熱管空調(diào)系統(tǒng)在南方地區(qū)某IDC機房的應(yīng)用分析（其他）
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熱管空調(diào)系統(tǒng)在南方地區(qū)某IDC機房的應(yīng)用分析（其他）
葛平1郁輝球2沈岑2*
1揚州市供電局2杭州哲達科技股份有限公司
摘要：本文以南方地區(qū)某既有IDC機房為研究對象，基于熱管空調(diào)技術(shù)對原精密／常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造。2014上半年的運行結(jié)果表明，冬季節(jié)能率約為49.05%，過渡季節(jié)節(jié)能率約為34.41%;然而由于機房能耗基準小，初投資偏高，造成投資回收期過長。
關(guān)鍵詞：IDC機房熱管空調(diào)節(jié)能改造
0 引言
近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的急速發(fā)展，通信機房內(nèi)的電子設(shè)備全年持續(xù)運轉(zhuǎn)，為了確保這些電子設(shè)備的正常運行，需要適宜的溫濕度、潔凈密閉的空調(diào)環(huán)境，因此必須將機房空調(diào)全年運行在制冷工況。而空調(diào)用電約占總用電量的40%～60%左右，與電子設(shè)備運行用電不能節(jié)省相比，空調(diào)系統(tǒng)耗電量占比大，且有一定的節(jié)能空間。
在冬季及過渡季節(jié)，如果能合理使用自然冷源為機房降溫，則原空調(diào)系統(tǒng)壓縮機的運行時間將會縮短，節(jié)約大量的電能。在技術(shù)上應(yīng)用室外冷源進行機房降溫，主要有直接引入新風式節(jié)能系統(tǒng)和隔離式空氣換熱器系統(tǒng)，其中隔離式系統(tǒng)又包括熱管式換熱器系統(tǒng)和板式換熱器系統(tǒng)。
分離式熱管換熱器具有制冷能效比高、工程適應(yīng)性強的特點，如圖1所示，其加熱段（蒸發(fā)器）和冷卻段（冷卻段）分別放在室內(nèi)和室外，通過蒸汽上升管和液體下降管連通，利用室內(nèi)外空氣溫度差，形成一個自然循環(huán)回路。目前，已在多個IDC機房進行應(yīng)用。本文主要介紹南方地區(qū)某IDC機房基于熱管技術(shù)的空調(diào)節(jié)能改造方案及改造后空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。
1 項目概況
南方地區(qū)某IDC機房長度33 m，寬17.4 m，高5m，面積574 m2。機房配置20臺額定制冷量為12 kW的吊頂式空調(diào)機組；2臺額定制冷量為12.5 kW的機房精密空調(diào)。根據(jù)實際運行記錄，該機房冷負荷為160～200 kW之間，機房溫度需保持在27～28℃左右。
經(jīng)分析，空調(diào)系統(tǒng)運行能耗高主要原因如下：
1)空調(diào)系統(tǒng)采用常規(guī)壓縮式制冷空調(diào)，其能效受環(huán)境變化及多臺設(shè)備頻繁啟停影響，運行效率整體偏低。
2)常規(guī)空調(diào)制冷時，會將室內(nèi)空氣中的水分冷凝排出，室內(nèi)濕度下降后又必須再加濕，不必要的除濕／加濕過程引起能耗的浪費。
2 節(jié)能改造方案
熱管空調(diào)系統(tǒng)不但具備利用冬季及過渡季節(jié)室外較低的自然環(huán)境溫度進行熱交換，最大限度降低機房空調(diào)用電量的優(yōu)勢；獨立運行能耗普遍比同等制冷量的壓縮式空調(diào)機組低，在室內(nèi)外溫差5℃的能效已優(yōu)于目前機房中使用的常規(guī)空調(diào)，隨著室內(nèi)外工作溫差的增大，其節(jié)能效果更為顯著。
因此配置13臺RG15熱管空調(diào)（單臺制冷量15 kW，R22制冷劑），室外安裝5臺冷凝器（1拖3）；采用水冷方式，配置2臺7.5 kW水泵（一用一備）；1臺5.5 kW冷卻塔，1套室外溫濕度傳感器及2套安裝在水系統(tǒng)供、回水管上的溫度、壓力傳感器。
設(shè)計運行模式如下：在冬季溫度較低時，采用熱管空調(diào)控制，關(guān)閉原精密／常規(guī)空調(diào)；在過渡季節(jié)（春、秋季），采用熱管空調(diào)和原精密／常規(guī)空調(diào)同時運行。
