輔助降溫技術在機房的應用

謝 磊

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司無錫分公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

近年來，夏季氣溫越來越高，且高溫持續時間長。在夏季高溫時期，機房空調經常高溫導致保護，嚴重影響機房溫度的控制，對機房安全運行帶來了極大的隱患。同時隨著機房空調的滿負荷運轉，機房空調的能耗逐年提高，增加了機房運營成本。如何在夏季使機房空調安全穩定的運行，成為一個極為棘手的問題。為了解決這個問題，機房管理人員必須找尋一個性價比較高的解決方案。

1 項目背景

江蘇有線無錫分公司中心機房采用大金FHY125DQV2C分體式風冷空調制冷，共有18臺。該機房是2000年左右由辦公用房改造而成。由于用房建筑形狀限制，空調外機放置在3樓頂層平臺上。平臺是一個弧形下凹場地，面積小，通風條件不佳，在夏季氣溫超過35℃時，天臺地面氣溫高達80℃以上，因此一到夏季空調就頻繁出現保護故障，嚴重影響機房環境溫度控制。一旦空調故障，機房溫度迅速升高，設備安全難以保障，有線電視安全優質播出受到威脅。機房必須采用冰塊、風扇等輔助手段降溫，費事費力，效率不高。

2 需求分析

通過空調工作原理和對空調機組保護故障進行分析，發現空調之所以出現保護故障是因為夏季時機房室內外溫差大，為了保證熱量從制冷劑傳遞給外界空氣，冷凝溫度會隨著大氣溫度的上升而升高，冷凝溫度升高空調壓縮機在工作時管路壓力隨之升高，直至發生高壓警報，從而引起保護故障。如果能降低室內外溫差，就能解決保護的問題。通過對空調理論制冷系數ε進行分析，ε為空調設備單位耗功所能獲得的制冷量，是表示空調設備節能型好壞的一個重要參數，用以下公式表示：

ε=T0/（Tk-T0）（其中：T0為蒸發器的蒸發溫度；Tk為冷凝器的冷凝溫度，單位：K，K=℃+273）。

根據上述公式分析，空調制冷系數與蒸發器的蒸發溫度和冷凝器的冷凝溫度有關，而空調蒸發器在室內，所以蒸發溫度與機房內溫度有關，即機房設定的溫度值越高，T0值會越高（一般0～7.2℃范圍之間變化）；空調冷凝器在室外，所以冷凝溫度是與室外氣溫有關的，室外氣溫越高，Tk值會越高。

假定在空調運行環境其他因素不變時，以蒸發溫度和冷凝溫度的變化來推算制冷系統的制冷系數變化情況。假定冷凝溫度為55℃不變，則把機房的溫度提升，使得蒸發溫度從5℃升高到6℃，則理想制冷系數ε由5.56W/W上升至5.69W/W，上升率約2.3%。假定蒸發溫度為5℃不變，如果室外氣溫上升，使得制冷系統的冷凝溫度從原先的55℃升高至56℃，則制冷系統的理想制冷系數ε由原先的5.56W/W下降至5.45W/W，下降率約2.0%。

從上述分析來看，若要降低空調的能耗，在空調設備選定后，可從室內溫度和室外溫度2方面著手。一方面，在室內通過降低機房從外界吸收熱量來節能；另一方面，在室外通過降低冷凝器所處位置的空氣溫度，從而降低冷凝溫度，達到節能降溫的目的。總之，項目實施的目的是在不改變空調設施的基礎上，通過輔助措施，減少機房空調冷量的流失，并降低機房空調冷凝溫度。同時又要滿足不受場地限制、投入成本不能過高的要求。

3 技術方案

3.1 技術應用原理

項目組借鑒汽車、溫室苗圃等場合夏季降溫措施，進行多種降溫措施的實踐實驗。一方面在機房內部利用雙層玻璃隔熱和熱反射膜的反射作用，通過加裝雙層玻璃并在玻璃上貼熱反射膜的措施來減少外界傳導入機房的熱能，降低機房冷量流失速度，從而降低空調工作時間。另一方面在空調室外機放置區利用遮陽網遮光特性和水蒸發散熱的特點給室外機區域降溫，即通過架設遮陽網和水霧噴淋系統組合來進行降溫。多種降溫方式的組合有效降低了室內外溫差，基本解決空調保護問題，同時又達到節能目的。

