通信機房氟泵空調(diào)模式轉(zhuǎn)換與運行優(yōu)化研究

【摘要】? ? 本文主通過對上海某公司的通信機房氟泵改造項目，通過對提取數(shù)據(jù)的研究，發(fā)現(xiàn)氟泵系統(tǒng)三種模式轉(zhuǎn)換的影響因素，對機房后續(xù)運行提出一定優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】? ? 通信機房? ? 氟泵改造? ? 優(yōu)化

引言：

近些年，通信機房能耗問題引起了各方關(guān)注，而在機房能耗架構(gòu)中，制冷系統(tǒng)所占的比重達到40%[1]，隨著社會對數(shù)據(jù)中心的巨大的能耗問題持續(xù)關(guān)注，對于機房制冷系統(tǒng)的節(jié)能改造迫在眉睫。對精密空調(diào)進行氟泵改造成為了降低數(shù)據(jù)中心功耗的手段之一，現(xiàn)如今，氟泵空調(diào)廠家都采用“雙擎三模”的方式，即采用壓縮機和氟泵作為動力源，工作模式有純泵模式、混合模式、壓縮機模式，在不同溫度環(huán)境下切換工作模式，可以最大利用自然冷源。但是，在改造后，該機房的空調(diào)的節(jié)能性遲遲無法達到預(yù)期目標(biāo)，因此，根據(jù)分析從該數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)中提取出的運行數(shù)據(jù)，判斷其模式轉(zhuǎn)換的影響因素，對機房后續(xù)節(jié)能運行提供一定的優(yōu)化方案。

一、機房介紹及模式轉(zhuǎn)換判斷條件

1.1 機房介紹

本文所研究的機房位于上海某公司大樓五層，該機房屬于老式機房，機房內(nèi)共配備10臺精密空調(diào)，單臺設(shè)備制冷量為70kw，采用下送風(fēng)，上回風(fēng)設(shè)計。由于該機房的特殊建筑結(jié)構(gòu)和機房負(fù)載分布極不均勻，機房平面圖如圖1所示，該機房同時存在局部熱點和局部冷量過剩的問題，整體房間制冷系統(tǒng)功耗居高不下，為了降低功耗，該公司對該機房所有空調(diào)進行了氟泵改造。

該機房空調(diào)設(shè)定回風(fēng)溫度24℃，設(shè)定回風(fēng)溫度區(qū)間為3℃，機房內(nèi)單臺空調(diào)具備兩套完整系統(tǒng)，即制冷系統(tǒng)1和制冷系統(tǒng)2，空調(diào)啟動情況如表1所示。

1.2 氟泵模式轉(zhuǎn)換條件探究

1.2.1 提取的數(shù)據(jù)介紹

利用存儲設(shè)備可以從空調(diào)導(dǎo)出一周內(nèi)的空調(diào)運行狀態(tài)，運行狀態(tài)每半分鐘記錄一次，得出的數(shù)據(jù)如圖2所示。其中系統(tǒng)模式0、1、2、3分別代表空閑，純壓縮機，混合模式，純氟泵工作模式。

1.2.2不同模式轉(zhuǎn)換條件

通常認(rèn)為，空調(diào)運行模式會根據(jù)室外溫度的變化自動調(diào)節(jié)：

1.純泵模式，當(dāng)外界溫度大致低于-5℃，便可以氟泵單獨啟動。

2.混合模式，當(dāng)外界溫度大致在-5℃～25℃之間。

3.壓縮機模式，當(dāng)外界溫度大致在大于25℃時。

但是氟泵空調(diào)的轉(zhuǎn)換條件并不是如此簡單，在無法得到具體的模式變化依據(jù)的前提下，可以通過分析數(shù)據(jù)，大致推測出氟泵空調(diào)的模式轉(zhuǎn)換邏輯。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析處理

1.壓縮機啟停條件

由于數(shù)據(jù)龐大，可以采取每12小時提取一次取該數(shù)據(jù)進行分析。圖3圖4分別為12小時內(nèi)空調(diào)模式變化圖和回風(fēng)溫度變化圖，可以發(fā)現(xiàn)以下情況：①壓縮機停機后，回風(fēng)溫度≥回風(fēng)溫度+回風(fēng)溫度精度/2，壓縮機重新啟動。在系統(tǒng)穩(wěn)定后，進入工作模式2（混合模式），當(dāng)溫度持續(xù)穩(wěn)定在設(shè)定溫度（24℃）時，壓縮機停機。 ②存在回風(fēng)溫度低于設(shè)定溫度24℃仍然繼續(xù)運行的情況，說明該空調(diào)冷量過剩，通過圖4可以看出，壓縮機運行后最短的啟動持續(xù)時間為10min，所以即便存在冷量過剩問題，但是壓縮機仍會繼續(xù)啟動，直至開機10min。這種情況可能是系統(tǒng)為了保障壓縮機的壽命，減少壓縮機頻繁啟動而設(shè)計的是用最短時間。

