案例四 室外机集群散热应用
对采用集群式AHU机组进行冷却的数据中心,大量的设备集中放置于建筑屋面,冷凝器会散发的热量会在局部积聚形成“热岛”,影响设备制冷能力。本文对集群AHU设备散热进行最不利工况的CFD模拟,指导数据中心设备的安装。同时由于只模拟室外侧环境,所以建模时进行相应简化,不再考虑室内负荷部分,通过调整换热器的各参数来实现机组最大负荷工况。
设备模型与屋面设备布局如图1、图2所示。本机房屋面共采用AHU机组32台,模拟最大负荷200kW/台。
图1 AHU 设备模型 图2 建筑屋面设备布局
在室外温度为35℃,风速为1m/s,风向设定为N(北风时),分析得到外机的最大进风温度为36.1℃,其它在35~35.6℃之间。发现温度较高的气流由屋面处产生,截取屋面的温度分布,如图3所示。
图3 屋面温度截面
可知其温度较的原因主要因屋面温度由于太阳辐射得热,温度较高,使对流或辐射后的温度较高的气流进入设备,但由于仅个别设备产生此现象,工程中应可接受。
2、 东北风
由于室外风向不断变化,下面将风向改为NE(东北风)时,图4为其中两台外机的气流组织,可以看到由于风向的变化,有送、回风相互干扰混流的情况出现,使进风温度升高,达到37.3℃,而且受影响设备数量较多。
图4 屋面排风流线
1、提高排风管道
将排风高度提高到机组上表面3m。模拟结果如图5、图6所示,可以看出,当提高排风管道后,气流组织有一定的改善,但是仍未达到较理想水平。虽然排风管道升高可以避免送、回风的气流“短路”,但由于设备表面温度较高,当空气掠过时温度仍有一定程度的升高。
图5 升高管道NE风向的进风温度截面 图6 升高管道NE风向的设备温度截面
当设备侧面垂直于风向时,设备进风温度较低,但当前风向没有垂直设备进风口,所以需要人为改变自然风向,应用“整流墙”可以实现风向的改变。在建筑屋顶上,每排设备之间建造一面高于设备的墙体,图7所示。
图7 带“整流墙”的前进风设备 图8 带“整流墙”的进风温度截面
通过分析设备最高进风温度为36.2℃,气流组织也较好。设备进风口处截面如图8所示,此时受影响的进风区域很少。
从上面的分析可以看出,室外风向对设备进风口温度有较大的影响,设备侧面应尽量垂直于主风向布置,避免处于排风的下风向。
楼顶温度由于太阳辐射作用而升高,在对流作用下靠近楼顶面的空气温度也有相应程度的升高,所以设备的进风口应尽量高于楼顶面。
根据以上仿真分析的结果,排风管道升高、设备间建造“整流墙”可以达到最大化设备间距,降低冷却进风温度,为建设实施提供了仿真模拟验证,具有一定的指导意义。