3.2 具體技術應用措施

3.2.1 室內部分措施

室內部分主要內容為減少機房與外部環境的熱交換，即降低外部環境對機房的熱傳遞過程。主要技術措施為對機房窗戶進行密封改造，確保所有的機房采用雙層玻璃進行隔溫，在不具備條件的地方通過外裝的方式進行補充。通過2層玻璃中的空氣隔層進行隔熱，并在外側玻璃上貼熱反射膜。熱反射膜貼在玻璃表面使機房內能透過可見光和近紅外光，但不能透過遠紅外光。因此有足夠的光線進入室內，而將大部分的太陽能的熱量反射回去，在炎熱的夏季保持室內溫度不會升高太多，從而降低室內空調負荷，達到節省空調費用和節能的作用。項目組所采用的熱反射膜，能將進入室內的總太陽能從91%降低至19%（見圖1）。

3.2.2 室外部分方案

圖1 貼膜前后對比圖

圖2 4針遮陽網

圖3 系統圖

圖4 室外噴淋遮陽系統

室外部分主要內容為降低空調室外機放置區域微環境溫度。主要技術措施為外機遮陽和水噴霧降溫。

（1）外機遮陽。通過遮陽網的遮蔽，網下陰影處的溫度能降低10℃以上。為了取得最佳效果，項目組選擇2針、3針、4針、6針遮陽網進行了多次對比測試，發現4針遮陽網遮光效果好，遮光率為85%～90%，而且透氣性好，利于外機熱量排出。既能遮蔽陽光，又不影響空調機組熱量散發，最適合作為機房空調外機遮陽材料。遮陽網架設在離空調外機頂部100cm左右的高度，寬度為能覆蓋空調外機。這樣一來留出的空間，能保證空氣流通，不會阻礙空調散熱，二來方便空調檢修（見圖2）。

（2）水噴霧降溫系統（見圖3-4）。水噴霧降溫系統散發到空氣中的水微粒，在汽化的過程中要吸收大量周圍環境中的熱量，從而降低周圍環境的溫度，是經濟、有效的降溫手段。而在噴霧降溫系統的作用下，空氣溫度可降至25℃，在極端環境下可降溫14℃。水噴霧降溫系統主要由儲水器、管路、抽水泵、噴頭、控制部分組成。儲水器的作用為儲存保證抽水泵能正常工作的水量。管路系統采用PVC熱水管，能承受一定壓力，與鍍鋅鐵管相比易切割、耐腐蝕。噴頭采用圓形可調節噴頭，其位置必須高于遮陽網，以便水霧噴灑到遮陽網。噴頭數量以噴出水霧能均勻噴灑在遮陽網上計算，防止多余水量流失，節約用水。控制系統由單片機、繼電器和傳感探頭組成，由溫度傳感器、水位傳感器收集信號傳給單片機，單片機輸出信號給繼電器，控制電子水閥放水和抽水泵抽水。

系統工作流程：當多個溫度傳感器平均溫度達到40℃，且水位傳感器在高水位時，抽水泵開始工作，噴頭開始噴水；當水位下降到低水位時抽水泵停止工作，同時電子水閥打開開始放水，當到達高水位時電子水閥關閉停止放水；該過程完整運行一次耗時15min。

控制系統判斷邏輯：儲水器有A、B、C、D四個水位線，對應4個傳感器。單片機有4個控制腳對應4個水位傳感器，2個串口，一個串口連接繼電器，一個串口連接溫度傳感器。

防護措施：A默認高電平，當水位在A以上，A對GND導通低電平，水閥關閉，防止溢水。D默認低電平，當水位在D以下，D對GND斷開變高電平，水泵停轉，防止水泵干燒損壞。水泵工作判斷邏輯：當水位在B以上時，即B低電平，單片機發送指令打開繼電器2接口，水泵接通開始抽水噴淋（默認噴15分鐘）。當水位在C以下時，即C高電平，單片機發送指令關閉繼電器2接口，水泵關閉。

電子水閥工作判斷邏輯：當水位在B以下，即B高電平，單片機發送指令打開繼電器1接口，電子水閥接通開始放水。當水位在B以上，即B低電平，單片機發送指令關閉繼電器1接口，電子水閥關閉停止放水。

3.3 節能降溫效果

經測試，該系統啟動后，系統覆蓋范圍內溫度可下降10℃以上,根據ε=T0/（Tk-T0）概算公式，推算出機組的節能效率約為20%以上。以夏季時間按3個月計算，此項措施實施后，全年機房能耗將降低5%以上。

4 結語

本項目在不改變空調系統的情況下，在室內采用熱反射膜反射太陽能降低機房整體溫度；在室外采用外機遮陽、水霧降溫組合手段，降低室外機區域微環境溫度。動態、靜態多種降溫技術應用，同傳感設備、單片機技術的結合，實現了機房輔助降溫手自一體控制。該項目投資少，見效快，為已有機房節能降耗提供了一個新的思路。