市面上常見的散熱方式可分為氣冷式、水冷式以及熱管(Heat pipe)，都有其應 用範圍與散熱效率，其優缺點比較如表三所示。然而水冷及熱管雖有較好的散熱
加對流傳遞係數通常是將流體加速，通常需要裝置風扇。但是這些方法通常會伴
櫃內、機房內之溫度分佈及冷熱對流效果探討空間流場對裝備運作所產生熱量 之散熱問題。每台主機依其運作時所產生之熱量Q 與其表面積之比例，換算熱 通量模擬不同熱對流係數，分析資訊中心裝備發熱量對空間之溫度分佈狀況；
同時分析機房、機櫃與設備間，在散熱設計上是否緊密配合。本研究應用 FLUENT 軟體來模擬資訊中心空間與機櫃的熱散分析，探討資訊中心空間在發 熱源(單機、機櫃、除濕機)下溫度分布情形。
4.4 智慧型溫溼度監控
智慧型溫度、溼度監控系統，全系統方塊圖如下圖五所示，本系統可分成溫 度與溼度部份，搭配相容的資料擷取卡，將訊號傳至個人電腦，進行數據分析，
因此本系統由感測單元、資料擷取卡(DAQ)及個人電腦 PC 所構成，各單元之 結構說明如後。
圖五、系統方塊圖 4.4.1 溫度感測器
本研究選用T-type 熱電偶，測量範圍為-200℃～350℃，由於熱電偶的作 動方式是不需要電力的，而是藉由前端的二條熱電偶線點銲在一起的端點來量 測。因為二條線的材質不同，在遇到溫度變化時會產生電位差，藉由電位差來 換算成溫度值，來完成感測的目的。
4.4.2 溼度感測器
Model 808H5V5 Measuring range 0~100%RH
Signal output 0.8~3.9V@25℃
Accuracy < ±4%RH(at 25 , 5VDC, 30~80%RH)℃ Electrical current (Ic) Typical current: 0.38 mA; max current < 0.5mA
Power supply 5V DC ±5%
Operating environment -40 ~+85℃ ℃ Storing environment -55 ~+125℃ ℃
Responding time <15s Stability <1%RH per year
表五、808H5V5 相對溼度與對應之輸出電壓(25℃, 5.0V DC) 相對溼度(%) 30 40 50 60 70 80
808H5V5(V) 1.73 2.08 2.41 2.72 3.01 3.30
圖七 25℃、5.0V DC 時各相對溼度與輸出電壓之關係圖
圖八、808H5V5 操作精準度範圍
4.4.3 資料擷取卡(DAQ)
本研究使用了NI 公司所生產的資料擷取卡(DAQ)，在此選擇型號為 NI USB-9211A 及 NI USB-9201，如圖九至圖十所示。USB-9211A 適用於各型式熱
電偶，可輸入4 個熱電偶，以及 24 位元的解析度與體積小，並且可透過 USB 的隨插即用連結。NI USB-9201 類比輸入訊號，具有 8 個通道，輸入電壓範圍
±10V，為 12 位元的解析度，且具有過電壓保護，以及搭配 NI USB-9162 使其 具有USB 隨插即用之功能。
圖九、NI USB-9211A
圖十、NI USB-9201 4.4.4 個人電腦
PC 端主要執行資料收集與分析，將感測器所測量之訊號，經由 LabVIEW 軟體進行分析及處理，藉由軟體將訊號轉成波形與數值資料，顯示在前置面板 上，此外，將數值資料儲存於電腦中，以便建立資料庫。
4.4.5 電源供應器
電源供應器主要供應溼度感測器(808H5V5) 之工作電源，其優點是完善的安
全保護(過電流、過電壓、低電壓、短路保護) ，提供系統最佳穩定性。
4.4.6 LabVIEW 控制技術
