通信機樓部分水蓄冷研究

郭彥玲

（廣東省電信規劃設計院有限公司 廣州 510630）

通信機樓部分水蓄冷研究

郭彥玲

（廣東省電信規劃設計院有限公司 廣州 510630）

以一幢建筑的通信機樓的空調系統為研究對象，提出了水蓄冷空調系統的設計方案，通過具體的投資估算和使用該水蓄冷空調系統后的節約電費情況的對比，可知僅需兩年半的時間就可以收回成本，因此，該水蓄冷空調系統的設計具有顯著的經濟效益及社會效益。

水蓄冷；設計；經濟性；空調

引言

由于傳統“即制即用”的空調系統的普及，使得城市電網高峰用電日趨緊張，夜間低谷“窩電”現象日益嚴重。80年代初，一些發達國家針對電網出現的這一矛盾開發成功空調蓄冷系統，將空調高峰用電轉移到低谷用電，既可緩解高峰電力不足，又可利用夜間氣溫低、制冷單耗小的有利因素節約用電，為中央空調的合理用能找出了一條有效途徑。中央空調采用蓄冷系統的原理為：利用夜間電網多余的谷荷電力繼續運轉制冷機制并以不同的媒體狀態與形式儲存起來，在白天用電高峰時將冷量取出提供空調服務，從而避免中央空調爭用高峰電力。最常見的儲冷空調主要有兩大類：即水蓄冷和冰蓄冷。有關資料表明，水蓄冷的儲能轉換效率高達90%，比其它幾種儲能技術轉換效率高10～25%，其具有投資省，技術要求低，維修費用少，可靠性高等優點，實現全削峰時造價遠低于冰蓄冷全削峰時造價[1]。因此，采用水蓄冷技術不但可節約電費，還可改善安全性。本文以一幢通信機樓的空調系統為研究對象，提出水蓄冷空調系統設計方案和運行策略，并與常規空調系統進行了經濟性分析和比較。

1　水蓄冷原理

水蓄冷就是利用水的顯熱進行冷量儲存[2]。具體來講，就是利用4～7℃的低溫水進行蓄冷。這種蓄冷方式優點是：節省投資，技術要求低，維護費用少，可使用常規空調制冷機組。

水蓄冷技術適用于現有常規制冷系統的擴容與改造，可以在不增加或少增加制冷機容量的情況下提高制冷能力。另外，水蓄冷系統可利用消防水池、蓄水設施或建筑物地下室作為蓄冷槽，從而進一步降低系統的投資，提高系統經濟性。

水蓄冷系統分為自然分層蓄冷、多槽式蓄冷、隔膜式蓄冷三種類型。

2　系統設計

2.1工程概況

某通信機樓數據中心一期工程包括IDC機房和配套動力中心兩個單體建筑，總建筑面積約為17571.86m2。IDC機房樓地上4層，建筑面積為14898.27m2，建筑總高度為23.6m（室外地坪至屋頂結構面層高度）；動力中心地上2層，建筑面積約2673.59m2。建筑總高度15.3m（室外地面至屋頂結構面層高度）。

空調主機選用1100RT的離心式冷水機組，冷凍水進水溫度12℃、出水溫度7℃，冷卻水進水溫度32℃、出水溫度37℃。近期安裝3臺（2用1備），遠期安裝4臺（3用1備）。此外配有相應的冷凍水泵、冷卻水泵、補水泵、冷卻塔、水處理設備等，其中冷卻塔放置在屋面，其他設備放置在一樓的冷凍站內。

2.2數據中心機房現有條件

2.2.1供電局電價政策

為鼓勵調峰用電，充分利用現有的電力資源，東莞市提出了一系列的鼓勵措施，如推行峰谷分時電價政策，分時電價如表1所示。

表1　蓄能峰谷分時電價表

2.2.2機房使用狀況

（1）按初步設計：各樓層通信設備布置數量如表2所示。

表2　各樓層通信設備布置數量

（2）預估的各年度機柜投入使用情況如表3所示。

表3　預估各年度機柜投入使用情況

2.3水蓄冷系統設計

水蓄冷是對空調系統低谷用電時間內，充分蓄冷以便獲得更多的廉價冷量，因此要增加蓄冷主機及蓄冷水箱，增加一次性投資，但可以獲得運行費用的節約，根據很多工程實例的總結，我們認為當峰谷電價比為2.5時推薦使用蓄冷技術，當峰谷電價比為3.0以上時強烈推薦，本工程峰谷電價比為3.14，可放心使用蓄冷技術。

蓄冷水箱可考慮要作冗災系統，提高制冷系統的安全性，板換要加大（因瞬時放冷量加大），共3臺板換及泵和管路系統。經當地消防局許可，可與消防水池共用，此項原因可減少投資。（因冗災所需體積較小，水池可劃分兩個，其中一個與消防共用）因此回收期可縮短。蓄冷系統基本設計指標如表4所示。

表4　蓄冷系統基本設計指標

本設計的總體水蓄冷系統流程圖如圖1所示。

圖1　水蓄冷系統流程圖

2.4水蓄冷系統經濟性分析

制冷主機4臺，3用1備，可實現滿負荷時高峰期時段可使用谷期所蓄的冷量。按該設計，不需要增加主機數量，只需要建設一個3300m3的蓄冷池，增加蓄冷泵、放冷泵及板式換熱器，根據目前情況，將蓄冷池建在室外空地或在建筑物地下設水池。蓄冷溫度4～5℃，盡量減少水池體積，減少一次性投資。

按目前的模型考慮，節約電費情況如表5所示。

表5　節約電費情況說明

本方案投資估算如表6所示。

表6　投資估算

由表5可知，每年節約電費240.42萬元，由表6可知該項目投資為626萬元，因此，收回成本僅需要大約兩年半的時間。

2.5安全性分析

當機房兩路市電停電且部分油機故障不能開啟時，按機房各期設計，UPS電源可以供電1h，開關電源可供電3h。此時，可通過小容量移動柴油發電機組對放冷泵和精密空調供電，實現部分空調的繼續工作，保障重要通信機房或者重要IDC機房在緊急狀態下的運行。

3　結語

在整個建筑能耗增加中，空調系統占有非常關鍵的部分，尤其是通信行業的設備機房，其用電量日趨增大，有著很大的節電和環保改善潛力。

空調系統設計主要考慮節能和節省運行費用兩個方面，數據中心是耗能大戶，采用水蓄冷技術雖然不能節能，但在平衡電網峰谷負荷及節省運行費用方面有著重大意義，在實際工程設計中，我們已經成功運用水蓄冷技術，首次增加的投資在4年左右能全部收回，從數據中心主要設備15年的使用壽命看，有著巨大的經濟效益，在峰谷電價大的地區值得推廣。

通信機房內空調系統的能耗占約45%，而空調系統的設計形式是否恰當直接影響空調系統的能耗大小。所以從機房設計一開始就要對空調系統重視起來，選擇合適的空調系統形式和送風形式，最大程度地節省電能，響應國家的節能政策，以減輕企業運行維護負擔和機樓對環境的壓力，向綠色節能建筑發展。

[1]王崢.水蓄冷空調系統設計及經濟性分析[J].華北電力大學學報，2007，34（2）：130.

[2]于航，渡邊俊行.大溫差水蓄冷空調系統的工程應用實例[J].暖通空調，2002，32（3）：66～69.

TU83

A

1673-0038（2015）34-0259-02

2015-6-10

郭彥玲（1986-），女，助理工程師，碩士，主要從事暖通空調設計工作。