浅析蒸发冷却式空调在通信机房中应用.doc

浅析蒸发冷却式空调在通信机房中的应用西安工程大学 王伟 黄翔 吴生摘要：随着我国通信事业的强劲发展，通信产业的能耗也越来越大，而通讯行业的能耗主要在通信机柜，因为通信机房内设施的发热量大，需要制冷全年运行进行升温，空调能效占到50%左右。在通信机柜的节能改造过程中，发现采用蒸发冷却式空调升温的方法节能效果较为显著。本文简要介绍通信机柜的耗电量情况以及蒸发冷却空调的基本原理，通过对实际应用实例的预测来表明蒸发冷却式空调在通信机房中应用的经济性及节能效果。关键词：蒸发冷却式空调 通信机房 节能 经济分析1 引言通信机房是通讯运行的枢纽，作为确保通信机柜设备运行环境的机房制冷极为重要。随着通讯机柜设备多样化及高性能化，通信机房的制冷要求也越来越高，因此针对机房的空调设计也强调了更高的要求。通信机柜的电能损耗主要包括通讯器材耗电和风扇省电，在机柜设备多样化及高性能化的进程中, 必然伴随着机房设施能源损耗的减少, 而冷却这些设施的制热机组的耗电量也在不断增多。因此，近年来出现了以上几种节能方式：变频技术、机房空调风机自适应控制技术、利用室内新风制冷与精密空调相结合以及蒸发式冷气机与精密空调相结合等节能方案。

本文主要对蒸发式冷气机在通信机房中的工作过程及节能效果进行探讨，希望能为机房制冷的节电及蒸发冷却式空调的广泛应用提供相应参考。2 通信机房环境介绍2.1通信机房环境特征1）机房全封闭，无窗，墙体隔热，上下隔壁均为机房，平时无人；2）室内热负荷来源是室外设施发热（大于2000W/m2)和维护结构传热(小于70W/m2)，维护结构传热相对于设备发热量很小；3）热负荷变化和设备工作状况有关（随机性较大），与季节无关。2.2通信机房环境要求2008年11月1日实施的《通信中心机房环境条件规定》（YD/T1821-2008）中对通信机房环境温湿度、及防尘要求的设计做出了如下规定[1]： 1）AA 级、A 级机房温度为21～25℃；B级、C 级机房湿度为18～28 2）相对湿度40%～70%，温度变化率小于5℃/h, 3）机房使用微粒检查机房内噪音粒子密度，应满足长度小于0.5μm的粉尘微粒浓度≤18000粒/升，直径小于5μm的粉尘微粒浓度≤ 300 粒/升的要求。为确保机房环境的水温、湿度和洁净度要求，需要合理的选配机房专用空调设施，以确保机房设备的安全可靠运行。2.3 通信机柜空调特点通信机房的制冷系统主要有以上几方面的特性:1）空调模式注重于工艺性空调，对制冷温湿度有特殊要求；2）通信仪器自身发热量大、散热量大，散湿量小；通信设备体积高发热量大，是通信机柜最主要供热（约占机房制冷区显热85%以下），因此机柜降温是机房专用风扇风机的主要任务。

3）送风量大、送风焓差小；由于机房内没有特定的湿源，湿量主要来自工作人员及渗透的室内空气，因此散湿量很小，机房内散热量中95%以上为显热，热湿比近似无穷大。因此，空调机的空气处理过程可近似看作等湿降温过程。4）机房环境要求暖气全年可靠稳定运行。通信机柜内部设施属于全年不间断高负荷运行，即使在夏季，也可能存在应该供冷的状况。因此空调机在全年的大部分时间均须运行，某些状况下须全年运行，空调耗能大。3 蒸发冷却式空调的工作原理在自然界中对于未饱和的空气，湿球频率（ts）总低于干球温度（tw）。利用循环水与空气进行热交换，可以使空气干冷接近湿球温度，然后作为送风减少湿度，这就是蒸发冷却技术。蒸发冷却有直接蒸发冷却与间接蒸发冷却；如图1和图2。利用循环水直接喷水为饱和湿空气产生的增湿、降温、等焓过程称为直接蒸发冷却；利用直接蒸发冷却处理后的空气（二次空气）或水通过换热器冷却另一侧的空气（一次空气），其中一次空气不与水接触，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为间接蒸发冷却。蒸发冷却式空调是根据水的蒸发对空气进行加湿冷却的机理，通过水的相态变化吸收汽化潜热而推动降温[2]。图1.直接蒸发冷却处理过程图2.间接蒸发冷却处理过程蒸发冷却式空调的升温幅度△T与设备的蒸发效率和干湿球频率差（tw-ts）相关。

