崔凌闖

中國(guó)電信股份有限公司淮安分公司

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等信息通訊的飛速發(fā)展，在降本增效的大環(huán)境下，節(jié)能是目前集團(tuán)和公司關(guān)注的重點(diǎn)。在通信機(jī)房耗電組成中，有研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)房空調(diào)耗電約占總耗電量的30%，照明和一般負(fù)荷耗電約只占2%。隨著云計(jì)算和IDC業(yè)務(wù)的發(fā)展，機(jī)房中高功率密度設(shè)備越來(lái)越多，機(jī)房空調(diào)數(shù)量隨之增多，因此節(jié)能減排工作的重點(diǎn)和方向首先就是空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。目前對(duì)于機(jī)房空調(diào)節(jié)能已經(jīng)有很多成熟的應(yīng)用技術(shù)，包括變頻節(jié)能、背板空調(diào)、空調(diào)冷水機(jī)組水處理節(jié)能技術(shù)、氟泵節(jié)能技術(shù)和AI群控節(jié)能技術(shù)等。

1 氟泵空調(diào)簡(jiǎn)介

IDC機(jī)房一年四季都需要制冷，氟泵空調(diào)可以利用室外自然冷源來(lái)給機(jī)房降溫，維護(hù)操作簡(jiǎn)單，機(jī)房潔凈度保持良好，不僅能實(shí)現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能，而且還便于進(jìn)行節(jié)能效果評(píng)估。本文重點(diǎn)介紹氟泵空調(diào)在淮安電信某IDC機(jī)房中的技術(shù)應(yīng)用和節(jié)能效果分析。

氟泵節(jié)能空調(diào)主要由氟泵、貯液器、管路閥門(mén)等組成，對(duì)于正常的風(fēng)冷精密空調(diào)，制冷系統(tǒng)只有室內(nèi)雙壓縮機(jī)系統(tǒng)，而對(duì)于氟泵系統(tǒng)而言，不僅室內(nèi)有雙壓縮機(jī)系統(tǒng)，室外側(cè)還有氟泵系統(tǒng)，室外側(cè)可以是雙氟泵機(jī)組，也可以僅改造其中一套機(jī)組，即單氟泵機(jī)組。根據(jù)氟泵空調(diào)系統(tǒng)室外側(cè)氟泵機(jī)組的數(shù)量，氟泵節(jié)能空調(diào)可分為單系統(tǒng)氟泵機(jī)組和雙氟泵機(jī)組。氟泵機(jī)組必須與專(zhuān)用型或者改裝后的風(fēng)冷型機(jī)房空調(diào)配套使用，組成2套制冷循環(huán)系統(tǒng)，即壓縮式制冷循環(huán)和氟泵制冷循環(huán)，形成一個(gè)完整的全天候制冷系統(tǒng)。根據(jù)研究地區(qū)室外環(huán)境溫度隨季節(jié)變化的特點(diǎn)，設(shè)定機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境溫度一定的情況下，由室內(nèi)外環(huán)境溫差的大小控制壓縮機(jī)和氟泵的啟停。當(dāng)室內(nèi)外環(huán)境溫差不滿足氟泵啟動(dòng)條件時(shí)，通過(guò)壓縮機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行輸出制冷量；當(dāng)室內(nèi)外環(huán)境溫差達(dá)到氟泵啟動(dòng)條件時(shí)，壓縮機(jī)停止工作，氟泵啟動(dòng)運(yùn)行。蒸發(fā)器中與室內(nèi)空氣換熱后的制冷劑，直接進(jìn)入風(fēng)冷冷凝器與室外冷源進(jìn)行換熱，冷卻成液態(tài)后的制冷劑在氟泵的作用下克服管阻回到蒸發(fā)器繼續(xù)換熱，從而形成節(jié)能模式下的制冷循環(huán)。氟泵空調(diào)原理圖如圖1所示。

