通信機(jī)房利用自然冷源降溫案例.doc

通信機(jī)房利用自然冷源降溫案例要：本文對通信機(jī)房利用自然冷源為機(jī)房降溫進(jìn)行探討，論證了不同方式利用自然冷源替代機(jī)房空調(diào)的可行性和利弊。 窗體頂端窗體底端前言 近年來，全國通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶規(guī)模不斷擴(kuò)大，通信企業(yè)設(shè)備運(yùn)行的耗電量已經(jīng)成為不斷增加的重要成本。在眾多的用電成本中，空調(diào)用電費(fèi)占有相當(dāng)大的比例。據(jù)調(diào)查，在機(jī)房中僅精密空調(diào)的運(yùn)行耗電量就占機(jī)房總用電量的50%以上，在數(shù)量眾多的基站、模塊局中，空調(diào)用電量基本站基站或模塊局用電量的70%左右。因此，如何降低空調(diào)用電的開支，成為通信企業(yè)迫切需要研究的重要課題。 對于通信機(jī)房這類幾乎全年都需要向外排熱的特殊場所，全年運(yùn)行空調(diào)能耗很大，目前國內(nèi)存在以下幾種節(jié)能手段：變頻技術(shù)；機(jī)房空調(diào)機(jī)組自適應(yīng)控制技術(shù)；新風(fēng)冷卻技術(shù)等。采用正確、合理的綜合解決方案可以有效減少空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間，在節(jié)約空調(diào)用電的同時(shí)延長空調(diào)的使用壽命，提高能源利用率，保護(hù)環(huán)境，減輕國家能源的供需壓力。本文就自然冷源制冷解決方案進(jìn)行介紹。 一、電信機(jī)房節(jié)能降耗的可行性 北京電信公司為保證通信系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行,對機(jī)房運(yùn)行環(huán)境要求嚴(yán)格,主要體現(xiàn)對機(jī)房環(huán)境空間四度的要求,即機(jī)房環(huán)境的濕度、溫度、潔凈度和送風(fēng)的均勻度。 n溫度控制范圍是20-27 n濕度控制范圍是40%RH-60%RH n潔凈度的要求為空氣中的含塵小于50g/m n送風(fēng)的均勻度應(yīng)保證機(jī)房空間溫濕度場梯度最?。]有溫濕度死點(diǎn)） 為保證機(jī)房設(shè)備的環(huán)境空間四度的需求,給設(shè)備提供安全可靠的運(yùn)行環(huán)境，需要合理的配備機(jī)房專用空調(diào)。一般通信機(jī)房選配機(jī)房空調(diào)時(shí)，單位面積熱負(fù)荷為250W/M-350W/M，而我公司IDC機(jī)房由于設(shè)備密度高發(fā)熱量大，單位面積熱負(fù)荷達(dá)到800W/M-1500W/M。所以，即使在寒冷的冬季也需要空調(diào)制冷降溫,這也是通信機(jī)房必須配備機(jī)房專用空調(diào)的原因之一。 下表為某電信機(jī)房空調(diào)數(shù)據(jù)：電費(fèi)：1元/度 上述數(shù)據(jù)表明機(jī)房空調(diào)為通信設(shè)備制冷降溫須消耗大量的能源,而在北方地區(qū)冬季室外卻有豐富的自然冷源冷空氣。 一方面空調(diào)壓縮機(jī)消耗能源制冷，另一方面室外有豐富的自然冷源。如能合理的使用自然冷源為機(jī)房降溫,空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間就會縮短運(yùn)行5個(gè)月左右時(shí)間。這樣不但節(jié)約了大量的電能，同時(shí)也延長了空調(diào)機(jī)的使用壽命,減少了空調(diào)機(jī)組的維護(hù)工作量,降低了維護(hù)成本。 下表是北京地區(qū)的歷史氣候資料： 從北京歷史氣象資料的室外溫度數(shù)據(jù)分析來看，北京地區(qū)一年中有5個(gè)月的時(shí)間，最高平均氣溫低于11.3C。因此，北京地區(qū)利用室外自然冷源為機(jī)房降溫的節(jié)能方式是可行的。 