智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)在有線電視機(jī)房中的應(yīng)用

謝海華 江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司鹽城分公司

智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)在有線電視機(jī)房中的應(yīng)用

謝海華 江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司鹽城分公司

節(jié)能增效越來越受到有線電視機(jī)房運(yùn)營管理部門的重視。通過在機(jī)房建設(shè)過程中引入智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，可有效節(jié)省有線電視業(yè)務(wù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)營費(fèi)用。本文介紹了焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的原理，以及在鹽城有線新業(yè)務(wù)機(jī)房中的應(yīng)用與效益情況。

焓差節(jié)能空調(diào) 設(shè)計(jì)方案 效益分析

1. 引言

近年來，節(jié)能增效、低碳環(huán)保的理念越來越受到人們的重視，并影響到了社會的各行各業(yè)，通信行業(yè)、廣電行業(yè)亦不例外。由于廣播電視行業(yè)近年來業(yè)務(wù)增長迅速，生產(chǎn)能耗也逐年上升，使得有線廣播電視業(yè)務(wù)機(jī)房中的業(yè)務(wù)設(shè)備和精密空調(diào)用電需求急劇增長，特別是精密空調(diào)的用電量在其業(yè)務(wù)總耗電中的比重已經(jīng)由過去的15%-30%上升到50%左右。如果能在廣電有線業(yè)務(wù)機(jī)房設(shè)計(jì)、建設(shè)時(shí)，充分利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，在空調(diào)系統(tǒng)中采用環(huán)保節(jié)能的新技術(shù)、新產(chǎn)品，有效降低空調(diào)系統(tǒng)的用電，可大大降低機(jī)房的運(yùn)營成本，能產(chǎn)生間接的經(jīng)濟(jì)效益，充分體現(xiàn)低碳環(huán)保、節(jié)能增效的綠色理念和社會責(zé)任。

江蘇有線鹽城分公司承擔(dān)著鹽城地區(qū)廣播電視業(yè)務(wù)集成與傳輸、廣電寬帶與集團(tuán)專線接入等重要的節(jié)目傳播、數(shù)據(jù)通訊、信息服務(wù)任務(wù)，并將成為鹽城地區(qū)廣電“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)樞紐中心。作為完成這些重要任務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，一個(gè)功能全面、配套完整的業(yè)務(wù)機(jī)房其重要性不言而喻。2014年江蘇有線鹽城分公司開始設(shè)計(jì)并建設(shè)新的西環(huán)路業(yè)務(wù)機(jī)房，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)開始就考慮依據(jù)鹽城當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，結(jié)合最新的綠色節(jié)能技術(shù)，從供電、制冷等方面著手進(jìn)行節(jié)能、增效設(shè)計(jì)，并將機(jī)房的節(jié)能增效重點(diǎn)放在了機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)上，通過引入綠色節(jié)能的新技術(shù)——智能新風(fēng)焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，并充分利用自然冷源--秋、冬、春季的室外新風(fēng)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了有線電視重要業(yè)務(wù)機(jī)房的綠色節(jié)能環(huán)保建設(shè)。

2. 鹽城有線新業(yè)務(wù)機(jī)房建設(shè)概況

江蘇有線鹽城分公司新建業(yè)務(wù)機(jī)房位于市區(qū)西環(huán)路西側(cè)，設(shè)備區(qū)面積約為350平方米，分為3個(gè)機(jī)房，西側(cè)機(jī)房面積約為185㎡，東側(cè)機(jī)房面積約為112㎡，電力機(jī)房面積約為50㎡，層高約為4.4m，機(jī)房內(nèi)無吊頂、上走線設(shè)計(jì)，共布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜130個(gè)，設(shè)備設(shè)計(jì)功率總?cè)萘?50KW。設(shè)備區(qū)全部采用防靜電地板磚鋪地，地板架空層高度設(shè)為400mm，空調(diào)設(shè)計(jì)采用機(jī)柜內(nèi)架空地板下送風(fēng)、自然上回風(fēng)方式。根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)功率容量，機(jī)房內(nèi)共使用了風(fēng)冷式下送風(fēng)專用機(jī)房精密空調(diào)機(jī)組9臺（其中2臺作為備用空調(diào)），空調(diào)總制冷量約為250kW。

3. 鹽城地區(qū)的天氣特點(diǎn)

