通信機房空調(diào)氣流組織形式優(yōu)化系統(tǒng)研究

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1、中國移動聯(lián)合研發(fā)項目結(jié)題匯報中國移動聯(lián)合研發(fā)項目結(jié)題匯報報告報告項目名稱：項目名稱：項目編號：通信機房空調(diào)氣流組織形式優(yōu)化系統(tǒng)研項目編號：通信機房空調(diào)氣流組織形式優(yōu)化系統(tǒng)研究究第2頁 開題計劃完成情況開題計劃完成情況目目 錄錄二、主要研究成果（整合后）二、主要研究成果（整合后）第3頁1.1 1.1 研究背景研究背景1 1、研究機房氣流組織，提高熱交換效率，降低機房空調(diào)能耗，是綠色節(jié)能、研究機房氣流組織，提高熱交換效率，降低機房空調(diào)能耗，是綠色節(jié)能的需要。的需要。a a、國際熱點：、國際熱點： 氣溫變暖、冰川消失、海平面升高、荒漠、沙塵、臭氧空洞、不可再生資源日益減少，我們的生存環(huán)境在日益惡化。

2、節(jié)約能源，減少溫室氣體排放，保護我們賴以生存的地球，已經(jīng)成為國際熱點問題；b b、基本國策：、基本國策： 能源問題是制約經(jīng)濟發(fā)展的主要問題，在國家“十一五”發(fā)展綱要中特別強調(diào)指出能源問題的緊迫性，提出了要把節(jié)約能源作為基本國策，并將能源消耗指標(biāo)作為“十一五”規(guī)劃目標(biāo)中最重要的約束性指標(biāo)之一；c c、中國移動的重點、中國移動的重點工作：工作： 為了響應(yīng)國家號召，作為通信行業(yè)的主導(dǎo)企業(yè)，中國移動制定了“2010年單位業(yè)務(wù)量的耗電量比2005年下降40”的宏偉目標(biāo)，集團公司、省公司、地市公司都十分重視這項工作。第4頁 開發(fā)一套專門針對通信機房溫度及氣流組織仿真的軟件，應(yīng)用到機房空調(diào)設(shè)計及后評估階段，

3、提高機房空調(diào)設(shè)計科學(xué)性，并可有效解決目前機房普遍存在的氣流組織不暢及熱點問題，提高機房空調(diào)效率，節(jié)約能源消耗建立機房CFD評估檔案，對機房進行持續(xù)性評估，為今后的改造和擴容提供科學(xué)依據(jù)三、課題研究目標(biāo)三、課題研究目標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)1 1解決現(xiàn)有問題 對上送風(fēng)、下送風(fēng)兩種氣流組織模式，分析局部過熱原因，提出解決方案，并結(jié)合工程實踐，找到系統(tǒng)化解決方案，徹底解決機房“熱島”問題；目標(biāo)目標(biāo)2 2 為更大功率密度機房探尋合理的氣流組織模式；目標(biāo)目標(biāo)3 3 通過全方位多渠道優(yōu)化氣流組織，提高熱交換效率，適當(dāng)提高環(huán)境溫度，減少能源消耗，節(jié)能率達到10%以上。機房氣流機房氣流組織模擬組織模擬分析分析氣流組織氣流組

4、織模式效率模式效率分析及整分析及整改改第5頁1.2 1.2 主要研究內(nèi)容及分工（開題報告）主要研究內(nèi)容及分工（開題報告） 機房熱問題仿真軟件，利用流體力學(xué)和數(shù)值計算的方法，建立一個三維的機房模型，通過計算得到機房溫度場、壓力場、速度場的數(shù)據(jù)，仿真出各種方案對機房熱環(huán)境的影響，從而推導(dǎo)出最為合理和科學(xué)的機房布局和散熱方案。1、建立溫度及氣流組織測試模型，測試機房內(nèi)空調(diào)送回風(fēng)速度及溫度，采用計算機自動采集控制點溫度值。2、模擬機房設(shè)備基本布局，獲得室內(nèi)空氣和設(shè)備散熱面整體的溫度分布情況。3、建立基于CFD（Computational Fluid Dynamisc計算流體力學(xué)）的計算模型。利用數(shù)值模

5、擬技術(shù)，得到機房整體溫度場及速度矢量場空間分布信息。4、模擬機房內(nèi)不同氣流組織方案下機房內(nèi)的通風(fēng)效率和用能情況，通過優(yōu)化計算功能確定出合理的通信機房氣流組織方案。為了徹底解決“熱島”問題，將搜集匯總?cè)〈嬖凇盁釐u”現(xiàn)象的機房，分析局部過熱的原因，制定解決措施，進行整改，驗證整改效果：1、不同氣流組織模式的效率分析；2、風(fēng)帽上送風(fēng)、風(fēng)管上送風(fēng)、地板下送風(fēng)的適應(yīng)場合；3、風(fēng)帽上送風(fēng)存在的問題分析及解決方案；4、風(fēng)管上送風(fēng)存在的問題分析和解決方案；5、地板下送風(fēng)存在的問題分析和解決方案；6、空調(diào)配置和安裝布局，通信設(shè)備自身散熱方式和設(shè)備排列方式；7、各種氣流組織模式對建筑物的基本要求；8、可控回風(fēng)的

6、專項研究。氣流組織模式氣流組織模式效率分析及整效率分析及整改改機房氣流組織機房氣流組織模擬分析模擬分析第6頁1.2 1.2 主要研究內(nèi)容及分工主要研究內(nèi)容及分工 黑龍江公司：側(cè)重建立機房布局及氣流組織測試模型，編寫機房空調(diào)氣流組織形式優(yōu)化系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)測試規(guī)范。與第三方合作開發(fā)通信機房空調(diào)氣流組織形式評價軟件，組織試點，測試軟件準確性及可操作性。河南公司：搜集匯總?cè)〈嬖凇盁釐u”現(xiàn)象的機房，分析局部過熱的原因，制定解決措施，進行整改，驗證整改效果，為解決現(xiàn)有機房的“熱島”問題提供全方位解決方案；并能對機房空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)有借鑒作用，從而實現(xiàn)設(shè)計初期就規(guī)避問題的發(fā)生。浙江公司：針對數(shù)據(jù)機房地板