圖1 氟泵空調(diào)原理

2 氟泵空調(diào)實(shí)際應(yīng)用

針對(duì)淮安電信某IDC機(jī)房電費(fèi)較高的情況，結(jié)合省公司節(jié)能減排的重點(diǎn)工作，在IDC機(jī)房對(duì)原有的的四臺(tái)佳力圖空調(diào)（每臺(tái)制冷量80kW）進(jìn)行了氟泵技術(shù)改造，安裝雙機(jī)組氟泵空調(diào)。設(shè)定機(jī)房要達(dá)到的室內(nèi)溫度為25℃，冬季淮安地區(qū)室外溫度一般在10℃以下，設(shè)置氟泵空調(diào)氟泵工作的室內(nèi)外溫差為15℃以上，即室外溫度低于10℃的時(shí)候氟泵運(yùn)行，壓縮機(jī)停止工作。選擇其中的一臺(tái)改造后的佳力圖空調(diào)機(jī)組，針對(duì)氟泵運(yùn)行和壓縮機(jī)單獨(dú)運(yùn)行模式，在冬季分別進(jìn)行4天的掛表測(cè)試，通過(guò)讀取氟泵空調(diào)面板上安裝的能耗電表和紅外線測(cè)溫儀獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.1 氟泵運(yùn)行模式

設(shè)定機(jī)房溫度為25℃，設(shè)定氟泵工作的室內(nèi)外溫差為15℃，也就是室外低于10℃的環(huán)境下氟泵運(yùn)行，壓縮機(jī)停止工作。測(cè)試期間室外溫度為-5~0℃的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1；測(cè)試期間室外溫度為0~5℃的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表1可以看出24h耗能169.52kWh；從表2可以看出24h耗能197.22kWh。

表1 氟泵運(yùn)行模式的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)（室外溫度：-5~0℃）

表2 氟泵運(yùn)行模式的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)（室外溫度：0~5℃）

2.2 壓縮機(jī)運(yùn)行模式

設(shè)定機(jī)房溫度為25℃，為了在室外環(huán)境溫度一致的情況下進(jìn)行氟泵工作和壓縮機(jī)工作模式的用電對(duì)比，設(shè)定氟泵工作的室內(nèi)外溫差為30℃（為啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷），也就是室外環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)氟泵運(yùn)行，室外環(huán)境高于-5℃的時(shí)候壓縮機(jī)工作。測(cè)試期間室外溫度為-5~0℃的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3；測(cè)試期間室外溫度為0~5℃的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。從表3可以看出24h耗能392.40kWh；從表4可以看出24h耗能390.17kWh。

表3 壓縮機(jī)運(yùn)行模式的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)（室外溫度：-5~0℃）

表4 壓縮機(jī)運(yùn)行模式的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)（室外溫度：0~5℃）

2.3 節(jié)能效果分析對(duì)比

（1）氟泵制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)耗能情況（48 h）：169.52+197.22＝366.74 kWh。

（2）壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)耗能情況（48 h）：392.40+390.17＝782.57 kWh。

（3）氟泵制冷系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能率：（782.57-366.74）/782.57＝53.14%。

（4）根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，估算單臺(tái)氟泵空調(diào)年投資回報(bào)率。

此次改造的單臺(tái)機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)雙氟泵機(jī)組改造費(fèi)用為6萬(wàn)元，按照上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在室內(nèi)外溫差滿足氟泵運(yùn)行的情況下，單臺(tái)空調(diào)每小時(shí)耗電量為：（169.52+197.22）/48＝7.64 kWh。

在室內(nèi)外溫差滿足壓縮機(jī)運(yùn)行的情況下，單臺(tái)空調(diào)每小時(shí)耗電量為：（392.40+390.17）/48＝16.3 kWh。

根據(jù)淮安地區(qū)當(dāng)?shù)囟練夂蛱攸c(diǎn)，按照氟泵空調(diào)一年中氟泵開(kāi)啟運(yùn)行的總運(yùn)行時(shí)間為3個(gè)月（主要為12月至2月），每個(gè)月平均30天估算，氟泵空調(diào)節(jié)電量為：（16.3-7.64）*24*30*3＝18705.6 kWh。

根據(jù)淮安地區(qū)當(dāng)?shù)囟練夂蛱攸c(diǎn)，按照氟泵空調(diào)一年中氟泵開(kāi)啟運(yùn)行的總運(yùn)行時(shí)間為3個(gè)月（主要為12月至2月），每個(gè)月平均30天估算，氟泵空調(diào)年運(yùn)行節(jié)能率：（16.3*24*30*12）-（16.3*24*30*9+7.64*24*30*3）/（16.3*24*30*12）=13.28%。

