风冷机房空调（共4篇）
风冷机房空调 篇1
0 引言
根据通信部门多年来的统计数据分析,通信行业的运营成本主要是电耗成本,而在电耗成本中,机房空调的电耗约占总电耗50%以上[1],最多可占机房总电耗的60%[2]。因此,降低通讯行业营运成本的关键是降低其机房空调的电耗,在已安装空调的机房主要是进行机房空调节能改造。本文通过一个机房空调节能改造的实例说明风冷节能装置对机房空调带来的节能收益。
1 机房概况
此次进行节能改造的机房主要由两个相邻的机房构成,分别命名为1#机房与2#机房。1#机房中有两台同型号的机房空调,编号分别为5-1#、5-2#,机组型号为JOA35,其中常开的有一台,另外一台用来备用;2#机房中有3台同型号机房空调,编号分别为:5-3#、5-4#、5-5#,机组型号为:9AU16ZEBHAX,其中常开的有两台,另一台用来备用;每台机房空调由两个独立的制冷系统构成,每个制冷系统配有一台风冷冷凝器。5-1#与5-2#室内机的出风混合后集中供给1#机房,回风独立,每台空调由各自的回风温度控制本空调系统的启停;5-3#、5-4#与5-5#室内机的出风混合后集中供给2#机房,回风独立,每台空调由各自的回风温度控制本空调系统的启停。
2 节能改造措施
1#、2#机房共有5台机房空调,共10台冷凝器,编号为:1#~10#。其中1#、2#,3#、4#,5#、6#冷凝器分别为5-3#、5-4#、5-5#机房空调的冷凝器;7#、10#冷凝器为5-1#机房空调的冷凝器;8#、9#冷凝器为5-2#机房空调的冷凝器。节能改造前5台机房空调分别安装电量表,用于测量每台空调的用电量。10台冷凝器集中安装在楼顶,每个冷凝器周围安装风冷节能装置,具体见图1所示。
如图1所示,1#~6#冷凝器周围安装了3面的风冷节能装置,7#~10#冷凝器周围安装了4面的风冷节能装置,根据冷凝器的具体尺寸及安装位置,风冷节能装置的尺寸有所不同。对于每个冷凝器,在没有风冷节能装置的位置做密封,使冷凝器的进风必须先通过风冷节能装置。风冷节能装置有独立的供、回水系统,可以持续给节能装置供水,利用水的蒸发预冷冷凝器的进风。该节能装置的一个温度传感器安装在空调压机排气管上,用于测量空调压机的排气温度,当排气温度高于设定值时,节能装置的供水泵开启给装置供水,当排气温度低于设定值时供水泵关闭。
3 节能分析
3.1 改造前后的环境温度
根据天气预报可知改造前后选取时间段室外环境的日平均温度,表1所示。
由表1可知,改造前选取时间段的10天的总日平均温度为:29.5℃,改造后选取时间段的10天地总日平均温度为:30.1℃,由此可知改造前后室外环境温度对机房空调的影响基本相同,因此可忽略改造前后室外环境温度的变化对此次节能改造的节电率的影响。
3.2 改造后各测试点的温度变化
机房空调的室外机安装于楼顶,且较集中,受太阳辐射的影响及室外机运行时的热岛效应,室外机周围的环境温度比天气预报温度有所上升。安装节能装置可以降低室外机的进风温度,提高冷凝器的换热效率,并降低冷凝器的出风温度,进而减少对环境的热污染。节能装置的进/出风、冷凝器的出风位置均安装了温度传感器,各测试点的温度见图2。
