通信機房空調優化節能方案探討

時間：2024-06-13 01:08:50 機電畢業論文我要投稿

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通信機房空調優化節能方案探討

　　[論文關鍵詞]機房；節能；空調
　　[論文摘要]文章結合目前通信機房空調設備產品存在的問題及空調資源的合理優化和合理配置，對通信機房的空調系統節能潛力進行分析，涵蓋空調產品的節能及資源優化設計等內容，從四個方面來闡述空調系統的節能手段，并提出各種手段的可執行方式和具體措施。

　　
　　在我國目前高速發展的同時降低能源消耗是今后必須實現的目標，是經濟可持續健康發展的重要保障。對通信行業而言，實現資源節約和環保的戰略目標，其中的一個重要著眼點就是要大力推動以節能降耗為重點的設備更新和技術改造，加快淘汰高耗能、高耗水、高耗材的工藝、設備和產品。根據通信部門多年來的數據分析，通信行業的運營主要是電耗成本，而在電耗成本中，機房空調的電耗約占總電耗50％以上�？梢哉f降低空調機組的運行費用，能有效降低電信行業的運營成本。
　　本文結合目前通信機房空調設備產品存在的問題及空調資源的合理優化和合理配置對通信機房的空調系統節能潛力進行分析，涵蓋空調產品的節能及資源優化設計等內容，從四個方面來分別闡述空調系統的節能手段，并提出各種手段的可執行方式和具體措施。
　　
　　一、機房空調氣流組織的科學化
　　機房內空調系統氣流組織的科學化是合理解決機房要求的必要條件，也是實現節能效應的有效途徑。機房內的氣流組織應包括機房大環境的氣流組織和通信機柜內部的氣流組織，所以機房空調氣流組織的科學化解決方案應立足這兩方面予以考慮。
　　(一)機房送風方式應優先考慮地板下送風
　　目前通信機房規劃大多數采用上走線上送風方式，而專用空調上送風方式主要采用風帽直接吹送和風管送風兩種常見方式，但這兩種送風方式由于造成機房內空調送風斷面過大，且系統調節性能較差，不能實現機房內系統總風量的高效、合理的分配。特別是一些發熱量較大的數據、交換機房，由于機房內負荷較大且分布不均勻，易造成局部發熱源集中區域的局部分配的送風量不足，熱量不能及時散發而造成局部過熱現象。且上送風方式由于在整個機房空間內冷、熱氣流混合交叉現象嚴重，制冷效率偏低。
　　為解決目前機房內存在的局部過熱問題，并使機房內氣流組織的合理高效從而實現較好的節能效果，建議通信機房在層高滿足的條件下優先采用地板下送風方式。根據實際工程案例進行經濟性分析，下送風方式比上送風方式普遍可節約20％左右的運行費用，節能效應顯著。
　　地板下送風方案在工程應用中，要達到理想的效果，應注意以下環節：(I)地板下只準通風，嚴禁布放線纜(消防用線纜除外)；(2)架空層下有效凈空高度一般應控制在350～500mm范圍內；(3)送風距離易小于15m。若送風距離超過15m，可以考慮兩側安裝空調送風或地板下安裝風管進行遠距離輸送；(4)地板架空層下的水泥樓面應鋪設不燃燒制造的隔熱保溫層和保護層，防止樓層水泥面或下層天花板結露。
　　(二)機柜內氣流組織合理化
　　機柜內部安裝的設備產生的熱量能否及時散發到周圍的環境中，一方面要求機房大環境有良好的氣流組織和適宜的環境參數(溫度、濕度等)，另外一方面要求通信機柜具備良好的散熱工藝。
　　通信機柜的結構形式應充分考慮散熱工藝的要求，否則會造成熱量在機柜內部堆積而無法及時散發到周圍的環境中去，從而影響通信設備的正常運行，嚴重時會造成通信設備故障率明顯增加。目前一些通信機柜的結構形式在散熱工藝上存在一些缺陷，可能存在的問題主要包括：(1)機柜前后門開孔率不足，有些在前柜門位置還設置有防塵網，造成冷氣進入阻力過大；(2)有些機房通信機柜內部堆放的設備過于密集，氣流流道過于狹窄，內部氣流循環不通暢；(3)柜內氣流組織不合理，冷、熱氣流混合現象明顯；(4)一些散熱量大的通信設備機柜缺少風扇強制排風，僅靠機柜內部自然排風散熱效果較差。
　　針對上述目前一些通信機柜內部存在的一系列問題，必須在機柜前期結構研發階段對一些環節進行優化處理：應增加通信機柜的柜門開孔率，內部結構形式尋求更合理的流道設計，散熱量大的機柜應考慮強制排風，進風量應可以根據柜內設備安裝情況進行調節。
　　根據國內外一些工程的經驗，對一些設備散熱量較大且采用上送風的機房，可以考慮采用開放型貨架式機柜。通信設備均擱置在完全敞開式的托架平臺上，設備散發的熱量可以迅速地釋放到周圍環境中，散熱效果得到極大改善，當然這種開放式機柜也會對設備安裝帶來一些問題。
　　
　　二、水冷替代風冷或采用雙冷源機組
　　目前通信機房空調大多數采用風冷型專用空調機組，這種風冷型機組均為單元式機組，具有安裝靈活、可靠安全的優點，但也存在性能系數較低、運行性能不穩定、受室外環境溫度變化波動較大、室內外機組安裝管線較短、室外機組占用大量面積的缺點。
