广东地区联通标准局房的空调节能措施探索

张瞍，杨猛　本期关注　广东地区联通标准局房的空调节能措施探索｛Ｍｏｎｔｈｌｙ　Ｆｏｃｕｓ　广东地区联通标准局房的　空调节能措施探索　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓａｖｉｎｇ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｃｏｍ　Ｓ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ａｒｅａ　张　嫂’，杨　猛　（１．中讯邮电咨询设计院有限公司，河南郑州４５０００７；２．中国联合网络通信集团有限公司，北京１００１４０）　Ｚｈａｎｇ　Ｔａｏ’，Ｙａｎｇ　Ｍｅｎｇ。【１．ＣｈｉｎａＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｓｉｇｎｉｎｇ＆ＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ　Ｕ＿　ｎｉｔｅｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　００１　４０，Ｃｈｉｎａ）　摘要：　关键词：　通信机房；精确下送风；节能装置；节能措施　中图分类号．ＴＵ８３１　文献标识码：Ａ　以厂东地区联通标准局房为研究对象，提出了通信机房空调精确下送风和空调室外　机采用潜热过渡冷却节能装置的节能方式及其实施措施。　文章编号：１００７—３０４３（２０１０）１０—００２３—０５　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｃｏｒｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　ａｒｅａ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ　ｇｉｖｅｓ　２　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒ　ａｉｒｉｎｇ　ｏｆ　ａｉ　ｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｓｉｎｇ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｎｔ　ｈｅａｔ　ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｆｉｎａｌｌｙ　ｉｔ　ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ；Ａｃｃｕｒａｔｅ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒ　ａｉｒｉｎｇ；Ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　Ｏ前言　通信机房每年需要耗费大量的电能，据有关统计　传统通信机房空调常采用上送风形式，多遵循先　冷环境、后冷设备的原则，空调机组多采用风帽无组织　上送风或风管上送风形式（见图１）。　以传统机柜统一朝向的上送风机房为例，在机柜　列问上方２．５～２．８　ｍ的冷气口下吹冷气向下形成一个　半球面．随着空气输送距离的增加，球面也逐渐增大。　数据显示，通信设备的耗电量约为４０％，机房环境控　制设备的耗电量约为６０％（空调４０％、ＵＰＳ电源１５％、　机房照明５％）。可见机房环境控制设备都是耗电大　户。因此，高度重视其节能降耗就显得特别重要。在加　快通信网络发展规模的同时，最大限度地降低资源和　能源的消耗，提高能源的有效利用率。