輔助降溫技術(shù)在機房的應(yīng)用

謝 磊

（江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司無錫分公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

近年來，夏季氣溫越來越高，且高溫持續(xù)時間長。在夏季高溫時期，機房空調(diào)經(jīng)常高溫導(dǎo)致保護，嚴重影響機房溫度的控制，對機房安全運行帶來了極大的隱患。同時隨著機房空調(diào)的滿負荷運轉(zhuǎn)，機房空調(diào)的能耗逐年提高，增加了機房運營成本。如何在夏季使機房空調(diào)安全穩(wěn)定的運行，成為一個極為棘手的問題。為了解決這個問題，機房管理人員必須找尋一個性價比較高的解決方案。

1 項目背景

江蘇有線無錫分公司中心機房采用大金FHY125DQV2C分體式風冷空調(diào)制冷，共有18臺。該機房是2000年左右由辦公用房改造而成。由于用房建筑形狀限制，空調(diào)外機放置在3樓頂層平臺上。平臺是一個弧形下凹場地，面積小，通風條件不佳，在夏季氣溫超過35℃時，天臺地面氣溫高達80℃以上，因此一到夏季空調(diào)就頻繁出現(xiàn)保護故障，嚴重影響機房環(huán)境溫度控制。一旦空調(diào)故障，機房溫度迅速升高，設(shè)備安全難以保障，有線電視安全優(yōu)質(zhì)播出受到威脅。機房必須采用冰塊、風扇等輔助手段降溫，費事費力，效率不高。

2 需求分析

通過空調(diào)工作原理和對空調(diào)機組保護故障進行分析，發(fā)現(xiàn)空調(diào)之所以出現(xiàn)保護故障是因為夏季時機房室內(nèi)外溫差大，為了保證熱量從制冷劑傳遞給外界空氣，冷凝溫度會隨著大氣溫度的上升而升高，冷凝溫度升高空調(diào)壓縮機在工作時管路壓力隨之升高，直至發(fā)生高壓警報，從而引起保護故障。如果能降低室內(nèi)外溫差，就能解決保護的問題。通過對空調(diào)理論制冷系數(shù)ε進行分析，ε為空調(diào)設(shè)備單位耗功所能獲得的制冷量，是表示空調(diào)設(shè)備節(jié)能型好壞的一個重要參數(shù)，用以下公式表示：

ε=T0/（Tk-T0）（其中：T0為蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度；Tk為冷凝器的冷凝溫度，單位：K，K=℃+273）。

根據(jù)上述公式分析，空調(diào)制冷系數(shù)與蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度和冷凝器的冷凝溫度有關(guān)，而空調(diào)蒸發(fā)器在室內(nèi)，所以蒸發(fā)溫度與機房內(nèi)溫度有關(guān)，即機房設(shè)定的溫度值越高，T0值會越高（一般0～7.2℃范圍之間變化）；空調(diào)冷凝器在室外，所以冷凝溫度是與室外氣溫有關(guān)的，室外氣溫越高，Tk值會越高。

假定在空調(diào)運行環(huán)境其他因素不變時，以蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的變化來推算制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)變化情況。假定冷凝溫度為55℃不變，則把機房的溫度提升，使得蒸發(fā)溫度從5℃升高到6℃，則理想制冷系數(shù)ε由5.56W/W上升至5.69W/W，上升率約2.3%。假定蒸發(fā)溫度為5℃不變，如果室外氣溫上升，使得制冷系統(tǒng)的冷凝溫度從原先的55℃升高至56℃，則制冷系統(tǒng)的理想制冷系數(shù)ε由原先的5.56W/W下降至5.45W/W，下降率約2.0%。

從上述分析來看，若要降低空調(diào)的能耗，在空調(diào)設(shè)備選定后，可從室內(nèi)溫度和室外溫度2方面著手。一方面，在室內(nèi)通過降低機房從外界吸收熱量來節(jié)能；另一方面，在室外通過降低冷凝器所處位置的空氣溫度，從而降低冷凝溫度，達到節(jié)能降溫的目的?？傊椖繉嵤┑哪康氖窃诓桓淖兛照{(diào)設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過輔助措施，減少機房空調(diào)冷量的流失，并降低機房空調(diào)冷凝溫度。同時又要滿足不受場地限制、投入成本不能過高的要求。

3 技術(shù)方案

3.1 技術(shù)應(yīng)用原理

項目組借鑒汽車、溫室苗圃等場合夏季降溫措施，進行多種降溫措施的實踐實驗。一方面在機房內(nèi)部利用雙層玻璃隔熱和熱反射膜的反射作用，通過加裝雙層玻璃并在玻璃上貼熱反射膜的措施來減少外界傳導(dǎo)入機房的熱能，降低機房冷量流失速度，從而降低空調(diào)工作時間。另一方面在空調(diào)室外機放置區(qū)利用遮陽網(wǎng)遮光特性和水蒸發(fā)散熱的特點給室外機區(qū)域降溫，即通過架設(shè)遮陽網(wǎng)和水霧噴淋系統(tǒng)組合來進行降溫。多種降溫方式的組合有效降低了室內(nèi)外溫差，基本解決空調(diào)保護問題，同時又達到節(jié)能目的。

