在双碳政策下,间接蒸发冷却空调近年来在国内数据中心项目上有越来越多的应用,2019年CDCC发布了《数据中心间接蒸发冷却技术白皮书》说明了间接蒸发冷却应用范围,包括高温高湿地区、中温中湿地区、低温低湿地区。高温高湿的我国东南部区域间接蒸发冷却全年自然冷时间比传统空调水侧自然冷时间多2000小时。因此,部分地区的数据中心采用间接蒸发冷却空调(AHU)可有效降低数据中心PUE。
　　
　　本文将系统地介绍AHU设备的CFD模拟方法,结合实际案例,发现AHU设备在设计阶段可能存在的隐患,并进行优化。
　　
　　在介绍AHU的CFD模拟方法之前,我们首先对AHU的工作原理进行简单说明。间接蒸发冷却(IEC)是蒸发冷却技术中的一种,通过换热芯实现室内侧空气与室外侧水不直接接触换热,利用间接蒸发冷却原理创建空调可以作为数据中心的冷源,可以实现三种工作模式下自动切换高效运行。
 

AHU主要分为喷淋系统、换热芯、补冷系统三大组成部分,如图1所示。其中,喷淋系统对室外空气进行绝热冷却处理,在室外空气经过喷淋系统时对其进行等焓加湿,在此过程中将室外空气由干球温度降低至接近湿球温度。降温后的室外空气在换热系统中与室内回风进行热交换,降低室内回风温度。当由室外空气供给的冷量不足时,补冷系统启动,为AHU提供额外制冷量从而满足室内冷量需求。市面上的AHU补冷设备多为直膨式空调系统。
　　
　　了解了AHU系统的基本原理后,下面对CFD模拟的输入参数进行说明。在进行参数输入之前,首先要确定AHU的运行模式,AHU在工作时分为以下三种运行模式:
　　
　　1）干模式,当冷量需求量小时,仅主循环工作,直接用室外空气冷却机房中的空气。
　　
　　2）湿模式,当冷量需求增加,室外风扇转速不断增加,若增至最大依然无法满足冷量需求时,空气绝热处理系统开启。
　　
　　3）混合模式,当绝热处理系统开启仍无法满足冷量需求时,补冷系统开启。对应不同运行模式，其仿真输入参数如表1所示。

　　
　　如果只对AHU的干模式进行模拟分析,则只需要知道室外风向、室内外空气的循环风量、干球温度、换热芯的换热效率等参数即可进行仿真。在对湿模式和混合模式进行仿真时,由于喷淋系统和补冷系统都参与了工作,因此需要对应的补充相对湿度,蒸发效率以及补冷系统能耗能信息。要重点说明的是,由于AHU喷淋系统绝热冷却的效率与室外空气的温度和湿度有着直接关系,特别是AHU布置较为密集的区域,AHU的排气对周围空气的温湿度影响较大,导致设备间回相互影响,因此要求仿真软件对室外的湿度,以及喷淋系统产生的空气湿度变化可以进行准确的模拟计算,才能确保整个模拟结果的准确性。
　　

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