中國電信股份有限公司南京分公司設(shè)備維護(hù)安裝中心 王玉萍 趙龍

“水冷加風(fēng)冷”雙冷卻系統(tǒng)節(jié)能與降燥

中國電信股份有限公司南京分公司設(shè)備維護(hù)安裝中心 王玉萍 趙龍

摘要：就如何提高機(jī)房專用空調(diào)的制冷效果，降低空調(diào)使用能耗，降低空調(diào)室外機(jī)噪音，提出了若干建議和思考，希望在達(dá)到節(jié)能減排目的的同時(shí)，能有效降低機(jī)房空調(diào)室外機(jī)的噪音。

關(guān)鍵詞：冷卻；水冷；風(fēng)冷；節(jié)能；降噪

機(jī)房專用空調(diào)是通信機(jī)房內(nèi)的高耗能設(shè)備，隨著通信業(yè)務(wù)快速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)張，電信機(jī)房內(nèi)的機(jī)房空調(diào)不斷增加，特別是早期建設(shè)的數(shù)據(jù)中心，機(jī)房專用空調(diào)室外冷凝器因受條件所限，安裝密度較高，回風(fēng)面積不足、熱空氣短路，散熱不好。致使機(jī)房專用空調(diào)的制冷效率極低，浪費(fèi)大量的能源，同時(shí)，較大的機(jī)房空調(diào)室外風(fēng)機(jī)噪音，也易造成附件居民的投訴。

1 “水冷加風(fēng)冷”冷凝器雙冷卻系統(tǒng)

水冷釬焊板式換熱器串聯(lián)在原機(jī)房空調(diào)風(fēng)冷冷凝器的前端，高溫高壓的氟利昂氣體優(yōu)先經(jīng)過水冷釬焊板式換熱器冷凝后，再經(jīng)過風(fēng)冷冷凝器進(jìn)行二次自然冷凝。一旦冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者冷卻水溫過高的時(shí)候，風(fēng)冷冷凝器自動(dòng)經(jīng)過壓力控制來開啟冷凝風(fēng)機(jī)，防止高壓告警。即水冷釬焊板式換熱器主用，風(fēng)冷冷凝器輔助備用，從而雙重保證機(jī)房空調(diào)冷凝器冷卻效果?！八浼语L(fēng)冷”雙冷卻系統(tǒng)使機(jī)房空調(diào)更加穩(wěn)定、安全、高效、節(jié)能、降耗、降噪的運(yùn)行。

雙冷卻系統(tǒng)的工作原理：壓縮機(jī)排出的高溫高壓的氟利昂氣體首先經(jīng)過水冷釬焊板式換熱器冷凝后，變成中溫高壓的氣液混合物。然后再流經(jīng)風(fēng)冷冷凝器進(jìn)行二次自然冷凝，增加過冷度，提高冷凝效果，使風(fēng)冷冷凝器風(fēng)機(jī)減少或停止工作，以達(dá)到節(jié)約能源、減少機(jī)器磨損、降低維護(hù)成本及時(shí)間、降低噪音的目的。機(jī)組改造后冷凝側(cè)循環(huán)方式如圖1所示。

1.1 系統(tǒng)啟動(dòng)

設(shè)備改造保持原系統(tǒng)不動(dòng)，機(jī)組冷凝器邊側(cè)加裝若干個(gè)水冷殼管式冷凝器并聯(lián)在一起?？照{(diào)啟動(dòng)后，由設(shè)置在冷凝器進(jìn)管上的溫度采集器采集到空調(diào)冷凝前的溫度，如果采集的溫度大于40 ℃（可調(diào)整），溫控型分水器此分路上的電熱驅(qū)動(dòng)器打開，同時(shí)給水泵一個(gè)啟動(dòng)信號，水泵工作，水經(jīng)過釬焊板式換熱器把空調(diào)冷媒的熱量帶走，熱量通過冷卻塔冷卻。冷卻塔啟動(dòng)條件為控制柜控制器啟動(dòng)冷卻水泵，并檢測冷卻水流量開關(guān)是否閉合，檢測冷卻水的供回水溫度然后開啟冷卻塔風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制散溫，冷卻塔的運(yùn)行、保護(hù)裝置均由控制柜來完成。

1.2 系統(tǒng)停止

空調(diào)工作中，當(dāng)溫度采集器采集到空調(diào)冷凝后（冷凝器回管）的溫度低于35 ℃（可調(diào)整）時(shí)，溫控型分集水器此分路上的電熱驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，水流不在經(jīng)再釬焊板式換熱器，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入為風(fēng)冷冷凝狀態(tài)，由空調(diào)原系統(tǒng)自動(dòng)控制。所有分水器分路關(guān)閉時(shí)，水泵停止工作，冷卻塔風(fēng)機(jī)停止工作。