7、下送風(fēng)方式存在的不足提出一種簡易、實用的機房溫度場測試方案，并為新型數(shù)據(jù)機房提出氣流組織優(yōu)化方案。第7頁成果：成果：本課題專門針對通信機房存在的局部過熱及PUE值偏大問題，提出采用CFD熱仿真模擬技術(shù)，模擬出機房熱分布和氣流組織分布，并根據(jù)計算結(jié)果得出解決機房局部過熱問題的最優(yōu)方案。同時，也可為新建機房或機房擴容改造提供科學(xué)的指導(dǎo)。項目達到了預(yù)期目標(biāo)。不足：不足：需進一步簡化模擬軟件的操作方法，以更適應(yīng)設(shè)計及維護人員的使用。機房氣流組織模擬分析氣流組織模式效率分析及整改成果：成果：針對上送風(fēng)、下送風(fēng)兩種氣流組織模式的大功率密度大發(fā)熱量機房，都給出了很好的解決方案，而且進行了實際使用的驗證，效果

8、很好，為解決機房“熱島”問題積累了寶貴經(jīng)驗 ，應(yīng)該說很好地完成了開題計劃項目，達到了預(yù)期目的。 不足：不足：由于沒有空間高度合適的機房，沒能完成“可控回風(fēng)”這一子項的驗證，但根據(jù)多年工作經(jīng)驗，可控回風(fēng)肯定能改善機房內(nèi)的氣流組織循環(huán)，避免機房內(nèi)的氣流“漩渦”，提高熱交換效率，對下送風(fēng)模式的大發(fā)熱量（單機柜平均耗電功率5KW以上）機房，會有很好的效果。第8頁一一. . 開題計劃完成情況開題計劃完成情況目目 錄錄二、主要研究成果（整合后）二、主要研究成果（整合后）第9頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（名詞定義）研究內(nèi)容（名詞定義）CFD熱仿真技術(shù)： CFD（Computational Fluid Dyna

9、misc計算流體力學(xué)）采用CFD熱仿真模擬技術(shù)，針對具體的現(xiàn)場環(huán)境計算出機房熱分布和氣流組織分布，提出最優(yōu)的改進措施。機房“熱島”: 機房內(nèi)大部分設(shè)備工作區(qū)域溫度正常，而在局部,比如一片區(qū)域、多片區(qū)域、或者一個點、多個點出現(xiàn)明顯的高溫，給設(shè)備運行帶來危害，這種由于設(shè)備散熱不良，空調(diào)制冷無法帶走設(shè)備發(fā)熱，導(dǎo)致機房內(nèi)局部過熱的現(xiàn)象稱為機房“熱島”。機房“熱島”指的是設(shè)備區(qū)域的局部過熱現(xiàn)象。通信機房氣流組織不暢分析：通信機房氣流組織不暢分析：現(xiàn)有部分機房在空調(diào)總冷量大于機房總發(fā)熱量的情況下仍然出現(xiàn)了局部過熱現(xiàn)象，導(dǎo)致熱點的原因有很多，如：高熱密度問題、氣流組織問題、機房布局問題等，眾多因素互相影響，

10、僅憑傳統(tǒng)經(jīng)驗無法得出科學(xué)的判斷。增機房空調(diào)設(shè)計根據(jù)發(fā)熱量來配置空調(diào)制冷量，沒有充分考慮機房內(nèi)的氣流組織形式。因此，部分機房建設(shè)完成后便出現(xiàn)氣流組織不暢、局部溫度過高或過低，或者空調(diào)整體能耗設(shè)計過大，造成浪費。第10頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（問題分析）研究內(nèi)容（問題分析）1. 1.存在問題分析存在問題分析1.11.1、上送風(fēng)上走線方式存在的主要問題、上送風(fēng)上走線方式存在的主要問題a a、冷熱氣流混合，冷卻效率低下、冷熱氣流混合，冷卻效率低下 無論是風(fēng)帽送風(fēng)還是風(fēng)管送風(fēng)，常規(guī)方案都不能形成真正意義上的冷熱通道，空調(diào)冷風(fēng)并不會按照人們的想象流向需要冷卻的設(shè)備然后從所謂的熱通道回到空調(diào)回風(fēng)口，空氣流

11、動受到設(shè)備排列、設(shè)備發(fā)熱量、設(shè)備自身散熱方式、機房形狀和大小、裝機密度、走線橋架和線纜布放等諸多因素的影響，不可避免地出現(xiàn)熱空氣的無效混合，熱交換效率低下；b b、送風(fēng)阻擋、回風(fēng)不暢、送風(fēng)阻擋、回風(fēng)不暢 消防管道、照明燈具、空調(diào)風(fēng)管、走線架、光纖槽、2M線纜導(dǎo)致送風(fēng)阻擋、回風(fēng)不暢的現(xiàn)象十分常見，特別是隨著設(shè)備逐步安裝，走線架上連接線纜堆積越來越高，有的橫亙于機架上方，阻擋送風(fēng)和回風(fēng)，導(dǎo)致氣流短路。 第11頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（問題分析）研究內(nèi)容（問題分析）1.21.2、下送風(fēng)上走線方式存在的主要問題：、下送風(fēng)上走線方式存在的主要問題：a a、靜壓箱遭到破壞，失去合理分配氣流的功能、靜壓箱

