CN208387152U - 一种集成t型树状送风管道系统的地板送风数据中心空调系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种集成T型树状送风管道系统的地板送风数据中心空调系统，包括精密空调、架空地板、位于架空地板上方的服务器机柜和封闭冷通道、位于架空地板下方的T型树状送风管道系统、变径管和空调出风管道，以及安置在架空地板上的地板送风散流器。本实用新型通过T型树状结构的送风管道系统将空调风先集中再分配，依照送风管道系统的T型树状结构布置服务器机柜，并将冷通道封闭。本实用新型不仅可以实现对数据中心内各服务器机柜处的均匀送风，减少机柜局部热点状况的发生，还能降低空调系统的送风阻力，降低空调能耗。
Description
技术领域
本实用新型属于数据中心空调技术领域，具体来说，涉及一种集成T型树状送风管道系统的地板送风数据中心空调系统。
背景技术
目前，绝大多数数据中心采取地板送风空调系统，空调风通过地板静压箱及架空地板上的穿孔地板对服务器机柜进行冷却。地板送风空调系统具有热力分层的特性，在实际工作中仅需要考虑对工作区进行冷却，因此相对于传统的上送风空调系统，该系统的送风温度较高，可节约运行能耗；且该系统可将工作区的热空气带离至非工作区，改善房间内的气流组织。
目前常见的地板送风空调系统的配置方式有敞开式地板静压箱和在地板静压箱内设置送风管道两种。敞开式地板静压箱是目前大多数数据中心采取的配置方式，该配置方式易于施工，不需要安装额外的送风管道及末端，且送风阻力小，运行能耗较低；然而，地板静压箱存在漏风和热衰减的问题，对空调能耗产生一定影响；此外，地板静压箱内的流场十分复杂，空气压力分布不均匀，且气流受到静压箱内各种障碍物的影响，导致对不同位置的服务器机柜冷却效果存在显著差异，进而导致机柜内局部热点现象的产生。在地板静压箱内设置送风管道的配置方式克服了漏风和热衰减的问题，且空调风受到静压箱内障碍物的影响较小，但是该配置方式的空气流动阻力较大，增加了能耗，且需要配合末端调压装置方能保证各送风位置送风均匀。
本实用新型提出了在地板静压箱内布置T型树状送风管道的配置形式。一方面，管道的布置缓解了地板静压箱漏风和热衰减的现象，降低了障碍物对空调风的影响，优化了气流组织；另一方面，管道系统各段的长度和宽度满足一定的数学关系，对管道的布置结构进行了优化，使得该配置形式能够降低空调风的流动阻力，减少能耗；另一方面，由于T型管道布置形式的特点，各送风末端的流动阻力基本相等，空调风的气流组织和机柜送风的均匀程度可得到极大改善。
实用新型内容
本实用新型提供一种集成T型树状送风管道系统的地板送风数据中心空调系统，该系统不仅可以实现对数据中心内各服务器机柜处的均匀送风，减少机柜局部热点状况的发生，还能降低空调系统的送风阻力，降低空调能耗。
为实现本实用新型目的，本实用新型实施例采用的一种集成T型树状送风管道系统的地板送风数据中心空调系统，该系统包括精密空调、架空地板、位于架空地板上方的服务器机柜和封闭冷通道、位于架空地板下方的T型树状送风管道系统、变径管和空调出风管道，以及安置在架空地板上的地板散流器。
作为优选例，所述的精密空调安置在架空地板上，其顶部设有空调回风口；
空调出风管道的输入端贯穿架空地板并与精密空调的出风口连接，空调出风管道的输出端与变径管的输入端相连接；
空调出风管道顶部与架空地板重合，底部与楼板重合。
作为优选例，所述的T型树状送风管道系统(8)可包含N级分支送风管道并同时包含N-1级三通，N是大于1的正整数；
使用正整数n表示管道支路的级数，各级支路的风管中心线长度和当量直径分别如式(1)和式(2)所示：
