通信機房風冷空調節能改造技術之研究

儲云峰

【摘要】通信機房由于用電設備多，所以會提升室內溫度，加速線纜、元器件老化，同時溫度過高還會影響機房安全性，這也是所有通信機房都要安裝風冷空調的原因。在節能環保政策下，為了能夠降低風冷空調系統的用電能耗，各個單位都在不斷加強風冷空調節能改造技術的研究，并在實踐當中取得了不錯的成效?；诖?，本文首先提出風冷空調運行機理，進而提出風冷空調節能改造技術。

關鍵詞：通信機房;風冷空調;改造技術;機理

引言

我國“十三五”背景下，為了能夠全面貫徹國家節能減排戰略，進一步提升資源利用率，通信領域也在不斷加強風冷空調節能改造技術研究，這對促進企業低成本、高效率發展有著重要意義。對于通信機房來說，由于風冷空調系統會消耗大量電能，所以需要不斷挖掘風冷空調系統節能潛力，貫徹節能理念年、落實節能措施，從而營造良好的生態環境，實現設備資源節約、設備能耗降低的最終目標。下文通過分析風冷空調運行機理，并針對性提出節能改造方案。

1、風冷空調的制冷機理

風冷空調就是利用風冷冷凝器盤將冷媒熱量帶出到機房外部，在室內將冷媒降溫再循環回到室內吸收熱量，也就是風冷式冷凝機組。風冷式冷凝機組結構，是通過風冷式直接膨脹機組在房內獲取熱量，再通過冷凝器傳輸到機房外部。在安裝完機組之后，此時室外冷凝器、室內機組之間會產生閉合回路。對于整個風冷空調系統當中，空調制冷系統管路獨立運行，在實際安裝中也更加方便，更加適用與水資源匱乏、無冷卻水系統的場地。風冷空調系統也存在著弊端，由于制冷劑管路垂直、水平長度方面的限制，所以在屋頂、外墻安裝冷凝器過程中很容易受到環境溫度的影響，所以在個別時間段制冷效率較低或能耗較大。

2、風冷空調工況性能系數與問題

風冷空調相比水冷空調的制冷效率低，間接提升了能耗。由于空調內部都設置了壓縮機，所以精密空調制冷系數較低，大部分風冷空調精密系數不超過3.0.由于通信機房的面積大、服務器設備多，所以散發的熱量更多，所以采用風冷一內一外的精密空調組合方法會造成大量的能耗。

2.1工況性能系數（CoP）

為了能夠提升風冷空調在實際運營中的經濟性，需要重點考慮CoP指標。CoP是指在標準規定基礎上，機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。對于我國大部分地區（夏熱冬冷），風冷空調機組的CoP大約在3.0;而水冷空調機組CoP普遍能夠達到4.4。這是因為風冷空調機組與室外干球溫度有關;水冷空調機組與室外濕球溫度有關，干球溫度要比濕球溫度更高，這就導致風冷空調機組制冷性能不足。其中風冷空調冷凝壓力為P2、水冷空調為P1，可見風冷式空調焓值h2小于h1，性能系數CoP要弱于水冷空調。

2.2風冷空調機組常見問題

在很多通信機房中，都安裝大量風冷空調，造成很多室外機聚集，外墻、屋頂產生了高溫（相比室外溫度）環境，并且在長期運行當中，會降低制冷效果，否則會提升能耗。采用CFD軟件模擬屋頂風冷外機組，將干球溫度設定為15℃和35℃，此時風冷空調機組會產生熱壓煙囪效應，如果外部環境沒有主導風，此時機組冷凝機出風溫度多數會大于50℃，并且不同冷凝機出的熱風之間相互干擾。通過對熱流情況分析可知，外墻空間集中的冷凝機組，由于熱量密度低，所以熱量會自然上升，對于上部的冷凝機組來說，會產生熱力環流，隨著建筑高度升高，外機散熱性能也會降低。再加上熱力環流的影響，如果機房運行負載增加，在炎熱的夏季會造成空調機組高壓報警，這也是必然情況。