12、遭到破壞，失去合理分配氣流的功能 靜壓箱由防靜電地板和樓板地面之間的空間構(gòu)成，所有設(shè)備采取切割地板的安裝方式，每個機架底部都成為沒有任何遮攔的送風(fēng)口，在機房內(nèi)布滿設(shè)備之前，靜壓箱早已破壞殆盡，靜壓箱功能喪失，在發(fā)熱設(shè)備送風(fēng)口測量風(fēng)速微弱，不能帶走設(shè)備發(fā)熱量。不加控制地隨意切割地板導(dǎo)致靜壓箱功能喪失，不能實現(xiàn)風(fēng)量的合理分配，是上走線下送風(fēng)氣流組織模式機房內(nèi)局部過熱的主要原因；b b、走線架、消防管道等阻擋回風(fēng)、走線架、消防管道等阻擋回風(fēng) 在機房的上層空間，線纜布放不合理，大量線纜堆積，并且垂直于回風(fēng)方向，阻擋熱空氣回流，也導(dǎo)致從空調(diào)送來的冷風(fēng)走不合理的“路徑”回到空調(diào)回風(fēng)口，無法冷卻設(shè)備，導(dǎo)致局

13、部過熱。第12頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（問題分析）研究內(nèi)容（問題分析）1.31.3、現(xiàn)有機房存在的共性問題、現(xiàn)有機房存在的共性問題a、設(shè)備排列不合理，前后散熱的設(shè)備“面”、“背”依次排列，第一排設(shè)備的排風(fēng)，部分被第二排設(shè)備吸入，導(dǎo)致機房內(nèi)溫度階梯分布，形成機房內(nèi)的“熱島”現(xiàn)象；b、各種不同散熱方式的機架（前進風(fēng)后排風(fēng)、前進風(fēng)上排風(fēng)、底部和前面板均可進風(fēng)向上排風(fēng)）混合放置在一個房間，相互影響，形成氣流混亂，導(dǎo)致機房內(nèi)出現(xiàn)“熱島”。 第13頁ACCRAC2.1 2.1 研究內(nèi)容（問題分析）研究內(nèi)容（問題分析）第14頁n 需檢測的內(nèi)容及項目需檢測的內(nèi)容及項目空調(diào)氣流組織評估風(fēng)帽上送風(fēng)1）在風(fēng)帽送風(fēng)

14、配置時，檢測現(xiàn)場空調(diào)送風(fēng)流速衰減后的送風(fēng)距離。送風(fēng)距離范圍應(yīng)能覆蓋相應(yīng)區(qū)域內(nèi)主設(shè)備2）風(fēng)帽送風(fēng)范圍內(nèi)有否障礙物對送風(fēng)造成干擾3）空調(diào)送風(fēng)是否能有效覆蓋機房的發(fā)熱設(shè)備區(qū)域4）繪出并分析機房空調(diào)送風(fēng)流速分布圖5）分別模擬機房內(nèi)安裝的各臺空調(diào)發(fā)生故障時機房氣流組織的變化，并繪出機房氣流組織的變化分布圖地板下送風(fēng)1）地板下送風(fēng)配置時應(yīng)檢測地板距地面高度，最小高度應(yīng)滿足規(guī)范要求2）檢查地板下障礙物對送風(fēng)氣流的影響2）測量地板下靜壓箱內(nèi)的空氣流速，繪出流速分布圖3）測量地板下送風(fēng)開設(shè)風(fēng)口的送風(fēng)流速4）分別模擬并測量機房內(nèi)各臺空調(diào)發(fā)生故障停機時，送回風(fēng)氣流組織的變化，繪出氣流組織的變化分布圖5）如果空調(diào)機組

15、與主機房不在同一個房間，測量并評估回風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)流速及回風(fēng)阻力，并測評空調(diào)機房的負壓情況風(fēng)管上送風(fēng)1）風(fēng)管送風(fēng)條件下核算送風(fēng)靜壓箱內(nèi)設(shè)計流速2）風(fēng)管送風(fēng)條件下核算主風(fēng)管設(shè)計流速3）風(fēng)管送風(fēng)條件下核算支管送風(fēng)流速4）風(fēng)管送風(fēng)條件下核算送風(fēng)口流速5）送回風(fēng)阻力核算6）分別模擬并測量機房內(nèi)各臺空調(diào)發(fā)生故障時，空調(diào)氣流組織的變化，繪出空調(diào)氣流組織的變化分布圖2.1 2.1 研究內(nèi)容研究內(nèi)容機房空調(diào)氣流組織評估方案第15頁n 測試方法及實施過程測試方法及實施過程測試評估機房氣流組織模型的建立（參照原設(shè)計圖紙或現(xiàn)場繪制）分析送風(fēng)阻力與空調(diào)設(shè)備機外余壓的匹配情況，分析是否存在送風(fēng)典型障礙、氣流短路、熱空氣再

16、循環(huán)等不利因素選取機房局部負荷較高的典型區(qū)域，采用紅外熱成象儀等溫度測量儀器及風(fēng)速測量儀器進行局部溫度、送風(fēng)流速或風(fēng)量的測定，發(fā)現(xiàn)熱死點，并繪制輸出局部溫度分布圖測算各機架的負荷功率，核算各機架的發(fā)熱負荷，估算環(huán)境的總建筑負荷，疊加生成機房的負荷分布圖CFD熱仿真評估現(xiàn)場采集機房信息和數(shù)據(jù)用CFD軟件建立機房模型用CFD軟件進行后臺運算機房的氣流組織分布圖2.1 2.1 研究內(nèi)容研究內(nèi)容機房空調(diào)氣流組織評估方案第16頁n 測評工具測評工具序號序號工具名稱工具名稱用途用途1風(fēng)速儀檢測各測量點的空氣流速2風(fēng)量罩檢測送風(fēng)口的風(fēng)量3紅外熱成象儀檢測機房局部溫度分布情況2.1 2.1 研究內(nèi)容研究內(nèi)容機

17、房空調(diào)氣流組織評估方案第17頁n 需檢測的內(nèi)容及項目 機房溫度場評估內(nèi)容包括機房熱負荷估算、機房溫度場分布測評機房溫機房溫度場分度場分布評估布評估正常運行在機房內(nèi)取采樣點測試機房溫度場分布情況，采樣測量分布在各主設(shè)備機架間通道、設(shè)備與機房墻體間通道、空調(diào)附近通道等位置的溫度值，繪出機房的溫度場分布圖，將機房內(nèi)的高溫危險區(qū)域標(biāo)定在機房溫度分布平面圖上結(jié)合氣流組織情況分析高溫區(qū)域的原因，并研究改善及解決方案模擬故障運行分別模擬測試其中一臺乃至所有空調(diào)發(fā)生故障時機房溫升情況，了解掌握各臺空調(diào)發(fā)生故障時對機房溫度造成的影響，將影響結(jié)果繪制成溫度變化分布示意圖結(jié)合氣流組織情況分析部分空調(diào)發(fā)生故障情況下，

