導(dǎo)語：數(shù)據(jù)機房空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：風(fēng)冷精密空調(diào)是早期數(shù)據(jù)機房建設(shè)中大量采用的冷卻設(shè)備，至今仍有大量的１０００機架以下的低功率密度的數(shù)據(jù)機房采用該設(shè)備。但常規(guī)的風(fēng)冷精密空調(diào)是基于商用柜式空調(diào)的設(shè)計邏輯，在實際應(yīng)用中與數(shù)據(jù)機房全年散熱的特征不吻合。隨著節(jié)能降耗工作的進一步推進，此類數(shù)據(jù)機房精密空調(diào)必須進行節(jié)能改造。本文介紹了加裝水預(yù)冷系統(tǒng)和加裝氟泵裝置２項風(fēng)冷精密空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)的原理，并結(jié)合案例實測數(shù)據(jù)分析了其節(jié)能效果。２項技術(shù)均可在原有精密空調(diào)不拆除且機房正常運行的條件下直接進行改造。根據(jù)測試結(jié)果，水預(yù)冷技術(shù)在夏季可節(jié)電１３％，但綜合考慮新增冷卻水泵的能耗，則能效提升有限，僅為２．４４％。氟泵技術(shù)全年可節(jié)電１８％左右，但在全氟泵模式下制冷量下降較為明顯。根據(jù)分析，總負荷較大且室外散熱不佳的數(shù)據(jù)機房可采用水預(yù)冷改造技術(shù)，可在保障總制冷量的同時有效改善散熱?？傌摵刹淮笄沂彝馍釛l件良好的數(shù)據(jù)機房可采用氟泵改造技術(shù)，可在冬季及過渡季節(jié)提高能效。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)機房；精密空調(diào)；節(jié)能改造；水預(yù)冷技術(shù)；氟泵技術(shù)

根據(jù)工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（２０２１—２０２３年）》中提出的要求和上海市發(fā)改委、經(jīng)信委《關(guān)于做好２０２１年本市數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌建設(shè)有關(guān)事項的通知》等文件的要求，上海市將分類型、分批次推進“老小散舊”數(shù)據(jù)中心改造和淘汰，將承載業(yè)務(wù)逐步向大型數(shù)據(jù)中心遷移。受到數(shù)據(jù)中心既有業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移困難的限制，大部分數(shù)據(jù)中心無法在近幾年內(nèi)遷移，而只能開展基于原有條件的節(jié)能改造。其中，數(shù)據(jù)機房空調(diào)是節(jié)能改造的重點。這些老舊數(shù)據(jù)中心大多以風(fēng)冷精密空調(diào)作為冷卻設(shè)備。這些設(shè)備能效較低、可擴容性不強、維護成本較高。在實際運行中還容易存在多種安全或環(huán)境風(fēng)險，例如：風(fēng)冷冷凝器密集布置于屋外，形成局部熱聚集，效率大幅度下降；在夏季，空調(diào)冷凝壓力過高，機組頻繁出現(xiàn)高壓保護，嚴重威脅設(shè)備安全運行；在夏季，室外風(fēng)機持續(xù)高速運轉(zhuǎn)，風(fēng)機噪聲極大，引起周邊居民不滿。這些數(shù)據(jù)機房原有建筑體量較小，沒有足夠的室內(nèi)空間增加全套水冷冷站或增加水冷精密空調(diào)間。同時，它們的ＩＴ負荷總量較小，若采用大型高效的冷水機組，容易出現(xiàn)喘振等問題。另外，在機房內(nèi)進行水冷系統(tǒng)改造存在機房進水等安全風(fēng)險。因此，不適合進行完全的冷水系統(tǒng)改造。本文通過對加裝水預(yù)冷系統(tǒng)（以下簡稱“水預(yù)冷”）和加裝氟泵裝置（以下簡稱“氟泵”）的節(jié)能改造技術(shù)的測試分析，總結(jié)提煉這２項技術(shù)的適宜性和可行性。

１水預(yù)冷技術(shù)

１．１水預(yù)冷技術(shù)節(jié)能原理

在原精密空調(diào)的冷凝器至室內(nèi)蒸發(fā)器的管路中間串聯(lián)一個水冷殼管式換熱器。高溫制冷劑氣體進入風(fēng)冷冷凝器換熱冷卻后，再進入換熱器中換熱變?yōu)榈蜏刂评鋭?。低溫冷卻水從冷卻塔通過水泵輸送到水冷殼管式換熱器內(nèi)，換熱升溫后循環(huán)回到冷卻塔內(nèi)，通過冷卻塔降溫后進入下一個循環(huán)。由此，將冷凝方式由原本的風(fēng)冷模式轉(zhuǎn)變?yōu)樗淠Ｊ?。水預(yù)冷技術(shù)改造方案原理見圖１。

