2020年9月第37卷增刊1Telecom Power TechnologyＳｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１ doi：10.19399/j.cnki.tpt.2020.S-1.091运行维护管理风冷型机房空调冷凝器换热不良节能改造方案黄 毅（中国电信股份有限公司芜湖分公司，安徽 芜湖 241000） 摘要：早期核心机楼和数据中心一般都使用风冷型机房空调，封闭冷通道方式，由于室外冷凝器摆放密度高造成散热不良，高温季节出现大量的压缩机高压保护，空调制冷量严重下降，机房温度偏高，存在重大安全隐患，PUE值高于1.7，电能浪费严重。为了解决高温环境下空调冷凝器换热不良的问题及降低空调能耗，拟采用以下三种方式，一是空调风冷冷凝器串接水冷管壳换热器，二是机房热通道增加水冷换热器，三是管壳换热器与热通道换热器共用水冷却塔。关键词：风冷型机房空调；冷凝器换热不良；节能改造Poor Heat Exchange and Energy Saving Reformation Scheme of Air Conditioning Condenser in Air Cooling Machine RoomHUANG Yi（Wuhu Branch of China Telecom Co.，Ltd.，Wuhu 241000，China）Abstract：early core machine building and data centers typically use the air-filled type room air conditioner，closed cooling passage way，poor heat dissipation due to the outdoor condenser is put high density，high temperature season appear a large number of compressor high pressure protection，air conditioning refrigerating capacity serious decline，room temperature on the high side，there is great potential safety hazard，PUE value higher than 1.7，the electric energy waste is serious.In order to solve the problem of poor heat exchange of air conditioning condenser under high temperature environment and reduce energy consumption of air conditioning，the following three methods are proposed：first，the air conditioning condenser is connected with the water-cooled shell and tube heat exchanger in series；second，the heat channel in the machine room is added with water-cooled heat exchanger；third，the shell and tube heat exchanger and the heat channel heat exchanger share water cooling tower.Key words：air-cooled machine room air conditioning；poor heat exchange of condenser；energy saving reconstruction1 核心机楼和数据中心风冷型机房空调现状当今世界，信息化在日常工作中的作用越来越突出。需要建设大规模的交换、传输、数据中心来满足不断增长的信息化需求。随着机房的规模不断扩大，带来能耗的迅速增长。因此，节能减排亦势在必行。我国“十二五”规划明确提出了节能减排的任务和目标，在《“十三五”节能减排综合工作方案》中提出要进一步推广云计算技术应用，新建大型云计算数据中心能源利用效率（PUE）值优于1.4，支持技术装备和服务模式创新。机房中的电能消耗主要在两方面：一是主设备的用电；二是基础设施用电，如：空调制冷、配电损耗、照明等等。不难发现，空调系统的耗电量占机房总耗电的30%以上，占基础设施耗电的60%以上。因此，针对空调系统的节能是降低机房PUE的重中之重和最有效的措施。早期核心机楼和数据中心一般都使用风冷型机收稿日期：2020-09-01作者简介：黄 毅（1972），男，安徽芜湖人，本科，工程师，动力环境技术支撑，中国电信股份有限公司芜湖分公司，安徽省动力与环境专业一级专家.房空调，封闭冷通道方式，由于室外冷凝器摆放密度高造成散热不良，高温季节出现大量的压缩机高压保护，空调制冷量严重下降，机房温度偏高，存在重大安全隐患，PUE值高于1.7，电能浪费严重。由于大部分机楼不具备安装水冷机组条件，包括大楼设计承重、面积等因素，而且还要增加冷冻水管道、更换空调室内机和配电改造，改造工程量大为了解决高温环境下空调冷凝器换热不良的问题及降低空调能耗，拟采用以下三种方式，一是空调风冷冷凝器串接水冷管壳换热器，二是机房热通道增加水冷换热器，三是管壳换热器与热通道换热器共用水冷却塔。2 技术改造方案2.1 空调风冷冷凝器串接水冷管壳换热器在每台风冷空调室外机旁增设一个壳管式冷凝器，并与原风冷冷凝器串联连接，另增设闭式冷却塔、循环水泵、膨胀定压设备、补水设备、全程水处理设备，壳管式冷凝器共用冷却塔进行换热（如图1）。闭式冷却塔由多模块组成，每个模块可运行，· ３３２ · 2020年9月第37卷增刊1黄 毅：风冷型机房空调冷凝器换热 不良节能改造方案Telecom Power TechnologyＳｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１ 冷却水循环水泵采用变频调速控制，根据换热温度调节水流流速，闭式冷却塔的冷却水系统和淋水系统补水均由变频补水泵提供，采用气压罐定压补水装置补水定压，由管路系统上的电接点压力表提供信号控制补水泵启停，补水采用软化水，软水由全自动软水器提供。