轉(zhuǎn)化為具體的控制邏輯：1）室外溫度<22 cC時，開啟熱管空調(diào)模式；2）室外溫度> 25℃時，停止使用熱管空調(diào)；3）室內(nèi)溫度> 26.5℃時，熱管空調(diào)全部開啟（13臺室內(nèi)機）；4）室內(nèi)溫度< 24.0℃時，停止7臺室內(nèi)機；5）供水溫度<7℃時，停止冷卻塔風機運行；6）供水溫度>12℃時，開啟冷卻塔風機運行。
3 項目測試分析
3.1冬季運行模式
冬季室外溫度遠低于室內(nèi)溫度，只運行熱管空調(diào)系統(tǒng)。分別于2014年1月24日-2014年1月31日及2014年2月7日-2014年2月14日2個時段對運行節(jié)能效果進行測試，結(jié)果如表1所示。
由表1的實際用電結(jié)果可見，由于2月的室外溫度明顯低于1月的室外溫度，相應(yīng)的節(jié)能率也從47.5%增加至50.6%。所以熱管空調(diào)在室內(nèi)外溫差越大時，其能效越高。
3.2過渡季節(jié)運行模式
由于2014年3月南方地區(qū)地區(qū)環(huán)境溫度變化大，因此分別在3月12日與3月18日2天切換至原精密／常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運行模式，并以該模式的平均能耗值作為基準能耗值。其他時間段切換至過渡季節(jié)運行模式。能耗基準測試數(shù)據(jù)如表2所示。
在2014年3月1日．3月25日期間，累計用電量22664.6 kW．h�？捎嬎愠鰧嶋H節(jié)能量：能耗基準值×天數(shù)．累計用電量=11892.9 kW-h，即節(jié)能率為34.41%。
4項目經(jīng)濟性分析
4.1投資回收期分析
由于熱管空調(diào)僅應(yīng)用于冬季及過渡季節(jié)，按年運行時間200天計算，日節(jié)電量562 kW．h，電費0.8元/kW．h，則每年節(jié)電費89920元，按初投資約80萬元計算，大約需9年左右能收回投資。其中，日節(jié)電量562 kW-h按冬季計算，過渡季節(jié)無法達到。因而，投資回收期過長，節(jié)能效益差。
4.2經(jīng)濟性不佳原因分析
4.2.1初投資偏高
在本次項目中，采用水冷形式，雖然水系統(tǒng)可延長熱管空調(diào)的使用時間，但同時增加安裝費和設(shè)備的初投資。安裝費高主要由于熱管空調(diào)體積大，噪音大，安裝條件苛刻；冷卻塔的安裝位置高，造成水管、保溫、電纜等相應(yīng)成本的增加。
所以，在節(jié)能改造方案的設(shè)計過程中應(yīng)同時對水冷方式與風冷方式進行比較分析，增加的年節(jié)能效益與增加的初投資之間的比例，綜合選取合理的冷卻方式。
4.2.2節(jié)能效果不佳
由于冷卻塔安裝位置的變更，水泵揚程從6m增加至28 m，水泵額定功率從1.5 kW增加7.5 kW;其次，原精密／常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)一直處于待機耗電的狀態(tài)；南方地區(qū)的天氣與北方相比，室外環(huán)境溫度高，冬季及過渡季節(jié)短，因而熱管空調(diào)的能效并沒有發(fā)揮至最佳狀態(tài)。
5 結(jié)語
熱管空調(diào)系統(tǒng)在冬季及過渡季節(jié)利用室外自然冷源，與原精密／常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，冬季節(jié)能率約49.05%，過渡季節(jié)節(jié)能率約為34.41%。雖然節(jié)能率較高，但由于IDC機房原能耗基準較小，且相應(yīng)的初投資偏高，因而是否有必要開展基于熱管技術(shù)的南方地區(qū)IDC機房空調(diào)系統(tǒng)改造，仍需進行詳細的可行性分析：
1)詳細的運行記錄調(diào)研：必須選取全年的使用能耗為依據(jù)，而非調(diào)研期間的使用能耗。因為在全年的運行過程中，夏季的耗電量會明顯高于冬季的耗電量。這是由于在冬季運行過程中，機房負荷降低，空調(diào)的制冷效果好，當溫度控制到設(shè)定溫度，空調(diào)系統(tǒng)自動待機。所以必須綜合分析全年的使用能耗，確保計算的能耗基準的真實性。
2)熱管空調(diào)應(yīng)用分析：目前熱管空調(diào)系統(tǒng)的造價大部分源于熱管空調(diào)的購買成本，因而降低熱管空調(diào)的成本可有效降低初投資；其次選取合理的冷卻方式，也可進一步降低投資成本；同時需綜合考慮，在南方地區(qū)應(yīng)用熱管空調(diào)存在使用時間短，室外環(huán)境溫度高，熱管空調(diào)能效衰減等問題。