１．２水預(yù)冷技術(shù)案例介紹

某數(shù)據(jù)中心設(shè)有６０余套風(fēng)冷精密空調(diào)，在保留原有風(fēng)冷冷凝器的基礎(chǔ)上，根據(jù)上節(jié)技術(shù)方案，加裝一套水冷換熱系統(tǒng)。項目新增了６０余套殼管式冷凝器、２臺循環(huán)水泵（一用一備）、１臺冷卻塔及配套循環(huán)水系統(tǒng)管路。由水冷系統(tǒng)作為主要冷源，原有風(fēng)冷冷凝器作為備用。在水冷系統(tǒng)檢修或故障時各精密空調(diào)可自動投入運行，確保機房時時處于安全穩(wěn)定的運行環(huán)境。

１．３水預(yù)冷技術(shù)測試工況

該數(shù)據(jù)中心由動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提供能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于單臺空調(diào)用電量無計量，本文對該數(shù)據(jù)中心２層某數(shù)據(jù)機房內(nèi)空調(diào)機組的整體用電量進行計量。在對比測試時，考慮機房安全運行的要求，水預(yù)冷系統(tǒng)不能長時間關(guān)閉。本文將水預(yù)冷系統(tǒng)關(guān)閉２４ｈ和運行２４ｈ作為２種工況，記錄２種工況條件下空調(diào)設(shè)備的用電量，進而計算得出２種工況的能耗差，并分析計算節(jié)電率。（１）式中Ｓ為水預(yù)冷空調(diào)系統(tǒng)節(jié)電率；Ｐ１為水預(yù)冷系統(tǒng)關(guān)閉模式的平均小時用電量；Ｐ２為水預(yù)冷系統(tǒng)運行模式的平均小時用電量。

１．４水預(yù)冷技術(shù)測試結(jié)果及節(jié)能分析

測試時間為２０２０年８月１８—２０日，為夏季工況測試條件。通過對２種工況下的空調(diào)設(shè)備用電量的計量得到：水預(yù)冷設(shè)備運行時，精密空調(diào)平均小時用電量為２６４．９１ｋＷ·ｈ；水預(yù)冷設(shè)備關(guān)閉時，精密空調(diào)平均小時用電量為３０５．９８ｋＷ·ｈ；水預(yù)冷技術(shù)在夏季的節(jié)電率為１３．４２％。本次測試未得到冷卻水泵的能耗數(shù)據(jù)，根據(jù)廠家提供的資料，冷卻水泵額定功率為３７ｋＷ，額定水流量為３１５ｍ３／ｈ，冷卻塔為無風(fēng)機冷卻塔。根據(jù)當(dāng)日機房總冷量等數(shù)據(jù)，估算得冷卻水泵小時用電量為３３．１６ｋＷ·ｈ。因此，水預(yù)冷技術(shù)節(jié)電率為２．４４％。

２氟泵技術(shù)

２．１氟泵技術(shù)節(jié)能原理

在傳統(tǒng)風(fēng)冷精密空調(diào)的制冷循環(huán)中加裝制冷劑泵、壓力傳感器、儲液罐、單向閥、控制板等部件，在控制器的集中調(diào)節(jié)下，充分利用室外低溫環(huán)境，減小壓縮機的運行功率和縮短工作時間，達到節(jié)能的目的。加裝氟泵裝置后的精密空調(diào)系統(tǒng)原理圖見圖２。根據(jù)廠家資料，本文案例采用的氟泵節(jié)能技術(shù)具有３種運行模式。１）壓縮機循環(huán)模式。當(dāng)室外環(huán)境溫度＞２０℃時，壓縮機工作，提供較高的冷凝溫度及冷凝壓力，保證制冷劑與室外空氣的換熱量。此時制冷劑泵不開啟。２）混合制冷模式。當(dāng)１０℃≤室外環(huán)境溫度≤２０℃時，系統(tǒng)所需冷凝溫度和冷凝壓力降低，壓縮機耗能減少，此時制冷劑泵開啟，提高液態(tài)制冷劑的壓力，保證制冷劑的正常循環(huán)。３）制冷劑泵循環(huán)模式。當(dāng)室外環(huán)境溫度＜１０℃時，從蒸發(fā)器出來的氣態(tài)制冷劑可直接在室外冷凝器中冷凝換熱，壓縮機無需開啟，制冷劑泵單獨工作。

