精密空調(diào)接管 影響數(shù)據(jù)中心空調(diào)室外機(jī)散熱的因素有哪些？怎么解決？怎么看這里

精密空調(diào)室外機(jī)散熱影響因素

(1）室外機(jī)安裝方法

由于數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃位置多為區(qū)域化和集中式，室外機(jī)安裝多分布在樓層，放置在室外集中區(qū)。安裝示意圖分別如圖1和圖2所示。在首層或相鄰樓層（建筑凹槽、設(shè)備夾層、避難層等）的狹小空間內(nèi)，集中設(shè)置多位于建筑屋頂、塔臺(tái)區(qū)域等。

對(duì)于安裝在地板上的室外機(jī)，由于大部分機(jī)房后期擴(kuò)建，安裝空間內(nèi)的室外空氣密度過(guò)大，容易造成氣流短路循環(huán)，或從機(jī)房排出的熱風(fēng)。下層設(shè)備容易被上層設(shè)備吸入，使冷凝器散熱困難，導(dǎo)致系統(tǒng)高壓停機(jī)，影響安全；如果地板上的室外機(jī)一側(cè)靠墻，另一側(cè)出風(fēng)口，新風(fēng)側(cè)很容易被建筑物的外部裝修（百葉窗等）擋住，容易造成進(jìn)入冷凝器的空氣不足。; 如果室外機(jī)排成一排，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，而遠(yuǎn)離出風(fēng)口的端部空間的風(fēng)量會(huì)更小除濕機(jī)品牌，散熱問(wèn)題會(huì)更嚴(yán)重。鳥上樹(shù)教育暖通設(shè)計(jì)老師杜。

對(duì)于設(shè)置在室外集中區(qū)域的室外機(jī)，由于建筑平臺(tái)周圍存在高女兒墻、散熱空間不足等障礙物，夏季運(yùn)行時(shí)室外機(jī)周圍局部溫度會(huì)升高，會(huì)影響冷凝器的熱交換。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高壓關(guān)斷保護(hù)。

(2）戶外操作條件

一般情況下，設(shè)備制造商標(biāo)準(zhǔn)室外冷凝器設(shè)定的室外環(huán)境溫度為35℃。在全球變暖的氣候條件下，我國(guó)不少地區(qū)夏季室外溫度可達(dá)40℃以上。由于環(huán)境溫度的升高，室外機(jī)的散熱能力下降，冷凝溫度升高。嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)高壓報(bào)警，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。研究表明，室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度每升高1℃，空調(diào)系統(tǒng)的COP下降約3%。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度超過(guò)45℃時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

表1為不同冷凝溫度下R22制冷劑理論制冷循環(huán)的熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果。雖然是單制冷系統(tǒng)（R22））的計(jì)算結(jié)果，但仍適用于直膨式制冷循環(huán)系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，保證系統(tǒng)的冷凝溫度在正常工作范圍內(nèi)，對(duì)于系統(tǒng)的改進(jìn)是非常重要的。冷卻效率和降低能耗具有非常重要的作用。

此外，由于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的影響，水平安裝在同一樓層的室外機(jī)會(huì)增加室外機(jī)排風(fēng)口的背壓。特別是在高層建筑中，當(dāng)室外環(huán)境風(fēng)速較大時(shí)，室外機(jī)將難以排氣，甚至可能被排氣。出現(xiàn)回流現(xiàn)象，導(dǎo)致冷凝器冷卻效率下降，甚至系統(tǒng)高壓停機(jī)。

(3）室外冷凝器盤管污染等級(jí)

由于數(shù)據(jù)機(jī)房的特殊性，精密空調(diào)需要連續(xù)運(yùn)行365d×24h。制冷系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，冷凝器盤管內(nèi)壁自然會(huì)附著一層熱阻油膜；另外，由于室外氣候的影響，盤管的外部散熱片較大。如果該區(qū)域積塵，或長(zhǎng)時(shí)間日曬雨淋，盤管表面的散熱翅片會(huì)不同程度腐蝕，導(dǎo)致冷凝器的熱交換效率急劇下降，甚至散熱效率下降40%除濕機(jī)廠家，最終導(dǎo)致機(jī)房?？照{(diào)制冷量下降，室外風(fēng)扇耗電量增加，