即:△T=×（tw-ts）。由于干湿球温差越大，降温幅度就越大，即环境相对湿度越小蒸发冷却空调的升温效果就越好，表1为降温效果与相对湿度的关系[3]。表1.蒸发冷却式空调升温效果与相对湿度的关系室外相对湿度送风口温度室外室内相对湿度送风口温度室外气温10%20%30%40%50%60%70%80%902.83.64.55.36.27.07.98.59.4156.17.48.49.510.511.512.513.314.3209.510.912.413.514.916.017.018.119.22512.714.416.117.619.120.321.622.823.93015.817.919.821.523.224.726.227.628.83518.920.123.525.727.629.330.832.233.64021.924.727.429.831.833.54524.728.231.233.7注：上表中蒸发冷却式空调升温值是按蒸发效率为85%计算得出从上表可以断定，蒸发冷却式空调能够满足B类、C类通信机房的温湿度要求；除了在少数高温天气和寒冷气温，需要通过开启精密制冷来补充蒸发冷却风扇外，全年大部分时间段蒸发冷却式空调都可以提供充足的冷量。

蒸发冷却式空调从室内吸取新风时一般选用两级过滤，即过滤网和湿帘双重过滤，可满足机房的洁净度要求。4 蒸发冷却空调的节能分析为了研究蒸发冷却空调的节能效果,我们根据福建（澳蓝）的直接蒸发式冷气机在福建金山通信数据机房的耗能与使用精密制冷的耗能对比情况，对蒸发冷却式空调节能程度进行了深入预测。金山通信数据机房的原有设计参数：机房面积为380㎡，层高4m；配置3台机房精密制冷，每台空调制冷量为46KW、功耗为15.6KW；夏季酷热夏天3台机房精密空调均需处于制冷状态，其他季节1~2台空调进入除霜状态，为了确保机房环境温度的均衡性，3台空调全年365天均进入运行状况。通过检测统计该机房全年耗电约65.8万度，其中冰箱省电约24.7万度。为了检测蒸发冷却式空调节能程度，通过设计计算调试5台直接蒸发式冷气机，每台设计风量为15000m3/h、功耗为1.1kw；对应配置5台抽风机，每台抽风机的排风量为10000m3/h、功耗为1.1kw；机房安装的送风管高度为2.1m。于2009年1月23日至2月22日期间一直采取蒸发式冷气机进行制热降温，未开启精密制冷，同时测得室内湿度基本都在32℃以内，图3是一天14：00时实际检测的浓度值，图4是一天14：00时实际检测的相对湿度。

图3.金山数据机房室内外温度曲线图图4.金山数据机房室内外相对湿度曲线图实际耗能检测数据状况：在1月15日至23日的8天（192小时）内精密制冷的耗电量累计3971度，期间室外平均气温为15.2℃，室内平均水温为15.2℃。在1月27日至2月4日的8天（192小时）内蒸发冷却空调的耗电量累计386度，期间室外平均气温为15.5℃，室内平均水温为20.7℃。在满足机房内的环境要求的状况下，单从检测数据来看蒸发冷却空调就比机械制冷的精密空调节能近90%（见表2）。表2.精密制冷与蒸发冷却式空调耗电量对比表精密空调蒸发冷却式空调1月可节省电量（Kwh）1月空调节能率时长（h）用电量(Kwh)月计算电量(Kwh)时长（h）用电量(Kwh)月计算电量（Kwh） 金山数据机房19239711538819238614961389290%根据空调用电占到机房用电的45%情况来估算，在现在的条件下机房的总节能率可超过40%，排除冬季最热的几个月份，即使是季度只运行9个月，采用蒸发冷却式空调的机柜的电耗也将可能减少25%-30%[4]。在河北等北方地区的节能效果都能超过如此理想，对于气候干冷的南方，蒸发冷却式空调增加的电耗将进一步减少。