根據(jù)公開氣象資料顯示，鹽城地處北亞熱帶向暖溫帶氣候過渡地帶，季風(fēng)氣候明顯，冬季受歐亞大陸冷氣團(tuán)影響，多偏北風(fēng)且多寒冷天氣，夏季受太平洋副熱帶高壓影響，多偏南風(fēng)且多炎熱天氣，空氣溫暖濕潤。另外氣候受海洋影響也較大，與同緯度的其他地區(qū)相比，春季氣溫低且回升遲，秋季氣溫下降緩慢且高于春溫。鹽城地區(qū)年平均氣溫13.9-14.5℃，每月室外平均氣溫如表1所示。

表1 鹽城地區(qū)室外平均氣溫統(tǒng)計(jì)表

10-26 ℃是國家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A類通訊機(jī)房運(yùn)行可允許的正常溫度范圍。從表1可以看出，鹽城地區(qū)在一年中有7個(gè)月的平均氣溫低于20℃、10個(gè)月的平均氣溫低于A類通訊機(jī)房運(yùn)行允許的最高限26℃。如果能夠充分利用鹽城地區(qū)這一氣候特點(diǎn)，當(dāng)室外氣溫低于機(jī)房運(yùn)行所允許的溫度時(shí)，將室外低溫的空氣經(jīng)過凈化、再降溫等處理后送往機(jī)房，替代或部分替代精密空調(diào)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備降溫與機(jī)房溫度調(diào)節(jié)，將可大大降低機(jī)房運(yùn)行過程中精密空調(diào)的使用頻率與能源消耗，產(chǎn)生極好的節(jié)能降耗、減少運(yùn)營成本的效果。

4.智能新風(fēng)焓差節(jié)能系統(tǒng)的工作原理及效果預(yù)測

焓，是一個(gè)熱力學(xué)名詞，它指單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能。而“焓差”，是指不同空間位置的熱能差。一般空調(diào)器的制冷/制熱量采用焓差法來測定，它通過抽風(fēng)系統(tǒng)采集室內(nèi)機(jī)進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)的焓值，利用兩者的焓值之差，從而計(jì)算出空調(diào)的制冷量和制熱量。在機(jī)房運(yùn)行過程中，如果外部自然的氣候條件合適，再加上機(jī)房內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行時(shí)散發(fā)的熱量累積，便具備了在一定氣候條件下利用室內(nèi)外空氣焓值的差異來實(shí)現(xiàn)機(jī)房空調(diào)節(jié)能的條件。一般來說，機(jī)房進(jìn)行節(jié)能改造，目前比較好的方式為直接或間接利用外界低焓值的空氣。直接利用外界低焓值的空氣，在技術(shù)上相對較成熟、效率也較高，但在保障機(jī)房的潔凈度與溫度方面效果要遠(yuǎn)低于間接利用低焓值空氣。

智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)不同于一般的新風(fēng)系統(tǒng)，它在普通新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入水簾加濕環(huán)節(jié)及與原機(jī)房用空調(diào)的智能聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，不僅能充分利用室外干空氣加濕所產(chǎn)生的冷量來強(qiáng)化降溫效果，同時(shí)也起到一定的除塵作用、減少了新風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)量，并能有效保障機(jī)房內(nèi)的室內(nèi)空氣溫度與品質(zhì)。其工作過程和節(jié)能原理如圖1所示。

圖1 焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)工作過程和節(jié)能原理圖

在室內(nèi)外空氣焓差值滿足條件時(shí)，室外空氣經(jīng)過一級過濾網(wǎng)后被引進(jìn)焓差空調(diào)節(jié)能機(jī)組。由于空氣處在機(jī)組負(fù)壓空間里，此時(shí)循環(huán)水泵將循環(huán)水箱里的水送入降溫加濕除塵簾里強(qiáng)制蒸發(fā)冷卻，在水從液態(tài)蒸發(fā)成氣態(tài)過程中會吸收熱量，從而使流經(jīng)的空氣溫度降低，接近于等焓加濕過程。經(jīng)過加濕、降溫、除塵后的新風(fēng)，再通過二級空氣過濾后送入機(jī)房內(nèi)，對機(jī)房區(qū)域進(jìn)行降溫、加濕。該系統(tǒng)通過焓差控制器對機(jī)房的溫、濕度進(jìn)行監(jiān)控并對焓差機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，從而保證機(jī)房的溫濕度、潔凈度能完全滿足機(jī)房設(shè)備運(yùn)行對環(huán)境的要求，并減少機(jī)房精密空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間、延長空調(diào)機(jī)組的使用壽命、節(jié)約機(jī)房的運(yùn)行維護(hù)成本，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