室外機(jī)散熱不良對(duì)空調(diào)制冷系統(tǒng)的影響

(1）機(jī)組冷凝壓力升高，壓縮機(jī)耗電量增加，制冷效率降低

機(jī)房空調(diào)室外機(jī)散熱不良，無(wú)法有效冷卻制冷系統(tǒng)中的循環(huán)制冷劑，導(dǎo)致冷凝溫度和冷凝壓力升高，系統(tǒng)制冷循環(huán)偏離實(shí)際設(shè)計(jì)條件，進(jìn)而導(dǎo)致制冷效率下降。圖3是系統(tǒng)冷凝壓力升高時(shí)制冷循環(huán)的壓力和焓對(duì)比圖。

從圖3可以看出，當(dāng)冷凝壓力從P1上升到P2時(shí)，制冷量從h1下降到h2，壓縮機(jī)功耗從h1上升到h2，導(dǎo)致系統(tǒng)制冷效率下降。

(2）系統(tǒng)液體過(guò)冷度無(wú)法保證，冷卻系數(shù)降低

在實(shí)際制冷循環(huán)中，冷凝器的設(shè)計(jì)和選型往往是根據(jù)極端環(huán)境條件進(jìn)行的，冷凝面積大于設(shè)計(jì)要求，人為造成一定程度的過(guò)冷。節(jié)流前液體的過(guò)冷度越大，節(jié)流后的干度越小，循環(huán)的單位制冷量越大，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)越大。如圖4所示，理論循環(huán)和過(guò)冷制冷循環(huán)的具體功相同，過(guò)冷循環(huán)的單位制冷量增加，制冷系數(shù)增加。

正常情況下，冷卻空氣通過(guò)冷凝器后的溫升為5℃~10℃。如果冷凝器的進(jìn)排氣溫差達(dá)到8℃~10℃，制冷系統(tǒng)保證3℃~5℃的溫度就足夠了。過(guò)冷。當(dāng)室外機(jī)散熱不足時(shí)，冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高，無(wú)法保證液體過(guò)冷，降低了系統(tǒng)的冷卻系數(shù)。

(3）壓縮機(jī)排氣溫度升高，冷凍機(jī)油老化，壓縮機(jī)壽命縮短

由公式（1）可知，室外機(jī)散熱不良容易導(dǎo)致冷凝壓力升高，壓縮機(jī)壓力比（壓縮機(jī)吸氣與排氣壓力之比）升高）除濕機(jī)廠家，最終使壓縮機(jī)偏離等熵，壓縮程度增加，導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣溫度升高。

式中：T1、T2為壓縮機(jī)吸排氣溫度，P1、P2為壓縮機(jī)吸排氣壓力，k為工藝指標(biāo)。

隨著壓縮機(jī)排氣溫度的升高，系統(tǒng)循環(huán)中冷凍機(jī)油的溫度也會(huì)升高。冷凍機(jī)油在系統(tǒng)中長(zhǎng)期高溫循環(huán)會(huì)加速其碳化變質(zhì)，降低潤(rùn)滑性能，造成部件嚴(yán)重磨損，從而縮短壓縮機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)壓縮機(jī)會(huì)燒壞。同時(shí)，碳化變質(zhì)的潤(rùn)滑油容易附著在制冷系統(tǒng)中各換熱設(shè)備盤管的內(nèi)壁，導(dǎo)致其傳熱性能下降，降低空調(diào)制冷能力。 .