3.2 具體技術(shù)應(yīng)用措施

3.2.1 室內(nèi)部分措施

室內(nèi)部分主要內(nèi)容為減少機房與外部環(huán)境的熱交換，即降低外部環(huán)境對機房的熱傳遞過程。主要技術(shù)措施為對機房窗戶進行密封改造，確保所有的機房采用雙層玻璃進行隔溫，在不具備條件的地方通過外裝的方式進行補充。通過2層玻璃中的空氣隔層進行隔熱，并在外側(cè)玻璃上貼熱反射膜。熱反射膜貼在玻璃表面使機房內(nèi)能透過可見光和近紅外光，但不能透過遠紅外光。因此有足夠的光線進入室內(nèi)，而將大部分的太陽能的熱量反射回去，在炎熱的夏季保持室內(nèi)溫度不會升高太多，從而降低室內(nèi)空調(diào)負荷，達到節(jié)省空調(diào)費用和節(jié)能的作用。項目組所采用的熱反射膜，能將進入室內(nèi)的總太陽能從91%降低至19%（見圖1）。

3.2.2 室外部分方案

圖1 貼膜前后對比圖

圖2 4針遮陽網(wǎng)

圖3 系統(tǒng)圖

圖4 室外噴淋遮陽系統(tǒng)

室外部分主要內(nèi)容為降低空調(diào)室外機放置區(qū)域微環(huán)境溫度。主要技術(shù)措施為外機遮陽和水噴霧降溫。

（1）外機遮陽。通過遮陽網(wǎng)的遮蔽，網(wǎng)下陰影處的溫度能降低10℃以上。為了取得最佳效果，項目組選擇2針、3針、4針、6針遮陽網(wǎng)進行了多次對比測試，發(fā)現(xiàn)4針遮陽網(wǎng)遮光效果好，遮光率為85%～90%，而且透氣性好，利于外機熱量排出。既能遮蔽陽光，又不影響空調(diào)機組熱量散發(fā)，最適合作為機房空調(diào)外機遮陽材料。遮陽網(wǎng)架設(shè)在離空調(diào)外機頂部100cm左右的高度，寬度為能覆蓋空調(diào)外機。這樣一來留出的空間，能保證空氣流通，不會阻礙空調(diào)散熱，二來方便空調(diào)檢修（見圖2）。

（2）水噴霧降溫系統(tǒng)（見圖3-4）。水噴霧降溫系統(tǒng)散發(fā)到空氣中的水微粒，在汽化的過程中要吸收大量周圍環(huán)境中的熱量，從而降低周圍環(huán)境的溫度，是經(jīng)濟、有效的降溫手段。而在噴霧降溫系統(tǒng)的作用下，空氣溫度可降至25℃，在極端環(huán)境下可降溫14℃。水噴霧降溫系統(tǒng)主要由儲水器、管路、抽水泵、噴頭、控制部分組成。儲水器的作用為儲存保證抽水泵能正常工作的水量。管路系統(tǒng)采用PVC熱水管，能承受一定壓力，與鍍鋅鐵管相比易切割、耐腐蝕。噴頭采用圓形可調(diào)節(jié)噴頭，其位置必須高于遮陽網(wǎng)，以便水霧噴灑到遮陽網(wǎng)。噴頭數(shù)量以噴出水霧能均勻噴灑在遮陽網(wǎng)上計算，防止多余水量流失，節(jié)約用水?？刂葡到y(tǒng)由單片機、繼電器和傳感探頭組成，由溫度傳感器、水位傳感器收集信號傳給單片機，單片機輸出信號給繼電器，控制電子水閥放水和抽水泵抽水。

系統(tǒng)工作流程：當多個溫度傳感器平均溫度達到40℃，且水位傳感器在高水位時，抽水泵開始工作，噴頭開始噴水；當水位下降到低水位時抽水泵停止工作，同時電子水閥打開開始放水，當?shù)竭_高水位時電子水閥關(guān)閉停止放水；該過程完整運行一次耗時15min。

控制系統(tǒng)判斷邏輯：儲水器有A、B、C、D四個水位線，對應(yīng)4個傳感器。單片機有4個控制腳對應(yīng)4個水位傳感器，2個串口，一個串口連接繼電器，一個串口連接溫度傳感器。

防護措施：A默認高電平，當水位在A以上，A對GND導(dǎo)通低電平，水閥關(guān)閉，防止溢水。D默認低電平，當水位在D以下，D對GND斷開變高電平，水泵停轉(zhuǎn)，防止水泵干燒損壞。水泵工作判斷邏輯：當水位在B以上時，即B低電平，單片機發(fā)送指令打開繼電器2接口，水泵接通開始抽水噴淋（默認噴15分鐘）。當水位在C以下時，即C高電平，單片機發(fā)送指令關(guān)閉繼電器2接口，水泵關(guān)閉。

電子水閥工作判斷邏輯：當水位在B以下，即B高電平，單片機發(fā)送指令打開繼電器1接口，電子水閥接通開始放水。當水位在B以上，即B低電平，單片機發(fā)送指令關(guān)閉繼電器1接口，電子水閥關(guān)閉停止放水。

3.3 節(jié)能降溫效果

經(jīng)測試，該系統(tǒng)啟動后，系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)溫度可下降10℃以上,根據(jù)ε=T0/（Tk-T0）概算公式，推算出機組的節(jié)能效率約為20%以上。以夏季時間按3個月計算，此項措施實施后，全年機房能耗將降低5%以上。

4 結(jié)語

本項目在不改變空調(diào)系統(tǒng)的情況下，在室內(nèi)采用熱反射膜反射太陽能降低機房整體溫度；在室外采用外機遮陽、水霧降溫組合手段，降低室外機區(qū)域微環(huán)境溫度。動態(tài)、靜態(tài)多種降溫技術(shù)應(yīng)用，同傳感設(shè)備、單片機技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)了機房輔助降溫手自一體控制。該項目投資少，見效快，為已有機房節(jié)能降耗提供了一個新的思路。