其中，Ln *为第n级支路风管中心线的长度，Ld为地板散流器(6)的长度，a为大于1的常数，De，n为第n级支路的当量直径，Wc为封闭冷通道(5)的宽度，H为架空地板(1)与楼板(2)的垂直距离，b为大于1的常数。
作为优选例，所述的T型树状送风管道系统(8)内各级支路的长度和宽度计算方法如下：
使用变量Wn表示第n级支路的宽度，各级支路的宽度的计算方法如式(3)所示：
使用Ln表示第n级支路的长度，令N为不小于3的正整数，对于一个包含N级支路的T型树状地板送风管道(8)，各级支路的长度如式(4)、式(5)和式(6)所示：
作为优选例，所述的服务器机柜包含位于封闭冷通道一侧的机柜进风口、位于机柜背部的机柜出风口，以及放置在机柜内部的数台服务器。
作为优选例，所述的封闭冷通道和一定数量的服务器机柜可组合形成机柜编组；一个机柜编组包含两排服务器机柜以及两排机柜中间的封闭冷通道；两排机柜的机柜数目相等；封闭冷通道的长度与机柜排列的长度相等；封闭冷通道内的架空地板被地板散流器所替代；两排服务器机柜的机柜进风口的底部边缘均与地板散流器的长边侧重合。
作为优选例，所述的机柜编组数量可拓展至2的幂次方，一个包含N级支路的T型树状地板送风管道的数据中心空调系统可为2N-2个规格相同的机柜编组提供冷却服务，其第N级支路的输入端与空调出风管道的输出端相连接；若空调出风管道的输出端的宽度与第N级支路的输入端的宽度不相同，则需要将空调出风管道的输出端与变径管的输入端相连接，将第N级支路的输入端与变径管的输出端相连接。
与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：
(1)本实用新型实施例通过在地板送风数据中心空调系统的地板静压箱中设置T型树状送风管道系统，缓解了地板静压箱漏风和热衰减的现象，降低了障碍物对空调风的影响，优化了气流组织；
(2)本实用新型通过一定的关系对管道的长度和宽度进行设置，对管道的布置结构进行了优化，使得该配置形式能够降低空调风的流动阻力，减少能耗；
(3)由于T型管道布置形式的特点，各送风末端的流动阻力基本相等，空调风的气流组织和机柜送风的均匀程度可得到极大改善。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中的服务器机柜结构示意图；
图3是本实用新型实施例中的T型树状多级管道系统的管道连接方式示意图。
图中有：架空地板1，楼板2，精密空调3，空调回风口301，服务器机柜4，机柜进风口401，服务器402，机柜出风口403，封闭冷通道5，地板散流器6，变径管7，变径管输入端701，变径管输出端702，T型树状多级管道系统8，第1级支路801，第2级支路802，第3级支路803，第1级三通804，第2级三通805，第1级支路输入端8011，第1级支路输出端8012，第2级支路输入端8021，第2级支路输出端8022，第3级支路输入端8031，第3级支路输出端8032，第1级三通输入端8041，第1级三通顶部输出端8042，第2级三通输入端8051，第2级三通输出端8052，空调出风管道9，空调出风管道输入端901，空调出风管道输出端902。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型实施例的技术方案进行详细的说明。
如图1、图2和图3所示，本实用新型实施例的一种集成T型树状地板送风管道的数据中心空调系统，包括精密空调3、架空地板1、位于架空地板1上方的服务器机柜4和封闭冷通道5、位于架空地板1下方的T型树状多级管道系统8和变径管7和空调出风管道9，以及安置在架空地板1上的地板散流器6。