是中国通信行　业目前面临的一个课题。　本文以广东地区联通标准局房为研究对象，对局　从图１可以看出，按通常机柜后面排出热气的温度为　３５℃、风管输送空调冷风的温度为１４～１６　考虑，再假　房空调的节能措施作如下探索。　１通信机房空调精确下送风的探讨　１．１传统通信机房空调冷却理念　收稿日期：２０１０—０７—２９　图１　传统机房空调上送风气流组织示意　邮电设计技术／２０１　Ｏ／１ｏ】２３　Ｉ　本期关注ｌ张驶，杨猛　Ｍｏｎｔｈｌｙ　Ｆｏｃｕｓ　ｊ广东地区联通标准局房的空调节能措施探索　设过道里冷热气量基本相等，则机柜过道内冷热中和　后空气的温度为２４～２６℃，这是机房内比较典型的温　度环境。　送风奠定了坚实的基础　１．３节能空调采用精确下送风的必要性及实施措施　１．３．１采用空调下送风形式的必要性　可见，传统机房空调上送风方式形成了冷空气从　房间上部送出，热空气从房间下部回风的气流路径．是　一根据中国电信上海公司互联网部提供的数据，３　年前相关部门对全国六七个大型ＩＤＣ机房进行了空　调运行方式的调研，发现下送风方式远比其他送风方　式的效果好。在室外温度３５～３８℃时，下送风、上送风　种非精确的送风方式，且违背了热空气上升，冷空气　的原则，从而造成空调冷量的极大浪费。　下降的空气梯度分布规律，不符合先冷设备、后冷环境　以及上送风专用空调与普通空调在同一侧间隔安装的　３种机房，其负载功率与空调功率的能耗比如表１所　示。　１．２通信机房空调上送风与下送风的节能分析　１．２．１空调上送风的节能缺陷　空调冷风是由机房的上部送至通信设备的顶部，　与热空气交换后，从机房的下部回到空调机组内：而通　对于其他通信机房，根据实际工程案例进行经济　性分析，下送风方式比上送风方式普遍可节约２０％左　信设备要求的却是前下侧进风、后上侧排风的冷却过　程。　右的运行费用，节能效应显著。　综上所述，空调下送风形式在节能和适应不断更　可见，机房的送风气流组织与通信设备的冷却要　求、空气流动特性互相矛盾，空调冷风主要弥漫在机房　的中下部，通信设备内只是整个空问内冷风的一小部　新的通信设备要求方面。具有无可比拟的优势。尤其对　于高、中密度发热的通信机房来说。下送风方式是最优　的选择。工艺上走线形式的明确更在确保机房安全之　分，根据温差越大、气体流量越大、散热效果越明显的　余，为实现空调下送风提供了便利。　１．３．２传统空调下送风形式的缺陷　原理，通信设备内板件散热效果将大打折扣。不仅如　此，由于气流得不到理想控制，将导致制冷气流很大一　部分没有经过需要冷却的目标（通信设备内板件）而直　接回到空调室内机，出现室温已经达到常规设定值而　传统空调下送风形式是将空调冷风送至通信设备　的列间，由设置在列间的地板风口进入通信设备内部，　较理想的气流模拟情况如图２所示。　通信设备内板件温度却较高甚至高温的现象。由于制　冷气流局部短路导致空调室内机送回风温差不大．机　组的制冷效果也将大打折扣。为了满足通信设备内板　件正常工作的要求，势必需要将室内温度设定值调低。　故空调机组必然增加能耗。　Ｚ３．５一　１．２．２空调下送风的节能优势　下送风方式是将空调冷风通过活动地板直接送至　通信设备底部，吸收通信设备的热量后，从机房顶部回　到空调机组顶部回风口。空调风流动方向与空气特性　相一致．冷量浪费较少．容易得到好的空调效果，相比　上送风形式，空调下送风有很大的节能空间。　地板下的空间比风管断面的面积要大许多，形成　了静压箱，下送风方式送风均匀．整个机房区域的温差　图２较理想的气流模拟　晴况　ｉ　但是，由于受限于机房条件、工艺设备布置等因　素，工艺走线槽道也常敷设在活动地板内．空调冷风实　际送风截面面积大大减小（该种情况在目前的新建机　房内也不少见），它削弱了地板静压箱的效果，再加上　小，容易达到机房内温湿度的精度控制要求。