18、機房溫升的危險程度，并研究改善及解決對策2.1 2.1 研究內(nèi)容研究內(nèi)容機房空調(diào)氣流組織評估方案第18頁n 測試方法及實施過程測試方法及實施過程測試評估測算各機架所安裝數(shù)據(jù)設(shè)備的功率，核算各機架所安裝數(shù)據(jù)設(shè)備的發(fā)熱負荷，再估算機房環(huán)境的建筑負荷，疊加生成機房的負荷分布圖核算機房現(xiàn)有空調(diào)的配置和安裝位置，提出配置和布局的改進建議根據(jù)第一步估算，選取典型的區(qū)域，采用紅外熱成象儀等溫度測量儀器進行檢測，發(fā)現(xiàn)熱死點，記錄局部溫濕度曲線，驗證第二步分析的問題CFD熱仿真評估現(xiàn)場采集機房信息和數(shù)據(jù)用CFD軟件建立機房模型用CFD后臺運算機房的溫度、風(fēng)速等參數(shù)的分布圖2.1 2.1 研究內(nèi)容研究內(nèi)容機房空調(diào)

19、氣流組織評估方案第19頁n 測評工具測評工具序號工具名稱用途1多點式溫度計檢測各測量點的空氣溫度2便攜式溫濕度計檢測各測量點的空氣溫濕度3干濕球溫度搖表檢測各測量點的空氣溫濕度4紅外熱成象儀測量區(qū)域溫度分布2.1 2.1 研究內(nèi)容研究內(nèi)容機房空調(diào)氣流組織評估方案第20頁通信機房氣流組織形式模擬評價軟件開發(fā)通信機房氣流組織形式模擬評價軟件開發(fā) 通過開發(fā)通信機房氣流組織形式評價軟件，用戶一方面可以準確地獲得通信機房內(nèi)氣流和溫度的空間分布信息，然后利用軟件提供的后處理功能與可視化技術(shù)，得到實際通信機房內(nèi)各種不同氣流組織方案下機房內(nèi)的通風(fēng)效率和用能情況，從而判斷是否出現(xiàn)局部過熱情況；進而確定出合理的通

20、信機房氣流組織方案。該軟件主要由以下三大模塊構(gòu)成：1.2.1 1.2.1 用戶界面與前處理模塊用戶界面與前處理模塊用戶在前處理界面中主要完成如下功能：（1）機房描述和編輯功能：主要是確定機房和內(nèi)部設(shè)備的尺寸、繪制直墻、設(shè)備形狀等；編輯功能則是對當(dāng)前圖形設(shè)定參數(shù)進行編輯，如改變樓層和設(shè)備、風(fēng)口高度等。設(shè)備和風(fēng)口通過建立的構(gòu)件庫進行調(diào)用選取；（2）系統(tǒng)描述功能：用于描述通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)信息，如風(fēng)口送風(fēng)速度（流量）、送風(fēng)溫度等；（3）顯示功能：控制當(dāng)前圖形的顯示狀況，包括視窗配置、視圖縮放、機房空間不同部件的著色、消隱等。圖：機房三維建模示意圖圖：機房三維建模示意圖第21頁通信機房氣流組織形式模擬

21、評價軟件開發(fā)通信機房氣流組織形式模擬評價軟件開發(fā)網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分CFD計算所使用的網(wǎng)格可分為以下兩大類：1）結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（structured grid），2）非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（unstructured grid）。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的特點是節(jié)點排列有序、相鄰節(jié)點間關(guān)系明確；非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格則節(jié)點位置無法用固定的法則予以有序的命名，表現(xiàn)出隨機性。考慮到機房自身和內(nèi)部設(shè)備幾何形狀比較具有規(guī)律性，故默認為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，可使網(wǎng)格生成過程簡單，同時節(jié)省運算時間。網(wǎng)格間距默認為均勻分布，間距值可由用戶調(diào)整，可實現(xiàn)局部加密。圖：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格示意圖圖：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格示意圖CFDCFD主計算模塊主計算模塊湍流計算模型湍流計算模型表征流體流動特性

22、的基本方程組包括：1）連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒）；2）運動方程，即N-S方程（動量守恒）；3）溫度傳輸方程（能量守恒）； 離散方法離散方法在利用上述控制方程對流場進行求解時，需要通過數(shù)值方法把連續(xù)的計算域劃分為若干個子區(qū)域，并確定每個區(qū)域中的節(jié)點，從而將計算域轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格構(gòu)成的有限離散點集。然后選取適當(dāng)?shù)臄?shù)值方法把偏微分方程及其定解條件轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格節(jié)點上相應(yīng)的代數(shù)方程組，通過求解該方程組，得到節(jié)點上的解。這就是CFD計算過程中的離散處理。如果網(wǎng)格劃分足夠細密的話，變量的離散分布解可以近似地代替精確解的連續(xù)數(shù)據(jù)。第22頁通信機房氣流組織形式模擬評價軟件開發(fā)通信機房氣流組織形式模擬評價軟件開發(fā)1.2.2.

