蒸發(fā)冷卻技術(shù)在中國的應(yīng)用已經(jīng)將近20年歷史，雖然在公共建筑和工業(yè)建筑有大量工程案例，并取得了良好的節(jié)能效果，但是在數(shù)據(jù)中心行業(yè)還處于初步應(yīng)用階段，還沒有成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以直接借鑒。蒸發(fā)冷卻，這種技術(shù)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的送回風(fēng)方式不同，蒸發(fā)冷卻空調(diào)類型、控制參數(shù)及布局將直接影響機(jī)房熱環(huán)境，因此非常有必要在設(shè)計(jì)蒸發(fā)冷卻方案時(shí)，采用CFD仿真模擬機(jī)房熱環(huán)境，驗(yàn)證方案的合理性。

近年來蒸發(fā)冷卻技術(shù)在國內(nèi)一些數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目上的應(yīng)用，有效降低了PUE值和運(yùn)營成本。2019年5月CDCC發(fā)布了《數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)白皮書》引起行業(yè)極大的關(guān)注，結(jié)合國家對(duì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能的要求，預(yù)計(jì)未來蒸發(fā)冷卻技術(shù)和產(chǎn)品將會(huì)快速發(fā)展。因此本篇的重點(diǎn)旨在介紹在應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)時(shí)，如何采用CFD仿真技術(shù)模擬優(yōu)化空調(diào)產(chǎn)品冷卻性能及優(yōu)化空調(diào)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的布局。

蒸發(fā)冷卻技術(shù)的分類

蒸發(fā)冷卻分為直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，通過了解技術(shù)原理及部件組成，可以幫助建立CFD仿真模型，通過仿真模擬降低限制性條件對(duì)技術(shù)應(yīng)用的影響，從而達(dá)成節(jié)能效果。

CFD在蒸發(fā)冷卻技術(shù)中應(yīng)用

如前述，蒸發(fā)冷卻的效果與室內(nèi)外環(huán)境，換熱芯或濕膜的換熱效率以及室內(nèi)IT設(shè)備布局密切相關(guān)，需要采用CFD仿真技術(shù)，對(duì)氣流組織進(jìn)行驗(yàn)證，確保方案的可行性。

一、CFD在直接蒸發(fā)冷卻中的應(yīng)用

實(shí)際工程應(yīng)用中，直接新風(fēng)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)存在房間級(jí)系統(tǒng)、預(yù)制化模塊、微模塊、機(jī)柜級(jí)系統(tǒng)這幾種形式。

在進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻仿真時(shí)，需要仿真不同室外氣候環(huán)境（溫度、濕度）下空調(diào)的工作模式，比如夏季高溫時(shí)，空調(diào)可能會(huì)采用動(dòng)態(tài)控制技術(shù)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、噴淋流量以滿足空調(diào)對(duì)溫度和濕度的控制要求；冬季低溫低濕時(shí)，空調(diào)調(diào)整混風(fēng)閥門控制，以防止結(jié)露等。

建立直接蒸發(fā)模型時(shí)，需要采用專業(yè)的CFD仿真軟件6SigmaRoom根據(jù)空調(diào)結(jié)構(gòu)，建立詳細(xì)的空調(diào)模型，設(shè)置濕膜的類型、換熱效率、風(fēng)阻，過濾器的阻力特性，風(fēng)機(jī)類型及風(fēng)機(jī)PQ特性曲線等參數(shù)。當(dāng)采用當(dāng)機(jī)柜功率密度很高時(shí)，需要特別注意機(jī)柜和通道的密封，盡量減少氣流的短路或熱風(fēng)回流。

輸出結(jié)果除了考慮氣流組織的合理性，還應(yīng)綜合考慮數(shù)據(jù)中心內(nèi)各點(diǎn)的溫度、濕度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

圖7.36 某直接蒸發(fā)模型結(jié)構(gòu)示意圖

圖7.37 某直接蒸發(fā)模型氣流組織

圖7.38 某直接蒸發(fā)模型溫度截面圖

圖7.39 某直接蒸發(fā)模型濕度截面圖

二、CFD在間接蒸發(fā)冷卻中的應(yīng)用

1、間接蒸發(fā)機(jī)組的模型建立

在進(jìn)行CFD氣流組織仿真時(shí)，需要特別準(zhǔn)確輸入空調(diào)各種模式下AHU的制冷特性以及控制策略和參數(shù)，具體如下：

• 內(nèi)部氣流風(fēng)量、通風(fēng)孔位置；氣溫、濕度和風(fēng)量控制方式（壓差、溫差、EC風(fēng)機(jī)）；

• 外部氣流風(fēng)量、通風(fēng)孔位置；空氣溫度、濕度等；

• 蒸發(fā)冷卻蒸發(fā)效率，水溫、水流量；

• 制冷模式（間接蒸發(fā)、機(jī)械制冷等）

• 室外環(huán)境溫度，如最高45℃，最低為–40℃。

2、評(píng)估安裝機(jī)組布局方式

評(píng)估室內(nèi)安裝、樓頂安裝、側(cè)面堆疊安裝等方式對(duì)機(jī)房熱環(huán)境、設(shè)備性能的影響。

圖7.40室內(nèi)間接蒸發(fā)冷卻流線圖

圖7.41樓頂間接蒸發(fā)冷卻流線圖

圖7.42側(cè)面堆疊間接蒸發(fā)冷卻流線圖

3、多運(yùn)行模式下，仿真模型的控制及仿真

• 應(yīng)該根據(jù)IT負(fù)載及室外環(huán)境工況，在模型中設(shè)置多運(yùn)行模式（干模式、濕模式、混合模式）聯(lián)合仿真。

• 實(shí)際運(yùn)營機(jī)房，需要考慮換熱芯體換熱性能的衰減，校正制冷性能參數(shù)；

4、失效仿真

• 仿真內(nèi)部或外部單風(fēng)機(jī)故障，機(jī)組制冷能力輸出及氣流分布的影響；

• 仿真噴淋水泵故障，機(jī)組制冷能力輸出的影響；

間接蒸發(fā)冷卻輸出結(jié)果，同樣除了考慮氣流組織的合理性，還應(yīng)綜合考慮數(shù)據(jù)中心內(nèi)各點(diǎn)的溫度、濕度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

以上內(nèi)容來節(jié)選自《數(shù)據(jù)中心CFD技術(shù)白皮書》（2019.11）