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。

1 设备模型

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

2 不同风向下仿真结果和分析

1、北风

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

3 改进方案

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

2、 带“整流墙”的设备仿真分析

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。