分布式自然冷源空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

張維東

（中國電信股份有限公司 重慶網(wǎng)絡監(jiān)控維護中心，重慶 400042）

0 引 言

按照電信企業(yè)提質(zhì)增效及節(jié)能減排的要求，降低通信機房電費成本是企業(yè)當前的一項重要工作，對促進企業(yè)高質(zhì)量的發(fā)展將起到重要作用。因此，中國電信重慶網(wǎng)絡監(jiān)控維護中心通過各種手段加強了節(jié)能減排和降本增效工作，其中包括通過各種技術(shù)手段進行節(jié)能，并于2020年啟動了分布式自然冷源節(jié)能新技術(shù)項目。本文介紹了分布式自然冷源節(jié)能系統(tǒng)節(jié)能項目的實施背景、系統(tǒng)組成、功能原理、關(guān)鍵技術(shù)、主要特點以及節(jié)能策略，并進行了節(jié)能效果分析計算，對推廣應用該節(jié)能技術(shù)和降本增效將起到重要作用。

1 項目實施背景

據(jù)統(tǒng)計分析，目前通信機房的運營成本中電費消耗占比高達65%，此數(shù)據(jù)充分說明了節(jié)能的必要性和迫切性。而電費消耗中空調(diào)能耗占比高達35%，因此節(jié)能的主要方向和重點在于空調(diào)。已建機房的主機能效、氣流組織以及維護管理均已確定，在這些方面做優(yōu)化，節(jié)能空間較小。如何有效地利用自然冷源是解決空調(diào)節(jié)能方案最直接高效且環(huán)保的解決方案，由此中國電信重慶網(wǎng)絡監(jiān)控維護中心啟動了分布式自然冷源節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)項目的建設(shè)工作。2019年5月14日，中心正式立項分布式自然冷源節(jié)能系統(tǒng)項目建設(shè)工作，項目于2020年7月10日完成，該節(jié)能系統(tǒng)安裝在大坪通信樓W503機房和W504機房的6臺80 kW大功率精密空調(diào)上。

2 節(jié)能系統(tǒng)的組成及特點

2.1 節(jié)能系統(tǒng)組成

該節(jié)能系統(tǒng)安裝在大坪W503機房和W504機房。分布式換熱系統(tǒng)由室內(nèi)換熱終端（室內(nèi)換熱器）、冷量分配動力單元以及室外冷源系統(tǒng)（室外換熱器）3部分組成。整個項目增加空調(diào)分布式熱交換器（室內(nèi)）6臺、風冷模塊3個即節(jié)能泵1套，實現(xiàn)自然冷源的充分利用。室內(nèi)換熱器布置在空調(diào)回風口，通過軟管連接每層機房MPJ主管道。分布式自然冷源節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式自然冷源節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)功能原理

本項目采用重慶捷先機電科技有限公司的分布式自然冷源節(jié)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過高效載冷劑與室外自然冷源進行熱交換，將室內(nèi)熱量通過載冷劑排出室外，減少精密空調(diào)的壓縮機運行時間，達到節(jié)能的目的。同時該系統(tǒng)不會對機房環(huán)境產(chǎn)生任何不良影響，不影響機房原有空調(diào)的運行，與原有機房空調(diào)形成互為備份的冗余制冷工作機制。機房室內(nèi)服務器排出的熱風經(jīng)過安裝在機房空調(diào)上的分布式換熱單元預冷，再經(jīng)過機房空調(diào)變成冷風排到地板下靜壓箱中，然后根據(jù)需要流入每個服務器機架。分布式換熱系統(tǒng)中室內(nèi)換熱終端內(nèi)的MPJ液體吸收服務器排出的熱量，溫度開始升高，經(jīng)由水泵流入到室外冷源系統(tǒng)中換熱，再流入室內(nèi)換熱終端，熱量依次從室內(nèi)源源不斷地傳遞到室外。

2.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)采用了4項關(guān)鍵核心技術(shù)，其技術(shù)特性如下。一是MPJ單相氟化載冷劑，傳遞熱量的速度是空氣的6倍，具有超強載冷能、環(huán)保、無毒、絕緣以及不易燃等優(yōu)良特性。二是微通道換熱器，高傳熱性能微通道換熱器更能成功地解決換熱性能與風側(cè)換熱效率的難題，相比于傳統(tǒng)散熱器具有更高的傳熱效率。三是靈活的分布式設(shè)計，靈活的分布式散熱器設(shè)計達到接近制冷的效果，用于21 ℃以下的環(huán)境溫度中，仍可利用自然冷源成為一種現(xiàn)實。四是與原空調(diào)智能并行制冷，不影響原有空調(diào)制冷，不增加風動力能耗的前提下達到較好的換熱效果。

2.4 系統(tǒng)主要特點

該系統(tǒng)具有自然冷源，利用室外低溫自然冷源無灰塵和濕度影響，綠色環(huán)保，減少碳排放，而且具有高能效比、高換熱能力（換熱能力是乙二醇的3倍）以及高顯熱比，效率更高。此外，泵系統(tǒng)冗余設(shè)計，安全可靠，制冷循環(huán)僅為低功耗循環(huán)泵，無其他部件，故障率低，一旦出現(xiàn)泄漏立刻報警停機。

