機(jī)柜柜門開(kāi)孔率超過(guò)35%時(shí)，柜門開(kāi)孔率的變化對(duì)機(jī)柜內(nèi)部及機(jī)柜前門的溫度分布的影響開(kāi)始逐漸減弱．相比而言，機(jī)柜柜門的開(kāi)孔率對(duì)機(jī)柜后門的溫度分布則具有較強(qiáng)的影響，當(dāng)柜門開(kāi)孔率超過(guò)25%時(shí)，機(jī)柜后門的溫度分布情況將明顯惡化(見(jiàn)圖4(d) )．因此，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率為70%時(shí)，綜合考慮機(jī)柜內(nèi)部溫度分布及機(jī)柜前后門處的溫度分布情況，取機(jī)柜柜門的開(kāi)孔率為25%．

圖4　機(jī)柜柜門孔率對(duì)溫度分布的影響

2. 3機(jī)柜排風(fēng)扇

機(jī)柜排風(fēng)扇的位置和數(shù)量的變化對(duì)地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)溫度分布的影響如圖5所示．圖中，風(fēng)扇編號(hào)“1”表示僅開(kāi)啟1號(hào)風(fēng)扇，“1 /2”則表示同時(shí)開(kāi)啟1號(hào)和2號(hào)風(fēng)扇，依此類推．

圖5　機(jī)柜排風(fēng)扇的數(shù)量和位置對(duì)溫度分布的影響

由圖5(a)和(b)可以看出，在保持機(jī)柜內(nèi)部隔板和機(jī)柜柜門開(kāi)孔率分別為70%和25%的情況下，機(jī)柜頂部風(fēng)扇的數(shù)量及位置的變化對(duì)機(jī)柜內(nèi)部的溫度分布影響并不明顯，相比而言，“1/2”和“1/ 2/3”兩種設(shè)置方式要優(yōu)于其他配置方式．

由圖5(c)可以看出，1號(hào)風(fēng)扇對(duì)機(jī)柜前門的溫度影響較大，關(guān)閉1號(hào)風(fēng)扇時(shí)，機(jī)柜前門處的最高溫度相對(duì)較低．這主要是由于關(guān)閉1號(hào)風(fēng)扇后，機(jī)柜內(nèi)部的熱氣流主要通過(guò)機(jī)柜后部向上排出，從而使得前門處的溫度有所降低．但是，機(jī)柜頂部風(fēng)扇采取“1/2/3”的布置方式時(shí)(見(jiàn)圖5(d) )，機(jī)柜后門處的溫度值要低于采用“1/2”的布置方式．并且采取“1/2/3”的布置方式時(shí)，機(jī)柜后門處的溫度分布情況也相對(duì)較好．由于機(jī)房設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先保證機(jī)柜內(nèi)部的溫度分布，因此，最終確定機(jī)柜頂部風(fēng)扇采取“1/2/3”的布置方式．

2. 4送風(fēng)末端

由圖6(a)、(b)和(d)可以看出，在保持其他設(shè)定條件不變的情況下，隨著送風(fēng)末端數(shù)量的減少，機(jī)柜內(nèi)部和機(jī)柜后門處的溫度將明顯升高，垂直溫度分布情況也相對(duì)較差．但是送風(fēng)末端數(shù)量的減少也導(dǎo)致送風(fēng)面積隨之減少，從而在系統(tǒng)送風(fēng)量不變的前提下，送風(fēng)速度及射流高度都會(huì)隨著送風(fēng)面積的減少而有所增加．因此，也就導(dǎo)致機(jī)柜前門處的溫度及溫度分布會(huì)隨著送風(fēng)末端數(shù)量的減少而有所改善(見(jiàn)圖6(c) )．但出于優(yōu)先保證機(jī)柜內(nèi)部溫度的考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在冷通道內(nèi)還是應(yīng)該盡量增加送風(fēng)末端的數(shù)量．

圖6　送風(fēng)末端的數(shù)量對(duì)溫度分布的影響

3　模型驗(yàn)證及應(yīng)用

3. 1模型驗(yàn)證

為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性，首先搭建地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖7所示．

圖7　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)布置圖

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部的溫度通過(guò)精度等級(jí)為A級(jí)的K型熱電偶進(jìn)行測(cè)量，所有的熱電偶都已連接到Agilent34970數(shù)據(jù)采集儀上，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集儀將自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并傳入電腦．系統(tǒng)送風(fēng)量則通過(guò)量程為40～4 300 m3/h、相對(duì)精度為±3%的風(fēng)量罩進(jìn)行測(cè)量．另外，每組實(shí)驗(yàn)之前系統(tǒng)需運(yùn)行5～6 h，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，即系統(tǒng)的溫度波動(dòng)在±0. 1℃范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)．為保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，系統(tǒng)記錄時(shí)間為60 min，采樣周期為10 s．最后，以記錄周期內(nèi)的平均值作為本次測(cè)試的最終結(jié)果．該地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果為:靜壓箱入口溫度為(17. 0±0. 1)℃，房間回風(fēng)溫度為(35. 1±0. 1) ℃;房間送風(fēng)量為(8 000±150) m3/h;機(jī)柜頂部單個(gè)排風(fēng)扇的排風(fēng)量為(220±6) m3/h．

