機(jī)房氣流組織優(yōu)化實(shí)例

張彥才

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司甘肅省分公司運(yùn)行維護(hù)部，甘肅 蘭山730030）

1 概 述

隨著通信技術(shù)的發(fā)展與業(yè)務(wù)的增加，機(jī)房的環(huán)境發(fā)生了翻天覆地的變化。機(jī)房內(nèi)的氣流組織對(duì)整個(gè)機(jī)房的溫度場(chǎng)影響越來越大。同時(shí)，氣流組織的優(yōu)劣也決定了機(jī)房空調(diào)的配置及運(yùn)行能耗。為了優(yōu)化機(jī)房的氣流組織，解決機(jī)房局部散熱問題，降低機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行能耗，提高設(shè)備運(yùn)行安全性，現(xiàn)對(duì)兩個(gè)機(jī)房進(jìn)行了勘測(cè)分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。

2 某2樓機(jī)房勘測(cè)與氣流組織優(yōu)化

2.1 機(jī)房概況

該機(jī)房面積較大，機(jī)房內(nèi)主設(shè)備采用上走線的方式，未劃分冷熱通道，機(jī)房內(nèi)配置了5臺(tái)機(jī)房空調(diào)，均采用風(fēng)帽上送風(fēng)方式，如圖1所示。

圖1 某2樓機(jī)房

2.2 現(xiàn)狀及存在問題

該機(jī)房存在如下問題：

（1）由于機(jī)房空調(diào)的送風(fēng)氣流組織無法送達(dá)局部區(qū)域，導(dǎo)致機(jī)房內(nèi)存在局部過熱問題（過熱區(qū)域如上圖1中的圓圈位置）。

（2）風(fēng)帽上送風(fēng)方式為彌散式送風(fēng)，優(yōu)點(diǎn)是：靈活簡易，對(duì)空調(diào)前方局部區(qū)域的散熱效果良好；缺點(diǎn)是：送風(fēng)的覆蓋面積小，送風(fēng)的距離有限，尤其是傳統(tǒng)的FC風(fēng)機(jī)，如圖2所示。

（3）傳統(tǒng)的空調(diào)能耗較大，空調(diào)主要的耗能部件是壓縮機(jī)與室內(nèi)風(fēng)機(jī)。

（4）機(jī)房內(nèi)主設(shè)備的布置方式為同向式布置，每列機(jī)柜的距離有限，導(dǎo)致熱量疊加如圖3所示。

（5）機(jī)房局部區(qū)域（如圖4所示）的負(fù)載率較大，現(xiàn)場(chǎng)查得空調(diào)的制冷運(yùn)行時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的比率約為92.3%。

圖2 上送風(fēng)方式示意圖

圖3 設(shè)備布置方式導(dǎo)致熱量疊加

圖4 該機(jī)房負(fù)載分布

2.3 解決方案

針對(duì)上述問題，采用如下解決方案：

（1）圖5中圓圈區(qū)域?yàn)檫^熱區(qū)域，由于旁邊的機(jī)房空調(diào)的送風(fēng)方式為風(fēng)帽彌散式送風(fēng)，送風(fēng)氣流無法到達(dá)過熱區(qū)域所導(dǎo)致。針對(duì)過熱原因，在圖5中的虛線圈區(qū)域增加相應(yīng)的制冷單元。

圖5 增加制冷單元

（2）由于傳統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)的能耗較大，新增的制冷單元建議采用數(shù)碼渦旋技術(shù)＋EC風(fēng)機(jī)技術(shù)機(jī)組。

數(shù)碼渦旋技術(shù)：根據(jù)負(fù)載變化，采用徑向柔性技術(shù)，通過加載與卸載功能，智能調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的容量輸出，實(shí)現(xiàn)冷量從20%～100%的無級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度的精確控制，能耗較傳統(tǒng)的渦旋壓縮機(jī)技術(shù)降低約15%～20%左右。

EC風(fēng)機(jī)技術(shù)：采用永磁同步電機(jī)、直流無刷技術(shù)，配合后傾式葉片的風(fēng)機(jī)，跟傳統(tǒng)的FC風(fēng)機(jī)相比，效率與穩(wěn)定性均有較大的提升，同時(shí)減少了維護(hù)量。經(jīng)測(cè)試，節(jié)能率可達(dá)30%～50%左右。