从而降低室内温度的系统设备。系统利用循环工质的气液相变来传递热量，通过特殊的管路联接，将蒸发段和冷凝段分离开来。即室内机（蒸发器）为该系统的热端（即吸热端），冷凝器为其冷端（即放热端）。室内机（蒸发器）中的循环工质在机房内吸热蒸发变为气态，经过蒸汽上升管流入冷凝器，并在冷凝器内冷凝为液态，然后通过导液下降管借助重力回到蒸发器继续吸热蒸发，完成一个热力循环（如图3）。热管室外机（冷凝器）气体管路图1 机房空调接管示意图冷却塔夏季设计进出水温度32/37 ℃，冷却塔冬季设计进出水温度20/25 ℃，实际运行中冷却水供水温度控制在20～32 ℃之间运行。在冷却塔出水管路上设温度传感器，由温度控制器控制冷却塔风扇启停台数，壳管式冷凝器进水管设自力式流量调节阀，根据空调高压控制器信号调节冷却水进水量。壳管式冷凝器与风冷冷凝器互为备用可提高制冷可靠性。平时运行时风冷室外机的风扇自动关闭，当壳管式冷凝器检修或故障时风冷空调根据高压控制器信号自动开启风扇，保障空调制冷。空调正常运行时以壳管式冷凝器换热为主，如果换热量不足时启用风冷冷凝器换热，冬季使用时应在冷却水循环系统中添加防冻液以免冻裂水管。这种改造方式可有效解决风冷冷凝器在户外高温时散热不良的问题，但节能效果不明显，节电率低约10%，投资节电回收时间长，约10年左右。2.2 机房热通道增加水冷换热器该方案是将机房热通道封闭起来，在热通道内增加换热设备，室内换热设备与室外冷却塔连接（如图2）。 室外侧室内侧液体管路热管室内机（蒸发器）图3 热力循环示意图图2 机房热通道增加水冷换热器在温度较低的春秋季节和冬季，完全替代原机械制冷系统，减少压缩机的运行时间和带载率，并且降低风机的运行功耗，充分利用自然冷源，降低空调系统的能耗。在温度较高的春秋季和夏季，可有效减少机械制冷系统工作时间，降低风冷冷凝器换热量，部分改善室外冷凝器散热不良的问题，但不能彻底解决。这种改造方式可缓解风冷冷凝器在户外高温时散热不良的问题，因充分利用自然能源节能效果明显，节电率高约50%，投资节电回收时间短，约3年左右。2.3 管壳换热器与热通道换热器共用水冷却塔该方案是同时安装管壳换热器和热通道换热器，这2种换热器共用水冷却塔进行换热，当室外环境温度较低时户内热通道换热器与户外水冷却塔进行换热，当室外环境温度较高时户外管壳换热器与户外水冷却塔进行换热。春秋季节和冬季时启用热通道换热器进行机房制冷，原风冷空调处于备用状态，机械制冷系统工作时间很短。夏季时启用管壳换热器，降低风冷冷凝器换热量，改善风冷空调运行工况，提高空调运行性能。这种改造方式既解决了风冷冷凝器在户外高温时散热不良的问题，又因充分利用自然冷源节能效果明显，节电率高约50%，投资节电回收时间较短，约 （下转第335页）利用室内、外环境温差将室内热量排到室外，· ３３３ · 2020年9月第37卷增刊1黄 庆：高压空调机组 启动方式浅析Telecom Power TechnologyＳｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１ 的4~6倍。同时，电抗器被切除时会存在二次电流冲击和转矩冲击的问题。1.3 自耦降压启动通过增加自耦变压器，降低加在电机上的启动电压，从而减小启动电流，自耦变压器一般具50%、65%、80%等多种抽头，以满足不同负荷的需求。待电机完成启动后，控制接触器动作，使自耦变压器脱离，电机转入全压工作状态。自耦降压启动需要自耦变压器及三个断路器（或接触器），装置较复杂、成本较高（价格约为同容量直接启动装置的3倍）、维护较简单，设备体积较大。其主要应用于对启动电流有特定要求，或者负载较重的大功率机组启动。其启动电流较小，约为额定电流的2~4倍。自耦变压器被切除时，与一次阻抗降压启动方式一样，也存在二次电流冲击和转矩冲击的问题。1.4 固态软启动固态软启动也称为“晶闸管移相调压软启动”，它通过在机组电机供电线路上串接多个晶闸管，采用移相控制，改变晶闸管的触发角，使加在电机上的电压逐步平滑升高，实现软启动。待电机完成启动后，控制旁通接触器动作，使固态软启动器脱离，电源直接送至电机。固态软启动主要采用晶闸管、DSP控制器等电子器件，装置智能化程度高、成本高（价格约为同容量直接启动装置的4倍）、设备体积小、重量轻，可用于频繁启动的场合。其主要应用于对启动电流有特定要求，或者负载较重的大功率机组启动。其启动电流较小，约为额定电流的2~3倍。固态软启动装置工作期间会存在谐波，如果不设置旁通接触器的固态软启动装置，需考虑谐波干扰问题。1.5 变频启动通过采用变频器，改变加在空调机组电机上的电源电压、频率，实现平滑无冲击的启动，同时也可以实现电机的调速运行。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元及微处理单元组成，智能化程度高，功能齐全，但成本高（价格约为同容量直接启动装置的7倍）。它可以使启动电流从零开始变化，最大值不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，也可以延长空调设备的使用寿命。变频器中普遍有晶闸管、整流二极管及大功率IGBT开关等非线性元器件，运行时在电源侧会产生高次谐波电流，造成电压波形畸变，有可能干扰周围电器的正常运行，需考虑谐波干扰问题。2 结 论高压空调机组的启动方式选择性较多，不同的启动方式有其各自的技术特点和优劣性，需要结合项目的实际需求和客观条件，进行综合对比分析，对经济性和安全性等因素进行平衡，选择出最为合理适用的建设方案，从而实现效益最大化。（上接第333页）表1 三种风冷型机房空调节能改造方案对比方案一安装水冷却塔安装管壳换热器安装热通道换热器风冷空调改造室内热通道封闭投资成本节电率风冷冷凝器换热效果投资节电回收时间是是否是否中低好长方案二是否是否是较高高差短方案三是是是是是高高好较短4年左右。3 总 结三种风冷型机房空调节能改造方案对比如表1所示。不同核心机楼和数据中心风冷型机房空调节能改造需根据机楼实际情况选择最优方案，达到最佳投资收效比。· ３３５ ·