二、電信機(jī)房節(jié)能降耗的可行性 這種節(jié)能技術(shù)原理就是利用室外的自然環(huán)境冷源，當(dāng)室外空氣溫度低于室內(nèi)溫度一定程度時(shí)，通過相應(yīng)的技術(shù)手段將室外冷源引入機(jī)房內(nèi)，把機(jī)房的熱量帶走，達(dá)到降低機(jī)房溫度的目的。從而減少機(jī)房空調(diào)的使用時(shí)間，達(dá)到節(jié)約電能的目的。利用室外冷源的方式主要有三種方式： 1、直接引入式新風(fēng)系統(tǒng) 直接將室外新風(fēng)送入機(jī)房內(nèi)，當(dāng)室外空氣溫度較低時(shí)，可以直接將室外低溫空氣送至室內(nèi)，為室內(nèi)降溫。當(dāng)室外溫度高不足以帶走室內(nèi)熱量時(shí)，則仍然開啟空調(diào)工作。 2、熱回收式新風(fēng)換氣機(jī)新風(fēng)系統(tǒng) 使用顯熱或全熱交換器利用室外新風(fēng)的作為冷源帶走熱量，室外空氣并不直接進(jìn)入室內(nèi)；而是和室內(nèi)空氣在顯熱或全熱交換器內(nèi)換熱后在排出室外。 3、乙二醇干冷器熱交換系統(tǒng) 乙二醇溶液通過干冷器與室外冷空氣進(jìn)行熱交換，將其自然冷卻獲取冷量，再由循環(huán)泵把低溫乙二醇溶液送入機(jī)組內(nèi)表冷器冷卻室內(nèi)回風(fēng)空氣，最后由送風(fēng)機(jī)將冷卻后的空氣送入室內(nèi)。 我國幅員遼闊，地形復(fù)雜。各地由于緯度、地勢和地理?xiàng)l件不同，氣候差異懸殊。因此，同樣方式的節(jié)能效果會因地而異，因此，在對機(jī)房空調(diào)節(jié)能改造時(shí)，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件和室內(nèi)安裝空間選擇合理的利用室外冷源的方式。 1)直接引入式新風(fēng)系統(tǒng) 圖1為直接利用室外冷空氣進(jìn)行空氣處理過程的i-d圖.由于機(jī)房的空調(diào)送風(fēng)溫度不得低于機(jī)房空氣的露點(diǎn)溫度,所以首先要對室外空氣進(jìn)行加熱(及過程),使送風(fēng)溫度達(dá)到t=10;過程是冬季干燥空氣的加濕的過程;過程是利用送風(fēng)溫差進(jìn)行吸熱(制冷)的過程. 圖1 直接里喲偶那個(gè)室外冷空氣進(jìn)行空氣處理下面對空氣處理過程的能耗進(jìn)行分析. 室外冷空的加熱過程可以寫成:Qj=L*G*(th-tW)-(1) 其中:Qj-所需加熱量(KJ/h)L-機(jī)組風(fēng)量(m/h) G-空氣的比熱(1.01KJ/KG)-空氣比重(kg/m) Th-送風(fēng)溫度()tW-室外空氣計(jì)算溫度() 空氣的加濕量可以寫為: W=L*(dn-dw)/1000-(2) 其中:W-所需的加濕量(kg/h)dn-室內(nèi)空氣含濕量(g/kg) dw-室外空氣含濕量(g/kg) 機(jī)房專用空調(diào)通常使用電極式加濕,電極式加濕器每小時(shí)、每千克加濕量耗電0.74KW,所以,電極式加濕器的耗電為: N=W/0.74=L*(dn-dw)/740-(3) 室外冷空氣的有效制冷量為: Ql=L*G*(tn-th)-(4) 其中:Ql-有效制冷量(KW)tn-室內(nèi)溫度() 空氣處理過程的能耗分析: 從圖1中可以知道,tn=10、tW=-29、=1.2將這些數(shù)據(jù)代入式、式、式和式可以得到: Qj=L*1.01*1.2*(10+29)/3600=0.0131L Ql=L*1.01*1.2*(20-10)/3600=0.00334L N=L*(6.7-0.3)/740=0086L 由上述計(jì)算結(jié)果可以得到: Qj/Ql=0.0131L/0.00334L=3.8 N/Ql=0.0086L/0.00334L=2.5 通過以上計(jì)算可以得出如下結(jié)論:在室外氣溫-29,若引入室外冷空氣滿足交換機(jī)房室內(nèi)的溫濕度,雖然利用了自然冷源,但是要花費(fèi)所節(jié)省冷量3.8倍能量去加熱冷空氣,以保證送風(fēng)溫度不低于露點(diǎn)溫度;另外還需要花費(fèi)所有冷量2.5倍能量保證機(jī)房環(huán)境濕度的要求.當(dāng)室外溫度隨季節(jié)從最低溫度從最低逐漸升高時(shí),加熱所花費(fèi)的能量逐漸減少,當(dāng)室外溫度達(dá)到10,不需要加熱,但是仍花費(fèi)的能量去加濕. 