静压箱使　得地板空调冷风静压处处相等，为每个机柜实现精确　地板送风口的风速常常过大．冷热风的短路和混合现　象依然严重，据有关数据统计，送风量的短路率可以达　表１　负载功率与空调功率的能耗比　项　目　下送风专用空调机房　１　１２０　上送风专用空调机房　２５５　１１２　上送风专用空调与普通空调间隔安装的机房　５０９　服务器运行负载功率，ｋＷ　空调同步能耗功率／ｋＷ　空调与服务器能耗之比，％　５５０　４９　３２２　１２６　ｌ２ｌ　１０８　９８１　１９２　２４　ｊＩ　２０１０／１０／ＤＴＰＴ　Ｉ　广东地区联通标准局房的空调节能措施探索ｌ　Ｍｏｎｔｈｌｙ　Ｆｏｃｕｓ　张瞍，杨猛ｆ本期关注　到３Ｏ％～４０％，并造成了以下２个结果。　ａ）精密空调的制冷量因为送风短路，在送风温度　相同的情况不得不提高３０％，造成用户一次投资浪费　巨大。　ｂ）运行费用居高不下，出现了大马拉小车的现象　背面　正　且非常普遍，在中、高密度机房中尤为明显。　由于短路，风机风量有必要加大用以补充短路部　分风量（主机加大的同时，风机风量已经加大），而机房　架空层．冷　５－＇ｔ２　￣＇１１冷２ｌ气ｍ，－　—’一Ｉ冷　图３精确下送风气流组织示意　空调送风机是最大的耗电部件之一，因其２４　ｈ不停机　运行．实际耗电量并不亚于压缩机。但是，这种气流送　风侧向回风侧短路的现象根源于机房空调风系统正压　送风、负压回风的特点，因此始终无法避免。　图４）。　可调风口可根据设置在机柜排风侧的温度测点实　现自动或手动控制。但由于目前自动控制造价较高，故　多为手动控制，合理采用亦能达到较好的效果。　１．３．３．３针对大功率发热机柜的精确下送风的实施措　施　１．３．３机房空调采用精确下送风的必要性及实施措施　１．３．３．１机房空调采用精确下送风的必要性　不断克服传统空调下送风的缺点，充分发扬其优　势是今后空调工程的目标。　精确下送风能够按照先冷设备、后冷环境的原则，　针对大功率发热机柜（＞５　ｋＷ／柜），不仅需要采用　以上的送风冷通道封闭及精确送风方式，还必须设置　密封热通道回风收集装置（见图５）。　１。４机房空调采用精确下送风小结　机房内空调系统气流组织的科学化是合理解决机　房环境要求的必要条件，也是实现节能效应的有效途　合理利用冷热气流的物理特性，根据不同设备发热量　的需求，采用冷通道封闭的方式，实现冷量根据机架发　热“按需分配”的可变风量精确送风，既能避免机房热　区带来的安全隐患，又能实现机房冷量的合理分配，大　大提高了空调的利用效率，在机房空调的节能方面具　有非常重大的意义。　１＿３－３．２精确下送风的实施措施　径。机房内的气流组织应包括机房大环境的气流组织　和通信机柜内部的气流组织，所以机房空调气流组织　的科学化解决方案应立足这２个方面予以考虑。需要　精确下送风的实施措施是：机柜布置采用“面对　面、背靠背”排列，实现空调送风冷通道封闭（见图３）。　相关专业人士不断更新观念，实施新的有效的措施，提　高空调制冷的效果，将节能的目标进行到底。　结合通信机柜的制作，将空调送风口设置在机柜　内部，且送风口可调节，实现送风量０～１００％变化（见　一目前一些通信机柜的结构形式在散热工艺上存在　些缺陷，可能存在的问题主要包括以下几个方面。　机柜顶栖　一排风口　低温正压区　（冷气通道）　Ａ　密封面板　经服务器设备　排出的热风　服＝　分　务——Ｉ　．后门板　（开　Ｌ）　替三｜鼍　议一　导流罩　地板下空调冷风　ｌ口　．．　＼进风口＼机柜底板　调节装置　图４机柜内风口设置示意　邮电设计技术／２０１　０／１０　ｆ　２５　本期关注张瞍，杨猛　Ｍｏｎｔｈｌｙ　Ｆｏｃｕｓ｛广东地区联通标准局房的空调节能措施探索　图５密封热通道回风收集装置示意　ａ）有些机房通信机柜内部堆放的设备过于密集，　气流通道过于狭窄，内部气流循环不通畅。　