由图2可知,节能装置日平均进风温度、冷凝器日平均进风温度及冷凝器日平均出风温度与天气预报日平均温度变化趋势相同。天气预报日平均温度高时,节能装置日平均进风温度、冷凝器日平均进出风温度高;天气预报日平均温度低时,节能装置日平均进风温度、冷凝器日平均进出风温度低。由于太阳辐射及热岛效应,节能装置的日平均进风温度比天气预报日平均温度高4℃左右。天气越晴朗太阳的辐射热越大,热岛效应越明显,节能装置日平均进风温度与天气预报日平均温度的差值越大,冷凝器日平均进风温度与节能装置的日平均进风温度的差值也越大。
3.3 节能装置进出风温度与空调用电量
由图3可知,节能装置日平均进出风温度及其温差的变化趋势相同,即节能装置日平均进风温度高时,其日平均出风温度高,进出风温差大;节能装置日平均温度低时,其日平均出风温度低,进出风温差小。节能装置日平均进出风温差最小为4℃,最大可达9.2℃。空气经过节能装置时,节能装置中的水蒸发吸热从而降低空气的温度,而水蒸发形成的水蒸气由经过节能装置的空气带走,因此其它条件相同时空气的相对湿度越低,节能装置前后空气的温差越大,节能效果越明显。
节能装置的日平均出风温度相对稳定,受其日平均进风温度的变化影响较小,可以为冷凝器提供一个较为稳定的工作环境温度,有利于空调系统的稳定运行。除个别凸点外,空调系统日用电量的变化趋势与节能装置日平均出风温度的变化趋势基本一致,节能装置日平均出风温度高时,空调系统日用电量多;节能装置日平均出风温度低时,空调系统日用电量少。冷凝器工作环境温度较稳定时,其消耗的功率相对稳定,但实际运行中其用电量出现了凸点,而这些凸点出现的主要原因是天气状况及机房内部热负荷的改变。
3.4 改造前后空调的用电量
空调系统的能耗主要通过其用电量来衡量,改造前安装的电量表用于测量改造前后各空调的用电量;节能装置的前后装有温度传感器,用于测量节能装置前后空气的温差。分别取节能改造前后空调运行稳定且无任何异常的10天数据进行比较,其改造前后的用电量如图4所示。
由图4可知,改造前空调日平均用电量为:1113.2kw·h,改造后空调日平均用电量为:755.5kw·h;由此可知此次节能改造的效果非常明显,空调日平均节电率为:
节能设备日平均用电量为5.76kw·h,日平均用水量为1.83m3。电费按1.1元/(kw·h)计算,水费按3元/吨计算,电费按1.1元/(kw·h)计算,则改造前空调日平均运行费用为:
改造后空调日运行费用为:755.5×1.1=831.05(元)。
节能设备日平均运行费用为:5.76×1.1+1.83×3=11.826(元)。
因此,改造后空调系统及节能设备的日平均总运行费用与改造前空调系统的日平均运行费用相比,其节省率为:
4 结论
由此机房风冷空调节能改造的实际案例可知,风冷节能设备的节能效果明显,其主要作用及意义如下:(1)可减少风冷机房空调的用电量,日平均节电率约为32%;(2)可节省风冷机房空调的运行费用,日平均费用节省率约为31%;(3)降低机房空调室外机的进风温度,改善室外机的工作环境,保证空调系统更加稳定、安全的运行;(4)降低空调室外机的出风温度,减少对环境的热污染。
参考文献
[1]郭春山.通信机房空调优化节能方案探讨[J].沿海企业与科技,2008年第5期(总第96期).
[2]朱洪江,吴占宇.机房专用空调节能的探索与实践[J].电信技术,2010,4.
