閆 濤，鄭匡慶，秦冰月，吳明陽(yáng)（中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行股份有限公司數(shù)據(jù)中心， 上海 200131）

隨著數(shù)據(jù)機(jī)房精密空調(diào)安裝數(shù)量的快速增長(zhǎng)，有限的屋頂面積變得越來(lái)越緊張，使得空調(diào)冷凝器的布置越來(lái)越密集[1]。由于浮生力的影響，只關(guān)注垂直方向上冷凝器換熱的相互影響，可能會(huì)忽略建筑屋頂上冷凝器擺放過(guò)密的問(wèn)題。傳統(tǒng)冷凝器設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)為下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)的平面型，多臺(tái)冷凝器集群安裝時(shí)，容易造成中間部分冷凝器無(wú)法充分與周?chē)諝鈸Q熱，在夏季某些極端條件下，有可能會(huì)觸發(fā)壓縮機(jī)高壓保護(hù)動(dòng)作[2]，造成空調(diào)運(yùn)行中斷，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)機(jī)房的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。另外，隨著數(shù)據(jù)機(jī)房業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)，機(jī)房的計(jì)算機(jī)（ IT ）負(fù)荷也在飛速增長(zhǎng)，機(jī)房不得不面臨改造。在面積有限的屋頂安裝冷凝器時(shí)，考慮安裝占地面積的同時(shí)也要考慮冷凝器的散熱性能及氣流組織的合理性，為此引入集中式冷凝器。其節(jié)省占地面積的同時(shí)，滿(mǎn)足機(jī)房負(fù)荷快速增長(zhǎng)的需求。史玉玲等[4]通過(guò) 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD） 與系統(tǒng)仿真相結(jié)合的方法，分析比較了 3 種冷凝器空氣側(cè)數(shù)值模擬的方法，表明應(yīng)用風(fēng)扇邊界條件的 CFD 方法不僅簡(jiǎn)便易于操作而且具有較高的計(jì)算精度。

因此，合理的冷凝器布局成為精密空調(diào)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證。某機(jī)房在改造后，采用 CFD 模擬驗(yàn)證集中式冷凝器氣流組織的合理性，同時(shí)對(duì)比傳統(tǒng)平面型與集中式冷凝器的散熱效果。

1 集中式與平面型冷凝器對(duì)比

針對(duì)空調(diào)更新改造項(xiàng)目涉及的 10 臺(tái)集中式冷凝器，對(duì)比平面型冷凝器和集中式冷凝器的熱環(huán)境，評(píng)價(jià)改造方案下冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度差異，判斷集中式冷凝器在改造項(xiàng)目中的氣流組織的合理性。

2 機(jī)房建模信息

仿真環(huán)境條件為：環(huán)境溫度 42℃，濕度 50%，東南風(fēng)3 m/s（地表粗糙度 0.002 4 mm），不考慮太陽(yáng)輻射。樓高19.5 m，共計(jì) 129 臺(tái)冷凝器，有 3 種類(lèi)型的冷凝器，冷凝器自帶支架 0.45 m，不同區(qū)域冷凝器鋼架離地高度不同，建模采用冷凝器模型。西側(cè)有 1 臺(tái)新風(fēng)機(jī)，高度為 2.25 m。

建立完整的冷凝器群模擬，分析夏季 42℃，季風(fēng)東南風(fēng) 3 m/s（氣象局風(fēng)速定義基準(zhǔn)為高度為 10 m 左右的風(fēng)速，不同高度的風(fēng)速符合冪函數(shù)分布），忽略太陽(yáng)輻射場(chǎng)景下冷凝器的熱環(huán)境。按照上述條件建立 CFD 模型，如圖 1所示。模型包含樓頂 5 個(gè)方位的冷凝器、新風(fēng)機(jī)組及改造冷凝器。其中改造冷凝器為本文重點(diǎn)分析對(duì)象。

圖1 CFD 模型示意圖

3 冷凝器參數(shù)

冷凝器共有 3 種型號(hào)，3 種類(lèi)型在圖中的具體位置如模型示意圖所示。其具體參數(shù)如表 1 所示。平面型和集中式冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 所示。

表1 冷凝器參數(shù)表

圖2 平面型和集中式冷凝器示意圖

4 冷凝器 CFD 模擬結(jié)果

冷凝器模擬結(jié)果用來(lái)對(duì)比平面型和集中式冷凝器周?chē)鸁岘h(huán)境狀況。

4.1 冷凝器平均進(jìn)風(fēng)溫度分布

冷凝器平均進(jìn)風(fēng)溫度如圖 3 所示。由圖 3 可知，集中式冷凝器平均進(jìn)口溫度最高為 45.1 ℃，平面型冷凝器平均進(jìn)口溫度最高為 45.5 ℃，略高于集中式冷凝器。兩種方案所處的平均進(jìn)口溫度比預(yù)先設(shè)定的環(huán)境溫度高 2 K。

