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李文杰工学专栏:冷凝器喷淋降温技术在通信机房空调节能中的应用

作者:江苏天源    添加时间:2014/7/20 9:15:55    浏览量:

  摘要:如何进行通信机房空调的节能,是通信电源专业面临的一个十分现实的课题。本文论述了一种新型的节能方案——冷凝器喷淋降温节能技术,并介绍了该方案在中国联通太原分公司第二通信枢纽大楼的改造实践及节能成果。
  关键词:冷凝器;喷淋降温;节能;应用
  
  节约能源是中国经济和社会发展的一项战略任务,建设节能型社会,促进经济可持续发展,是实现全面建设小康社会的宏伟目标,是构建和谐社会的重要基础保障。目前,中国的能源利用效率很低,单位产值能耗是世界平均水平的2.4倍,是日本的8.7倍。节约能源必须依靠技术进步,用高新技术和先进适用的技术来改造传统的能耗系统。
  对于通信企业来说,机房空调是保障通信设备及电源设备正常工作的重要设备,而空调系统的能源消耗已成为通信企业主要运营成本。通信行业的运营成本主要是电耗成本,根据多年来的统计数据,在电耗成本中,机房空调的电耗约占总电耗的50%,可以说降低机房空调的运行费用,可以有效地降低通信企业的运营成本。随着太原联通分公司的快速发展,业务量的迅猛增加,能源的消耗量也在急剧增长,电费的支出也在逐年加大,节能降耗已经迫在眉睫。根据联通集团公司的长远战略规划,结合太原市分公司要求精确化管理和应对企业转型的需要,电源专业应在保障用电安全和机房环境符合运行要求的前提下,最大限度地节约能源消耗。
  通信机房的节能技术非常丰富,针对不同的机房环境及特定情况,理论界提出了诸多节能方法:使用高效空调、机房温湿度设定值节能控制、更换制冷剂添加耐磨剂、压缩机变频技术、新风节能、送风节能、设置水喷淋装置、冷凝热回收利用等。文章主要探讨了针对太原联通通信大楼实际情况的冷凝器喷淋降温节能技术。
  随着地球大气层温室效应的不断加剧。夏季室外气温越来越高。恶劣的散热条件使得大中型风冷式冷凝机组的散热能力越来越不能满足空调设备的出厂设计要求(一般空调室外夏季设计温度为35℃,如今全球气候在最炎热夏季可达干球温度的50%以上,空调室外冷凝器的散热面积和通风量明显偏小1。现以中国联通太原分公司第二枢纽大楼为例,由于室外机全部放于楼体西侧,与当地夏季季风向相逆,通风不畅。容易形成气流短路,影响了冷凝器散热效率,当夏季室外气温达到30℃时,室外平台中的空气温度将超过50%以上,一旦大气气温上升至35℃,机房专用空调普遍出现高压警报而当机,严重影响机房温度的稳定性。要想空调达到节能,在空调设备选定后。有两种基本途径可以获得。一种方法是在机房电子设备允许的范围内,尽量把机房温度设高,该方法虽然可以达到节能降耗的目的,但是对机房内昂贵的设备可能会带来负面影响;而另一种方法是设法降低冷凝器的冷凝温度值,目前,现有的大中型风冷式冷凝机组冷凝器的降温都是采用风冷方式,如果不采取其他辅助降温措施的话,其在夏日工作时已不能满足需要。为了保证热量从制冷剂传递给外界空气,冷凝温度会随着大气温度的上升而提升很高,直至发生高压警报为止,其结果是直接影响制冷系统的产冷量,加大压缩机的功耗。
  
  1 冷凝器喷淋降温节能系统的技术原理
  
  太原联通风冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置改造方案,是太原联通分公司动力维护中心联合社会专业研发安装机构共同改造完成的项目,该降温节能装置的目的是提供一种在不改变冷凝器的散热面积及风量的前提下,增设自动喷淋降温装置,使得冷凝器的散热量由冷却空气和水两部分媒介来承担,相应降低了冷凝器向冷却空气的散热量,它包括软水器、储水箱、增压机构、控制阀和雾化喷头等装置,软水器一端与水源相连接,另一端连接储水箱的入水口,储水箱的出水口与提高软化水压力的增压机构相连接,该增压机构经控制阀与置于空调机组冷凝器下方的雾化喷头相连接。
  系统将水进行增压后采用雾化处理,把软化水直接喷洒在冷凝器翅片上进行汽化吸热,使得冷凝器的整体散热量增大(冷凝器的整体散热量包括以下两部分:一部分是通过外界空气传导散热,另一部分是通过雾化的水滴汽化吸热),散热效率提高。通过将喷淋水增压,再经雾化喷头产生雾化水滴,微小的水滴被冷却空气带到冷凝器的翅片表面,它一旦接触到热翅片后。将进行汽化吸热,最终转变成水蒸气。水所发生的汽化吸热过程是物态的转变过程,在满足同样的散热量条件下,雾化水滴通过物态相变所耗水量比液态水直接喷射在翅片上产生热传导所需水量要少得多。举例计算:水的比潜热约为2450kJ/kg,而冷却水喷射到翅片后若不发生相变,温升最多只有10℃,即每千克冷却水只能带走421kJ的热量,所以理论上雾化喷淋的耗水量只是直接水喷淋冷却的1/60。
  此系统目前使用的喷雾直流无刷电机,它的转速达到上万转,使用寿命在50000h以上,它能把水滴雾化成1/500的小水雾,这样一滴水的接触面积就能增加500倍。通常一滴水在温度不超过100%的冷凝器上不可能全部变蒸气,但是经雾化后水滴的体积变1/500,接触面增加了,蒸发速度就加快了,所以雾化后的一滴水比雾化前的一滴水热交换起码增加500倍。将水喷成雾状后,在冷凝器外圈约20%—30%的水雾在空气中快速蒸发成水蒸气,当其在空中挥发成水蒸气时,吸收的热量是水温上升1℃时吸收热量的536倍。因此当水雾变成水蒸气时,其周围空气温度也迅速下降。这样会使冷凝器散热效果更好。其次,剩余的70%—80%的水雾经冷凝器风扇收入冷凝器时,首先遇到高温的翅片,蒸发时将部分热量带走,在冷凝器内部又将管道上的热量吸走,促使冷凝器内氟利昂加快液化,从而使管道内压力减轻,压缩机电流减小,使机房空调的制冷效果明显提高。
  该节能装置只需花少量的水就能达到很大的节能效果,加装冷凝器水喷淋装置后,可以很好地控制系统压力,降低机房专用空调的能耗。启动该系统后,机房专用空调的室外冷凝压力可以从原先的23kgf/cm3—24kgf/cm2降低至18kgf/cm2—19kgf/cm2,下降4kgf/cm2—5ksf/cm2,既冷凝温度从60℃降低至50%达10度之多。节能效率约为20%。若冷凝器压力超过16kg时才开始喷雾,能减少喷雾时间节省用水量。经过调试,每台空调的耗水量保持在100L/d以内,这样,用于喷雾的水的费用每天控制在了0.5元以内。
  