因此，室外機(jī)散熱不良，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的部件和機(jī)房的安全運(yùn)行都極為不利。同時(shí)，在夏季高溫條件下，也增加了機(jī)房運(yùn)維人員的維護(hù)時(shí)間和成本。如果人員檢查不到位或問(wèn)題處理不及時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生機(jī)房服務(wù)器高溫關(guān)機(jī)事故。因此，改善室外機(jī)的散熱條件具有重要意義。

解決方案

(1）布局方案優(yōu)化

CFD 仿真技術(shù)是目前業(yè)界用于仿真和優(yōu)化熱管理解決方案的最佳方法。工程中多臺(tái)室外機(jī)集中布置精密空調(diào)接管，室外機(jī)排風(fēng)沿周圍障礙物（墻壁、裝飾格柵等）形成熱疊加效應(yīng)，造成設(shè)備散熱不良的現(xiàn)狀，采用CFD仿真技術(shù)對(duì)空調(diào)室外機(jī)周圍的熱環(huán)境進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化設(shè)備布置方案。

室外機(jī)布置方案的優(yōu)化主要包括以下幾種形式：

1）外機(jī)搬遷：場(chǎng)地條件允許的情況下，將空間內(nèi)的部分空調(diào)外機(jī)移至有效連接距離內(nèi)的其他位置，將大容量機(jī)組放置在外區(qū)，增加外機(jī)布置空間之間，使室外機(jī)分散安裝，保證排風(fēng)順暢。

2）優(yōu)化建筑出風(fēng)口結(jié)構(gòu)：對(duì)于被立面裝飾結(jié)構(gòu)遮擋的室外機(jī)，將立面換氣百葉改為格柵出風(fēng)口，格柵出風(fēng)口通風(fēng)面積不小于70%降低通風(fēng)阻力；有條件的情況下，可直接拆下室外機(jī)出風(fēng)口蓋板，加強(qiáng)空氣流通，充分利用自然風(fēng)為室外機(jī)進(jìn)行熱交換。

3）安裝方式：水平安裝受限時(shí)，室外機(jī)可垂直堆疊，分層安裝，錯(cuò)層安裝，減少氣流短路。

(2）加強(qiáng)室外機(jī)散熱

室外機(jī)布局方案的優(yōu)化只是改善通風(fēng)條件，能達(dá)到的散熱效果比較有限。因此，需要采用其他技術(shù)手段來(lái)達(dá)到加強(qiáng)散熱的目的。目前，機(jī)房空調(diào)改造中加強(qiáng)室外機(jī)散熱的常用方案主要有噴水、霧化噴淋、濕膜換熱等技術(shù)手段。

1）噴水主要用于夏季高溫季節(jié)。是目前最傳統(tǒng)的方法。成本低，見(jiàn)效快，具有一定的節(jié)能效果。但耗水量大，長(zhǎng)期使用噴水會(huì)造成室外機(jī)散熱片腐蝕老化，降低機(jī)組壽命。因此，本方案主要作為空調(diào)室外機(jī)降溫的應(yīng)急措施，保證機(jī)組正常運(yùn)行。

2）霧化噴霧冷卻是將軟化水加壓，利用霧化噴嘴將自來(lái)水完全霧化，產(chǎn)生3m～10m的細(xì)小液滴，吸熱降溫冷凝器周圍環(huán)境，減少室外空氣污染。機(jī)器進(jìn)風(fēng)溫度與恒焓加濕降溫相近。噴淋系統(tǒng)主要由外部供水系統(tǒng)、噴水冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。外部供水系統(tǒng)包括水處理系統(tǒng)、供水泵、調(diào)節(jié)閥和管道系統(tǒng)。系統(tǒng)原理圖如圖5所示。