２．２氟泵技術(shù)測試工況

某數(shù)據(jù)中心的２層數(shù)據(jù)機房內(nèi)設(shè)有風(fēng)冷精密空調(diào)共１０臺，有６臺完成了氟泵改造。本文選取其中３臺完成氟泵改造的精密空調(diào)，選取分別采用壓縮機循環(huán)模式、混合制冷模式、制冷劑泵循環(huán)模式的時間段進行測試。通過安裝電能測試儀計量其用電量，通過現(xiàn)場風(fēng)量、溫濕度的測試計算得到制冷量，進而計算空調(diào)制冷效率（ＣＯＰ）。分別記錄精密空調(diào)在３種模式下的制冷效率，計算不同模式下的節(jié)能率?？紤]到數(shù)據(jù)中心ＩＴ負荷穩(wěn)定，不同模式節(jié)能率及全年節(jié)能率按以下公式計算：式（２）～（４）中Ｓ１為混合制冷模式的節(jié)能率；Ｓ２為制冷劑泵循環(huán)模式的節(jié)能率；Ｓ３為全年節(jié)能率；Ｐ１為混合制冷模式的空調(diào)制冷效率；Ｐ２為制冷劑泵循環(huán)模式的空調(diào)制冷效率；Ｐ３為壓縮機循環(huán)模式的空調(diào)制冷效率；Ｘ１為混合制冷模式年運行時間；Ｘ２為制冷劑泵循環(huán)模式年運行時間；Ｘ３為壓縮機循環(huán)模式年運行時間。

２．３氟泵技術(shù)測試結(jié)果及節(jié)能分析

通過對３種模式下的精密空調(diào)用電量的計量，得出氟泵技術(shù)的全年節(jié)能率為１８．４２％。氟泵技術(shù)全年節(jié)能率計算數(shù)據(jù)見表１。但從測試數(shù)據(jù)可見，在制冷劑泵循環(huán)模式下，精密空調(diào)的制冷量有所下降。在此對制冷量下降的原因分析如下。在夏季常規(guī)運行工況下，該數(shù)據(jù)機房的精密空調(diào)蒸發(fā)器溫度約為５℃，冷凝器溫度約為１００℃。即在采用老舊精密空調(diào)蒸發(fā)器、冷凝器條件下，綜合考慮油膜、塵垢等換熱熱阻的存在，冷凝器溫度比室外溫度高約６０℃時可以達到額定制冷量。在運行制冷劑泵循環(huán)模式時，冷凝器冷凝溫度與蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度較為接近?？紤]制冷劑泵的壓差、室內(nèi)換熱溫差等因素，若要在制冷劑泵循環(huán)模式下達到同樣的制冷量，則室內(nèi)溫度與室外溫度的差應(yīng)達到４５℃左右。由于室內(nèi)溫度與室外溫度的溫差不大，使得制冷劑泵循環(huán)模式條件下的制冷量無法達到壓縮機循環(huán)模式的制冷量。

３結(jié)論

本文通過對水預(yù)冷和氟泵應(yīng)用案例的實測和分析，得到以下結(jié)論：應(yīng)用案例的水預(yù)冷技術(shù)可實現(xiàn)精密空調(diào)在夏季節(jié)電１３％左右，若綜合考慮新增冷卻水泵能耗，則整體節(jié)電效果不佳。應(yīng)用案例的氟泵技術(shù)的全年節(jié)能率在１８％左右，但在制冷劑泵循環(huán)模式下，其制冷量下降較為明顯。根據(jù)分析，總負荷較高且室外散熱不佳的數(shù)據(jù)機房可采用水預(yù)冷改造技術(shù)，可在保障總制冷量的同時有效改善散熱。總負荷不高且室外散熱條件良好的數(shù)據(jù)機房可采用氟泵改造技術(shù)，可在冬季及過渡季節(jié)提高能效。后續(xù)將進一步開展水預(yù)冷技術(shù)的全年性能測試并對氟泵技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化進行進一步的研究。

作者：朱偉峰 黃璜 沈佳 張玉燕 趙潤辰 王文達 王安光 單位：上海市建筑科學(xué)研究院有限公司 上海建科節(jié)能技術(shù)有限公司