23、4 1.2.2.4 邊界條件邊界條件邊界條件是指在求解空間域的邊界上所求解的物理量或其一階導(dǎo)數(shù)隨位置及時間變化的規(guī)律。本項目中機房（求解域）內(nèi)部存在的散熱設(shè)備或攪拌風(fēng)機等，這些條件屬于一類特殊的邊界條件。本項目中通過給出墻壁處的氣流或熱特性等來確定邊界條件。具體劃分的話，CFD計算的邊界條件可以分為流入口、流出口、自由邊界以及壁面邊界四類，分別說明如下：(a) 流入口:本項目中流入口（送風(fēng)口）的邊界條件采用已知或設(shè)定的風(fēng)速值。(b) 流出口:在室內(nèi)問題中，流出口對流場的影響一般沒有流入口大，所以邊界條件的設(shè)定可以比較自由。本項目中默認設(shè)定為各物理量梯度（如壓力）為零。(c) 壁面邊界:本項目用

24、有代表性的壁面函數(shù)法（wall function method）作為壁面邊界的默認設(shè)定方法，用以描述壁面對室內(nèi)流場的影響。該方法計算效率高，工程實用性強。 由于通信機房一般位于建筑內(nèi)部，沒有外墻，因此外擾（室外溫度、太陽輻射、風(fēng)力作用等）的影響可以忽略，壁面按絕熱條件進行默認處理。對于內(nèi)部散熱設(shè)備，將實際散熱量換算為表面熱流束的形式由用戶于界面上直接輸入。圖：殘差示意圖第23頁通信機房氣流組織形式模擬評價軟件開發(fā)通信機房氣流組織形式模擬評價軟件開發(fā)收斂性判斷收斂性判斷根據(jù)設(shè)定的收斂條件，當(dāng)計算變量（速度矢量、溫度等）計算值滿足用戶設(shè)定的收斂精度時，認為計算收斂，該步計算結(jié)束。增加對計算變量的計

25、算值進行逐次監(jiān)測和可視化顯示功能，計算者根據(jù)經(jīng)驗判斷計算值的變化情況，從而決定是否收斂。模擬運算模擬運算在完成上述設(shè)定過程后，利用各種計算操作所需指令，如機房風(fēng)速場計算、機房溫度場計算等進行模擬運算。后處理模塊后處理模塊數(shù)據(jù)采集與顯示數(shù)據(jù)采集與顯示機房空間內(nèi)的速度矢量用斷面矢量圖、溫度分布用斷面云圖在三維空間內(nèi)表示。斷面位置按缺省值固定，也可由用戶手動調(diào)整。同時可對數(shù)據(jù)結(jié)果文件進行平均化統(tǒng)計分析。圖：機房各斷面風(fēng)速矢量與溫度分布云圖第24頁評估軟件應(yīng)用評估軟件應(yīng)用機房空調(diào)氣流組織測試方法及實施過程機房空調(diào)氣流組織測試方法及實施過程測試評估測試評估1）機房氣流組織模型的建立（參照原設(shè)計圖紙或現(xiàn)場

26、繪制）。2）分析送風(fēng)阻力與空調(diào)設(shè)備機外余壓的匹配情況，分析是否存在送風(fēng)典型障礙、氣流短路、熱空氣再循環(huán)等不利因素。3）選取機房局部負荷較高的典型區(qū)域，采用紅外熱成象儀等溫度測量儀器及風(fēng)速測量儀器進行局部溫度、送風(fēng)流速或風(fēng)量的測定，發(fā)現(xiàn)熱死點，并繪制輸出局部溫度分布圖。4）測算各機架的負荷功率，核算各機架的發(fā)熱負荷，估算環(huán)境的總建筑負荷，疊加生成機房的負荷分布圖5）匹配分析冷量分布圖與負荷分布圖，分析典型的熱點問題，提供后續(xù)解決建議。熱仿真（熱仿真（CFDCFD）評估）評估現(xiàn)場采集機房信息和數(shù)據(jù)用CFD軟件建立機房模型用CFD軟件進行后臺運算機房的氣流組織的分布圖。根據(jù)運算結(jié)果，提出機房布局的改

27、進建議參照改進建議，優(yōu)化CFD軟件機房模型CFD 后臺運算，優(yōu)化后機房氣流組織的效果預(yù)測圖。第25頁機房空調(diào)溫度場測試方法及實施過程機房空調(diào)溫度場測試方法及實施過程測試評估測試評估1）測算各機架所安裝數(shù)據(jù)設(shè)備的功率，核算各機架所安裝數(shù)據(jù)設(shè)備的發(fā)熱負荷，再估算機房環(huán)境的建筑負荷，疊加生成機房的負荷分布圖2）核算機房現(xiàn)有空調(diào)的配置和安裝位置，提出配置和布局的改進建議3）根據(jù)第一步估算，選取典型的區(qū)域，采用紅外熱成象儀等溫度測量儀器進行檢測，發(fā)現(xiàn)熱死點，記錄局部溫濕度曲線，驗證第二步分析的問題熱仿真（熱仿真（CFDCFD）評估）評估現(xiàn)場采集機房信息和數(shù)據(jù)用CFD軟件建立機房模型用CFD后臺運算機房的

28、溫度、風(fēng)速等參數(shù)的分布圖根據(jù)運算結(jié)果，提出機房布局的改進建議參照改進建議，用CFD軟件優(yōu)化機房空調(diào)系統(tǒng)布局模型用CFD軟件進行后臺運算，輸出優(yōu)化后的機房溫度及氣流組織分布效果預(yù)測圖。第26頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷池冷池”方案）方案）2 2、大發(fā)熱量機房解決方案、大發(fā)熱量機房解決方案2.1 2.1 針對上送風(fēng)氣流組織模式數(shù)據(jù)機房的針對上送風(fēng)氣流組織模式數(shù)據(jù)機房的“冷池冷池”方案方案 鑒于機柜的結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在柜內(nèi)分層疊放的安裝方式，機柜屬于前面進風(fēng)，后面排風(fēng)，為了防止前一排機架排出的熱風(fēng)被后一排的機架吸入，改變了原來“面”“背”順序排列的方式，采用“面”對“面”，“背”靠“背”

