“水冷加風冷”雙冷卻系統節能與降燥

中國電信股份有限公司南京分公司設備維護安裝中心 王玉萍 趙龍

“水冷加風冷”雙冷卻系統節能與降燥

中國電信股份有限公司南京分公司設備維護安裝中心 王玉萍 趙龍

摘要：就如何提高機房專用空調的制冷效果，降低空調使用能耗，降低空調室外機噪音，提出了若干建議和思考，希望在達到節能減排目的的同時，能有效降低機房空調室外機的噪音。

關鍵詞：冷卻；水冷；風冷；節能；降噪

機房專用空調是通信機房內的高耗能設備，隨著通信業務快速發展和網絡規模擴張，電信機房內的機房空調不斷增加，特別是早期建設的數據中心，機房專用空調室外冷凝器因受條件所限，安裝密度較高，回風面積不足、熱空氣短路，散熱不好。致使機房專用空調的制冷效率極低，浪費大量的能源，同時，較大的機房空調室外風機噪音，也易造成附件居民的投訴。

1 “水冷加風冷”冷凝器雙冷卻系統

水冷釬焊板式換熱器串聯在原機房空調風冷冷凝器的前端，高溫高壓的氟利昂氣體優先經過水冷釬焊板式換熱器冷凝后，再經過風冷冷凝器進行二次自然冷凝。一旦冷卻水系統出現故障或者冷卻水溫過高的時候，風冷冷凝器自動經過壓力控制來開啟冷凝風機，防止高壓告警。即水冷釬焊板式換熱器主用，風冷冷凝器輔助備用，從而雙重保證機房空調冷凝器冷卻效果。“水冷加風冷”雙冷卻系統使機房空調更加穩定、安全、高效、節能、降耗、降噪的運行。

雙冷卻系統的工作原理：壓縮機排出的高溫高壓的氟利昂氣體首先經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。然后再流經風冷冷凝器進行二次自然冷凝，增加過冷度，提高冷凝效果，使風冷冷凝器風機減少或停止工作，以達到節約能源、減少機器磨損、降低維護成本及時間、降低噪音的目的。機組改造后冷凝側循環方式如圖1所示。

1.1 系統啟動

設備改造保持原系統不動，機組冷凝器邊側加裝若干個水冷殼管式冷凝器并聯在一起。空調啟動后，由設置在冷凝器進管上的溫度采集器采集到空調冷凝前的溫度，如果采集的溫度大于40 ℃（可調整），溫控型分水器此分路上的電熱驅動器打開，同時給水泵一個啟動信號，水泵工作，水經過釬焊板式換熱器把空調冷媒的熱量帶走，熱量通過冷卻塔冷卻。冷卻塔啟動條件為控制柜控制器啟動冷卻水泵，并檢測冷卻水流量開關是否閉合，檢測冷卻水的供回水溫度然后開啟冷卻塔風扇電機進行強制散溫，冷卻塔的運行、保護裝置均由控制柜來完成。

1.2 系統停止

空調工作中，當溫度采集器采集到空調冷凝后（冷凝器回管）的溫度低于35 ℃（可調整）時，溫控型分集水器此分路上的電熱驅動器關閉，水流不在經再釬焊板式換熱器，系統轉入為風冷冷凝狀態，由空調原系統自動控制。所有分水器分路關閉時，水泵停止工作，冷卻塔風機停止工作。

1.3 釬焊板式換熱器和風冷冷凝器工作交互

空調工作后，釬焊板式換熱器和風冷冷凝器可能會同時工作，對系統起到一個保障作用。釬焊板式換熱器作為系統中主要散熱設備，風冷冷凝器作為系統中保障散熱設備。一般情況下，冷凝工作由水冷完成，但在氣溫升高（或者水冷系統故障情況下），水冷達不到冷凝要求，原系統風冷冷凝器工作開始輔助散熱。

在冬天氣溫下降后，為了防止空調冷凝過冷，水冷冷凝會停止工作，此時風冷冷凝轉為主要散熱設備。一旦風冷冷凝器風機故障，冷凝回管溫度大于35 ℃（可調整）時，溫控型分集水器此分路上的電熱驅動器打開，轉入水冷狀態。