ｂ）柜内气流组织不合理，冷、热气流混合现象明　显。　ｃ）一些散热量大的通信设备机柜缺少风扇强制　排风，仅靠机柜内部自然排风散热效果较差，所以通信　机柜应充分考虑散热工艺的要求，否则会造成热量在　机柜内部堆积而影响正常运行。　在工程应用中，地板下送风方案要达到理想的效　果，还应注意以下环节。　ａ）地板下只能用于空调送风，严禁布放线缆（消　防用线缆除外）。　ｂ）架空层下有效净空高度一般应控制在３５０～　５００ｍｌｌｑ范围内　ｃ）送风距离宜小于１５　１ＴＩ，若超过１５　ｍ，可以考虑　在机房２侧安装空调送风或地板下安装风管进行远距　离输送。　ｄ）地板架空层下的水泥楼面应铺设难燃烧材料　制造的隔热保温层和保护层．防止楼层水泥楼面或下　层天花板结露。　２采用潜热过渡冷却节能装置节能措施的探讨　２．１风冷式空调系统运行评估及广东地区环境分析　风冷式空调设备的运行工况随季节的变化而变　化，夏季的运行能效比较低，耗电较大。现场冷凝器安　装空间的限制，造成了相邻层之间冷却气流组织的短　路现象（下一层空调机排放的冷凝废热由上一层空调　机冷凝风扇吸人），使冷凝热气流进行二次高温热交　换，恶性循环，导致相邻层上一层空调压缩机长期在高　温高压的恶劣运行环境中，耗电更大，且影响设备的产　冷量及使用寿命。　２６　Ｉ　２０１０／１０／ＤＴＰＴ　广东省大部分地区室外高温的时间较长．且由于　其他种种条件的限制，实际工程中放置空调室外机的　平台或屋面的空间狭小，因此局部小环境的温度更高，　室外机要在高温的环境中长时间运行，能效无法提高，　因此有必要对新的节能措施进行探索。　２．２潜热过渡冷却节能装置的提出及节能原理　２．２．１潜热过渡冷却节能装置的提出　现行空调机运行能效比低（ＥＥＲ值约２．６），在夏　季高温天气、冷凝热气流的二次循环所形成的冷凝器　冷却气流组织的短路现象，导致相邻层高层的室外机　冷凝器进风温度更高，空调机能效比更低，耗电更大。　因此．建议在每台专用空调室外机上采用潜热过　渡冷却节能装置（专利号：２００７２０１７０３０６．７），使室外机　的进风先经过一个“水喷淋室”，室内水分蒸发带走进　风的热量，从而有效地降低室外机的进风温度，使其长　期在“春天”般的环境下运行：改善空调机组的运行环　境，使空调机组的制冷逆卡诺循环形成的高压控制在　一定的范围内，有效地提高空调设备的能效比（可达国　家节能空调一级标准），使空调机具有更好的制冷能力　及减少耗电量及故障率；同时降低了冷凝器的出风温　度，利于环保。还建议在空调室外机的冷凝风扇导出口　增设导流风嘴，防止冷凝热气流的二次循环所形成的　冷凝器冷却气流组织的短路现象。　２．２．２潜热过渡冷却节能装置的节能原理　安装潜热过渡冷却节能装置前，制冷设备逆卡诺　循环在压焓图上表示为：ｌ一２—３—４一ｌ（见图６）。其　中１—２是压缩段，２—３是冷凝段，３—４是节流膨胀　段，４—１是蒸发段　图６压焓图　张瞍，杨猛本期关注　广东地区联通标准局房的空调节能措施探索ｆ　Ｍｏｎｔｈｌｙ　Ｆｏｃｕｓ　安装潜热过渡冷却节能装置后，改善了冷凝器的　冷却环境，冷媒的工作状态点发生变化，其逆卡诺循环　在压焓图上表示为：ｌ一２　一３　一４　一１。２下移至２　，压　缩机转入轻载运行，电机轴功率降低，电流相应下降，　减小了其耗功　；３下移到３　，增加了冷媒的过冷度，　焓差从ｈ　扩大到ｈ　，提高了进入蒸发器单位质量冷　媒的产冷量Ｑ　。总体而言，提高了制冷设备的能效比　（ｓ＝Ｑｏ／Ｗ），在相同的冷负荷情况下，设备可有效地节　能运行。　实践证明：冷凝器的进风温度每降低１　ｏＣ，相应主　机的电流会降低２％，产冷量提高１％，综合计算可节　能３％　冷凝器潜热过渡冷却节能装置使进风温度比　环境温度降低６～ｌ２℃后，再进入冷凝器，可以使空调　机节能１８％～３６％。　