風(fēng)冷空調(diào)在特殊場(chǎng)景下運(yùn)行可靠性研究和實(shí)現(xiàn)

方衛(wèi)東，李海波，陳 佳

（中國(guó)聯(lián)通東莞市分公司網(wǎng)絡(luò)BG云網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中心，廣東 東莞 523009）

0 引 言

某運(yùn)營(yíng)商一個(gè)5G核心局房由辦公樓改造而成，大樓外觀弧形，占地面積11 025.4 m2，分AB區(qū)，地上總建筑面積1.2萬(wàn)m2，總裝機(jī)容量1 120機(jī)柜。5G核心局房不僅對(duì)供電有高可靠要求，同時(shí)要求制冷系統(tǒng)停機(jī)不能超過(guò)2 min，否則機(jī)房高溫將導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房服務(wù)器宕機(jī)，因此需確?？照{(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行。本文對(duì)最先投入使用機(jī)房空調(diào)運(yùn)行情況進(jìn)行深入分析討論[1]。

1 5G核心機(jī)房空調(diào)高壓告警以及制冷量明顯不足分析

一般情況，風(fēng)冷空調(diào)高壓告警主要有以下原因：（1）室外機(jī)臟堵，導(dǎo)致散熱不良造成系統(tǒng)高壓；（2）外風(fēng)機(jī)異常，導(dǎo)致?lián)Q熱不足造成系統(tǒng)高壓；（3）管路堵塞，冷媒集中排到凝器形成高壓；（4）冷媒充注過(guò)多，堵塞凝器換熱銅管導(dǎo)致系統(tǒng)壓力高；（5）系統(tǒng)管路超長(zhǎng)，阻力大造成高壓；（6）系統(tǒng)不匹配，外機(jī)過(guò)小散熱量高壓報(bào)警；（7）高壓報(bào)警部件損壞，系統(tǒng)誤報(bào)警。

1.1 歷史報(bào)警記錄分析

本機(jī)房建設(shè)有11臺(tái)（9主2備）風(fēng)冷空調(diào)，單臺(tái)空調(diào)制冷量為100 kW，采用2路電源供電。11臺(tái)空調(diào)室外機(jī)全部放在本機(jī)房側(cè)陽(yáng)臺(tái)，陽(yáng)臺(tái)寬1 500 mm為弧形。目前機(jī)房上架率為60%，實(shí)際運(yùn)行功耗約設(shè)計(jì)功耗65%。

匯總該機(jī)房各空調(diào)故障情況、處理時(shí)間以及處理辦法如表1所示。從表1中可以看出調(diào)整冷媒?jīng)_注只是臨時(shí)措施，并非解決問(wèn)題根本手段，且空調(diào)高壓報(bào)警反復(fù)出現(xiàn)[2]。

表1 機(jī)房各空調(diào)故障情況、處理時(shí)間以及處理辦法

1.2 高壓報(bào)警故障原因分析

現(xiàn)場(chǎng)室外機(jī)產(chǎn)品安裝，背面回風(fēng)口距離300 mm左右（圖1），不滿足安裝規(guī)范要求：最優(yōu)距離≥600 mm（圖2）。且外機(jī)安裝過(guò)于集中（圖3），導(dǎo)致產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)回風(fēng)量不足，熱量排不出去，容易形成熱島效應(yīng)，易產(chǎn)生系統(tǒng)高壓[3]。

圖2 安裝規(guī)范要求最優(yōu)距離

圖3 外機(jī)安裝過(guò)于集中

樓面陽(yáng)臺(tái)呈弧形，且上面同樣伸出陽(yáng)臺(tái)平面，造成此處為一圓切面凹槽空間，根據(jù)伯努利原理，流速越大，壓力越小。當(dāng)氣流水平沿著墻體表面流動(dòng)時(shí)，靠墻側(cè)的氣流會(huì)受到外部的壓力，迫使氣流往墻體側(cè)擠壓，如圖4所示。

圖4 氣流水平沿著墻體表面流動(dòng)

當(dāng)外機(jī)散熱時(shí)，熱氣流朝前風(fēng)機(jī)四周吹出，由于外部氣流壓力及風(fēng)機(jī)自身吸力的影響，熱氣不能排出到此處凹槽空間，導(dǎo)致整個(gè)凹槽處于高溫?zé)釟饪臻g，如圖5所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試溫度，同樣驗(yàn)證此番理論。實(shí)際測(cè)試：外環(huán)境溫度為24 ℃，室外機(jī)回風(fēng)溫度均在35 ℃以上，且部分溫度達(dá)到44 ℃以上。欄桿以外檢測(cè)不到任何熱氣流風(fēng)速，且溫度明顯較低。

圖5 凹槽處于高溫?zé)釟饪臻g

1.3 制冷效果不良分析

該數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)機(jī)柜178個(gè)機(jī)柜，每個(gè)機(jī)柜負(fù)載4 kW，目前已啟用106個(gè)機(jī)柜，平均功率為2.6 kW，設(shè)備總負(fù)載：106×2.6=275.6 kW?？照{(diào)已運(yùn)行7臺(tái)，總制冷量未達(dá)到700 kW。

負(fù)荷計(jì)算：功率及面積法。

式中，Qt為總制冷，kW；Q1為室內(nèi)設(shè)備負(fù)荷；Q2環(huán)境熱負(fù)荷（0.14～0.18 kW/m2×機(jī)房面積）；Qt=275.6+500×0.18 kW=365.6 kW。