按照每度電1元的價(jià)格，單臺(tái)氟泵空調(diào)年投資回報(bào)率為：（18705.6*1）/60000＝31.2%。

在IDC機(jī)房溫度和室外環(huán)境溫度基本相同的情況下，比較氟泵制冷和壓縮機(jī)單獨(dú)制冷，分析得到：氟泵系統(tǒng)能效比高，節(jié)能效果明顯；在氟泵運(yùn)行工作模式中，隨著室外環(huán)境溫度變低，氟泵開(kāi)啟效果更好更省電。由于氟泵制冷循環(huán)時(shí)的消耗功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相同制冷量下壓縮機(jī)的消耗功率，利用冬天室外環(huán)境溫度低，氟泵模式運(yùn)行情況下就可以輸出機(jī)房?jī)?nèi)所需要的冷負(fù)荷，達(dá)到機(jī)房空調(diào)節(jié)能的目的。

3 新建和改造為氟泵空調(diào)的綜合考慮因素

對(duì)于正常的機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)行氟泵系統(tǒng)改造后，若有利于氟泵制冷循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境天數(shù)較少，或者即將超期使用的機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)，都不適合進(jìn)行氟泵空調(diào)改造。

氟泵空調(diào)的新建和改建要綜合考慮機(jī)房地理位置、機(jī)房所需冷負(fù)荷的大小、室內(nèi)外溫差的大小及維持時(shí)間長(zhǎng)短、現(xiàn)有機(jī)房空調(diào)的使用壽命，不能盲目改造或新建氟泵節(jié)能空調(diào)，否則不但達(dá)不到節(jié)能降費(fèi)的效果，反而會(huì)使投入成本成倍增加。對(duì)于要改造的通信機(jī)房，我們需要科學(xué)合理地分配好氟泵節(jié)能空調(diào)在整個(gè)機(jī)房空調(diào)運(yùn)用中的占比。一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)熱負(fù)荷較大的通信機(jī)房，雙壓縮系統(tǒng)風(fēng)冷精密空調(diào)進(jìn)行氟泵節(jié)能空調(diào)新建或改造后，氟泵系統(tǒng)輸出額定制冷量占機(jī)房最大總制冷量35%～50%相對(duì)比較合理，有利于企業(yè)較早收回投資成本。

4 氟泵空調(diào)運(yùn)行中存在的問(wèn)題及解決方法

本次研究的某IDC機(jī)房經(jīng)過(guò)氟泵節(jié)能技術(shù)改造后的4臺(tái)佳力圖機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)，改造后空調(diào)在運(yùn)行過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，如壓縮機(jī)噪聲電流偏大和損壞故障、系統(tǒng)堵塞、泵流量丟失、泵鎖定等。通過(guò)后續(xù)幾個(gè)月的分析研究，初步總結(jié)了一些解決方法。

4.1 壓縮機(jī)相關(guān)的故障處理

壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，制冷劑的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力壓差要比氟泵運(yùn)行時(shí)兩者的差值大，兩種運(yùn)行模式下，為了保證壓縮機(jī)正常運(yùn)行，不適合共用一個(gè)膨脹閥，需額外增加一個(gè)膨脹閥。在氟泵制冷模式下，機(jī)組膨脹節(jié)流采用的是10 mm的銅管，導(dǎo)致較多的液態(tài)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器。從氟泵制冷切換到壓縮機(jī)制冷模式時(shí)，存在壓縮機(jī)吸入液態(tài)氟利昂引起液擊風(fēng)險(xiǎn)。因此在壓縮機(jī)循環(huán)中，需要在蒸發(fā)器出口和壓縮機(jī)吸氣口之間增加一個(gè)氣液分離器，從而保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行。

4.2 模式切換相關(guān)故障處理

在實(shí)際應(yīng)用中，常常出現(xiàn)氟泵流量丟失、泵鎖定等故障，氟泵經(jīng)常會(huì)遇到泵前后壓差較小的情況，導(dǎo)致氟泵不能正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，氟泵正常運(yùn)行需要滿足兩個(gè)條件：一是貯液灌內(nèi)制冷劑液體應(yīng)有一定余量；二是進(jìn)入氟泵的制冷劑液體應(yīng)有一定的過(guò)冷度。