LabVIEW 使用的是一種圖形程序設計語言，採用圖形化的符號來代替文字 的程式語言，而讓使用者在操作時，可依需求來定義，提高工作效率，降低傳 統單件儀器的成本與使用，透過內建許多的副程式及儀器驅動程式，以物件導 向和流程圖觀念構圖，並透過DAQ 卡完成人機介面溝通。本文以 LabVIEW 設 計溫溼度監控系統，藉由虛擬儀表即時顯示溫溼度變化曲線，並可依據環境需 求設定上下限值，當不符合需求時，發出警報，通知維修人員進行修復，此外，
本系統可顯示每分鐘各感測器變化曲線，並加以儲存，以利資料庫建立。系統 程式設計可分為兩部份
4.4.6.1 前置面板(Front Panel)
設計所需的虛擬儀表面板，而本文所設計之前置面板，如圖十一所示；上 下限，定義所測量之溫溼度；歷程曲線，顯示各時間點溫溼度之變化。本面板 功能尚有設置每分鐘溫溼度曲線變化，並顯示其最大、最小及平均值；使用者 可在任何時間停止程式作動；面板尚有設計資料儲存功能，根據使用者來定義 存檔位置，能更方便掌控監測環境。
圖十一、前置面板 4.4.6.2 圖示區(Black Diagram)
為圖形化程式設計環境，每一個前置面板皆對應一個圖示，即為LabVIEW 內的VI 圖形原始程式碼，以圖形化程式語言(G 語言)所撰寫。整個圖示區是由 許多的VI、小圖示(ICON)及 0 節點連結而成，如圖十二所示，整體外觀如同一 個流程圖，透過節點的串聯，便可處理循環、順序和規則等程序控制的結構流 程圖。
圖十二、圖示區
五、結果與討論 分別為620×1075×2000㎜，除濕機則為640×605×1750㎜，其熱通量分別為390w s2
(單一機櫃)、483w s2 (除濕機)；機櫃外殼與除濕機使用的材料為鋁，此模組是 由發熱體(兩個機櫃與除濕機)、一組空調系統所組成，然後轉檔使用套裝軟體給 gambit參考，再考慮並重新設定對熱分析有影響的物件及系統排列，在幾何模型 建構完成之後，必須建構網格(mesh)，網格大小與形狀對分析結果有很大的影 響，後而進行參數設定、網格之處理。由於FLUENT採用GAMBIT為前處理器，
因此我們先將機房空間的IGES檔輸入到GAMBIT之後，其餘的物件皆在GAMBIT 裡面建立，最後分別在相關的位置定義所需的邊界條件，其網格大小和邊界條件。
圖十三、幾何形狀與其空間配置
建立完網格之後，經由FLUENT 載入後，設定所有邊界性質與演算模式，
則進行求解。室內流場模擬部份:空調室內送風氣流分佈，除了受送、回風設計 參數的影響，還有室內機櫃熱源產生及機櫃的擺設、與其他室內空間的氣流交換 都會對其造成影響，因此對室內空調氣流運動徹底了解，才能進一步改善空調設 備送風效益。
在計算分析過程中，做了以下的基本假設與設定：
(1) 內部流場，空調出口溫度為 15℃
(2) 流場為暫態(unsteady state)流場 (3) 內部流場，空氣出口溫度為 19℃
(4) 機櫃與除濕機材料為鋁材，其熱通量分別為 390w s2和483w s2。 (5) 環境溫度定為 23℃
藉由FLUENT軟體，可模擬出資訊中心空間的溫度分析，及流體在空間中流 動狀況，做暫態的模擬。在暫態模擬過程中，經過一段時間後，機房整體的溫度 到達與邊界條件所設定之環境溫度(296k)相同，達到穩定的狀況，如圖十四至圖 十七，此模擬結果可幫助往後改善指管系統的散熱做為一參考依據。
圖十四、暫態時間1 秒時空間溫度分佈
圖十五、暫態時間2秒時空間溫度分佈
圖十六、暫態時間10 秒時空間溫度分佈
圖十七、暫態時間40秒時空間溫度分佈
5.2 FLUENT 輔助分析：機櫃
本研究主要是針對資訊中心的兩個機櫃整體系統的散熱問題做探討，研究方 法為利用Solid works軟體建構物理模型，再用GAMBIT 建立網格設定相關邊 界，進而使用模擬軟體FLUENT來分析不同的風扇配置對於整體系統的溫度場的 影響，期望避免裝備熱當導致無法工作，使降低成本及提高系統可靠度。