根據(jù)已使用焓差節(jié)能系統(tǒng)的電信等單位使用經(jīng)驗(yàn)，在江蘇地區(qū)采用焓差后年節(jié)電率在35-50%之間。鹽城地區(qū)一年有7個(gè)月平均氣溫低于20℃，具備使用焓差節(jié)能的條件，預(yù)計(jì)鹽城地區(qū)的年節(jié)電效率可在40%以上。

4. 鹽城有線新業(yè)務(wù)機(jī)房智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)方案

4.1 風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能原理，系統(tǒng)的選型應(yīng)以機(jī)房內(nèi)的換氣次數(shù)為主要依據(jù)，以機(jī)房內(nèi)的熱負(fù)荷密度為輔。同時(shí)應(yīng)結(jié)合機(jī)房布局及熱源分布情況進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)、排風(fēng)單元的合理布置，實(shí)現(xiàn)較好的氣流組織。

智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量V為：

V=機(jī)房面積×機(jī)房層高×換氣次數(shù)

4.2 系統(tǒng)機(jī)組選型及設(shè)備用量設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場的施工條件，綜合造價(jià)、節(jié)能效果、施工工期等方面的情況，鹽城有線新業(yè)務(wù)機(jī)房選用了XFHC-6000智能新風(fēng)焓差節(jié)能設(shè)備，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 智能新風(fēng)焓差節(jié)能設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

機(jī)房設(shè)備區(qū)安裝系統(tǒng)機(jī)組數(shù)=187m2(面積)*4.4m(高度)*30(每小時(shí)換氣次數(shù))/6000(每臺每小時(shí)換氣量m3)=4.1臺，實(shí)際配備4臺。傳輸設(shè)備區(qū)安裝系統(tǒng)機(jī)組數(shù)=118m2(面積)*4.4m(高度)*30(每小時(shí)換氣次數(shù))/6000(每臺每小時(shí)換氣量m3)=2.6臺，實(shí)際配備3臺。UPS配電室安裝系統(tǒng)機(jī)組數(shù)=44m2(面積)*4.4m(高度)*30(每小時(shí)換氣次數(shù))/6000(每臺每小時(shí)換氣量m3)=0.97臺，實(shí)際配備1臺。8臺XFHC-6000系統(tǒng)機(jī)組總有效制冷量W1=8*30=240KW。

4.3 安裝方式

根據(jù)現(xiàn)行焓差能量交換技術(shù)，參考機(jī)房精密空調(diào)的送風(fēng)方式，若機(jī)房空調(diào)為下送風(fēng)方式，焓差空調(diào)與其同側(cè)面安裝。能量交換的條件是存在能量差或者存在氣壓差，而焓差節(jié)能系統(tǒng)是在二者均存在的環(huán)境條件下，充分利用室內(nèi)外能量差和壓差從而推動(dòng)能量的交換實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能。當(dāng)只有焓差系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，若室內(nèi)外焓差條件滿足機(jī)房運(yùn)行要求時(shí)，不需要機(jī)房空調(diào)輔助。從外界看，機(jī)房是一個(gè)正壓系統(tǒng)，它的能量交換是通過室內(nèi)外空氣焓差實(shí)現(xiàn)的，室內(nèi)外壓差是通過風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，并通過風(fēng)機(jī)來加速其交換過程。若是室內(nèi)外空氣焓差條件只能部分滿足時(shí)，智能控制系統(tǒng)會自動(dòng)調(diào)度機(jī)房空調(diào)啟動(dòng)，輔助對機(jī)房溫、濕度進(jìn)行處理，以保證達(dá)到機(jī)房運(yùn)行所需要的環(huán)境效果。

其氣流組織圖2所示。

圖2 機(jī)房氣流組織示意圖（焓差空調(diào)與精密空調(diào)同時(shí)工作時(shí)）

具體施工方案如下：

（1）設(shè)備區(qū)的進(jìn)風(fēng)單元安裝于機(jī)房北側(cè)窗臺，采用不銹鋼風(fēng)管將風(fēng)導(dǎo)入送風(fēng)地板下，電源室的進(jìn)風(fēng)單元安裝于西側(cè)窗戶，室外空氣經(jīng)處理后直接送入室內(nèi)。由于北側(cè)完全為玻璃窗戶，安裝時(shí)將焓差安裝位置處的窗戶按圖紙要求拆除，構(gòu)建單元安裝平臺，并按進(jìn)風(fēng)口位置將其余部分做防水處理