采用壓縮機(jī)抽真空循環(huán)，能夠使貯液灌內(nèi)有足夠的制冷劑液體，由于制冷劑液體溫度比較高，機(jī)組會(huì)自動(dòng)切換到壓縮機(jī)運(yùn)行模式，出現(xiàn)泵鎖定告警。如果貯液灌的制冷劑液體得不到充分冷卻，在氟泵工作模式下，冷凝器啟動(dòng)后會(huì)有較多的液態(tài)制冷劑截留在冷凝器中，很容易造成氟泵斷流，引起氟泵氣蝕，從而出現(xiàn)泵流量丟失等告警。經(jīng)過(guò)不斷摸索發(fā)現(xiàn)，把原來(lái)的抽真空循環(huán)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)加強(qiáng)室外風(fēng)冷冷凝器冷凝效果，把變速運(yùn)行的冷凝風(fēng)機(jī)調(diào)整為全速運(yùn)行，貯液灌制冷劑液體實(shí)現(xiàn)充分冷卻，順利進(jìn)入氟泵循環(huán)。通過(guò)這種方法，很好地避免了氟泵誤切換成壓縮機(jī)運(yùn)行的故障。

由于氟泵和壓縮機(jī)兩套循環(huán)制冷系統(tǒng)中的制冷劑流量和狀態(tài)不同，在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)側(cè)為流量小的氣態(tài)制冷劑，而氟泵側(cè)為流量較大的液態(tài)制冷劑，在兩種制冷模式切換時(shí)很容易發(fā)生液擊和氣蝕現(xiàn)象，所以在機(jī)房?jī)?nèi)外溫差達(dá)到系統(tǒng)制冷模式切換的過(guò)渡季節(jié)，機(jī)房?jī)?nèi)外環(huán)境溫差變化快，為避免氟泵與壓縮機(jī)頻繁切換問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)行中，可采取關(guān)閉氟泵制冷系統(tǒng)的措施，以保護(hù)設(shè)備不受損壞。

分析解決氟泵空調(diào)常見(jiàn)問(wèn)題障礙后，淮安電信某IDC機(jī)房4臺(tái)改造的氟泵空調(diào)運(yùn)行情況良好，能夠平穩(wěn)運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)探討和分析得出淮安電信某IDC機(jī)房氟泵節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能率為53.14%，氟泵空調(diào)年運(yùn)行節(jié)能率為13.28%，其年投資回報(bào)率在31%左右，節(jié)能效果顯著。氟泵空調(diào)通過(guò)間接利用冷源的方式，消除了直接利用冷源的所有弊端，不影響機(jī)房空氣質(zhì)量，維護(hù)量小，可靠性高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，是值得在寒冷季節(jié)大力推廣的雙工況復(fù)合制冷循環(huán)節(jié)能產(chǎn)品。根據(jù)前述氟泵空調(diào)年運(yùn)行節(jié)能率方法計(jì)算，對(duì)于全年8760小時(shí)，要求氟泵空調(diào)年運(yùn)行節(jié)能率不低于5%的情況下，氟泵自然冷卻溫度低于10℃的啟動(dòng)要求時(shí)長(zhǎng)不低于825小時(shí)；在要求氟泵空調(diào)年運(yùn)行節(jié)能率不低于10%的情況下，氟泵自然冷卻溫度低于10℃的啟動(dòng)要求時(shí)長(zhǎng)不低于1649小時(shí)。

由于電源動(dòng)力專(zhuān)業(yè)是實(shí)施和發(fā)揮節(jié)能減排工作的主力，在積極主動(dòng)完成公司節(jié)能減排目標(biāo)的同時(shí)，要關(guān)注節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用是否真實(shí)達(dá)到了節(jié)能的目標(biāo)。對(duì)節(jié)能效果不明顯、評(píng)估模糊的產(chǎn)品一定要謹(jǐn)慎試用，讓安全可靠的新節(jié)能技術(shù)真正助力企業(yè)降本增效。