（3）原有的CM＋空調(diào)，采用FC風(fēng)機(jī)，通過皮帶與皮帶輪進(jìn)行傳動(dòng)，效率低，同時(shí)送風(fēng)距離短，建議針對(duì)此機(jī)房內(nèi)的3臺(tái)CM50AR空調(diào)，將空調(diào)原FC風(fēng)機(jī)改造為EC風(fēng)機(jī)。通過機(jī)房內(nèi)現(xiàn)有的兩臺(tái)空調(diào)進(jìn)行對(duì)比，一臺(tái)為CM50AR，一臺(tái)為P1031UA，由下面的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)可見，EC風(fēng)機(jī)的效率較高，如果在同樣的能耗下，EC風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)速均比FC風(fēng)機(jī)要高，如果改造為EC風(fēng)機(jī)，送風(fēng)效果將得到改善，風(fēng)機(jī)能耗將會(huì)有所下降。

FC風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口風(fēng)速：CM50AR空調(diào)，采用FC風(fēng)機(jī)，送風(fēng)風(fēng)機(jī)約為3.7 m／s左右（圖6）。

EC風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口風(fēng)速：P1031UA空調(diào)，采用EC風(fēng)機(jī)，送風(fēng)風(fēng)速約為16 m／s左右（圖7）。

圖6 FC風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量

圖7 EC風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量

3 某6樓計(jì)費(fèi)機(jī)房勘測(cè)與氣流組織優(yōu)化

3.1 機(jī)房現(xiàn)狀

該機(jī)房的面積約為485 m2左右，機(jī)房內(nèi)有防靜電地板，地板高約200 mm，主設(shè)備采用下走線，無冷熱通道的方式布置。機(jī)房內(nèi)共配置了3臺(tái)機(jī)房空調(diào)，均采用風(fēng)帽上送風(fēng)的方式。此外，還有2臺(tái)民用空調(diào)，及3套三菱海爾風(fēng)機(jī)盤管末端。圖8為機(jī)房的平面示意圖。

圖8 某6樓計(jì)費(fèi)機(jī)房平面圖

3.2 現(xiàn)狀及存在問題

（1）機(jī)房內(nèi)存在高熱密度的負(fù)載，但該區(qū)域沒有專門處理高熱密度的設(shè)備（只有三個(gè)民用的風(fēng)機(jī)盤管及一個(gè)一體化柜機(jī)），導(dǎo)致該區(qū)域的溫度偏高。

（2）該機(jī)房內(nèi)的2臺(tái)斯圖茲CCU432A空調(diào)的送風(fēng)效果不理想，送風(fēng)距離有限。

（3）該機(jī)房后期可能要進(jìn)行改造及擴(kuò)容，對(duì)于改造或擴(kuò)容后的效果，沒有一個(gè)量化的評(píng)估。

（4）傳統(tǒng)的空調(diào)能耗較大，空調(diào)主要的耗能部件是壓縮機(jī)與室內(nèi)風(fēng)機(jī)。

（5）機(jī)房內(nèi)主設(shè)備的布置方式為同向式布置，每列機(jī)柜的距離有限，導(dǎo)致熱量疊加。

3.3 解決方案與建議

（1）對(duì)此機(jī)房進(jìn)行CFD熱仿真評(píng)估，評(píng)估目前的氣流組織情況（圖9）、改造后的效果及擴(kuò)容方案的合理性及擴(kuò)容后的效果。CFD熱仿真評(píng)估（圖10）可以實(shí)現(xiàn)如下的功能：

a.機(jī)房目前的溫度場(chǎng)情況；

b.機(jī)房目前的氣流組織情況及問題；

c.改造方案建議及改造后的效果模擬評(píng)估；

d.機(jī)房空調(diào)故障后的溫度場(chǎng)及氣流組織情況；

e.機(jī)房空調(diào)的利用率分析；

f.機(jī)房擴(kuò)容方案建議及擴(kuò)容后的效果模擬評(píng)估。

圖9 空調(diào)機(jī)組送風(fēng)氣流組織

圖10 CFD熱仿真評(píng)估

（2）采用數(shù)碼渦旋＋EC風(fēng)機(jī)技術(shù)的機(jī)房空調(diào)機(jī)組，替換原有的CCU432A老化機(jī)組，如圖11的大橢圓中所示。P2070UA13型號(hào)的機(jī)房空調(diào)，制冷量約為70 kW，采用數(shù)碼渦旋技術(shù)與EC風(fēng)機(jī)技術(shù)，整機(jī)效率高，能效比高，運(yùn)行能耗低。