风冷机房空调 篇2
关键词：风冷,室外机,气流,短路
风冷热泵机组以空气作为冷热源, 由于空气的比热容小以及室外侧蒸发器的传热温差小等原因, 故所需风量较大, 大部分厂家需1000m3/h/匹, 因而环境空气应保持流畅, 不受阻碍, 并且排出的热风不形成回流。否则将影响热泵型机组的排热与吸热, 进而降低机组效率, 严重时甚至会使机组因高压或低压保护动作而停机。其中又以夏季冷凝器的高压保护问题更为严重。
空调系统的室外机在高层建筑中的放置位置一般有如下三类:建筑外侧、一侧开放的凹陷处 (阳台) 和采光井内。根据已经完成的数百个实际工程的模拟结果, 放置在凹陷处和天井内的室外机热环境的影响因素包括许多与建筑尺寸有关而与室外机组无关的因素, 例如凹陷处的深度、宽度, 天井的尺寸、形状和面积等等, 问题千变万化, 因而不具有一般性的特点。而本研究的主要目的是寻找不同型号机组及其组合对于热环境影响的一般规律, 为室外机的设计和选型提供依据, 因而只考虑室外机放置在平整的外墙面的情况。对于其他不具普遍性的问题将根据个别工程的实际情况进行单独分析。
在夏季供冷情况下, 摆放在下层的室外机组热气排出, 热空气密度比室外机空气小, 将在热压作用下上升, 易被位于上层的机组进风面负压吸入, 使其进风温度升高, 上升的热气流对上层室外机的另外一个影响是气流的上升速度不断升高, 继而在气流通过的区域形成较大的负压, 由于风冷变频空调系统室外机风扇的压头相对较小, 一般不超过60Pa, 该上升气流产生的负压势必会影响风扇对空气的吸入, 使风量降低, 进一步影响冷凝器的换热效率。热气流与上层机组排出的热空气混合, 逐层向上, 层层叠加, 如果机组层数较多, 将形成较大的温度梯度, 使上层温度高于下层温度, 在热压作用下最终导致上层机组的工作环境温度增高, 机组效率降低, 严重时会导致机组频繁停机和启动, 甚至设备保护停机。
现以深圳某大厦空调空调工程案例室外机气流模拟情况进行详细分析。
1 室外机摆放位置概述
本大厦共24层, 为甲级写字楼, 全部采用变频多联中央空调, 共24层。
1.1 1层室外机位置置于建筑物北侧一层地面。
1.2 2～4层室外机放在4层东、西两侧裙楼的露台上。
1.3 7层东、西两侧室外机平台放置5、6层外机;9层东、西两侧室外机平台放置7、8层外机;11层东、西两侧室外机平台放置9、10层外机;13层东、西两侧室外机平台放置11、12层外机;15层东、西两侧室外机平台放置13、14层外机。
1.4 15层及以上室外机均放置于屋顶。
2 模拟条件
2.1 模拟对象为4～15层的西侧设备。本研究选择西侧设备作为研究对象。东侧设备的情况基本相似。4层和7层机组平面如图1所示。
2.2 7、9、11、13、15层布置在设备平台上的所有室外机均接导风管, 将设备上出风引导为侧出风, 排出室外。
2.3 室外计算温度33℃, 无风。
2.4 室外机周围无其他热源和障碍物。
2.5 模拟假定机组连续运行并达到稳定状态。
3 模拟工具
模拟工具包含Fluent及AIRPAK。
Fluent是目前国际上流行的商用CFD (计算流体力学) 软件, 能模拟流动、传热、和化学反应等物理现象。
AIRPAK是Fluent系列中面向HVAC领域的软件。提供的模型有强迫对流、自然对流和混合对流模型, 热传导、流固耦合传热模型、热辐射模型、湍流模型。
4 模拟结果
为了表述方便, 将布置在4层屋面上的室外机依次编号为1～8, 将布置设备平台上的设备在垂直向由南向北依次命名为机组1～4、机组5～8, 将7、9、11、13、15层设备从低层依次编号为1～5, 如图1所示。