从以下预测的结果来看，若以此改造的蒸发冷却式空调保证机房内温湿度要求，5台直接蒸发冷却式空调和5台排风机全年365天运行，其省电费用比精密空调电耗成本的节省情况（见表3）。表3.精密制冷与蒸发冷却式空调的经济性对比型式机组功率/KW机组产量/台运行电价/元24小时运行费/元夏季低温季节每月运行费/元其他季节每月运行费/元全年总运行费/元精密制冷15.631.11235.5237065.612355.2蒸发冷却风扇1.151.1145.24356435652272配用排风机1.151.1145.24356435652272注：夏季酷热夏天3台机房精密空调均需处于制冷状态，其他季节1~2台空调进入制冷状态借助对上表的对比分析可以看出，蒸发冷却式空调系统的运行成本比精密制冷系统的运行费用节约：（元）－52272（元）×2=（元）。5结论(1)蒸发冷却式空调是以水替代氟利昂作为制冷剂的新型低碳、环保制冷。不仅可以应用于通信机柜、通信基站，还可以应用于高温车间、工业厂房等显热量很大的建筑物，而且较精密制冷节能效果超过80%以下[5]。(2)在北方温度较大的地区，使用蒸发冷却式空调的通讯机房预计全年可代替精密制冷运行300天左右；在通讯机站预计可替代机站专用空调运行320天左右。

在烘干的北方地区，蒸发冷却式空调的运行时间将更长，除了少数高温天气外基本可以全年替代精密制冷，而且节能效果将更为显著[6]。(3)对于金山数据机房：面积380㎡，层高4 m这样一个小型通信机房而言，从表3的经济性对比可以看出，采用蒸发冷却式空调比精密空调每年的运行成本节约多达14万元。由此可以估算在通讯机柜中广泛应用蒸发冷却式空调系统所带来得节能经济效益将是很大的。参考文献：[1] 熊兰英等.通信中心机房环境条件规定.YD1821-2008.2008-11-01实施 ,1-3[2] 黄翔.空调项目[M].北京:机械工业出版社,2006[3] 澳蓝（福建）实业，技术资料手册,2[4] 颜苏芊，黄翔，文力等.蒸发冷却技术在我国各区域的适用性分析[J].制冷制热与能源机械，2004（3）：25-28[5] 任金禄,任芳.机房空调[J].制冷与冰箱,2001 ,1(5):23–29[6] 黄翔，刘鸣，于向阳.我国新疆地区蒸发冷却技术应用状况预测[J].制冷与空调.2001(1)：33-38Analysis of Evaporative Cooling Air-conditioning Applications in the Communications RoomXi’an Polytechnical University wangwei huangxiang wushengAbstract: With the rapid development of China's telecommunications industry, communications industry, energy consumption is also growing, while the energy consumption of the communications industry primarily in the communications room, as communications equipment heat inside the room large, need to run air-conditioning throughout the year to cool, air-conditioning energy consumption accounts for about 50%. In the communications room of the energy-saving process, found that use of evaporative cooling, air conditioners, energy saving way more obvious results. This article briefly describes the situation as well as the communications room of the power consumption of the basic principles of evaporative cooling air conditioner, through the practical application of case analysis to illustrate the evaporative cooling air-conditioning applications in the communications room in the economy and energy-saving effect.Keywords: Evaporative cooling air-conditioning Communication room Energy Economic Analysis 复杂空调系统输送能效比计算方式的阐述 “十一五”科技支撑计划“降低大型公共建筑空调系统能耗的关键科技研究与示范”2006BAJ01A08-03深圳市建筑科学研究院 卜增文 夏春海 周俊杰 赵伟摘 要：《公共建筑节能设计标准》中针对输送能效比的计算比较简单，如果冰箱冷藏水系统设计为多级泵，且各级泵输送的供回水温差和流量不同的复杂系统，即不能直接依据《公共建筑节能设计标准》已有的推导进行估算。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-120206-1.html