29、排列，空調(diào)冷風(fēng)送到“面”對“面”的通道，即：“冷通道”，“背”對“背”的通道內(nèi)是 “熱通道”。想要實現(xiàn)熱風(fēng)沿著“熱通道”回到空調(diào)機的回風(fēng)口，實現(xiàn)“熱”“冷”通道分開的理想空調(diào)氣流組織。 然而，由于只是人為設(shè)想的兩個通道，之間沒有任何材料和設(shè)施來分隔，無法避免冷熱風(fēng)的直接交匯和冷風(fēng)沿“冷通道”回到空調(diào)機的回風(fēng)口的現(xiàn)象。 第27頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（解決方案）研究內(nèi)容（解決方案） 為了防止冷熱風(fēng)的直接交匯和冷風(fēng)沿“冷通道”回到空調(diào)機的回風(fēng)口，我們采取了人為隔離的措施，使得空調(diào)送來的冷風(fēng)和設(shè)備處于一個人為構(gòu)建的空間，就好比一個“池子”，空調(diào)送來的冷風(fēng)流過設(shè)備，和設(shè)備形成換熱后，排到“池子”以外

30、，“池子”以外匯聚的是熱風(fēng)，是名副其實的熱通道。因為空調(diào)冷風(fēng)送到密閉式的空間，仿佛放置于不斷送風(fēng)的“冷氣池子”之中，因而，形象地稱之為“冷池”方案。 第28頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）冗余管道送風(fēng)，風(fēng)量可調(diào)溫度采集器單列設(shè)備的冷池結(jié)構(gòu)第29頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）冗余管道送風(fēng)，風(fēng)量可調(diào)溫度采集器雙列設(shè)備冷池內(nèi)部情況，設(shè)備面朝面、背對背排列第30頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）第31頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）設(shè)備排風(fēng)口設(shè)備排風(fēng)口設(shè)備背對背排列，出風(fēng)口以外即為熱通道第32頁2.

31、1 2.1 研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）研究內(nèi)容（現(xiàn)場圖片）“冷池”機房整體布局圖第33頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷池冷池”組成及特點）組成及特點）2.1.12.1.1、“冷池冷池”機房的組成和特點機房的組成和特點a a、冷池：、冷池：在面對面排列的兩排設(shè)備兩端和頂部用用防火玻璃和鋁合金型材進行分隔，形成冷通道和熱通道，冷池的玻璃頂板上安裝著6個送風(fēng)口。冷池頂板套件可以引入氣體滅火，還預(yù)留了全智能精確送風(fēng)控制器安裝位置。 b b、空調(diào)區(qū)域：、空調(diào)區(qū)域：機房劃分為幾個空調(diào)區(qū)域，每個空調(diào)區(qū)域必須有1臺作為備份機組，滿足n+1的運行要求，實現(xiàn)精密空調(diào)的冷量就可以按照各個冷池為散熱單元的散熱量進

32、行精確分配。 c c、全智能精確送風(fēng)控制器：、全智能精確送風(fēng)控制器：具備風(fēng)量、溫度、功耗監(jiān)測，可以自動調(diào)節(jié)送風(fēng)量，實現(xiàn)機柜精確送風(fēng)或者區(qū)域精確送風(fēng)。 第34頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷池冷池”運行情況）運行情況）2.1.22.1.2“冷池冷池”機房的運行情況機房的運行情況 機房的面積800平方米，機房內(nèi)分兩個空調(diào)區(qū)，每個空調(diào)區(qū)安裝上送風(fēng)精密空調(diào)8臺，單臺制冷量74KW/h，共構(gòu)建12個冷池，每個“冷池”有6個送風(fēng)口，任意抽測一個冷池，其中三個風(fēng)口有風(fēng)送出，風(fēng)速分別是0.8m/s、10m/s、1.8m/s, 測得送風(fēng)口溫度為11攝氏度，單個機架的平均耗電功率大約4.5KW,機房熱通

33、道溫度26-27攝氏度。經(jīng)檢測，溫度分布十分均勻，無局部過熱現(xiàn)象。 第35頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）2.22.2針對下送風(fēng)氣流組織模式機房的針對下送風(fēng)氣流組織模式機房的“冷幕冷幕”方案方案 下送方式需要借助于活動地板，活動地板與樓面之間形成了一個“空腔”，向“空腔內(nèi)”注入一定壓力的空氣，在各個方向上承受的壓力是相等的，因此，把這個空腔稱為“靜壓箱”。 下送風(fēng)空調(diào)對“靜壓箱”送入一定壓力的冷風(fēng)，冷風(fēng)穿過活動地板上開挖的風(fēng)口為發(fā)熱設(shè)備降溫，由于活動地板的隔離作用，活動地板下部空間是名符其實的“冷通道”，地板上部廣闊空間就是泛指的“熱通道”。 第36頁2.1 2.

34、1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）2.2.12.2.1“冷幕冷幕”機房獨具特色的特點機房獨具特色的特點a、可調(diào)節(jié)抗震加固架： 是下送風(fēng)變革的重要部件，它替代型鋼焊接的底座對安裝在活動地板上的設(shè)備實行安裝固定，并保護活動地板“靜壓箱”免遭破壞。 b、可調(diào)風(fēng)量導(dǎo)流風(fēng)口： 導(dǎo)流風(fēng)口有“機內(nèi)”、“機外”之分，機外導(dǎo)流風(fēng)口又有 “單向” 、“雙向”兩種，根據(jù)通信設(shè)備的機柜結(jié)構(gòu)，選用合適的導(dǎo)流風(fēng)口，根據(jù)設(shè)備的發(fā)熱量調(diào)整風(fēng)量和氣流方向，兼顧整個機房風(fēng)口調(diào)整后的風(fēng)口總面積與機房內(nèi)各處的風(fēng)速，以達到最佳的送風(fēng)效果。 可調(diào)風(fēng)量導(dǎo)流風(fēng)口分為手動調(diào)整和自動調(diào)整兩種類型，因為設(shè)備耗電、設(shè)備發(fā)熱基本恒定，沒