通过使用Fluent模拟软件模拟分析, 机组平均进风温度曲线如下图1、图2所示:
由以上图1、图2曲线可以看出, 在模拟工况下, 4层裙楼屋面上的室外机, 由于没有别的热源影响, 摆放在外层的设备进风温度均在33℃左右 (深圳空调夏季计算温度) , 内层的设备由于受外层设备的影响, 中间两台进风温度达38度, 但工况较好, 基本不影响设备正常运行;设备平台上设备工况随楼层增加而进风温度逐渐增高, 运行工况越来越恶劣, 11层、13层部分设备接近最高运行许可温度, 15层有部分设备 (约3台) 超出了设备最高运行许可温度, 已不能正常运行。 (注:机组夏季工况运行温度范围:-5℃～43℃) 。
通过模拟分析, 我们得到整个空间的气流参数, 现截取典型截面, 如下所示:
截面图中, 从温度分析我们可以看出:4层设备的排风通过与空气换热, 温度逐渐由50度降低至38℃左右, 被7层设备进风口吸收, 7层设备排出的热风又被9层吸收, 由于进风温度增加, 导致设备的排风温度也增加, 下层的排风温度增加, 又导致上层设备的进风温度不断升高, 如此恶性循环, 最终导致15层进风温度高达44℃, 设备已超过最高允许进风温度 (43℃) , 机组将保护停机。
从速度上分析, 热风从设备排出后, 速度逐渐降低, 但随着排气越来越热, 上升气流速度越来越大 (热空气密度比普通温度空气小, 会自然上升) , 同时导致外围的新风无法进入, 像一床厚厚的被子包裹在设备外围空间, 最后导致上层设备只能吸收下层设备的排风, 同时排出的空气也无法及时冷却, 导致上层设备进风温度也不断上升, 直至达到设备最高进风温度限值 (43℃) , 无法正常运行。
5 分析结果
从以上模拟结果来看, 造成部分设备工况变差的最根本原因是:布置在4层裙楼屋顶的室外机排风被其上方设备平台上的设备吸入, 发生通风短路而引起的, 设备进风温度随楼层增加而逐渐增加直至超出设备运行最高允许温度。因此, 避免4层裙楼屋面设备排风被平台上设备吸入是解决问题的关键。
建议使用以下办法: (1) 尽量将4层裙楼屋面的室外机布置在其他离平台设备较远的位置。 (2) 4层屋面的室外机排风口处接导风管向外侧排风, 使其排风改变方向, 可以有效减小发生气流短路的情况。
6 结束语
气流短路对室外机运行将会有非常不利的影响, 可能导致数百万或数千万的设备形同虚设, 涉及该类大厦空调室外机通常解决的策略是: (1) 增大百叶间距, 尽量使用15度以下的直百叶, 减小排风阻力, 保证一定的排风速度, 一般控制在5～7m/s, 使排出的热风不被进风面吸入, 尽快将废热排向自由空间; (2) 加大进风空间, 使新风容易进入, 正常情况下, 为保证进排风顺畅, 一般进风速度需控制在1.5m/s左右, 减小进风阻力, 排风速度5.5m/s左右; (3) 加大室外机之间纵向或横向距离, 使排出的热风能在空气中冷却, 吸入温度降低, 减小对上方室外机的影响; (4) 如有条件, 尽量将进、排风口置于不同的建筑立面上, 也就是将室外机置于建筑边角上, 有两面或者三面墙可做百叶。 (5) 如下层有其他散发热源的设备, 减小下层其他散发热源的设备 (如空气源热泵等) 对机组进风的影响, 如有条件可将其他散发热源的设备设置导风罩等, 改变其排风方向, 降低对空调机组的影响。 (6) 如有条件, 尽量将设备摆放在屋顶、避难层、裙楼顶等通风较好的位置, 或者上下层设备置于不同的平台，从根源上降低发生热压效应的可能性。
参考文献
[1]郑国良.CFD技术在室内空气品质预测中的运用[D].山东科技大学, 2009年.