綜上所述,利用室外豐富冷源對通信機(jī)房降溫,必須解決對新風(fēng)的二次加熱和加濕問題,否則不會達(dá)到節(jié)能效果。 因此,采用智能型新風(fēng)引入節(jié)能空調(diào)在引入室外空氣低于10時(shí)，將引進(jìn)的室外冷空氣與室內(nèi)空氣混合后在送入室內(nèi)，同時(shí)使用濕膜加濕器對室內(nèi)空氣進(jìn)行等焓加濕,保證機(jī)房環(huán)境的溫濕度。由于濕膜加濕器消耗電能極少，可以克服上述論證的引入室外冷空氣消耗大量能源進(jìn)行加熱和加濕的問題。從而在室外環(huán)境溫度較低時(shí)將室外冷空氣引入機(jī)房降溫成為現(xiàn)實(shí)，可以部分取代專用空調(diào)機(jī),節(jié)約大量能源。下圖所示為智能型新風(fēng)引入節(jié)能空調(diào)組成示意。這種新風(fēng)混合配合濕膜加濕器的空調(diào)機(jī)組,其本身能耗低,在配套使用先進(jìn)的自動控制系統(tǒng),提高其可靠和穩(wěn)定性.在適合的室外條件下,可以作為機(jī)房空調(diào)的補(bǔ)充.在北京地區(qū)可降低機(jī)房空調(diào)能耗46%以上.這樣的空調(diào)在技術(shù)上是可行的,在條件適合時(shí),完全可以取代機(jī)房空調(diào)的工作,會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益. 智能型新風(fēng)引入節(jié)能空調(diào)機(jī)組采用了變頻調(diào)速混風(fēng)、微機(jī)智能控制和濕膜加濕等空調(diào)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)研制開發(fā)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。其原理是：充分利用室外環(huán)境低溫時(shí)的豐富冷空氣與機(jī)房內(nèi)高溫空氣混合，控制送風(fēng)溫度在露點(diǎn)溫度以上，并根據(jù)機(jī)房發(fā)熱負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，保證機(jī)房內(nèi)的溫度在要求的范圍內(nèi)；同時(shí)通過濕膜加濕器等焓加濕對機(jī)房內(nèi)濕度進(jìn)行控制，取代機(jī)房空調(diào)耗能高的電極式加濕器。從而在室外環(huán)境溫度較低時(shí)（低于10），可以取代專用空調(diào)工作，節(jié)約大量能源。 2）熱回收式新風(fēng)換氣機(jī)新風(fēng)系統(tǒng) 熱回收新風(fēng)換氣機(jī)就是將室內(nèi)污濁空氣排到室外的同時(shí)，將室外的新鮮空氣送入室內(nèi)，利用室外空氣的溫度差，將室內(nèi)的部分冷（熱）量進(jìn)行回收的一種置換式通風(fēng)換氣裝置。 精密機(jī)房要求恒溫恒濕，而機(jī)房內(nèi)由于存在大量的發(fā)熱設(shè)備，所以即使在冬季仍然需要利用空調(diào)制冷對機(jī)房內(nèi)的空氣進(jìn)行降溫，由此而帶來的空調(diào)能耗非常大。如果利用將室外的冷空氣直接送入室內(nèi)、將室內(nèi)的熱空氣排出室外的方法給室內(nèi)降溫，勢必會使室內(nèi)的濕度大量流失，同時(shí)也影響室內(nèi)空氣的潔凈度。利用熱回收換氣機(jī)的熱交換功能可以既保證室內(nèi)的濕度和潔凈度，又能利用室內(nèi)、外的溫差，有效地降低室內(nèi)的溫度，達(dá)到節(jié)能的目的。如下圖所示，室外的冷空氣由室外空氣入口進(jìn)入換氣機(jī)，經(jīng)換熱器后由排風(fēng)機(jī)排至室外；室內(nèi)熱空氣由室內(nèi)空氣入口進(jìn)入換氣機(jī)，在經(jīng)過換熱器時(shí)被冷卻降溫后由送風(fēng)口送入室內(nèi)，由于其為等濕降溫過程，所以，經(jīng)熱交換后送風(fēng)的溫度降低而含濕量不變。其原理如下圖所示： 板式換熱器的原理和實(shí)物圖 3）乙二醇干冷器熱交換系統(tǒng) 乙二醇干冷器熱交換系統(tǒng)采用間接利用自然冷源的方式，也稱其為自然冷卻型節(jié)能空調(diào)。