2.氟泵啟停條件

按照上述方法，發(fā)現(xiàn)氟泵停機后，若回風(fēng)溫度≥回風(fēng)溫度+回風(fēng)溫度精度/4，氟泵重新啟動，進入工作模式3，當(dāng)回風(fēng)溫度≤設(shè)定回風(fēng)溫度的時候，氟泵停機。氟泵啟動情況示意如圖5所示。

3.壓泵模式情況

壓泵模式主要起到增壓的作用[2]，減少壓縮機制冷冷凝壓力，通過圖6可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓縮機冷凝壓力達到一定高度時，氟泵起到減少壓縮機冷凝壓力的作用，由熱力學(xué)原理可以得出，冷凝壓力降低可以降低系統(tǒng)能耗[3]。

4.特殊啟停情況

通過對數(shù)據(jù)分析處理，發(fā)現(xiàn)存在特殊的雙氟泵共同工作的情況，該空調(diào)系統(tǒng)包含兩套氟泵空調(diào)系統(tǒng)，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)1或者系統(tǒng)2單獨運行，但仍存在在系統(tǒng)1（系統(tǒng)2）啟動時，另一系統(tǒng)的氟泵自動開機的情況，如圖7所示，此時系統(tǒng)1為主要的工作系統(tǒng)，通過該數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，回風(fēng)溫度已經(jīng)≥回風(fēng)溫度+回風(fēng)溫度精度/2，按照正常情況下應(yīng)當(dāng)啟動壓縮機，但是系統(tǒng)判定啟動了2號氟泵系統(tǒng)，所以應(yīng)該還有除了回風(fēng)溫度以外的其他控制條件。

通過對比圖1和圖7啟動壓縮機和啟動雙氟泵的冷凝壓力發(fā)現(xiàn)，在本案例中停機后再次進入壓縮機工作模式冷凝壓力需要>6.5，如果單臺氟泵無法滿足制冷需求，此時冷凝壓力>6.5則啟動壓縮機制冷，冷凝壓力<6.5，則啟動啟動第二臺氟泵。由于冷凝壓力主要受到安裝氟泵管道的長度、彎度以及室外散熱效果影響，所以判定點不同。

二、結(jié)論與建議

通過研究可以得出回風(fēng)溫度和冷凝壓力為影響氟泵系統(tǒng)工作的兩個主要方面，其中回風(fēng)溫度主要影響到壓縮機和氟泵的啟動停機情況，冷凝壓力主要影響到三種模式的轉(zhuǎn)換，而冷凝壓力受到管道長度和散熱情況的影響，所以會出現(xiàn)在理論溫度條件下無法啟動節(jié)能模式情況。

機房后續(xù)節(jié)能運行的建議：

1.由于提取數(shù)據(jù)的機房屬于低載運行，采用的空調(diào)為定頻空調(diào)，通過對壓泵模式的耗電量記錄，發(fā)現(xiàn)壓泵模式節(jié)能效果一般，定頻空調(diào)壓縮機啟動，耗能基本不變，而且機房空調(diào)長期處于低載運行，負(fù)載情況難以滿足空調(diào)出現(xiàn)最佳能效比的條件。所以建議在過渡季節(jié)應(yīng)減少壓泵模式的啟動，單啟動壓縮機反而會有利于節(jié)能。

2.針對機房負(fù)載低，達不到最佳節(jié)能效果，可以對機房的IT設(shè)備集中放置，將原本分布不均勻的IT設(shè)備歸并到一個區(qū)域，達到局部區(qū)域負(fù)載增加的目的，將會有利于機房空調(diào)節(jié)能。

參? 考? 文? 獻

[1]中國制冷學(xué)會數(shù)據(jù)中心冷卻工作組.中國數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)2017年度發(fā)展研究報告[M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[2]林郁聰，劉金平，許雄文，劉鎮(zhèn)，李國立.基于氟泵增壓的機房空調(diào)系統(tǒng)性能實驗研究[J].制冷學(xué)報，2020，41（05）：83-88.

[3]劉立賢. 降低機房空調(diào)運行能耗的熱力循環(huán)理論分析[A].中國通信學(xué)會通信電源委員會.2017年中國通信能源會議論文集[C].中國通信學(xué)會通信電源委員會：中國通信學(xué)會，2017：4.

劉聰（1997.04.26），男，漢族，山東菏澤，碩士，在讀學(xué)生，研究方向：數(shù)據(jù)中心節(jié)能。