风冷机房空调 篇3
一、从制冷、制热原理上来说, VRV变频空调机组是分体空调一
种形式上的变化, 而中央空调模块式风冷热泵机组是由主机的冷媒与空调循环系统的水进行热交换, 制成冷水系统进入末端制冷, 在冬季则由厂内采暖换热站二次热网管道提供热水进入末端制热。
二、从空调性能和使用效果上看, VRV变频空调机组的蒸发温
度在1~3℃之间, 没有其他处理过程, 其蒸发器放置在室内, 由送风机直接在室内吹出7~10℃的冷风, 如果人直接在送风口的直吹范围内, 会感觉不适宜;VRV变频空调机组的送、回风口基本都是一体化的, 对于适应不同形状房间的要求能力较弱, 这种一体化的送、回风口适用于正方形或圆形房间, 而其他形状的房间就可能存在气流死角, 造成房间温度不均匀;VRV变频空调机组的室内机的氟路系统均分器分向每台室内机的氟利昂的流量是大致相等的, 这样就造成了小的室内机蒸发温度低, 这样送风温度也低, 大的室内机蒸发温度高, 送风温度也高, 就形成了小房间冷、大房间热的冷热不均现象;室内机组只能用控制器进行温度调节, 不能实现对室内舒适度和环境的品质调节。
风冷式冷水机组的冷水出水温度在7~12℃之间, 通过风机盘管或组合式空调器等末端系统换热处理后, 进入室内冷风的温度为15~18℃之间, 使人感觉较适宜;风冷式冷水机组的末端系统送、回风口分开, 可以调节风冷式冷水机组的末端系统送、回风口的位置, 以达到不同形状的房间都有送风均匀的效果, 空气的气流组织合理化, 使房间内不存在送风死角;风冷式冷水机组系统可根据室内风机盘管大小, 通过管径及阀门来调节通过每台风机盘管的水流量的大小, 以保证每个房间内的温度相同;具有中央空调的优势, 在调节室内温度的同时, 可以借助空气处理机组对室内空气进行送新风, 在冬季的时候对空气进行加湿等, 能够很好的调节室内舒适度和空气品质;但风冷式冷水机组对于初期设计要求较高, 特别是对行政办公楼人员较密集场所, 消防有加装喷淋水的要求, 所以对于不同形状的房间, 进出风口布置一定要科学合理, 避免冷媒供回水管与消防水管和喷淋头相冲突而必须要避让的结果, 并且对于新风入口段进风量控制要求较高, 冬季新风入口吸入大量冷风, 如果热介质水管管径较细、流速又较低时, 极易冻坏水管。
三、从安装上来看, VRV变频机组的铜管最长可以做到
35~40m长, 否则氟利昂系统就不能良好循环, 设备就不能正常运转, 而且即使铜管系统在40m长度范围内, 其工作效率也随长度的增加而下降, 单机制冷量最大为10匹 (约28kw) , 所以大型建筑采用该机组室外机太多, 影响建筑物的外观, 特别对于现代化的高层建筑来说, 悬挂室外机影响美观。风冷式冷水机组系统, 可以根据室内系统的管道的长短、管径的大小以及室内设备的多少来计算管道阻力的大小, 选择适当扬程、流量的水泵, 能够保证各管道内冷水的流量, 风冷式冷水机组单机最大制冷量是253kw, 不占用室内机房, 放在建筑物的房顶即可。但对于房顶承载能力不够的情况下, 应将机组特别是小型冷却水塔远离办公、宿舍类区域, 外部循环水需设置大型冷却塔风扇进行冷却, 它的噪音还是比较大的。
四、从对环境的影响来看, VRV变频机组的室内系统内流动的
全部是氟利昂, 而且系统属于高压系统 (4~22kg/cm2) , 容易产生泄漏, 一旦产生泄漏, 氟利昂遇明火会产生有毒气体———光气, 对人体造成生命危险。风冷式冷水机组系统的室内系统内流动的是水, 系统属于低压系统 (1~5 kg/cm2) , 不容易产生泄漏, 即使万一产生泄漏, 水对人体没有危害性。
五、从维修与维护来看, VRV变频机组维修工作需要专业制冷
风冷机房空调 篇4
随着经济的快速增长,人们生活水平的不断提高,空调已成为人们家居生活必不可少的家用电器,人们除了要求空调能制冷、制热外,对于空调的舒适性要求也是日益提高。在冬季尤其是在寒冷的地区如俄罗斯、北欧等地区冬季平均气温在零下6度至零下15度之间,空调在运行过程中室外机组会结霜,随着工况的恶化,室外机组排水不畅会被冻结,冰越积越厚会打坏风叶、损坏压缩机,影响制热效果甚至整机运行,故分析风冷热泵型家用空调器除霜、除冰问题有着很强的实际意义。