上述实施例的空调系统，利用该系统实现了对服务器402的冷却降温，保障其运行的安全。以下为数据中心房间内气流的循环过程：数据中心房间内温度较高的空气被精密空调3顶部的空调回风口301所吸收，经过精密空调3内部的换热过程转变为温度较低的空调风；空调风由架空地板1下方的空调出风管道9送出，经过变径管7到达T型树状多级管道系统8；空调风依次经过第3级支路803、第2级支路802和第1级支路801，通过第1级支路801顶部的地板散流器6进入封闭冷通道5；封闭冷通道5避免了冷量的损失，空调风进入服务器机柜4前部的机柜进风口401，与服务器402进行热量交换，变为温度较高的空气后从机柜出风口403进入数据中心房间，与房间内的空气相混合，再次被空调回风口301所吸收。以此循环，直至结束。
上述实施例的T型树状多级管道系统，其管道系统设计方式如下：
首先，统计数据中心内拟放置的服务器机柜4的数量，根据统计结果设计数个包含两排数量相等的服务器机柜4以及机柜中间的封闭冷通道5的机柜编组，使得机柜编组的数量不小于2个且为2的幂次方，并且使数据中心内服务器机柜4的总数与机柜编组的数量满足式(1)：
Nrack＝2ngnrow 式(1)
其中，Nrack为数据中心内服务器机柜4的总数，ng为机柜编组的数量，nrow为一个机柜编组内单排机柜的机柜数量；
使封闭冷通道5的长度等于机柜排列的长度，并合理确定封闭冷通道5的宽度，将封闭冷通道5内的架空地板全部替代为地板散流器6，并使两排服务器机柜4的机柜进风口401的底部边缘均与地板散流器6的长边侧重合；
根据机柜编组的数量确定T型树状多级管道系统8的级数，若机柜编组为2N-2个，则管道系统8的级数为N，其中N为大于2的正整数；
根据封闭冷通道5的地面尺寸设计第1级支路801的长度和宽度，使第1级支路801的宽度等于封闭冷通道5的宽度，风管中心线长度为地板散流器6长度的一半；
根据数据中心的面积、房间布置和架空地板1的高度合理确定相邻两级支路之间的风管中心线长度比a和当量直径比b，并使管道系统的流动阻力损失尽可能降到最低，从而确定各级支路的风管中心线长度和当量直径，如式(2)和式(3)所示：
式中，n为正整数，Ln *为第n级支路风管中心线的长度，Ld为地板散流器(6)的长度，a为大于1的常数，De，n为第n级支路的当量直径，Wc为封闭冷通道(5)的宽度，H为架空地板(1)与楼板(2)的垂直距离，b为大于1的常数；
根据各级支路的当量直径计算各级支路的宽度，如式(4)所示：
其中，变量Wn为第n级支路的宽度；
根据各级支路的风管中心线长度和宽度计算得到各级支路的长度，使用Ln表示第n级支路的长度，Ln *表示第n级支路风管中心线的长度，令N为不小于3的正整数，对于一个包含N级支路的T型树状地板送风管道8，各级支路的长度如式(5)、式(6)和式(7)所示：
上述实施例的T型树状多级管道系统，以3级T型送风管道系统为例，其管道安装方式如下：
第1级支路801、第2级支路802、第3级支路803、第1级三通804、第2级三通805和变径管7的顶部均与架空地板1重合，底部均与楼板2重合；
第1级支路801的输出端8012贯穿架空地板1与地板散流器6相连接，第1级支路801的输入端8011与第1级三通804的输出端8042相连接；
第2级支路802的输入端8021与第2级三通805的输出端8052相连接，第2级支路802的输出端8022与第1级三通804的输入端8041相连接；
第3级支路803的输入端8031与变径管7的输出端702相连接，第3级支路803的输出端8032与第2级三通805的输入端8051相连接；
第1级三通804的顶部输出端8042贯穿架空地板1与地板散流器6相连接；
