通信機(jī)房風(fēng)冷空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)之研究

儲(chǔ)云峰

【摘要】通信機(jī)房由于用電設(shè)備多，所以會(huì)提升室內(nèi)溫度，加速線纜、元器件老化，同時(shí)溫度過高還會(huì)影響機(jī)房安全性，這也是所有通信機(jī)房都要安裝風(fēng)冷空調(diào)的原因。在節(jié)能環(huán)保政策下，為了能夠降低風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)的用電能耗，各個(gè)單位都在不斷加強(qiáng)風(fēng)冷空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)的研究，并在實(shí)踐當(dāng)中取得了不錯(cuò)的成效。基于此，本文首先提出風(fēng)冷空調(diào)運(yùn)行機(jī)理，進(jìn)而提出風(fēng)冷空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)。

關(guān)鍵詞：通信機(jī)房;風(fēng)冷空調(diào);改造技術(shù);機(jī)理

引言

我國(guó)“十三五”背景下，為了能夠全面貫徹國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略，進(jìn)一步提升資源利用率，通信領(lǐng)域也在不斷加強(qiáng)風(fēng)冷空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)研究，這對(duì)促進(jìn)企業(yè)低成本、高效率發(fā)展有著重要意義。對(duì)于通信機(jī)房來說，由于風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)會(huì)消耗大量電能，所以需要不斷挖掘風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力，貫徹節(jié)能理念年、落實(shí)節(jié)能措施，從而營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源節(jié)約、設(shè)備能耗降低的最終目標(biāo)。下文通過分析風(fēng)冷空調(diào)運(yùn)行機(jī)理，并針對(duì)性提出節(jié)能改造方案。

1、風(fēng)冷空調(diào)的制冷機(jī)理

風(fēng)冷空調(diào)就是利用風(fēng)冷冷凝器盤將冷媒熱量帶出到機(jī)房外部，在室內(nèi)將冷媒降溫再循環(huán)回到室內(nèi)吸收熱量，也就是風(fēng)冷式冷凝機(jī)組。風(fēng)冷式冷凝機(jī)組結(jié)構(gòu)，是通過風(fēng)冷式直接膨脹機(jī)組在房?jī)?nèi)獲取熱量，再通過冷凝器傳輸?shù)綑C(jī)房外部。在安裝完機(jī)組之后，此時(shí)室外冷凝器、室內(nèi)機(jī)組之間會(huì)產(chǎn)生閉合回路。對(duì)于整個(gè)風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中，空調(diào)制冷系統(tǒng)管路獨(dú)立運(yùn)行，在實(shí)際安裝中也更加方便，更加適用與水資源匱乏、無冷卻水系統(tǒng)的場(chǎng)地。風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)也存在著弊端，由于制冷劑管路垂直、水平長(zhǎng)度方面的限制，所以在屋頂、外墻安裝冷凝器過程中很容易受到環(huán)境溫度的影響，所以在個(gè)別時(shí)間段制冷效率較低或能耗較大。

2、風(fēng)冷空調(diào)工況性能系數(shù)與問題

風(fēng)冷空調(diào)相比水冷空調(diào)的制冷效率低，間接提升了能耗。由于空調(diào)內(nèi)部都設(shè)置了壓縮機(jī)，所以精密空調(diào)制冷系數(shù)較低，大部分風(fēng)冷空調(diào)精密系數(shù)不超過3.0.由于通信機(jī)房的面積大、服務(wù)器設(shè)備多，所以散發(fā)的熱量更多，所以采用風(fēng)冷一內(nèi)一外的精密空調(diào)組合方法會(huì)造成大量的能耗。

2.1工況性能系數(shù)（CoP）

為了能夠提升風(fēng)冷空調(diào)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的經(jīng)濟(jì)性，需要重點(diǎn)考慮CoP指標(biāo)。CoP是指在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定基礎(chǔ)上，機(jī)組通過相同單位表示制冷量，和總輸入電功率的比值，也就是CoP=制冷量/能耗。對(duì)于我國(guó)大部分地區(qū)（夏熱冬冷），風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組的CoP大約在3.0;而水冷空調(diào)機(jī)組CoP普遍能夠達(dá)到4.4。這是因?yàn)轱L(fēng)冷空調(diào)機(jī)組與室外干球溫度有關(guān);水冷空調(diào)機(jī)組與室外濕球溫度有關(guān)，干球溫度要比濕球溫度更高，這就導(dǎo)致風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組制冷性能不足。其中風(fēng)冷空調(diào)冷凝壓力為P2、水冷空調(diào)為P1，可見風(fēng)冷式空調(diào)焓值h2小于h1，性能系數(shù)CoP要弱于水冷空調(diào)。

2.2風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組常見問題

在很多通信機(jī)房中，都安裝大量風(fēng)冷空調(diào)，造成很多室外機(jī)聚集，外墻、屋頂產(chǎn)生了高溫（相比室外溫度）環(huán)境，并且在長(zhǎng)期運(yùn)行當(dāng)中，會(huì)降低制冷效果，否則會(huì)提升能耗。采用CFD軟件模擬屋頂風(fēng)冷外機(jī)組，將干球溫度設(shè)定為15℃和35℃，此時(shí)風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組會(huì)產(chǎn)生熱壓煙囪效應(yīng)，如果外部環(huán)境沒有主導(dǎo)風(fēng)，此時(shí)機(jī)組冷凝機(jī)出風(fēng)溫度多數(shù)會(huì)大于50℃，并且不同冷凝機(jī)出的熱風(fēng)之間相互干擾。通過對(duì)熱流情況分析可知，外墻空間集中的冷凝機(jī)組，由于熱量密度低，所以熱量會(huì)自然上升，對(duì)于上部的冷凝機(jī)組來說，會(huì)產(chǎn)生熱力環(huán)流，隨著建筑高度升高，外機(jī)散熱性能也會(huì)降低。再加上熱力環(huán)流的影響，如果機(jī)房運(yùn)行負(fù)載增加，在炎熱的夏季會(huì)造成空調(diào)機(jī)組高壓報(bào)警，這也是必然情況。