為了求模擬分析更精確，依照機櫃實際尺寸大小建構物理模型。由於軟體本 身功能上的限制，在建構物理模型必須在不影響真實模型結構功能下，去簡化模 型幾何形狀。而系統內部元件，只建構影響較大對流場變化的元件，而忽略一些 對物理變化影響不大的元件。全系統物理模型可分為機櫃外殼、隔板和伺服器本 體，機櫃外殼與伺服器本體是為鋁材質，圖十八為建構物理模型示意圖。
圖十八、左、右機櫃模型示意圖
由於Fluent採用Gambit為前處理器，因此先由Solid works將模型建立轉成IGES 維度、輻射考量、解的型態與求解器等設定。在本研究中採用Automatic Algebraic 紊流模型，並同時分析系統溫度、流場流速與壓力的三維暫態分析。以下為本研 究在採用數值方式來進行模擬分析時，為了簡化數值模擬的複雜性，將作以下幾 點基本的合理假設：
(1) 暫態(Unsteady steady)。
(2) 熱傳導係數為常數。
(3) 固體之表面無滑移現象(No-slip condition)。
(4) 環境入口溫度為固定值。
計伺服器安裝位置的參考，也可助進指管系統的散熱一個重要依據。再者針對原 始設計做數值模擬與現場實際測試(量測點如圖二十三所示)，如表六所示，就模 擬結果與實驗所量測的結果其誤差皆不超過10%。
圖十九、左機櫃15秒溫度分佈
圖二十、左機櫃25秒溫度分佈
圖二十一、右機櫃15秒溫度分佈
圖二十二、右機櫃25秒溫度分佈
圖二十三 左、右機櫃溫度量測點位置分佈圖 表六、原始設計模擬結果與實驗測量之比較
實驗值 模擬值 誤差(%)
量測點1 24.5 23.5 4.01
量測點2 24.0 26.0 8.33
量測點3 26.8 24.7 7.84
量測點4 24.8 23.5 5.24
量測點5 25.5 25.8 1.18
量測點6 24.6 27.0 9.76
量測點7 25.2 24.0 4.76
量測點8 24.5 23.5 4.08
圖二十四至圖二十七為機櫃上面增加風扇且改變風速在一個相同時間風扇 正常運轉下溫度場分佈情形，由表七可得知，提高風速則單機溫度大部分皆有下 降的趨勢。
圖二十四、左機櫃風速0.1m/s溫度分佈
圖二十五、左機櫃風速0.6m/s溫度分佈
圖二十六、右機櫃風速0.1m/s溫度分佈
圖二十七、右機櫃風速0.6m/s 溫度分佈 表七、不同風速模擬結果溫度(°c)之比較
風速0.1m/s 風速0.3m/s 風速0.6m/s
量測點1 23.0 22.0 21.5
量測點2 25.0 23.5 22.0
量測點3 24.0 23.5 23.0
量測點4 23.0 21.5 20.5
量測點5 25.2 26.8 27.0
量測點6 27.0 27.0 27.0
量測點7 23.5 23.0 23.0
量測點8 23.5 23.0 23.0
5.3 智慧型溫溼度監控
透過虛擬儀表圖控軟體LabVIEW 8.2 版，進行人機介面設計，藉由軟體研 發出一套即時監控與顯示資訊中心之溫溼度變化情形，透過軟體建構人機介 面，軟體設計流程如圖二十八所示，程式啟動前，先行鍵入數據存檔位置、溫 溼度上下限以及警報預警次數，設置警報預警次數之目的，提供維修人員在感 測處之溫度或溼度，已達到預警的範圍，需要特別注意此處之散熱情況與除濕 機運作情形，或是感測器是否故障。圖二十九與圖三十為本研究所研發之溫溼 度監控系統實際運作情形，其溫度設定範圍：15～25℃;溼度設定範圍：20～
80%RH，各感測器之測量數據，皆可由監控螢幕得知，且設置有畫面切換之功
能，除了可切換為溫度或濕度監控畫面，再各別的畫面中，也可切換成各感測 器之監控畫面，也才能達到人機介面之功能。本系統設有數據儲存功能，將每 分鐘60 筆數據儲存為 EXCEL 檔，如圖三十一所示。本系統設置警報裝置，當
能，除了可切換為溫度或濕度監控畫面，再各別的畫面中，也可切換成各感測 器之監控畫面，也才能達到人機介面之功能。本系統設有數據儲存功能，將每 分鐘60 筆數據儲存為 EXCEL 檔，如圖三十一所示。本系統設置警報裝置，當