【熱流模擬】如何突破資料中心冷卻能耗瓶頸？解析 70% 節電目標的成功案例

【熱流模擬】如何突破資料中心冷卻能耗瓶頸？解析 70% 節電目標的成功案例 發佈日期 2026-01-07

 

隨著全球數據驅動服務的需求激增，資料中心（Data Centres）的能源優化已成為工程界的關鍵議題 。資料中心需要極大的冷卻能量來維持電子設備在安全的溫度範圍內運行 。如何在確保系統穩定運作的同時，最大化冷卻效率並降低電力營運成本，是每位熱管理工程師面臨的核心挑戰 。

南非科學與工業研究委員會（CSIR）針對此議題，利用先進的熱流模擬技術，成功驗證了其資料中心轉向「自然冷卻（Free Cooling）」系統後的節能潛力 。

 

｜工程挑戰：精準量化自然冷卻的節能效率

部署自然冷卻方法（Free Cooling Methods）能顯著降低資料中心的能源消耗 。CSIR 的專案背景是針對一個位於水體附近的資料中心進行建模 ，探討利用環境空氣或開放水域等自然資源進行散熱的可能性 。

主要的技術挑戰在於：

  • 量化節能效益：必須精確量化從傳統主動式冷卻切換至自然冷卻後的電力節省 。

  • 嚴格硬體約束：研究的一大限制是必須採用「間接」冷卻方式，確保任何水資源都不會進入伺服器室內 。

  • 環境變數處理：自然冷卻極度依賴室外溫度與濕度，需整合複雜的氣候數據進行模擬 。

 

｜模擬方法：構建資料中心熱流網路

為了在短時間內開發出高效能的模型，CSIR 團隊選用了 Flownex SE 模擬環境 。該工具內建的流體性質庫（如空氣、水、冷媒及濕空氣）與組件庫，使工程師能精確捕捉所有相關的熱傳與流體流動現象 。

1. 機房結構建模

  • 冷熱通道配置：模擬一個具有 19 個伺服器機櫃、熱負荷基載為 66.5kWth的典型機房配置 。

  • 空間與洩漏模擬：利用 Reservoir（儲槽）組件代表通道體積，並以流動組件模擬通道間的空氣洩漏 。

  • 複合組件應用：建立 Compound components（複合組件）來精確模擬流經伺服器架的流體與熱交換 。

2. 基準性能建立（Baseline）

  • 主動冷卻模型：建立基於 R410a 蒸氣壓縮製冷循環的基準 。

  • COP 動態變化：系統的性能係數（COP）會隨室外環境溫度在 3.5 至 7 之間浮動，作為後續節能比較的計算基準 。

3. 自然冷卻方案配置

研究分析了兩種主要的概念模型：

 間接水側自然冷卻 (WC)：利用水循環通過流體-空氣熱交換器，優點是閉環系統不消耗外部水源 。

 間接蒸發冷卻 (IEC)：利用環境空氣加濕降溫（Humidification），再經由空氣-空氣熱交換器冷卻機房熱氣 。

 

｜數據驗證：超過 70% 的電力節省實證

藉由導入歷史氣象數據進行瞬態分析（Transient Analysis），團隊評估了全年度不同時段的系統表現 。

實證結果顯示：

  • 透過自然冷卻，資料中心的冷卻電力需求可達成超過 70% 的降幅 。

  • 在特定月份（如 6 月至 7 月），電力節省率甚至可達到 100%，實現完全的自然冷卻運行 。

  • 間接蒸發冷卻 (IEC) 的效率普遍優於水側冷卻，在 2 月至 3 月期間節電率可達 91.1% 。

 
｜從性能模擬到實體設計優化

CSIR 的高級工程師 Dr. Peter Klein 指出：「Flownex 協助我們以極高的效率，為電信領域開發了多種自然冷卻概念模型。其模擬濕空氣的能力非常適合用於分析間接蒸發冷卻系統 。」

這些精確的模擬結果不僅能協助建立實施方案的商業案例（Business Case），更能進一步優化後續硬體設計，如泵浦、風扇、管路與熱交換器的選型 。

 

｜獲取更多專業模擬方案

如果您也面臨資料中心、電信機房或大型機電系統的散熱優化挑戰，歡迎聯繫虎門科技。

我們提供專業的 Flownex SE 技術支援與解決方案，協助您的工程團隊縮短研發時程，實現高效能、低能耗的設計目標。

資料來源: Case-Study-DATA CENTRE
 

 

返回列表
Facebook
Youtube
LinkedIn
Facebook
Youtube
LinkedIn
up to top