基于CFD 6Sigma的数据机房能耗优化与研究

胡超 杜贤开 王超

摘 要：数据中心机房是能源消耗大户，通过改善其内部环境可以很好地减少能耗。本课题基于CFD 6Sigma软件对实际案例进行三维模型的构建，通过仿真分析模拟出机房内部的气流组织情况，同时利用K-means算法得出机柜负荷状态的聚类结果，建立出机柜的数学模型。通过其数学模型设计了基于机柜负荷变化的空调变风量模糊PID控制器，通过对比传统PID控制器，前者具有显著优势，并在CFD 6Sigma中验证了理论分析的合理性。

关键词：CFD 6Sigma;K-means算法;数学模型;模糊PID控制器

中图分类号：TP393  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）01-0033-04

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由于数据中心的特殊性，其能耗水平高低与机房内设备的容量规模也成正比关系，因此各国的专家学者也在不断探索研究如何降低机房能耗。国内外对于机房节能的研究已经持续很长的时间，如何将机房的能耗有效地降低始终是研究的课题[1，2]。孙研[3]等对机房中的能耗情况进行了综合的分析给出评测机房节能效果的一些指标。张起勋[4]是运用CFD对通信机房建立物理模型，得出了在机房内部温度总体误差控制在12%左右的结论。目前对数据中心节能的研究主要集中在两个方面：送风方式的改变以及机房内部送风温度的改善来改善环境。

本文将在构建3D模型基础上对数据机房内部的气流与温度场进行分析，同时借助数据挖掘算法对机柜的负荷数据进行分析，建立了机柜的数学模型，设计了机柜负荷变化的空调变风量模糊PID控制器，改善机房内部环境状况。……