3、風冷空調機組節能改造方案

3.1改造總體方案

對于通信機房來說，通常全天24小時不間斷制冷，如何在保證空調制冷性能滿足機房運行要求，同時降低風冷空調機組能耗是需要重點關注的問題。如果通信機房無法使用水冷空調機組，則要對現有風冷空調機組進行節能改造。根據通信機房建筑屋頂實際結構、承載條件，需要增設水冷式換熱器、冷卻水塔系統。在風冷冷凝器尾部串聯水冷換熱器，這樣即可通過循環水泵把冷卻塔中冷卻水傳輸到換熱器當中，風冷空調系統制冷劑再次冷凝換熱，把循環水傳輸到冷卻塔當中，此時冷卻塔會自動降溫，將冷水再次傳輸到換熱器中。這樣即可提升風冷空調冷凝器換熱量，還可以降低冷凝壓力與工作負荷，實現節能減排的目標。

3.2改造方法

（1）改變原有的冷凝器串聯殼管式換熱器安裝到室外機組上方或下方部位。殼管式冷凝器按照風冷100%進行設計考慮。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。調節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適宜運行壓力的范圍內。該設計方案是在水系統保持正常運行基礎上，此時不啟動風冷系統，實現降噪、節能目標。

（2）如果通信機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，采用一備一用的設置方案，使用銅管連接冷卻塔、水冷冷凝器。將冷卻塔設置成為37℃/32℃進出水換熱差。

（3）在風冷空調機組當中增設循環泵，采用一備一用形式，在冷卻塔、換熱器當中實現冷卻水的換熱循環。由于很多通信大樓中有多層是通信機房，在改造當中不能所有精密空調停機改造，所以在改造方案實施當中，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，首先要測試冷水系統，如果冷去水系統運行正常，此時再連接冷媒管、換熱器。在實際改造當中，要以一個機房作為單位，逐漸切割、連接、并網，也就是在一臺精密空調完成連接、調試符合標準后，在展開下一臺精密空調連接工作，確保通信機房風冷空調系統改造不影響機房正常運行，保證通信服務質量。

（4）在整個系統當中增設水系統自動投放藥系統，在冷卻塔當中增設水質檢測傳感器，并與自動投藥系統連接，如果冷卻塔當中的水清潔度不足，會自動投放清潔藥物，保證系統內部冷卻水質量達標，保證換熱器可以正常運行。

3.4節能效果分析

某通信機房節能改造工程采用了上述方案，在改造之前風冷空調系統每天用電1854千瓦時，在節能改造之后通信機房總用電量為1641千瓦時。由于加入了換熱器、冷區塔，所以改造后空調機組中的冷媒氣體溫度更低，空調節電率等于調節電量，從而得到最終的節電能總量，平均機房風冷機組平局節能14%，并且制冷溫度更加穩定。

結束語

綜上所述，由于風冷空調機組前期投資相比水冷空調機組投資更低，但是風冷機組后續運行成本較高、制冷性能較低。所以，為了能夠滿足通信機房運行要求，充分發揮風冷空調系統的運行效益，需要加強風冷空調機組的改造工作，通過增加冷卻塔、換熱器以及冷凝器優化配置方案，避免外機組熱力環流，保證空調機組的制冷效果以及能耗，推動通信行業在節能減排道路上進一步發展。

參考文獻

[1]黃赟， 丁聰. 通信機房風冷空調節能改造[J]. 電信工程技術與標準化， 2018， 31（4）： 54-57.

[2]何德輝， 趙芳， 林浩斌. 風冷節能裝置對風冷式機房空調節能作用的研究——風冷節能裝置的應用[J]. 價值工程， 2012， 31（9）：369-370.

[3]梁賁， 韓利平. 蒸發冷卻冷凝器在通信機房空調節能改造中的應用[J]. 現代工業經濟和信息化， 2016， 6（12）：666-667.

[4]潘洪濤， 劉苗青， 張希. 通信機房空調系統節能技術研究[J]. 電信技術， 2014， 1（8）：41-44.