２．３潜热过渡冷却节能装置的实施方式　在室外机冷凝器进风处加装冷凝器潜热过渡冷却　节能装置，并在其他进风面加装保温板“封闭”处理，使　冷却气流均先经过冷凝器潜热过渡冷却节能装置，有　效降温后再进人冷凝器，保证空调机冷凝器在“春天”　般的环境下运行。经过冷凝器潜热过渡冷却节能装置　后，潜热将空气中的热量带走，使冷凝器进风温度比环　境温度降低６～１２　之后进入，改善了空调机的运行环　境，防止压机在高温高压的情况下运行。有效提高空调　设备的能效比，使空调机具有更好的制冷能力，减少耗　电量及故障率。　２．４潜热过渡冷却节能装置的经济效益分析　以广东省河源市通信机房楼为例。作以下经济效　益分析。　ａ）根据该市气象部门统计，近５年内每年温度高　于２５℃的时间有３　７０２　ｈ，采用潜热冷却节能装置．通　信机房楼远期空调室外机散热量６２　ｋＷ的２０台，散　热量４２　ｋＷ的１６台。　ｂ）负荷计算以全年平均６０％取值，即（６２ｘ２０＋４２ｘ　１６）ｘ６０％＝１　１４７．２　ｋＷ。　ｃ）目前空调设备测试的能效比为２．６，即空调输　入功率为１　１４７．２／２．６＝４４１．２　ｋＷ。　ｄ）采用潜热过渡冷却装置后，冷凝器进风温度下　降６～１２℃，保守计算取值温差为７℃。按冷凝进风　温度每下降ｌ。（二，产冷量提高１％，电流下降２％的测　试数据考虑，则冷凝器出风温度降低７℃，效率提高　２１％，即空调的耗功从４４１．２　ｋＷ下降至３４８．６　ｋＷ　每　小时可减小９２．６　ｋＷｈ的耗电，若全年按３　７０２　ｈ计，则　节省了３４２　８０５　ｋｗｈ，按商业用电１．００元／ｋＷｈ计算，　则每年可节省约３４３万元电费。　ｅ）工程总投资费用：约５４万元。　ｆ）投资回报期：工程总投资／年节能效益＝５４万元／　３４－３万元＝１．５７年。　３广东地区联通标准局房的其他空调节能措施　鉴于广东地区联通标准局房的规模限制，空调形　式以分散式为主，故上述２种节能方案应为首选。此　外，在有条件的局房，还可采用以下空调节能措施。　ａ）空调室内机可采用ＥＣ风机代替目前常规使用　的离心风机，ＥＣ风机可根据室内负荷的变化改变转速　以达到提高效率和节能的目的。　ｂ）针对冷冻水型中央空调系统，可采用高温冷冻　水（如供水９　ｏＣ／回水１４℃），代替常规的冷冻水（供水　７　／回水ｌ２℃）．以提高制冷主机的能效：冷冻水和冷　却水系统采用变频泵，在部分负荷时减少水系统的输　送能耗．　ｃ）在广东北部地区，可根据当地气象数据进行计　算分析和经济比较，合理采用冬季冷却塔供冷的方式。　４结束语　空调节能是一个系统工程．应根据当地局房的地　理位置、负荷特点和使用要求，选择最合适的措施合理　使用，力争将空调的能耗控制在合理的范围内。　参考文献：　『１］ＹＤ／Ｔ　５００３—２００５电信专用房屋设计规范『Ｓ］．北京：北京邮电大学　出版社．２００６．　［２］ＧＢ　５０１８９　２００５公共建筑节能设计标准［ｓ］．北京：中国建筑工业　出版社．２００５．　［３］ＧＢ　５００１９—２００３采暖通风与空气调节设计规范［Ｓ］．北京：中国计‘划　出版社．２００３．　［４］住房和城乡建设部工程质量安全监管司．全国民用建筑Ｔ程设计　技术措施：暖通空调・动力［Ｍ］．北京：中国计划出版社，２００９．　［５］ＤＢＪ　１５～５１—２００７公共建筑节能设计标准（广东省实施细则）［Ｓ／　ＯＬ］．［２０１０－０９－０８］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｚｓｄ．ｎｅｔ／ＡＮｅｔ—Ｃｐｌｎｆｏ．ａｓｐ？ｉｄ＝９５９１．　『６］莫少民，曾兆峰，黄淡云．蒸汽压缩式空调机组热交换的节能与环　保［Ｊ］．中国设备］＿程，２００９（８）：４７—４９．　邮电设计技术／２０１　０／１０　Ｉ　２７　Ｉ