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热管空调系统在南方地区某IDC机房的应用分析(其他)

热管空调系统在南方地区某IDC机房的应用分析(其他

                           葛平1郁辉球2沈岑2*

                  1扬州市供电局2杭州哲达科技股份有限公司

摘要:本文以南方地区某既有IDC机房为研究对象,基于热管空调技术对原精密/常规空调系统进行节能改造。2014上半年的运行结果表明,冬季节能率约为49.05%,过渡季节节能率约为34.41%;然而由于机房能耗基准小,初投资偏高,造成投资回收期过长。

关键词:IDC机房热管空调节能改造

0  引言

    近年来,随着互联网的急速发展,通信机房内的电子设备全年持续运转,为了确保这些电子设备的正常运行,需要适宜的温湿度、洁净密闭的空调环境,因此必须将机房空调全年运行在制冷工况。而空调用电约占总用电量的40%60%左右,与电子设备运行用电不能节省相比,空调系统耗电量占比大,且有一定的节能空间。

    在冬季及过渡季节,如果能合理使用自然冷源为机房降温,则原空调系统压缩机的运行时间将会缩短,节约大量的电能。在技术上应用室外冷源进行机房降温,主要有直接引入新风式节能系统和隔离式空气换热器系统,其中隔离式系统又包括热管式换热器系统和板式换热器系统。

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分离式热管换热器具有制冷能效比高、工程适应性强的特点,如图1所示,其加热段(蒸发器)和冷却段(冷却段)分别放在室内和室外,通过蒸汽上升管和液体下降管连通,利用室内外空气温度差,形成一个自然循环回路。目前,已在多个IDC机房进行应用。本文主要介绍南方地区某IDC机房基于热管技术的空调节能改造方案及改造后空调系统的节能效果。

1  项目概况

    南方地区某IDC机房长度33 m,宽17.4 m,高5m,面积574 m2。机房配置20台额定制冷量为12 kW的吊顶式空调机组;2台额定制冷量为12.5 kW的机房精密空调。根据实际运行记录,该机房冷负荷为160200 kW之间,机房温度需保持在2728℃左右。

    经分析,空调系统运行能耗高主要原因如下:

    1)空调系统采用常规压缩式制冷空调,其能效受环境变化及多台设备频繁启停影响,运行效率整体偏低。

    2)常规空调制冷时,会将室内空气中的水分冷凝排出,室内湿度下降后又必须再加湿,不必要的除湿/加湿过程引起能耗的浪费。

2  节能改造方案

    热管空调系统不但具备利用冬季及过渡季节室外较低的自然环境温度进行热交换,最大限度降低机房空调用电量的优势;独立运行能耗普遍比同等制冷量的压缩式空调机组低,在室内外温差5℃的能效已优于目前机房中使用的常规空调,随着室内外工作温差的增大,其节能效果更为显著。

    因此配置13RG15热管空调(单台制冷量15 kWR22制冷剂),室外安装5台冷凝器(13);采用水冷方式,配置27.5 kW水泵(一用一备);15.5 kW冷却塔,1套室外温湿度传感器及2套安装在水系统供、回水管上的温度、压力传感器。

    设计运行模式如下:在冬季温度较低时,采用热管空调控制,关闭原精密/常规空调;在过渡季节(春、秋季),采用热管空调和原精密/常规空调同时运行。

    转化为具体的控制逻辑:1)室外温度<22 cC时,开启热管空调模式;2)室外温度> 25℃时,停止使用热管空调;3)室内温度> 26.5℃时,热管空调全部开启(13台室内机);4)室内温度< 24.0℃时,停止7台室内机;5)供水温度<7℃时,停止冷却塔风机运行;6)供水温度>12℃时,开启冷却塔风机运行。

3  项目测试分析

3.1冬季运行模式

    冬季室外温度远低于室内温度,只运行热管空调系统。分别于2014124-2014131日及201427-20142142个时段对运行节能效果进行测试,结果如表1所示。

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  由表1的实际用电结果可见,由于2月的室外温度明显低于1月的室外温度,相应的节能率也从47.5%增加至50.6%。所以热管空调在室内外温差越大时,其能效越高。

3.2过渡季节运行模式

    由于20143月南方地区地区环境温度变化大,因此分别在312日与3182天切换至原精密/常规空调系统运行模式,并以该模式的平均能耗值作为基准能耗值。其他时间段切换至过渡季节运行模式。能耗基准测试数据如表2所示。

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    201431日.325日期间,累计用电量22664.6 kWh。可计算出实际节能量:能耗基准值×天数.累计用电量=11892.9 kW-h,即节能率为34.41%

4项目经济性分析

4.1投资回收期分析

    由于热管空调仅应用于冬季及过渡季节,按年运行时间200天计算,日节电量562 kWh,电费0.8/kWh,则每年节电费89920元,按初投资约80万元计算,大约需9年左右能收回投资。其中,日节电量562 kW-h按冬季计算,过渡季节无法达到。因而,投资回收期过长,节能效益差。

4.2经济性不佳原因分析

4.2.1初投资偏高

  在本次项目中,采用水冷形式,虽然水系统可延长热管空调的使用时间,但同时增加安装费和设备的初投资。安装费高主要由于热管空调体积大,噪音大,安装条件苛刻;冷却塔的安装位置高,造成水管、保温、电缆等相应成本的增加。

  所以,在节能改造方案的设计过程中应同时对水冷方式与风冷方式进行比较分析,增加的年节能效益与增加的初投资之间的比例,综合选取合理的冷却方式。

4.2.2节能效果不佳

    由于冷却塔安装位置的变更,水泵扬程从6m增加至28 m,水泵额定功率从1.5 kW增加7.5 kW;其次,原精密/常规空调系统一直处于待机耗电的状态;南方地区的天气与北方相比,室外环境温度高,冬季及过渡季节短,因而热管空调的能效并没有发挥至最佳状态。

5  结语

    热管空调系统在冬季及过渡季节利用室外自然冷源,与原精密/常规空调系统相比,冬季节能率约49.05%,过渡季节节能率约为34.41%。虽然节能率较高,但由于IDC机房原能耗基准较小,且相应的初投资偏高,因而是否有必要开展基于热管技术的南方地区IDC机房空调系统改造,仍需进行详细的可行性分析:

    1)详细的运行记录调研:必须选取全年的使用能耗为依据,而非调研期间的使用能耗。因为在全年的运行过程中,夏季的耗电量会明显高于冬季的耗电量。这是由于在冬季运行过程中,机房负荷降低,空调的制冷效果好,当温度控制到设定温度,空调系统自动待机。所以必须综合分析全年的使用能耗,确保计算的能耗基准的真实性。

    2)热管空调应用分析:目前热管空调系统的造价大部分源于热管空调的购买成本,因而降低热管空调的成本可有效降低初投资;其次选取合理的冷却方式,也可进一步降低投资成本;同时需综合考虑,在南方地区应用热管空调存在使用时间短,室外环境温度高,热管空调能效衰减等问题。

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