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系統識別號 U0002-1306201316154700
中文論文名稱 利用基因演算法對機房散熱進行配置最佳化
英文論文名稱 Reserch on Spacing Optimization for Temperature Reduction in a Data Center Using Genetic Algorithms
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 陳永祥
研究生英文姓名 Yung-Hsiang Chen
學號 600430085
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-15
論文頁數 81頁
口試委員 指導教授-湯敬民
委員-湯同達
委員-陳慶祥
中文關鍵字 基因演算法  散熱  最佳化  FDS 
英文關鍵字 Genetic algorithms  cooling  optimization  FDS 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 隨著全球能源枯竭導致能源成本快速增加,台灣多數能源無法自給自足,需仰賴國外進口;國際能源價格又節節攀升,國內民生物價也隨之水漲船高,造成人民怨聲不斷。近年來因為溫室效應、聖嬰現象等問題,使得環保意識抬頭、綠色節能減碳的議題逐漸受到各界的重視。因數據中心之維運需要大量的能源,如何有效利用使能源效率最大化、並降低其營運成本以達到節能減碳的目的為本研究的主要目標。
本文主要利用基因演算法建置散熱最佳的機房散熱配置,節省機房的能源損耗,提高機房的散熱效率以達到節能省碳之效果。本研究利用機櫃間的走道間距、冷氣擺放位置及冷氣出風口的溫度做為參數進行機房內溫度差異的比較,首先利用走道做為最初染色體所得到的最佳結果,再與接下來的參數做交配,交配後比較其結果得到最佳配置方式。在本研究案例比較下得知,主要影響機房內溫度差異最大的因素為機房內流場的變化。由FDS觀察流場變化可見冷氣擺放位置影響機房溫度的差異,遠比改變走道間距差異大。本研究中之最佳的配置案例顯示,此例之機房內的對流循環良好、整體溫度分佈較其他案例平均,且此案例配置中冷氣直接對著溫度較高的熱通道進行吹送,可達到良好的降溫效果。
英文摘要 The energy is much more expensive nowadays because of the global energy depletion. Most of the energy needed in Taiwan has to be imported from the foreign country. With the global oil prices continue to rise, domestic oil prices is correspondingly getting higher. Due to the issues of greenhouse effect, El Nino, etc, people starts to concern about the subjects of eco-friendly and energy-saving. However, the data center consumes lots of energy while operating. Therefore, how to maximize the efficiency of consuming energy and lower the cost of operation of a data center is the main subject of this research.
In this research, we used the genetic algorithms to build an optimized cooling configuration of a data center. The controlling parameter included were the spacing between the cabinets, the placement of air conditioner, and the temperature of the cold air flow.
The optimized results obtained by previous simulation as well as the placement of air conditioners were used as controlling parameters of the successive computation to obtain an optimized configuration of the data center.
The main cause of temperature variation in the room is found to be the moving flow in the data center. By flow patterns observations, the effect of temperature reduction caused by the relocation of air conditioner is higher than the spacing changes between aisles.
Final results showed that the placement of the air conditioner was the most important parameters for temperature reduction, since the flow can be blown directly into the high temperature aisles and hence cooling the field.
論文目次 目錄 I
表目錄 II
圖目錄 VI
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
第三章 研究方法 8
3.1 數值方法 8
3.1.1 FDS簡介 8
3.1.2 統御方程式 9
3.2 最佳化方法 12
3.2.1 理論基礎 12
3.2.2 實數型基因演算法 13
3.2.3 實數型基因演算法運作流程: 13
第四章 機房散熱配置最佳化設計 17
4.1 模擬機房設定 17
4.2 設計步驟 18
第五章 最佳化過程結果與討論 20
5.1 案例一之結果與分析 20
5.2 案例二之結果與分析 21
5.3 機房降溫效率之討論與分析 23
5.4 綜合結果與分析 24
第六章 結果與討論 26
6.1 結論 26
6.2未來建議 27
參考文獻 28
研討會論文簡要版 71

表目錄
表一: 19英吋標準機櫃尺寸表 ........................................................... 31
表二:FDS模擬40組不同機櫃走道間距之溫度分佈平均值 ............ 33
表三:單一冷氣移動後之各走道及機房平均溫度 .............................. 34
表四:四種冷氣不同排列方式之各走道及機房平均溫度 .................. 36
表五:案例16、案例39之走道與冷氣交配後之均溫 ....................... 37
表六:案例16冷氣由22度降至18度溫度差異比較 ........................ 38
表七:案例1、案例40之走道與冷氣交配後之均溫 ......................... 39
表八:案例1冷氣由22度降至18度溫度差異比較 .......................... 40

圖目錄
圖3-1 機櫃間的通道間距 ...................................................................... 41
圖3-2 面對面機櫃排列方式氣流循環 .................................................. 41
圖3-3 LES運算流程 ............................................................................... 42
圖3-4 FDS基本架構圖 ........................................................................... 43
圖3-5 基因演算法流程圖 ...................................................................... 44
圖4-1 FDS機房平面配置圖 ................................................................... 45
圖4-2 FDS機房設置圖 ........................................................................... 46
圖4-3.1 案例9901移動擺放示意圖 ..................................................... 48
圖4-3.2 案例9902移動擺放示意圖 ..................................................... 50
圖4-3.3案例9903移動擺放示意圖 ...................................................... 52
圖4-3.4 案例9904移動擺放示意圖 ..................................................... 54
圖4-4.1 冷氣機排列方式一 ................................................................... 55
圖4-4.2 冷氣機排列方式二 ................................................................... 55
圖4-4.3 冷氣機排列方式三 ................................................................... 56
圖4-4.4 冷氣機排列方式四 ................................................................... 56
圖4-5案例1111之z=1.5m XY平面60、120、175秒的溫度場 ...... 58
圖4-6案例2120之z=1.5m XY平面60、120、175秒的溫度場 ...... 60
圖4-7案例3120之z=1.5m XY平面60、120、175秒的溫度場 ...... 62
圖4-8案例4120之z=1.5m XY平面60、120、175秒的溫度場 ...... 64
圖4-9案例3120之y=2.1m XZ平面60、120、175秒的溫度場 ...... 66
圖4-10案例3120之y=3.7m XZ平面60、120、175秒的溫度場 .... 68
圖4-11 走道案例16 ............................................................................... 69
圖4-12 走道案例39 ............................................................................... 69
圖4-13 走道案例01 ............................................................................... 70
圖4-14 走道案例40 ............................................................................... 70
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