圖11 空調(diào)機(jī)組的重新配置

（3）針對(duì)局部的高熱密度區(qū)域，建議采用就近冷卻方式，在過熱區(qū)域采用列間制冷單元。CRV空調(diào)是針對(duì)高熱密度的列間制冷解決方案，安裝在主設(shè)備的旁邊，縮短送風(fēng)距離，提高冷量的利用效率，在降低風(fēng)機(jī)能耗的同時(shí)，可有效解決局部過熱的問題。建議增加型號(hào)為CR035A的CRV制冷單元，單臺(tái)冷量約為35 kW，安裝在圖11中兩個(gè)小圓圈所示位置。

4 節(jié)能案例分析

一臺(tái)P2070FA空調(diào)機(jī)組在7月份進(jìn)行了數(shù)碼渦旋改造，被測(cè)空調(diào)機(jī)組在使用標(biāo)準(zhǔn)渦旋和數(shù)碼渦旋兩種配置模式下各自運(yùn)行48 h左右，通過電表分別計(jì)算兩種配置下單位時(shí)間的耗電量。經(jīng)計(jì)算，使用標(biāo)準(zhǔn)渦旋壓縮機(jī)情況下空調(diào)機(jī)組每小時(shí)消耗1 315.02 kWh（度）電能，而配置數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)，則每小時(shí)僅消耗11.26 kWh（度）電能。數(shù)碼渦旋空調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)渦旋空調(diào)在測(cè)試條件相同前提下，每小時(shí)的節(jié)電量為3.76 kWh，實(shí)測(cè)節(jié)能百分比為：（15.02－11.26）／15.02×100%＝25.03%。全年可節(jié)電約3.3萬度。可在2～3年內(nèi)回收改造投資。

為了驗(yàn)證此臺(tái)P2070UA空調(diào)機(jī)組在EC風(fēng)機(jī)改造前后的運(yùn)行狀態(tài)、性能、能耗等方面的對(duì)比，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了如下測(cè)試：

（1）空調(diào)多點(diǎn)送風(fēng)風(fēng)速測(cè)試：為了確保空調(diào)在改造后的風(fēng)量不低于改造前，在改造前后，對(duì)空調(diào)風(fēng)帽送風(fēng)口處進(jìn)行多點(diǎn)風(fēng)速測(cè)試對(duì)比（圖12）；測(cè)試結(jié)果見表1。

圖12 空調(diào)風(fēng)帽送風(fēng)口多點(diǎn)風(fēng)速測(cè)試

表1 空調(diào)風(fēng)帽送風(fēng)口多點(diǎn)風(fēng)速測(cè)試結(jié)果對(duì)比（單位：m／s）

（2）風(fēng)機(jī)工作電流測(cè)試：為了對(duì)比EC風(fēng)機(jī)與原風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗，在改造前后，對(duì)風(fēng)機(jī)的工作電流進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，改造后，EC風(fēng)機(jī)輸出設(shè)定為68%，能夠滿足原機(jī)房空調(diào)的風(fēng)量需求。此時(shí)，計(jì)算EC風(fēng)機(jī)改造后空調(diào)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的功率和為：

（2.1＋1.9＋1.9）×220×0.85＋（2.1＋1.9＋2.0）×220×0.85 W＝2 225.3 W

原空調(diào)兩臺(tái)FC風(fēng)機(jī)的功率和為：

（3.6＋3.6＋3.5）×220×0.85＋（3.7＋3.7＋3.6）×220×0.85 W＝4 057.9 W

EC風(fēng)機(jī)改造后，空調(diào)風(fēng)機(jī)的節(jié)能率約為45.16%，每天節(jié)約用電量為：

（4 057.9 W－2 225.3 W）×24h＝43.98 kWh

全年可節(jié)約用電量為：43.98 kWh×365＝16 052.7 kWh

每度電按1元計(jì)算，P2070UA上送風(fēng)機(jī)組通過EC風(fēng)機(jī)改造后，每年可節(jié)約電費(fèi)約為16 053元。

5 總 結(jié)

氣流組織的改造可以確保原空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)速等性能，同時(shí)減少因皮帶、皮帶輪等傳動(dòng)部件的失效而導(dǎo)致的故障。通過對(duì)機(jī)房空調(diào)進(jìn)行氣流組織改造，可以大大提高空調(diào)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，減小風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗，實(shí)現(xiàn)較大的節(jié)能目標(biāo)。