根據(jù)機(jī)房實(shí)際負(fù)載以及空調(diào)單機(jī)制冷量，實(shí)際需要配置空調(diào)：Qt×1.3=365.6×1.3 kW=475.28 kW，即現(xiàn)場(chǎng)只需要開(kāi)啟5臺(tái)空調(diào)即可滿足要求。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，空調(diào)機(jī)組的出風(fēng)口風(fēng)速平均為4.6 m/s，出風(fēng)溫度18.6 ℃，回風(fēng)溫度28.1 ℃，相對(duì)濕度55%，計(jì)算制冷量：

式中，C為空氣比熱容，1.005 kJ/kg.℃；M為風(fēng)量（質(zhì)量流量）（風(fēng)速×出風(fēng)面積×密度（1.2 kg/m3））；T為進(jìn)出風(fēng)溫差。

（1）空調(diào)制冷量偏低，達(dá)到額定90%制冷量。其主要原因:

a.室外機(jī)由于安裝位置原因，散熱不良，影響空調(diào)性能；

b.之前高壓告警后多次調(diào)試?yán)涿匠渥⒘浚瑢?duì)制冷效果造成不良影響。

（2）安裝結(jié)構(gòu)

a.現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)未采用風(fēng)機(jī)下沉式安裝和安裝導(dǎo)風(fēng)管，風(fēng)量直接吹向地面，再?gòu)乃闹苌㈤_(kāi)，送風(fēng)不精準(zhǔn)，造成風(fēng)量的損耗；

b.空調(diào)機(jī)組漏風(fēng)，從機(jī)組正面及四周明顯感覺(jué)到底部支架部分漏風(fēng)。

2 空調(diào)可靠性運(yùn)行研究與實(shí)現(xiàn)

2.1 可靠性運(yùn)行研究

結(jié)合上述分析，需要從空調(diào)內(nèi)部本身和改變外部安裝環(huán)境上研究解決風(fēng)冷空調(diào)出現(xiàn)的高壓報(bào)警及制冷效果不良的狀況[4]。

（1）空調(diào)系統(tǒng)增加儲(chǔ)液罐

作用：避免空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中冷媒的加注導(dǎo)致的高壓報(bào)警停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)確保夏季或冬季室溫差變化機(jī)組正常運(yùn)行。空調(diào)原理如圖6所示。

圖6 空調(diào)原理

a.儲(chǔ)存制冷劑中的液體成分，降低冷凝器的負(fù)荷；

b.避免凝液在冷凝器中積存過(guò)多而使傳熱面積變小，影響冷凝器的傳熱效果；

c.適應(yīng)蒸發(fā)器的負(fù)荷變動(dòng)對(duì)供應(yīng)量的需求在蒸發(fā)負(fù)荷增大時(shí)，供應(yīng)量也增大，由儲(chǔ)液器的冷媒補(bǔ)給；負(fù)荷變小時(shí)，需要液量也變小，多余的冷媒儲(chǔ)存在儲(chǔ)液器里；

d.降低了調(diào)試過(guò)程對(duì)制冷劑充注量的精度要求。

（2）調(diào)整室外機(jī)組安裝位置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，機(jī)組高壓報(bào)警主要由于室外側(cè)回風(fēng)及排風(fēng)短路造成，調(diào)整外機(jī)安裝位置是行之有效方案。方案如下：

a.兩臺(tái)室外機(jī)為一組，疊加安裝，增加每組之間的空隙，間隙≥2 m（現(xiàn)場(chǎng)2 m）；

b.外機(jī)往陽(yáng)臺(tái)外移，在保障能夠維修基礎(chǔ)上，盡可能保證背面回風(fēng)距離（現(xiàn)場(chǎng)800 mm）。

上述移位作用如下：

a.越靠外側(cè)，受到的往內(nèi)部擠壓力越小，最終會(huì)趨于0，室外機(jī)往外移可以減少熱氣流回流；

b.背面回風(fēng)口增大，同樣會(huì)使回風(fēng)風(fēng)速降低，風(fēng)速低，負(fù)壓效果變?nèi)酰L(fēng)也不容易回流；

c.增加每組之間距離，可以有效降低熱流密度，減少局部熱島效應(yīng)。

（3）重新灌裝冷媒、提高送風(fēng)阻力，減少冷量外泄

a.外機(jī)及儲(chǔ)液罐安裝后，重新調(diào)試空調(diào)設(shè)備，使機(jī)組在正常運(yùn)行范圍內(nèi)運(yùn)行，機(jī)組保持最優(yōu)運(yùn)行狀況；

b.靜電地板底部增加導(dǎo)風(fēng)管，直接連通道冷通道區(qū)域，降低冷量損耗；

c.空調(diào)四周以及整個(gè)機(jī)房進(jìn)行嚴(yán)密封堵，提升整個(gè)靜壓箱密閉性[5]。

2.2 改造效果驗(yàn)證

改造效果對(duì)比如表2所示。

表2 改造效果對(duì)比

3 結(jié) 論

由于該5 G核心機(jī)房大樓由辦公樓改造而來(lái)，弧形狀大樓對(duì)散熱有一定影響。本文主要對(duì)空調(diào)高壓故障和制冷量與設(shè)計(jì)不匹配問(wèn)題進(jìn)行分析研究，通過(guò)加裝儲(chǔ)液罐、加大背面回風(fēng)距離和拉開(kāi)組間距離來(lái)解決空調(diào)高壓告警，同時(shí)加裝導(dǎo)風(fēng)口和封堵冷氣泄露點(diǎn)來(lái)提升空調(diào)制冷效果，并驗(yàn)證方案可行性，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。本次改造提高了空調(diào)運(yùn)行可靠性，降低了空調(diào)能耗，有助于指導(dǎo)特殊場(chǎng)景空調(diào)設(shè)計(jì)與安裝。