当管道系统拓展至N级时，各级支路、各级三通的顶部均与架空地板1重合，底部均与楼板2重合；第m级支路的输入端与第m级三通的输出端相连接，输出端与第m-1级的输入端相连接，其中m为不小于2且小于N的正整数；第N级支路的输入端与空调出风管道9的输出端902相连接；若第N级支路的输入端宽度与空调出风管道9的输出端902的宽度不相同，则需要将空调出风管道9的输出端902与变径管7的输入端701相连接，将第N级支路的输入端与变径管7的输出端702相连接。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种集成T型树状送风管道系统的地板送风数据中心空调系统，其特征在于，该系统包括精密空调(3)、架空地板(1)、位于架空地板(1)上方的服务器机柜(4)和封闭冷通道(5)、位于架空地板(1)下方的T型树状送风管道系统(8)、变径管(7)和空调出风管道(9)，以及安置在架空地板(1)上的地板散流器(6)。
2.根据权利要求1所述的集成T型树状送风管道系统的地板送风数据中心空调系统，其特征在于，所述的精密空调(3)安置在架空地板(1)上，其顶部设有空调回风口(301)；
空调出风管道(9)的输入端(901)贯穿架空地板(1)并与精密空调(3)的出风口连接，空调出风管道(9)的输出端(902)与变径管(7)的输入端(701)相连接；
空调出风管道(9)顶部与架空地板(1)重合，底部与楼板(2)重合。
3.根据权利要求1所述的集成T型树状送风管道的地板送风数据中心空调系统，其特征在于，所述的T型树状送风管道系统(8)可包含N级分支送风管道并同时包含N-1级三通，N是大于1的正整数；
使用正整数n表示管道支路的级数，各级支路的风管中心线长度和当量直径分别如式(1)和式(2)所示：
其中，Ln *为第n级支路风管中心线的长度，Ld为地板散流器(6)的长度，a为大于1的常数，De，n为第n级支路的当量直径，Wc为封闭冷通道(5)的宽度，H为架空地板(1)与楼板(2)的垂直距离，b为大于1的常数。
4.根据权利要求3所述的集成T型树状送风管道的地板送风数据中心空调系统，其特征在于，所述的T型树状送风管道系统(8)内各级支路的长度和宽度计算方法如下：
使用变量Wn表示第n级支路的宽度，各级支路的宽度的计算方法如式(3)所示：
使用Ln表示第n级支路的长度，令N为不小于3的正整数，对于一个包含N级支路的T型树状地板送风管道系统(8)，各级支路的长度如式(4)、式(5)和式(6)所示：
5.按照权利要求1所述的集成T型树状送风管道的地板送风数据中心空调系统，其特征在于，所述的服务器机柜(4)包含位于封闭冷通道(5)一侧的机柜进风口(401)、位于机柜(4)背部的机柜出风口(403)，以及放置在机柜(4)内部的数台服务器(402)。
6.按照权利要求1所述的集成T型树状地板送风管道的数据中心空调系统，其特征在于，所述的封闭冷通道(5)和一定数量的服务器机柜(4)可组合形成机柜编组；一个机柜编组包含两排服务器机柜(4)以及两排机柜中间的封闭冷通道(5)；两排机柜的机柜数目相等；封闭冷通道(5)的长度与机柜排列的长度相等；封闭冷通道(5)内的架空地板(1)被地板散流器(6)所替代；两排服务器机柜(4)的机柜进风口(401)的底部边缘均与地板散流器(6)的长边侧重合。
7.按照权利要求6所述的集成T型树状送风管道的地板送风数据中心空调系统，其特征在于，所述的机柜编组数量可拓展至2的幂次方，一个包含N级支路的T型树状地板送风管道系统(8)的数据中心空调系统可为2N-2个规格相同的机柜编组提供冷却服务，其第N级支路的输入端与空调出风管道(9)的输出端(902)相连接；若空调出风管道(9)的输出端(902)的宽度与第N级支路的输入端的宽度不相同，则需要将空调出风管道(9)的输出端(902)与变径管(7)的输入端(701)相连接，将第N级支路的输入端与变径管(7)的输出端(702)相连接。
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