　　從節能角度考慮，由于水冷效率明顯高于風冷，水冷機組性能系數高于風冷機組，在通信機房中推廣水冷型專用空調機組具有一定程度的節電降耗價值，特別是在一些中、大型項目上不但節能效益顯著，而且可以減少空調設備的。
　　在中、大型項目中無論采用冷凍水型或冷卻水型機組，均能實現一定程度的節能降耗、減少的目的，且由于水冷型機組沒有風冷型機組室外機占用大量安裝位置的問題，提高了利用率。但由于水冷型系統中安裝的設備及閥門等部件較多，系統單點故障點較多，系統在安全可靠性要求上存在隱患。從提高系統的安全可靠性角度出發，在機房項目中推薦采用雙冷源機組。
　　雙冷源機組常見的主要是風冷+冷凍水型或風冷+冷卻水型兩種機組。在大多數季節中系統主要啟用節能的水冷系統，而在不滿足水冷型機組運行的季節或系統發生故障及檢修維護時才啟用風冷系統。采用雙冷源機組雖然會增加項目的初投資費用，但系統安全可靠性較高，且運營可以大大降低。
　　
　　三、直接利用室外自然冷源
　　在冬季及室外焓值低于室內焓值的過渡季節時，從室外引入新風作為冷源對機房溫度進行降溫處理，是降低機房空調設備運行能耗的一種有效措施。
　　根據各地氣象條件特點，在這些季節可以直接利用室外豐富的自然冷源對機房環境降溫，從而可以大大縮短專用空調機組的壓縮機的全年運行時問。這樣不但節約了大量的電能，同時也延長了空調機的使用壽命，減少了空調機組的維護工作量，降低了維護成本。
　　目前根據這一節能原理開發了不少機房節能空調產品，我們重點推薦兩種在技術上較為成熟，并且在實際工程有過應用、產生了較好的經濟效益的產品予以介紹。
　　(一)FCX系列節能空調
　　原理：把室外新風過濾后直接引入節能空調，在機組內新風同室內回風充分混合后送人濕膜加濕器加濕，然后由送風機將處理后的空氣送入室內。引入室外新風會降低室內空氣的含濕量，通過濕膜加濕器加濕后，提高室內空氣的含濕量。同時，室內空氣通過濕膜后溫度會降低5℃左右。
　　特點：新風直接引入型節能空調機組沒有傳熱損失，運行效率高。
　　全年運行時間長，在室外環境溫度低于12℃時，可完全替代機房空調壓縮機制冷，節能效果十分顯著。同時機組配置的濕膜加濕器可以替代機房空調的加濕器，節約大量能源。
　　FCX系列分體節能空調
　　FCX-A機組：大風量新風混風型節能空調機組，室外新風過濾后直接進入節能空調，控制系統根據室內外溫度由變頻調速風機控制引入的新風量，保證送風溫度在機房溫度的露點溫度以上，然后由送風機將處理后的空氣送入室內。
　　FCX-B機組：大風量高余壓濕膜加濕器，與FCX-A機組配合使用。引入室外新風會降低室內空氣的含濕量，室內空氣通過濕膜加濕器加濕后，提高室內空氣的含濕量。同時，室內空氣通過濕膜后溫度會降低5℃左右。FCX-A機組也在機房內獨立使用替代空調加濕器。
　　特點：新風直接引入型節能空調機組沒有傳熱損失，運行效率高，全年運行時間長。
　　在室外環境溫度低于12℃時，可完全替代機房空調壓縮機制冷，節能效果十分顯著。同時機組配置的濕膜加濕器可以替代機房空調的加濕器，節約大量能源。
　　(二)FCR系列機房節能空調
　　原理：采用板式顯熱換熱器為核心部件，室內、外空氣在換熱芯體內進行能量交換。室外新風引入顯熱交換器，對室內空氣進行冷卻降溫處理，然后排出室外；被冷卻后的室內空氣再送回室內，達到為機房降溫的目的。
　　特點：室外空氣引入換熱芯體，與室內空氣熱交換后排除室外，可以保證機房的潔凈度和濕度不受影響。板式顯熱換熱器的材質為耐腐蝕親水鋁箔，采用特殊工藝加工而成。換熱通道面積大風阻小，具有換熱效率高、使用壽命長和維護簡單的優點。
　　
　　四、確定合理的機房環境溫度
　　目前機房內的環境參數根據相關的規范及標準要求，溫度一般控制在24℃±2℃，濕度50％±5％左右，而一般通信設備元器件正常的工作溫度范圍較大，上限一般在35℃～40℃左右。當然設計規范中要求的環境溫度值相對偏低，是考慮到由于氣流組織不合理、冷熱氣流混合交叉、局部風量分配不足等因素造成機房環境溫度與通信機柜內部的溫度有一定程度的溫度梯度差值。這種情況就造成了為了保證機柜內部的通信設備散熱效果良好，必須保證機房過道環境溫度較低，空調設備保持在送風出口和回風溫度較低的工況下運行，從而使空調設備制冷系數降低，能耗損失較大。
　　減少這部分能耗損失，必須減少機房環境和機柜內部之間的溫度梯度差。而要實現這一目的，必須改善機房大環境和通信機柜內部的氣體流組織，特別是通信機柜的結構形式要具備良好的散熱工藝。若機房氣流組織更為科學合理、通信機柜散熱工藝有較大改善，特別是采用開放型貨架式機柜，可以大大減少機柜內、外的溫度梯度差值。在這種情況下，可以適當提高機房環境溫度的要求，從而可以提高空調送、回風溫度，通過調整空調設備運行工況的方式提高制冷系數，降低空調設備運行能耗。

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