利用室外干冷器與室外空氣換熱,在利用乙二醇水溶液作為載冷劑為室內(nèi)機(jī)組節(jié)能盤管提供冷源降低機(jī)房溫度。該機(jī)組采用微電腦控制,當(dāng)乙二醇回水溫度與機(jī)房溫度相差7時(shí),便可以部分利用自然冷源,不足部分由壓縮機(jī)補(bǔ)充。當(dāng)上述溫差14以上時(shí)便可完全取代壓縮機(jī)制冷,達(dá)到節(jié)能的目的。 自然冷卻型空調(diào)是利用乙二醇水溶液冰點(diǎn)低的特性,在冬季用其做載冷劑制冷降溫.乙二醇水溶液濃度越高其冰點(diǎn)越低,所以在應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)囟镜淖畹蜏囟日{(diào)配乙二醇溶液的濃度。乙二醇水溶液的比熱小于水的比熱,隨著其濃度的增加其比熱會進(jìn)一步降低。自然冷卻型專用空調(diào)機(jī)組在冬季乙二醇溶液濃度一般為30%,此時(shí)其冰點(diǎn)為-28,比熱為3.412KJ/KG.而在東北地區(qū)應(yīng)用時(shí),乙二醇的配比濃度為50%,此時(shí)其冰點(diǎn)為-35,比熱為2.931KJ/KG。由此可以看出乙二醇溶液的配比濃度影響其換熱能力的大小。根據(jù)傳熱計(jì)算公式可計(jì)算出乙二醇溶液和干冷器換熱量。 下圖所示為自然冷卻型節(jié)能空調(diào)組成示意。 乙二醇溶液的傳熱量為:Q1=GCPTP 其中Q1為乙二醇水溶液載熱量(KW) G流量(KG/S) CP比熱(KJ/KG) TP乙二醇與空氣間溫差 干冷器的散熱量為:Q2=KFTP 其中:Q2為干冷器的散熱量(KW) F為干冷器的散熱面積(M) 從上面的計(jì)算公式可以看出,影響乙二醇換熱能力的因素有流量和濃度,而干冷器的面積和換熱溫差是決定機(jī)組節(jié)能能力的重要因數(shù)。自然冷卻型空調(diào),冬季運(yùn)行時(shí),可以完全停用壓縮機(jī),即節(jié)能又延長壓縮機(jī)的使用壽命。同時(shí),由于采取間接換熱方式,運(yùn)行時(shí)不會對機(jī)房的潔凈度和濕度造成影響。 4）利用室外冷源的三種方式比較 在利用室外冷源的三種方式中，直接新風(fēng)引入節(jié)能效果最好，但是，機(jī)房環(huán)境將直接受外界的影響，需要相應(yīng)的技術(shù)措施保證機(jī)房的溫度、濕度、潔凈度滿足通信設(shè)備運(yùn)行需要。另外二種方式均是采用二次熱交換的方式利用室外冷源，機(jī)房環(huán)境不會受外界的影響，而換熱器的效率決定節(jié)能效果。 三、結(jié)論 智能型新風(fēng)引入節(jié)能空調(diào)機(jī)組是采用低溫送風(fēng)技術(shù)、變風(fēng)量空調(diào)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、微機(jī)智能控制技術(shù)、濕膜等焓加濕降溫技術(shù)和空調(diào)品質(zhì)處理技術(shù)等國際空調(diào)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)研制生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。其原理是：最大限度利用室外環(huán)境天然低溫冷源的新風(fēng)空氣與機(jī)房內(nèi)回風(fēng)空氣混合，然后再送回機(jī)房來達(dá)到消除室內(nèi)余熱的目的，并根據(jù)機(jī)房發(fā)熱負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，保證機(jī)房內(nèi)的溫度在要求的范圍內(nèi)；同時(shí)為補(bǔ)償機(jī)房因引入新風(fēng)后室內(nèi)空氣含濕量的降低，通過濕膜加濕器進(jìn)行等焓加濕、降溫對機(jī)房內(nèi)溫度、濕度進(jìn)行控制。在室外環(huán)境溫度較低時(shí)，可以部分或全部取代傳統(tǒng)機(jī)房專用空調(diào)工作，從而大大地降低了能源的消耗。這種新風(fēng)混合型空調(diào)機(jī)，與依據(jù)等焓加濕、降溫原