3、風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組節(jié)能改造方案

3.1改造總體方案

對(duì)于通信機(jī)房來說，通常全天24小時(shí)不間斷制冷，如何在保證空調(diào)制冷性能滿足機(jī)房運(yùn)行要求，同時(shí)降低風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組能耗是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。如果通信機(jī)房無法使用水冷空調(diào)機(jī)組，則要對(duì)現(xiàn)有風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造。根據(jù)通信機(jī)房建筑屋頂實(shí)際結(jié)構(gòu)、承載條件，需要增設(shè)水冷式換熱器、冷卻水塔系統(tǒng)。在風(fēng)冷冷凝器尾部串聯(lián)水冷換熱器，這樣即可通過循環(huán)水泵把冷卻塔中冷卻水傳輸?shù)綋Q熱器當(dāng)中，風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)制冷劑再次冷凝換熱，把循環(huán)水傳輸?shù)嚼鋮s塔當(dāng)中，此時(shí)冷卻塔會(huì)自動(dòng)降溫，將冷水再次傳輸?shù)綋Q熱器中。這樣即可提升風(fēng)冷空調(diào)冷凝器換熱量，還可以降低冷凝壓力與工作負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

3.2改造方法

（1）改變?cè)械睦淠鞔?lián)殼管式換熱器安裝到室外機(jī)組上方或下方部位。殼管式冷凝器按照風(fēng)冷100%進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮。殼管式換熱器與水展開熱交換，高壓冷媒氣體從此通過，這樣冷媒氣體就變成了氣液混合形態(tài)。調(diào)節(jié)殼管式換熱器閥門即可控制換熱量，保證冷凝器壓力在精密空調(diào)適宜運(yùn)行壓力的范圍內(nèi)。該設(shè)計(jì)方案是在水系統(tǒng)保持正常運(yùn)行基礎(chǔ)上，此時(shí)不啟動(dòng)風(fēng)冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)降噪、節(jié)能目標(biāo)。

（2）如果通信機(jī)房樓頂承載性能良好，可以在屋頂安裝冷卻塔用于輔助制冷，采用一備一用的設(shè)置方案，使用銅管連接冷卻塔、水冷冷凝器。將冷卻塔設(shè)置成為37℃/32℃進(jìn)出水換熱差。

（3）在風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組當(dāng)中增設(shè)循環(huán)泵，采用一備一用形式，在冷卻塔、換熱器當(dāng)中實(shí)現(xiàn)冷卻水的換熱循環(huán)。由于很多通信大樓中有多層是通信機(jī)房，在改造當(dāng)中不能所有精密空調(diào)停機(jī)改造，所以在改造方案實(shí)施當(dāng)中，要事先安裝好樓頂冷卻塔、各層冷卻水管道、水泵、換熱器、電纜。在安裝完冷卻水塔、冷卻水路管道之后，首先要測(cè)試?yán)渌到y(tǒng)，如果冷去水系統(tǒng)運(yùn)行正常，此時(shí)再連接冷媒管、換熱器。在實(shí)際改造當(dāng)中，要以一個(gè)機(jī)房作為單位，逐漸切割、連接、并網(wǎng)，也就是在一臺(tái)精密空調(diào)完成連接、調(diào)試符合標(biāo)準(zhǔn)后，在展開下一臺(tái)精密空調(diào)連接工作，確保通信機(jī)房風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)改造不影響機(jī)房正常運(yùn)行，保證通信服務(wù)質(zhì)量。

（4）在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中增設(shè)水系統(tǒng)自動(dòng)投放藥系統(tǒng)，在冷卻塔當(dāng)中增設(shè)水質(zhì)檢測(cè)傳感器，并與自動(dòng)投藥系統(tǒng)連接，如果冷卻塔當(dāng)中的水清潔度不足，會(huì)自動(dòng)投放清潔藥物，保證系統(tǒng)內(nèi)部冷卻水質(zhì)量達(dá)標(biāo)，保證換熱器可以正常運(yùn)行。

3.4節(jié)能效果分析

某通信機(jī)房節(jié)能改造工程采用了上述方案，在改造之前風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)每天用電1854千瓦時(shí)，在節(jié)能改造之后通信機(jī)房總用電量為1641千瓦時(shí)。由于加入了換熱器、冷區(qū)塔，所以改造后空調(diào)機(jī)組中的冷媒氣體溫度更低，空調(diào)節(jié)電率等于調(diào)節(jié)電量，從而得到最終的節(jié)電能總量，平均機(jī)房風(fēng)冷機(jī)組平局節(jié)能14%，并且制冷溫度更加穩(wěn)定。

結(jié)束語

綜上所述，由于風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組前期投資相比水冷空調(diào)機(jī)組投資更低，但是風(fēng)冷機(jī)組后續(xù)運(yùn)行成本較高、制冷性能較低。所以，為了能夠滿足通信機(jī)房運(yùn)行要求，充分發(fā)揮風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效益，需要加強(qiáng)風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組的改造工作，通過增加冷卻塔、換熱器以及冷凝器優(yōu)化配置方案，避免外機(jī)組熱力環(huán)流，保證空調(diào)機(jī)組的制冷效果以及能耗，推動(dòng)通信行業(yè)在節(jié)能減排道路上進(jìn)一步發(fā)展。

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