優(yōu)化后實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)溫度與數(shù)值計(jì)算溫度對(duì)比如圖8所示．從圖中可以看出，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算的結(jié)果非常接近．因此，該模型可以較好地反映該地板送風(fēng)機(jī)房實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的氣流組織形式及溫度分布情況．

3. 2優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用

封閉冷通道作為一種改善地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)氣流組織與溫度分布的方法，已被廣泛應(yīng)用到地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中．但在實(shí)際應(yīng)用中，封閉冷通道能否達(dá)到預(yù)期的改善效果，仍然需要綜合考慮送風(fēng)末端及機(jī)柜等各方面因素的影響［15］．為驗(yàn)證優(yōu)化后的地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及封閉冷通道方式是否可以進(jìn)一步改善該優(yōu)化系統(tǒng)的溫度分布情況，本文將優(yōu)化后的地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的冷通道封閉后與封閉前的溫度分布情況進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖9所示．

圖8　優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)測(cè)溫度與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比

圖9　冷通道封閉對(duì)優(yōu)化系統(tǒng)溫度分布的影響

如圖9(a)和(b)所示，優(yōu)化后的地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在封閉冷通道后，機(jī)柜內(nèi)部的溫度分布情況得到了進(jìn)一步的改善．同時(shí)，機(jī)柜內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)的溫度都有不同程度的降低，降低范圍為1～8℃．

同時(shí)，由圖9(c)可以看出，在系統(tǒng)的冷通道封閉后，機(jī)柜前門的垂直溫度分布變得十分均勻，各溫度測(cè)點(diǎn)的溫度值也都有不同程度的降低，尤其是1. 67和2. 02 m處的溫度降幅分別高達(dá)9和15℃．但是，冷通道封閉后將導(dǎo)致冷通道內(nèi)的壓力增大，較高的壓力有助于冷空氣進(jìn)入機(jī)柜冷卻熱源，同時(shí)也會(huì)迫使機(jī)柜內(nèi)部的熱空氣向機(jī)柜后部移動(dòng)，這導(dǎo)致了機(jī)柜后門處溫度的整體升高(見(jiàn)圖9 (d) )．從總體上看，封閉冷通道對(duì)優(yōu)化后的地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)溫度分布的改善十分明顯，也說(shuō)明該優(yōu)化方法不僅對(duì)冷通道開(kāi)放的系統(tǒng)有優(yōu)化作用，同時(shí)優(yōu)化后的系統(tǒng)在冷通道封閉后，系統(tǒng)的溫度分布情況還會(huì)得到進(jìn)一步的改善．

4　結(jié)論

1)提出一種通過(guò)改善機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)部氣流組織與溫度分布從而對(duì)地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行驗(yàn)證．該方法可在不增加系統(tǒng)能耗的情況下有效改善地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的溫度分布．

2)隨著機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率的增加，機(jī)柜內(nèi)部的溫度總體上呈下降趨勢(shì)，且機(jī)柜內(nèi)部溫度分布的均勻性明顯提高．而機(jī)柜柜門開(kāi)孔率的變化對(duì)機(jī)柜內(nèi)部溫度分布的影響要明顯低于機(jī)柜內(nèi)部隔板開(kāi)孔率的影響，并且該影響僅在開(kāi)孔率較小時(shí)比較明顯．同時(shí)，為優(yōu)先保證機(jī)柜內(nèi)部具有較好的溫度分布，應(yīng)盡量增加機(jī)柜頂部排風(fēng)扇及冷通道內(nèi)送風(fēng)末端的數(shù)量．

3)采用封閉冷通道的方式對(duì)優(yōu)化后的地板送風(fēng)機(jī)房空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)溫度分布的改善效果十分明顯．因此，該優(yōu)化方法不僅能對(duì)冷通道開(kāi)放的系統(tǒng)有優(yōu)化作用，同時(shí)優(yōu)化后的系統(tǒng)在冷通道封閉后，系統(tǒng)的溫度分布情況還會(huì)得到進(jìn)一步的改善．

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Optimization on airflow distribution in data room air-conditioning system with underfloor air distribution

Zhang Kai Zhang Xiaosong Li Shuhong
(School of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing 210096，China)

Abstract:The method to optimize the airflow and temperature distribution in the data room is proposed due to the feature of high heat，small occupation area，and high integration in it．First，a model is established for data room air-conditioning system with underfloor air distribution (UFAD) by using the CFD software Airpak，and the box-plot is adopted to analyze the influence factors on the airflow distribution．Thus，the parameters for the optimization distribution of temperature are obtained．Then，the optimized model is validated with the experiments，and closing cold aisle is applied to the optimized system to investigate its expandability．The results show that the optimized method not only can be used to improve the distribution of temperature and airflow in the data room air-conditioning system with UFAD，but also can be integrated with the method of closing cold aisle making further improvement of temperature distribution．

Key words:underfloor air distribution; air-conditioning system; data room;airflow distribution

基金項(xiàng)目:“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011BAJ03B05)．

收稿日期:2015-06-05．

作者簡(jiǎn)介:張愷(1981—)，男，博士生;張小松(聯(lián)系人)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，rachpe@ seu．edu．cn．

DOI:10．3969/j．issn．1001－0505．2016．01．011

中圖分類號(hào):TU831

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1001－0505(2016) 01-0062-08