35、有什么波動，因此，使用手動調(diào)整更安全更可靠，只要在工程安裝完畢統(tǒng)一調(diào)整一次，運行中半年或一年檢查一次就行。第37頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）2.2.2“冷幕”機房的氣流組織 機房空調(diào)對活動地板下的“靜壓箱”送風(fēng),根據(jù)機柜結(jié)構(gòu)，在其下部、前部的地板上安裝配套的導(dǎo)流風(fēng)口, 機內(nèi)導(dǎo)流風(fēng)口送出的冷空氣穿過設(shè)備內(nèi)電路板間的夾縫從機柜頂部排出；機外導(dǎo)流風(fēng)口送出的冷空氣在機柜門板的不同高度，穿過門板上的孔洞被機柜內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備吸入，由導(dǎo)流風(fēng)口排除的冷風(fēng)就象“幕布”一樣，籠罩和冷卻設(shè)備，因此，形象的稱之為“冷幕”方案。 低溫氣流吸收設(shè)備的熱量后溫度升高，熱空氣從機柜的頂部和背部排

36、出，熱空氣上升，匯集于上部空間，經(jīng)過機房上部空間、設(shè)備間的通道重新回到空調(diào)機的回風(fēng)口，如此周而復(fù)始的循環(huán)。第38頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）獨特的機架底座和可調(diào)風(fēng)量的出風(fēng)口： 機架底座風(fēng)口可拆卸、可調(diào)節(jié)控制風(fēng)量的百葉可調(diào)試抗震加固架第39頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）機架底座可調(diào)風(fēng)量、風(fēng)向的風(fēng)口機架前面可調(diào)風(fēng)量、風(fēng)向的風(fēng)口第40頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）大發(fā)熱量設(shè)備，機架面對面排列、底部送風(fēng)和機架前面的冷通道第41頁課題應(yīng)用推廣情況課題應(yīng)用推廣情況 1 1、CFDCFD熱仿真模擬技術(shù)應(yīng)用實踐熱

37、仿真模擬技術(shù)應(yīng)用實踐機房為中國移動哈爾濱分公司某程控交換機房，機房位于建筑物的第5層，維護結(jié)構(gòu)僅有一側(cè)為外墻，其余墻體和頂棚均不與外界接觸。以房間左下角為坐標(biāo)原點，建立幾何坐標(biāo)系，房間的幾何尺寸為：長X寬X高=18mX18mX4.5m。房間中有各種程控設(shè)備以及空調(diào)設(shè)備要素名稱尺寸mmmmmm要素名稱尺寸mmmmmm11750900275022008900275031750900275041750900275056509002750665090027507650900275086509002750A100050002000B100050002000C100050002000D1000120020

38、00E80031002000F80031002000G80022402000H60014002000I100050002000J55064002000K45010002000L100055002000M80062002000N80062002000空調(diào)器的送風(fēng)口的尺寸包括以下幾種形式： 1、433mm433mm；2、1485mm960mm；3、1588mm397mm。其相應(yīng)的回風(fēng)口尺寸為：1、433mm784mm；2、1208mm877mm；3、1072mm758mm。機房平面圖第42頁課題應(yīng)用推廣情況課題應(yīng)用推廣情況設(shè)備散熱量設(shè)備散熱量設(shè)備編號設(shè)備左側(cè)壁面W/m2設(shè)備右側(cè)壁面W/m2設(shè)備編號

39、設(shè)備左側(cè)壁面W/m2設(shè)備右側(cè)壁面W/m2A627.33627.33H834.74834.74B627.33627.33I421.07421.07C627.33627.33J598.11598.11D2613.852613.85K1558.191558.19*E1164.360L358.0281926.32*F1164.360*M01154.17*G0608.18*N0635.29第43頁課題應(yīng)用推廣情況課題應(yīng)用推廣情況假定圍護結(jié)構(gòu)壁面絕熱，程控設(shè)備僅兩側(cè)為散熱面其余部分不考慮。機房設(shè)計參數(shù)為25攝氏度，相對濕度為50%，設(shè)備表面溫度要求小于35攝氏度。 此處只對機房進行穩(wěn)態(tài)模擬，計算時，附加能

40、量項，運算模型采用標(biāo)準 模型，加入浮力修正，近壁區(qū)采用壁面函數(shù)法。在離散選項中，對離散方法做出如下選擇：-壓力P選用軟件默認格式body-force-weighted，此格式能很好的解決高雷諾數(shù)的自然對流問題，與通訊機房大送風(fēng)量問題相符，故而采用此格式。壓力速度耦合采用SIMPLE算法。-湍動能 和湍動能耗散率 ，能量和動量選用一階迎風(fēng)格式，迎風(fēng)差分格式具有簡單、穩(wěn)定性、準確性和經(jīng)濟型較高的優(yōu)點。-收斂準則：各流動項殘差小于10-3，能量項殘差小于10-6。第44頁課題應(yīng)用推廣情況課題應(yīng)用推廣情況Z=0.4mZ=0.8mZ=1.2mZ=1.6mZ=2.0mZ=2.4m第45頁課題應(yīng)用推廣情況課

41、題應(yīng)用推廣情況側(cè)送風(fēng)所需的送風(fēng)量太大（算例8 的換氣次數(shù)為85.6次）1、2空調(diào)對空氣調(diào)節(jié)作用不大經(jīng)過多次改變送風(fēng)速度和送風(fēng)溫度相結(jié)合發(fā)現(xiàn)，單獨改變改變送風(fēng)溫度，調(diào)節(jié)范圍相當(dāng)有限。必須要將改變風(fēng)速與送風(fēng)溫度相結(jié)合才能達到機房內(nèi)各個設(shè)備壁面最高溫度值滿足設(shè)備安全運行的目的。該機房的節(jié)能潛力很大 第46頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）2.2.3“冷幕”機房的測試數(shù)據(jù)a、河南移動鄭州商貿(mào)路五樓數(shù)據(jù)機房的測試 試驗機房長25米寬19米，可用面積450平方米，防靜電地板面高330毫米。在機房西側(cè)安裝了六臺制冷量87KW的下送風(fēng)空調(diào)， 機房終期安裝機柜196部，現(xiàn)已裝機柜17