1.3 釬焊板式換熱器和風(fēng)冷冷凝器工作交互

空調(diào)工作后，釬焊板式換熱器和風(fēng)冷冷凝器可能會(huì)同時(shí)工作，對系統(tǒng)起到一個(gè)保障作用。釬焊板式換熱器作為系統(tǒng)中主要散熱設(shè)備，風(fēng)冷冷凝器作為系統(tǒng)中保障散熱設(shè)備。一般情況下，冷凝工作由水冷完成，但在氣溫升高（或者水冷系統(tǒng)故障情況下），水冷達(dá)不到冷凝要求，原系統(tǒng)風(fēng)冷冷凝器工作開始輔助散熱。

在冬天氣溫下降后，為了防止空調(diào)冷凝過冷，水冷冷凝會(huì)停止工作，此時(shí)風(fēng)冷冷凝轉(zhuǎn)為主要散熱設(shè)備。一旦風(fēng)冷冷凝器風(fēng)機(jī)故障，冷凝回管溫度大于35 ℃（可調(diào)整）時(shí)，溫控型分集水器此分路上的電熱驅(qū)動(dòng)器打開，轉(zhuǎn)入水冷狀態(tài)。

由此可見，安裝水冷釬焊板式換熱器裝置后對空調(diào)提供了雙重保障作用，提高了設(shè)備的運(yùn)行性能。

1.4 系統(tǒng)的劃分

一座機(jī)房大樓安裝有數(shù)十臺之多的空調(diào)，一般按樓層或區(qū)域?qū)⒃O(shè)備分為N個(gè)小分區(qū)，每個(gè)分區(qū)大概7～8臺，一座共用一套（或二套）水循環(huán)系統(tǒng)，控制部分由每小分區(qū)一個(gè)控制箱來檢測各個(gè)分區(qū)的供回溫度、溫差來控制各個(gè)分區(qū)的水流量及室外冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停。

2 系統(tǒng)部件說明

主要設(shè)備的組成：釬焊板式換熱器，負(fù)壓式冷卻塔、循環(huán)水泵、溫控式分集水器、水力模塊（帶熱回收功能）、水力平衡器、電子水處理器、控制柜。

2.1 釬焊板式換熱器

板式換熱器是由一系列具有波紋形狀的金屬片疊裝成，兩相板片之山形凹凸紋路成180°相反組合，因此板式熱交換器兩板片之間凹凸脊線形成交錯(cuò)之接觸點(diǎn)，待接觸點(diǎn)以真空焊接結(jié)合后，便構(gòu)成板式熱交換器耐高壓之交錯(cuò)流道體系，這些交錯(cuò)的流道系統(tǒng)便是使板式熱交換器之流體產(chǎn)生強(qiáng)烈紊流而達(dá)到高熱傳效果。釬焊板式換熱器是目前流行的一種高效換熱器。

2.2 負(fù)壓式冷卻塔

冷卻塔是利用空氣同誰的接觸（直接或間接）來冷卻水的設(shè)備，是以水為循環(huán)冷卻劑，從中吸收熱量并排放到大氣中，從而降低塔內(nèi)循環(huán)水的溫度，從而給空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行散熱。負(fù)壓式冷卻塔是復(fù)合型水動(dòng)電動(dòng)風(fēng)機(jī)負(fù)壓冷卻塔中央空調(diào)機(jī)組，通過精密計(jì)算和設(shè)計(jì)，在冷卻塔中創(chuàng)新性的復(fù)合配置了水動(dòng)風(fēng)機(jī)和電動(dòng)風(fēng)機(jī)，大幅降低原有的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)功率70%以上。由于冷卻塔采用復(fù)合型雙風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，以較小的電機(jī)耗能實(shí)現(xiàn)了較大的冷卻風(fēng)壓，確保塔內(nèi)形成較大負(fù)壓，使得冷卻水蒸發(fā)加快，冷卻水出水溫度大幅降低，可顯著低于當(dāng)?shù)貪袂驕囟?，降低冷水機(jī)組冷凝壓力，提高機(jī)組和被冷卻設(shè)備的運(yùn)行效率，而此冷卻塔冷卻水溫度比常規(guī)型號冷卻塔出水溫度能降低約6 ℃，因而達(dá)到了空調(diào)主機(jī)節(jié)能30%以上的效果。負(fù)壓式冷卻塔已經(jīng)廣泛取代傳統(tǒng)冷卻塔式中央空調(diào)，具有及節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)及提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，是典型的節(jié)能生態(tài)型空調(diào)設(shè)備。廣泛應(yīng)用于大型工業(yè)建筑、公共建筑與民用建筑及農(nóng)業(yè)等多種領(lǐng)域，對當(dāng)前的節(jié)能減排工作具有積極的推動(dòng)作用。

