引言UPS作为数据中心重要的重要电源保障，其安全稳定运行对数据中心意义重大。根据《数据中心设计规范》（GB 50174—2017），UPS安全运行温度要求为20~30 ℃。UPS发热量较大，空调气流组织对UPS机房维持稳定温度具有重要作用。1项目概况本项目位于云南昆明某水电公司的集控中心大楼，2006年12月已竣工。本次建设内容为主楼数据系统（A级）配备的部分电源设备迁至负一层地下车库新建UPS机房，新建UPS机房面积222 m2。UPS机房全年制冷，冬、夏季集中冷源为设置2台风冷直膨式精密空调（1用1备），单台机组制冷量70 kW；加湿量10 kg/h。空调主机置于UPS房内，空调外机置于UPS机房外设备放置区。机房根据该公司企业内部标准要求，采用蓄电池与UPS机柜分离放置。UPS机柜置于UPS机房内，蓄电池置于里侧的蓄电池间。共用空调系统，UPS间气流组织为静电地板地板送风口，从静电地板处下送风。热风从上部回到精密空调上部回风口。考虑到蓄电池散热不大，每个蓄电池间采用下部防火风口与外侧UPS间连通，从蓄电池间静电地板处下送风。上部设置带防火阀的壁式换气扇排风，最终回到空调上部回风口的气流组织方式。2评价指标参数与气流模拟模型的选择2.1评价指标目前，用于评价数据中心热环境的评价指标，应用较广和较为成熟的指标有Sharma等提出的供热指数SHI、回热指数RHI指标[1-3]。本次气流组织模拟评价指标采用SHI和RHI。SHI是衡量热空气进入冷通道后对机架进风温度影响程度的指标。SHI值越小，表示室内气流组织越好。RHI是衡量冷空气进入热通道后对空调回风温度影响指标。该指标越大，空调送风冷却效率越高。理想情况下，SHI+RHI=1[3]。SHI=δQQ+δQ=∑j∑imi,jrcpTinri,j-Tref∑j∑imi,jrcpToutri,j-Tref (1)RHI=QQ+δQ=∑j∑imi,jrcpToutri,j-Tinri,j∑j∑imi,jrcpToutri,j-Tref (2)式中：δQ——空调送风在进入机柜之前的焓值增量，kW；Q——数据中心全部机柜总发热量，kW；mi,jr——流经第i行第j列机架空气质量流量，kg/s；Tref——空调送风温度，℃；cp——空调定压比热，kJ/(kg·K)；Tinri,j、Toutri,j——第i型第j列机柜进、排风平均温度，℃。2.2气流模拟模型选择建筑室内空气流动处于湍流运动状态，其中的K-ε紊流模型在高雷诺数情况下，模拟结果较为准确。鉴于UPS机房气流特点，选用K-ε紊流模型进行模拟[4-6]。3空调气流组织模拟优化研究3.1方案介绍目前气流组织对数据中心热环境研究主要为：架空地板高度，地板格栅开孔率对数据中心气流组织的相关影响[7]；空调布置形式，送、回风形式对气流组织的影响[8]；机柜放置位置对气流组织的影响[9]；在地板下架设静压箱增设挡板形式对热环境影响[4]。该项目为在原有地下车库新增UPS机房，静电地板高度限定为450 mm。模拟优化分析选定地板送风口有效面积、布置位置、送风口数量，研究上述参数对空调气流组织的影响。各方案情况如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.T001表1气流组织方案方案送风口个数/个送风口有效面积/（m2/个）UPS机房送风口位置方案一180.18Y方向距机柜1 m方案二250.18风口贴机柜布置方案三180.18Y方向距机柜0.4 m方案四180.10Y方向距机柜0.4 m方案五180.30Y方向距机柜0.4 m3.2模拟优化方案分析方案一至方案三在送风口有效面积相同的情况下，对比送风口个数和位置变化对空调气流组织的影响。方案一和方案三，风口数量相同、位置不同。因蓄电池间热量较小。蓄电池室风口位置数量不变，方案主要对比的是UPS机柜的送风口的位置变化。方案一送风口与UPS机柜平行布置，距机柜间隔1m。方案三与UPS机柜平行布置，距机柜间隔0.4m。根据温度场模拟图可以看到方案三温度场气流组织效果要优于方案一。方案二增加UPS机柜前送风口数量，不过从温度场模拟图上，并没有带来性能指标的显著提升。方案三、四、五，在风口布置位置不变的情况下，方案四调整了送风口的有效面积，开孔率有效面积为总面积的27%，而方案三有效面积为50%左右，方案五在83%左右。对比三个方案的温度场模拟图，方案三为最优方案，这也与文献[7]中“地板格栅开孔率为40%~50%时，可有效改善机房热环境，避免冷热掺混，气流组织效果最佳”得出结论相吻合。各方案机房布置如图1~图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F001图1方案一UPS机房平面布置10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F002图2方案二UPS机房平面布置10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F003图3方案三、方案四、方案五UPS机房平面布置根据各方案温度场模拟图机柜进、排风温度和评价指标，计算得到各方案的SHI值和RHI值，如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.T002表2气流组织方案评价指标对比方案SHI值RHI值方案一0.450.55方案二0.280.72方案三0.300.70方案四0.420.58方案五0.360.64得到的计算值和相关文献模拟结果机房未封闭的指标范围0.50~0.85[10]范围相吻合。各方案温度场模拟如图4~图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F004图4方案一温度场模拟10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F005图5方案二温度场模拟10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F006图6方案三温度场模拟10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F007图7方案四温度场模拟10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.014.F008图8方案五温度场模拟方案二、方案三的气流组织得到的评价指标结果相近，对比其他各方案模拟结果最好，即SHI值最小、RHI值最大，空调送风冷却效率高。方案三与方案二相比，送风口单个有效面积相同，布置送风口数量比方案二少，由此可知在送风口数量一定时，再增加送风口数量对房间气流组织效果影响较小。方案一和方案三送风口个数相同，单口送风口有效面积相同，距离机柜的距离不一致。方案一：与UPS机柜平行布置，距机柜间隔1 m，方案三：与UPS机柜平行布置，距机柜间隔0.4 m。模拟结果现实方案三的评价指标结果优于方案一。方案三~方案五风口布置方案相同，单口送风口有效面积分别为风口总面积的50%、27%和83%。50%的开孔率效果最佳，也与之前相关文献得出相同结果[7]。根据气流组织模拟方案对比，最终设计选择方案三进行设计，机房投入运行后取得了预期效果。4结语通过优化模拟研究得到：UPS机房中送风口距离UPS机柜的位置对气流组织效果影响较大；送风口数量达到一定数量时，再增加送风口数量对气流组织影响不明显；送风口有效面积在50%左右，可以避免冷热掺混，取得较好的机房气流组织分布效果，送风口有效面积过大或过小，都对机房气流组织不利。实际设计中，可根据机房布置情况，先布置送风口与机柜相对位置进行气流组织模拟，送风口开孔率控制在50%左右。通过气流组织确定送风口最佳布置位置，制定UPS机房空调气流组织最优化方案。