  2 冷凝器喷淋降温节能系统实施及节能效果
  
  2.1第一次节能改造
  2.1.1改造措施
  根据机房的实际情况,对太原联通第二枢纽楼13层IDC机房进行空调喷淋改造,并挂表测试。具体措施如下:在2#、3#空调电源线上加装40倍交流互感器、三项电度表;在3#机冷凝器 上加装喷淋装置、P77压力控制器。当冷凝器压力达到18bar时,压力开关闭合,喷淋装置开始喷水,风机随之启动。当压力下降至<15bar时,压力开关打开,喷淋装置关闭,风机停机。
  2.1.2测试结果
  2.1.3节能效果
  
  正常使用时间段,2#空调在对照测试时间内用电866.8度,每24h用电460.55度,采取节能措施时间段,2#空调在对照测试时间内用电552.4度,每24h用电5199度;可以看出,由于气温的升高,空调用电量也随之加大。按照这个比例,3#机如不采取节能措施,在采取节能措施时间段用电量应该为:368.95×(519.9÷460.55×100%)=416.5度;由此算出:采取节能措施后每24h节电:4165-341A6=75.04度;节电率:75.04÷416.5×100%=18%。
  改造前3#空调用电量416.5度/天,改造后降至341.46度/天,每天节电75.04度,一年按使用6个月计算.每年可节电13507.2度,每度电按1元计算,每年节省费用13507.2元;每天用水2t,一年用水360t,每吨水按4元计算,每年需交水费1440元;每年节约费用13507.2-1440=12067.2元。喷淋装置的投资预算1万元,使用寿命按8年计算,每年的投资投资额为:10000元÷8年=1250元,改造后每年净节省费用:12067.2元-1250元=10817.2元。
  
  2.2第二次节能改造
  2.2.1改造措施
  2008年5月29日—6月19日、7月8日—7月18日,对太原联通第二枢纽13层IDC机房进行喷淋改造。在机房温度、湿度不变的情况下,分2次对该机房的HIROSS 660A、HIROSSQ190A上送风机房空调做了喷雾节能实验,并挂表记录,得出了准确的节能数据。
  2.2.2测试结果
  测试地点1:二枢纽13层IDC机房。
  设备型号:HIROSS660A机房空调3#机加装喷雾装置。
  从测量记录计算得出,从2008年5月29日到6月5日7天内,启用喷雾装置空调日平均用电量为241.63度;从6月5日到6月19日14天内,空调正常工作日平均用电量为292.8度,用电量相差51.17度,节电率为17.48%;从7月14日—7月18日4天内,启用喷雾装置空调日平均用电量为344.47度;从7月8日到7月14日6天内,空调正常工作日平均用电量为437.95度,用电量相差93.48度,节电率为21.34%。此外,维护人员对空调进行了手动强制运行试验,期间进行了开、关喷雾试验。从测试记录可知。在手动强制运行1台空调的2台压缩机的情形下,同一台空调开、关喷雾相比,开启喷雾每小时约节电4.2度。
  2.2.3节能效果
  采取节能措施后每24h节电(51.17+93.48)÷2=72.325度。喷雾节能一年按使用6个月计算,每年可节电72.325度×182天=13163.15度,每度电按0.8元计算,每年节省费用0.8×13163.15=10530.52元;每天用水0.086t,一年用水0.086t×182天=15.65t,每吨水按5元计算,每年需交水费78.26元;每年节约费用10530.52-78.26=10452.26元。
  每台空调安装喷雾装置的投资预算约10000元,使用寿命按8年计算,每年的投资投资额为:10000元÷8年=1250元;进行喷雾改造后每台空调每年净节省费用:10542.26元-1250元=9202.26元。