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

1.4 系統的劃分

一座機房大樓安裝有數十臺之多的空調，一般按樓層或區域將設備分為N個小分區，每個分區大概7～8臺，一座共用一套（或二套）水循環系統，控制部分由每小分區一個控制箱來檢測各個分區的供回溫度、溫差來控制各個分區的水流量及室外冷卻塔風機的啟停。

2 系統部件說明

主要設備的組成：釬焊板式換熱器，負壓式冷卻塔、循環水泵、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之接觸點，待接觸點以真空焊接結合后，便構成板式熱交換器耐高壓之交錯流道體系，這些交錯的流道系統便是使板式熱交換器之流體產生強烈紊流而達到高熱傳效果。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）來冷卻水的設備，是以水為循環冷卻劑，從中吸收熱量并排放到大氣中，從而降低塔內循環水的溫度，從而給空調室外機進行散熱。負壓式冷卻塔是復合型水動電動風機負壓冷卻塔中央空調機組，通過精密計算和設計，在冷卻塔中創新性的復合配置了水動風機和電動風機，大幅降低原有的風扇電動機功率70%以上。由于冷卻塔采用復合型雙風機結構，以較小的電機耗能實現了較大的冷卻風壓，確保塔內形成較大負壓，使得冷卻水蒸發加快，冷卻水出水溫度大幅降低，可顯著低于當地濕球溫度，降低冷水機組冷凝壓力，提高機組和被冷卻設備的運行效率，而此冷卻塔冷卻水溫度比常規型號冷卻塔出水溫度能降低約6 ℃，因而達到了空調主機節能30%以上的效果。負壓式冷卻塔已經廣泛取代傳統冷卻塔式中央空調，具有及節能、環保、經濟及提高室內空氣品質的優點，是典型的節能生態型空調設備。廣泛應用于大型工業建筑、公共建筑與民用建筑及農業等多種領域，對當前的節能減排工作具有積極的推動作用。

2.3 循環水泵

為了保證換熱系統的正常運行，進入設備換熱器的壓力必須達到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。可自動調節水溫，可配電熱執行器、溫控器。

2.5 帶熱回收功能水力模塊

水力模塊是中央空調水循環輸送的設備，由含泵組、閥組、自動補水、安全組件、旁通組件、系統清洗排污組件、控制元件組成。為了保證換熱系統的正常運行，進入設備換熱器的壓力必須達到0.25 MPa以上，保證設備所需的水流量（保證水系統的循環）。通過控制柜提供的有源信號來控制水力模塊的運行，可遠程控制。帶熱回收功能水力模塊是額外增加一套熱回收循環泵和管道，把空調的廢余熱量轉換為熱水，為生活生產提供便利。

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，是某公司在國內同類產品的基礎上，博采眾長，不斷改進，最新研制開發的升級換代產品。該設備不需要添加任何化學藥物，安裝使用非常簡單，可廣泛用于鍋爐、中央空調、換熱設備、循環水系統、工業通用水處理設備等，對物理性、生物性、化學性的垢類均有明顯的預防和清除效果。

2.8 控制柜

控制柜采用知名品牌DDC（直接數字控制）、傳感器等設備組成。此控制柜需根據現場安裝來完成，目的是為了使設備在全年制冷的狀態下運行為設備提供更有保障的運行穩定性，聯動控制、溫度檢測、壓力檢測、設備保護等（保證設備的安全運行）。

3 水垢的處理

因為系統安裝在戶外，有雜物和灰塵進入循環系統，并且使用自來水不經過軟化處理，長時間工作系統難免要結垢，結垢后會影響系統的熱交換效果。為此系統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年做一次化學水處理。

4 節能效果評估

水的比潛熱約為2 450 kJ／kg，而冷卻水進過釬焊板式換熱器后若不發生相變，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組比改造前的機組能效比要高10%～30%。風冷與水冷機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房空調系統中主要散熱設備，風冷冷凝器作為系統中輔助散熱設備。一般情況下，機房空調的冷凝工作由水冷完成，但在氣溫升高（或者水冷系統故障情況下），水冷達不到冷凝要求，原系統風冷冷凝器工作開始輔助散熱。

在此工作模式中，原機房空調的室外風機基本處于不工作或少工作的狀態，風機的噪音完全可以達到環保要求。◆