（2）出風(fēng)單元安裝于機(jī)房南側(cè)（設(shè)備區(qū)）或西側(cè)（電力室）鋁合金窗及部分隔斷墻體上，在走廊上制作熱風(fēng)管道，熱風(fēng)通過熱風(fēng)管道穿過走廊直接排于戶外。

（3）進(jìn)風(fēng)單元供水管采用De25工程塑料PP-R管，引自下一層或同層衛(wèi)生間給水點(diǎn)；排水管采用工程塑料U-PVC管，管徑De50，接至同層衛(wèi)生間排水點(diǎn)。

（4）設(shè)備供電與精密空調(diào)一樣，引自配電間內(nèi)的動(dòng)力配電柜?？刂破骷斑M(jìn)、排風(fēng)單元、溫濕度傳感器、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)之間的電源線、信號線穿氧指數(shù)大于27的硬質(zhì)PVC管，沿墻及天花板布置。

此方案可有效利用機(jī)房下送風(fēng)的靜壓箱，改造簡單。出風(fēng)口直接排于戶外，對機(jī)房的整體工作環(huán)境有一定好處。

5. 智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果

根據(jù)設(shè)計(jì)，鹽城有線新業(yè)務(wù)機(jī)房共配置9臺精密空調(diào)機(jī)組、250KW總制冷量，在線空調(diào)總輸入電功率約100kW，年耗電約87.6萬度，年電費(fèi)約72萬元。

使用焓差機(jī)組時(shí)，機(jī)房區(qū)域共安裝8臺機(jī)組，設(shè)備成本約24萬元，每臺設(shè)備每小時(shí)耗電量800W、耗水量8L左右（含沖洗用水）。在不間斷運(yùn)行條件下，年耗電約0.7萬度、年電費(fèi)約0.6萬元，年用水量約560噸、年水費(fèi)約0.3萬元。

從兩年來的綜合使用情況來看，智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果與室外平均氣溫值成反比，在冬季氣溫低時(shí)節(jié)能效果最明顯，早春、深秋次之，在氣溫高的夏季效果最不明顯。從每年10月份起，焓差系統(tǒng)陸續(xù)投入使用并與精密空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。隨著室外氣溫的降低，空調(diào)的投運(yùn)機(jī)組越來越少。進(jìn)入12月中、下旬，新風(fēng)焓差系統(tǒng)完全替代了空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行工作，機(jī)房內(nèi)的溫度可始終控制在20℃以下，空氣清潔度也可達(dá)到規(guī)定的要求，制冷設(shè)備的總體能耗由夏季完全使用空調(diào)的100KWH下降至冬季最低時(shí)不足10KWH（含配合新風(fēng)焓差系統(tǒng)工作在加濕/除濕狀態(tài)的精密空調(diào)機(jī)組用電）。3月中旬至5月上旬，隨著氣溫的逐步升高，空調(diào)機(jī)組陸續(xù)進(jìn)入投運(yùn)狀態(tài)，配合新風(fēng)焓差系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)房溫度的調(diào)節(jié)。5月中、下旬至6月中旬，新風(fēng)焓差系統(tǒng)可在夜間進(jìn)行工作。在7-9月份，機(jī)房的溫度調(diào)節(jié)工作主要由精密空調(diào)完成，焓差系統(tǒng)一般不再工作，僅作為新風(fēng)系統(tǒng)及精密空調(diào)全部出現(xiàn)故障等極特殊情況下機(jī)房強(qiáng)制通風(fēng)的備份手段。

從綜合每個(gè)月機(jī)房運(yùn)行實(shí)際支出的電費(fèi)情況進(jìn)行測算，在智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)投運(yùn)后，每年可節(jié)約機(jī)房運(yùn)行用電費(fèi)約30萬元，綜合節(jié)電率可達(dá)41%，僅需1年即可收回焓差機(jī)組投入。另外，智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)成本低，正常運(yùn)行后還可帶來降低精密空調(diào)維護(hù)、維修費(fèi)用、延長其使用壽命等其他間接效益，完全實(shí)現(xiàn)了在有線電視業(yè)務(wù)機(jī)房引入新風(fēng)焓差系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及節(jié)能降耗效果。

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