2.5 系統(tǒng)節(jié)能策略

在冬季室外氣溫較低時可以適當調(diào)高室內(nèi)空調(diào)的啟動溫度，更充分地利用室外冷源，這樣會使節(jié)能效果更佳，空調(diào)壓縮機停止運行，達到節(jié)能目的。在夏季要及時關(guān)閉分布式自然冷源系統(tǒng)，室外溫度高，自然冷源不起作用，重新啟動分布式自然冷源系統(tǒng)時需要排空管道和泵內(nèi)殘余氣體。該節(jié)能系統(tǒng)在20 ℃以下時均為有效工作時間，溫度越低，其節(jié)能效果越好，當氣溫低于10 ℃時，精密空調(diào)完全可以停止制冷，停止壓縮機工作，達到節(jié)能目的。

3 節(jié)能效果分析

該項目于2020年5月10日-2020年6月5日完成了試運行節(jié)能效果測試，期間設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，經(jīng)測試分析計算空調(diào)設(shè)備年綜合節(jié)能率達到了27.62%，每年節(jié)省電費1.475×105元，項目投資3.1×105元，投資回收期為2.1年，達到了預期的節(jié)能效果。具體節(jié)能效果分析如下。

3.1 空調(diào)能耗狀況

空調(diào)能耗根據(jù)機房空調(diào)配置與運行情況測算。

配置6臺80 kW空調(diào)，總冷量為480 kW，空調(diào)能效比為3.0，總電功率為160 kW，單臺空調(diào)電功率為26.67 kW，則單臺空調(diào)I26.67kW三相平均電流推算如下：

由此算出26.67 kW功率值對應的I26.67kW三相平均電流=26.67 A×1.9=50.67 A

實際單臺空調(diào)運行時三相平均電流一般按理論計算值的70%計算，由此推算出I26.67kW三相平均電流實際為：

它由風機+壓縮機兩部份消耗，風機的功率不會變化，經(jīng)測試實際風機電流每臺空調(diào)為8 A，則壓縮機電流為27 A，由此計算出全年6臺空調(diào)總功耗如下。

設(shè)定風機運行功耗為PF，其推算過程為：

按每天平均工作10 h計算，設(shè)定壓縮機運行功耗為PY，其推算過程如下：

設(shè)定全年6臺空調(diào)總能耗為PZ，其推算過程如下：

3.2 實際節(jié)電效果分析

2020年5月10日-6月5日掛電表進行實際對比測試后統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖2所示，數(shù)據(jù)分析如下。

圖2 分布式自然冷源節(jié)能系統(tǒng)節(jié)能測試數(shù)據(jù)

3.2.1 開啟節(jié)能系統(tǒng)階段

總時長為400 h，其中節(jié)能系統(tǒng)實際有效工作時長35.19 h，時長占比8.80%?？照{(diào)運行耗電量為13 930.34 kW·h，節(jié)能系統(tǒng)耗電量216.72 kW·h，總耗電量14 147.06 kW·h，平均每小時耗電量35.37 kW·h。

3.2.2 關(guān)閉節(jié)能系統(tǒng)階段

總時長為229.75 h，空調(diào)運行耗電量為8 567.41 kW·h，平均每小時耗電量為37.29 kW·h。測試結(jié)果表明，測試階段平均每小時節(jié)能1.92 kW·h（37.29 -35.37 =1.92 kW·h），平均每小時節(jié)能率為5.16%。由于測試時間階段為5月份，外界氣溫已經(jīng)比較高了，所以該節(jié)能系統(tǒng)有效工作時長占比低，只達到了8.80%。

根據(jù)國家氣象網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，重慶地區(qū)氣溫情況為室外溫度≤10 ℃，時間為2 374 h，占全年時間比為27.10%，室外溫度≤20 ℃，時間為4 126 h，占全年時間比47.10%。該節(jié)能系統(tǒng)在20 ℃以下時，均為有效工作時間，溫度越低，其節(jié)能效果越好，當氣溫低于10 ℃時，精密空調(diào)完全可以停止制冷。因此通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)可推算出全年的節(jié)電量Q全年節(jié)約電量，其推算過程如下。

設(shè)定全年綜合節(jié)能率為J全年綜合節(jié)能率，其等于室外溫度≤20 ℃時間占比除以節(jié)能系統(tǒng)有效工作時長占比乘以平均每小時節(jié)能率，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入后求得J全年綜合節(jié)能率=27.62%。

將 PZ和 J全年綜合節(jié)能率代入 Q全年節(jié)約電量求得：

3.2.3 投資回收期計算

該項目實施后每年可節(jié)約電量為1.844×105kW·h，按目前重慶平均電價0.8元/kW·h計算，則全年可推算出全年節(jié)省的電費M年節(jié)約電費，其推算過程如下：

整個項目總投資金額為3.1×105元，則可推算出投資回收期S投資回收期為：

4 結(jié)論

該系統(tǒng)節(jié)能效果優(yōu)異，其年綜合節(jié)能率達到27.62%，投資回收期為兩年左右，安裝方便且運行效果穩(wěn)定可靠，對于原有空調(diào)工作沒有影響，可推廣應用，特別是通信核心大樓的大功率精密空調(diào)使用分布式自然冷源節(jié)能技術(shù)效果較好，能起到降本增效的作用。中國電信重慶網(wǎng)絡監(jiān)控維護中心又投資6×105元將大坪通信大樓的其它精密空調(diào)納入2021年推廣實施分布式自然冷源節(jié)能技術(shù)項目。