圖3 冷凝器平均進(jìn)風(fēng)溫度 （左為集中式，右為平面型，下同）

4.2 冷凝器平均出風(fēng)溫度分布

冷凝器平均出風(fēng)溫度如圖 4 所示。由圖 4 可知，集中式冷凝器平均出口溫度最高為 51.6 ℃，平面型冷凝器平均出口溫度最高為 52 ℃，略高于集中式冷凝器。與平均進(jìn)風(fēng)溫度相比，出口和進(jìn)口溫差約 6.5 K。

圖4 冷凝器平均出風(fēng)溫度

4.3 冷凝器不同高度處的截面溫度分布

（1）距離屋頂 0.5 m 處溫度分布。屋頂 0.5 m 截面位于冷凝器入口下方，具體結(jié)果如圖 5 所示。

圖5 距離屋頂 0.5 m 處溫度分布

由圖 5 可以看出，集中式冷凝器約 44.0 ℃，平面型冷凝器約 45.0 ℃，其溫度升高主要是由于受北側(cè)其他冷凝器影響，南側(cè)的冷凝器形成熱島。

（2）距離屋頂 2.5 m 處溫度分布。屋頂 2.5 m 截面位于冷凝器出口上方，集中式冷凝器溫度約 51.6 ℃，平面型冷凝器溫度約 52.0 ℃，具體結(jié)果如圖 6 所示。要改造區(qū)域的冷凝器受到了周?chē)淠魃岬挠绊憽?/p>

圖6 距離屋頂 2.5 m 處溫度分布

4.4 改造項(xiàng)目涉及冷凝器流線(xiàn)圖

空調(diào)改造項(xiàng)目涉及冷凝器的流線(xiàn)圖如圖 7 所示。由圖 7可知，二者的進(jìn)風(fēng)溫度均受到南側(cè)冷凝器不同程度的影響。從改造前后方案來(lái)看，集中式冷凝器的流線(xiàn)相比平面型流線(xiàn)更為有序，區(qū)別在于改造后的冷凝器上方流線(xiàn)有些許差異，這是由于兩者結(jié)構(gòu)上的不同導(dǎo)致的微環(huán)境差異。

圖7 冷凝器流線(xiàn)圖

4.5 分析結(jié)果對(duì)比

集中式與平面型冷凝器對(duì)比指標(biāo)如表 2 所示。

表2 集中式與平面型冷凝器對(duì)比指標(biāo)

由表 2 可知，集中式冷凝器各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)平面型冷凝器，在實(shí)現(xiàn)節(jié)省安裝占地面積的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的散熱。集中式冷凝器單組安裝占地面積為 2.563 m2，平面型冷凝器單組安裝占地面積為 3.035 m2。本次安裝的 10 臺(tái)行間空調(diào)，若采用集中式冷凝器，可采用前后并排安裝方式，總占地面積為 12.815 m2；若采用平面型冷凝器，為保證機(jī)組的散熱性能，水平安裝時(shí)，2 組冷凝器之間需間隔 1.2 m，相鄰 2 組間隔占地面積為 2.861 m2，冷凝器占地面積為 15.175 m2，間隔總占地面積為 8.583 m2，總占地面積為23.758 m2。對(duì)比可以看出集中式冷凝器安裝占地面積比平面型冷凝器節(jié)省 10.943 m2，可減少 46.1% 的占地面積，提高了屋頂室外面積使用率。

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)比集中式與平面型冷凝器熱環(huán)境模擬結(jié)果，可以看出二者入口平均溫度差別在 1 K 內(nèi)，其熱環(huán)境相近，均受到周?chē)淠饔绊懀h(huán)境與大環(huán)境溫度相比要升高 2 K。從仿真結(jié)果來(lái)看，集中式冷凝器氣流組織合理，集中式冷凝器的室外熱環(huán)境優(yōu)于平面型冷凝器，集中式冷凝器的流線(xiàn)相比平面型流線(xiàn)更為有序。在節(jié)省 46.1% 冷凝器安裝占地面積的同時(shí)，集中式冷凝器具有更好的推廣使用優(yōu)勢(shì)，在后續(xù)空調(diào)改造項(xiàng)目中可以?xún)?yōu)先采用集中式冷凝器。