42、9部，機柜按“面”“背”，“面”“背” 排列。 經(jīng)過測試，機房各個角落的出風(fēng)風(fēng)速與各機柜內(nèi)出風(fēng)口送出的氣流風(fēng)速2.5m/s-2.8m/s大致相等，出風(fēng)口溫度18攝氏度，機房回風(fēng)平均為23攝氏度，機房內(nèi)無“熱島”現(xiàn)象發(fā)生。第47頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（研究內(nèi)容（“冷幕冷幕”方案）方案）b、河南移動鄭州商貿(mào)路六樓數(shù)據(jù)機房的測試 機房長31.2米寬12米，可用面積374平方米，活動地板面高350毫米。機柜按“面”對“面”，“背”對“背” 排列，每列13個機柜，在機房東側(cè)安裝了四臺制冷量87KW的下送風(fēng)空調(diào)機。 每個網(wǎng)絡(luò)機柜底部活動地板上安裝了“機內(nèi)可調(diào)風(fēng)量導(dǎo)流風(fēng)口”，在“面”對“面”機柜安裝的“

43、冷通道”的活動地板上安裝了“機外雙向可調(diào)風(fēng)量導(dǎo)流風(fēng)口” 。 經(jīng)過測試，機房各個角落的出風(fēng)風(fēng)速與各導(dǎo)流風(fēng)口風(fēng)速大致相等，在2.9m/s-3.3m/s之間，出風(fēng)口溫度20度左右，機房內(nèi)回風(fēng)平均溫度26攝氏度，機房“冷通道”1.2米高度的溫度21攝氏度。第48頁2.1 2.1 研究內(nèi)容（方案比較）研究內(nèi)容（方案比較）序號比較項目冷池方案冷幕方案(1)送風(fēng)適用范圍前進風(fēng)后出風(fēng)的機柜各類機柜(2)對于單臺機柜發(fā)熱量小于6KW的送風(fēng)效果好好(3)對于單臺機柜發(fā)熱量大于6KW的送風(fēng)效果好較好(4)空調(diào)能量利用率高高(5)系統(tǒng)組成的復(fù)雜程度復(fù)雜簡單(6)系統(tǒng)運行可靠性可靠很可靠(7)系統(tǒng)日常維護量較少極少(8

44、)適用工程范圍新建工程新建工程和下送風(fēng)老機房改造(9)機房地面防結(jié)露處理不需要由機房周圍環(huán)境決定，不處理或者局部處理(10)安裝每臺機柜的平均占地面積較大一般(11)投資造價高很低2.3“2.3“冷池冷池”方案和方案和“冷幕冷幕”方案的綜合比較：方案的綜合比較： 第49頁取得的成果取得的成果1、機房環(huán)境控制設(shè)計效果預(yù)測 新建機房或機房擴容改造設(shè)計流程中，CFD熱仿真模擬評估將成為必要的一個環(huán)節(jié)，對于高熱密度機房，合理規(guī)劃機房內(nèi)的氣流組織是解決機房熱死點的關(guān)鍵，CFD熱仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用對于我們明確每個解決方案的優(yōu)劣，預(yù)測方案實施后機房的運行效果提供了科學(xué)的依據(jù)；為我們合理選擇高熱密度機房解決方

45、案提供了切實有效的方法。2、機房氣流組織分析，熱死點控制 對于普通熱密度的機房，在機房總冷量大于機房總熱量的情況下仍然出現(xiàn)了局部過熱，導(dǎo)致熱點的原因有很多，如：高熱密度問題、氣流組織問題、機房布局問題等，當(dāng)眾多因素互相影響，僅憑傳統(tǒng)經(jīng)驗無法得出科學(xué)的判斷。利用CFD熱仿真模擬技術(shù)，針對具體的現(xiàn)場環(huán)境計算出機房熱分布和氣流組織分布，并根據(jù)計算結(jié)果分析機房內(nèi)存在的隱患，提出若干個可行的改進措施，并對各個優(yōu)化方案進行再仿真，直觀比較其優(yōu)劣，從而得出最優(yōu)方案。3、建立CFD評估檔案建立CFD評估檔案，在后續(xù)的擴容和改造時，僅需要在原CFD檔案中增加擴容設(shè)備，即可進行運算，得出新的運行效果，為今后改造和

46、擴容提供科學(xué)依據(jù)。第50頁2.2 2.2 取得的成果取得的成果1、針對大功耗大發(fā)熱量機房，分上送風(fēng)、下送風(fēng)兩種氣流組織模式，給出了系統(tǒng)化的解決方案，為工程建設(shè)和現(xiàn)有機房的改造積累了豐富的經(jīng)驗，具有借鑒和指導(dǎo)作用。2、氣流組織模式與設(shè)備自身結(jié)構(gòu)密不可分，機柜結(jié)構(gòu)、機柜排列、送風(fēng)方式是相輔相成的，只有統(tǒng)籌考慮、協(xié)調(diào)統(tǒng)一，才能實現(xiàn)最佳的氣流組織方案。3、上送風(fēng)“冷池”模式的突出點：a、采用“冷池”密閉，形成二級靜壓箱；b、從送風(fēng)管道、送風(fēng)量兩方面進行冗余備份，提高了系統(tǒng)的可靠性；c、溫度分布采集和風(fēng)量自動調(diào)整，確保溫度精確控制；d、和消防系統(tǒng)有效結(jié)合，滿足機房的消防滅火要求。 第51頁2.2 2.2 取得的成果取得的成果a、抗震加固架：可調(diào)節(jié)抗震加固架是既能滿足設(shè)備固定要求，又能 確保靜壓箱閉性的重要依托；b、可調(diào)風(fēng)量風(fēng)口：依據(jù)設(shè)備發(fā)熱量的不同合理分配送風(fēng)量，是保證 靜壓箱密閉性的重要部件；c、單向、雙向可變風(fēng)向風(fēng)口：由可變向風(fēng)口向大發(fā)熱量設(shè)備輔助送 風(fēng)，形成“冷幕”，達到更好的冷卻效果。 抗震加固架、風(fēng)量控制、可變向風(fēng)口三者有效結(jié)合，少量的投資就 解決了傳統(tǒng)下送風(fēng)機房局部過熱的大問題。 4、下送風(fēng)“冷幕”方案的突出點：第52頁52結(jié)束結(jié)束謝謝大家！