2.3 循環(huán)水泵

為了保證換熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)入設(shè)備換熱器的壓力必須達(dá)到0.25 MPa以上。

2.4 溫控式分集水器

1寸精品一次成型鍛造工藝，50 mm間距，公稱壓力PN10，一次成型有2～6路，7路以上可任意拼接，可任意選配直徑20 mm和直徑16 mm接頭活接式管接頭，方便安裝維修?？勺詣?dòng)調(diào)節(jié)水溫，可配電熱執(zhí)行器、溫控器。

2.5 帶熱回收功能水力模塊

水力模塊是中央空調(diào)水循環(huán)輸送的設(shè)備，由含泵組、閥組、自動(dòng)補(bǔ)水、安全組件、旁通組件、系統(tǒng)清洗排污組件、控制元件組成。為了保證換熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)入設(shè)備換熱器的壓力必須達(dá)到0.25 MPa以上，保證設(shè)備所需的水流量（保證水系統(tǒng)的循環(huán)）。通過控制柜提供的有源信號來控制水力模塊的運(yùn)行，可遠(yuǎn)程控制。帶熱回收功能水力模塊是額外增加一套熱回收循環(huán)泵和管道，把空調(diào)的廢余熱量轉(zhuǎn)換為熱水，為生活生產(chǎn)提供便利。

2.6 水力平衡器

主要起到水壓平衡作用。

2.7 電子水處理

電子水處理儀，又名電子除垢防垢儀，是某公司在國內(nèi)同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，博采眾長，不斷改進(jìn)，最新研制開發(fā)的升級換代產(chǎn)品。該設(shè)備不需要添加任何化學(xué)藥物，安裝使用非常簡單，可廣泛用于鍋爐、中央空調(diào)、換熱設(shè)備、循環(huán)水系統(tǒng)、工業(yè)通用水處理設(shè)備等，對物理性、生物性、化學(xué)性的垢類均有明顯的預(yù)防和清除效果。

2.8 控制柜

控制柜采用知名品牌DDC（直接數(shù)字控制）、傳感器等設(shè)備組成。此控制柜需根據(jù)現(xiàn)場安裝來完成，目的是為了使設(shè)備在全年制冷的狀態(tài)下運(yùn)行為設(shè)備提供更有保障的運(yùn)行穩(wěn)定性，聯(lián)動(dòng)控制、溫度檢測、壓力檢測、設(shè)備保護(hù)等（保證設(shè)備的安全運(yùn)行）。

3 水垢的處理

因?yàn)橄到y(tǒng)安裝在戶外，有雜物和灰塵進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，并且使用自來水不經(jīng)過軟化處理，長時(shí)間工作系統(tǒng)難免要結(jié)垢，結(jié)垢后會(huì)影響系統(tǒng)的熱交換效果。為此系統(tǒng)安裝的物理電子水處理器，并要求每年換季前做一次排污工作，有條件2～3年做一次化學(xué)水處理。

4 節(jié)能效果評估

水的比潛熱約為2 450 kJ／kg，而冷卻水進(jìn)過釬焊板式換熱器后若不發(fā)生相變，溫度最多只有16 ℃，即每千克冷卻水帶走42 kJ的熱量，所以理論上改造后的機(jī)組比改造前的機(jī)組能效比要高10%～30%。風(fēng)冷與水冷機(jī)組比較工作效率比較見表1。

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5 噪音的治理

水冷釬焊板式換熱器作為機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中主要散熱設(shè)備，風(fēng)冷冷凝器作為系統(tǒng)中輔助散熱設(shè)備。一般情況下，機(jī)房空調(diào)的冷凝工作由水冷完成，但在氣溫升高（或者水冷系統(tǒng)故障情況下），水冷達(dá)不到冷凝要求，原系統(tǒng)風(fēng)冷冷凝器工作開始輔助散熱。

在此工作模式中，原機(jī)房空調(diào)的室外風(fēng)機(jī)基本處于不工作或少工作的狀態(tài)，風(fēng)機(jī)的噪音完全可以達(dá)到環(huán)保要求。◆