1 影响风冷热泵家用空调器结霜、结冰的参数
风冷热泵家用空调器在低温状态下运行制热,室外运行环境恶劣,当室外换热器(制热时起蒸发器作用)翅片表面温度低于空气露点温度且小于0℃时,室外换热器表面会结霜。随着霜层的形成,工况的恶化,室外机组排水不畅会被冻结,影响制热效果和运行。霜层与冰的形成和影响因素比较复杂,主要从如下几个方面来分析:
1.1 翅片管式换热器的外形结构,主要包括翅片形状、翅片间距以及换热器的分路方式等。
1.2 机组运行气候条件,即室外空气温度与湿度的影响。结霜与空气温度、相对湿度的关系见图1[1]。
图1说明:阴影部分为必定结霜区域,虚线区域为可能结霜区域。从以上图可得出,空气湿度越大,室外机越容易结霜。然而,室外环境温度很低时,当室外换热器翅片表面温度低于空气露点温度且小于0℃时,空气中所含的水分就会析出并在换热器表面结霜。环境温度与换热器表面温差越大,结霜速度越快。
1.3 迎面风速:
在强制对流情况下,迎面风速对于霜、冰的形成有很大影响。主要因为迎面风速低时,负荷减小,蒸发温度下降快,导致空调器结霜速度加快,从而加快结冰倾向。反之,迎面风速增大,使负荷增大,蒸发温度上升,温差减小,减少了结霜的倾向,从而降低结冰的倾向。
2 几种典型除霜、除冰控制途径
2.1 控制模式1。
空调器在低温下运行制热时,当室外管温达到设定温度值T1时,所布传感器反馈此信号,空调器进入化霜模式(四通阀换向,运行制冷),同时计时器开始计时,连续运行时间t1后,空调器结束化霜模式又恢复制热运行。
2.2 控制模式2。
空调器在低温下运行制热时,当室外管温达到设定温度值T1时,所布传感器反馈此信号,空调器进入化霜模式(四通阀换向,运行制冷),同时计时器开始计时,当室外管温上升到设定值T2时或除霜时间达到设定的最长除霜时间t时,也就是说只要温度T2或时间t中任意一个达到设定值后除霜模式结束,空调器继续制热运行,室外管温又不断下降;当室外管温第2次下降到设定值T1时,同时又超过设定的除霜周期X,此时要T1和X同时达到设定值后才能进入第二次除霜模式,如此重复运行。
2.3 控制模式3。
空调器在低温下运行制热时,当室外管温和室外环境温度之间的温差达到设定值△T时,空调器即进入化霜模式。当室外管温上升到设定值T或除霜时间达到设定的最长除霜时间t时,除霜结束,空调器继续制热运行,室外管温又不断下降,当室外管温与室外环境之间的温差达到设定温度△T时,且距上次除霜间隔达到设定值X,机组进入第二次化霜模式,如此重复运行。
2.4 控制模式4。
考虑到空调器化霜不全或是环境恶劣等因素导致室外空调器结冰,影响整机运行,一些空调器除了采用上述任一种除霜控制模式外,还增加外机底盘电加热带、压缩机电加热带用于辅助化冰。通过传感器反馈环境温度低于设定值T1时,底盘电加热带开始动作,压缩机加热带主要对压缩机进行预热,保证整机正常运行。
3 结论
应用上述控制模式3结合控制模式4在如下3种不同测试工况(表1-表3)下对机组进行测试,为了更好的说明问题,实验按底盘是否结冰进行对比分析,结论如下:
在以上三种工况下制热运行2个化霜周期,由外机管温与时间变化曲线可知:
3.1 无论底盘是否结冰,都出现同样规律:
室外管温温度不断降低,结霜程度恶化进一步降低管温,导致一定时间后出风温度降低,严重影响空调器使用舒适性,这时使用设计手段使空调器进入化霜,随模式的转化管温温度先升高,随后化霜模式运行,管温慢慢升高而化掉冰霜,化霜结束后,空调器转制热运行,管温降低不断循环。
3.2 另外从曲线对比可看出,同样工况下,外机结冰的空调器管温比未结冰的管温更低,所需化霜时间也相对长一些。
所以设计时将除霜时间控制设置更长更有利于除霜、除冰,结合前面所提的控制模式4,启动运行底盘电加热带等辅助手段更有利于除冰。
摘要：对风冷热泵型家用空调器在低温制热过程中结霜、结冰的原因进行了分析,提出几种常用的除霜、除冰的控制方法,结合空调器的实际运行情况提出一种典型的除霜、除冰控制方法。
关键词：风冷热泵型家用空调器,制热,除霜,除冰
参考文献
[1]吴利平.制冷与空调[Z].2007.