霧化噴淋系統(tǒng)通過(guò)水處理系統(tǒng)降低自來(lái)水中的Ca2+、Mg2+等元素，減少冷凝器散熱片表面水垢的產(chǎn)生；此外精密空調(diào)接管，霧化水從液態(tài)到氣態(tài)的物理相變所吸收的汽化潛熱很遠(yuǎn)。吸熱遠(yuǎn)超過(guò)水溫升，熱交換大大提高，可在短時(shí)間內(nèi)將冷凝器進(jìn)風(fēng)口空氣局部冷卻2℃~5℃。與常規(guī)噴水系統(tǒng)相比，耗水量少，幾乎沒(méi)有失水。目前廣泛應(yīng)用于中小型機(jī)房改造，節(jié)能效果顯著。

3）濕膜換熱是一種非接觸式換熱系統(tǒng)，主要由接水盤總成、濕膜總成、供水系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。圖 6 顯示了器件結(jié)構(gòu)的原理。其冷卻原理類似于封閉式冷卻塔。水箱中的低溫自來(lái)水通過(guò)循環(huán)水泵送入濕膜裝置頂部的配水管。熱交換，水分子蒸發(fā)吸熱，有效降低了冷凝器進(jìn)口處的進(jìn)氣溫度。熱交換后的高溫水通過(guò)底部出水管返回水箱，形成閉環(huán)，不浪費(fèi)水資源。

實(shí)踐證明，濕膜換熱系統(tǒng)預(yù)冷后，室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度可降低4℃～10℃，有效降低精密空調(diào)機(jī)組的冷凝溫度，大大降低了整個(gè)機(jī)組在夏季高溫環(huán)境下的能效衰減率。. 由于水霧不與翅片直接接觸，該方案解決了噴水、霧化噴霧中冷凝器翅片氧化腐蝕的問(wèn)題，還可以達(dá)到提高冷凝換熱效率的效果。對(duì)于室外機(jī)集中安裝或散熱不良的機(jī)組，可大面積應(yīng)用。

(3）系統(tǒng)改造

上述方案并沒(méi)有改變?cè)械闹评湎到y(tǒng)，也不能徹底解決室外機(jī)大規(guī)模布置造成的局部熱島效應(yīng)問(wèn)題。系統(tǒng)改造方案主要包括風(fēng)冷冷凝器水冷改造和室外機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)改造。

1）風(fēng)冷式冷凝器水冷改造是在原有風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一組水冷管殼式冷凝器。改造后的空調(diào)系統(tǒng)以水冷為主，風(fēng)冷系統(tǒng)作為輔助冷凝器。系統(tǒng)改造原理如圖7所示。先進(jìn)的冷媒冷凝器，再到管殼式換熱器，可實(shí)現(xiàn)由低到高的逐級(jí)換熱，充分發(fā)揮兩者的換熱能力.

對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行水冷改造，不僅解決了原有風(fēng)冷系統(tǒng)散熱不良的問(wèn)題，還降低了壓縮機(jī)因散熱不良而導(dǎo)致的能耗。同時(shí)，原風(fēng)冷系統(tǒng)可作為備用輔助冷卻裝置，提高新增冷凝系統(tǒng)的安全性。除了達(dá)到節(jié)能效果外，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的安全性也得到了提升。

2）優(yōu)化室外機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)的一般做法是安裝封閉的隔板或?qū)Я髡?，增加室外機(jī)的導(dǎo)風(fēng)管，將狹窄空間內(nèi)的熱風(fēng)導(dǎo)流到室外戶外; 或?yàn)槟承┦彝鈾C(jī)使用軸。流風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制對(duì)流增加了室外機(jī)的通風(fēng)量，降低了冷凝器的排氣阻力。該方案主要針對(duì)多臺(tái)室外機(jī)集中放置在同層陽(yáng)臺(tái)或夾層中。需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制定解決方案，適用范圍小。

節(jié)能分析

以海南某機(jī)房室外機(jī)水冷改造為例，對(duì)室外機(jī)散熱問(wèn)題的解決方案進(jìn)行節(jié)能分析。該機(jī)房共安裝了6臺(tái)風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)，設(shè)備已運(yùn)行5年以上。從以往的運(yùn)行情況看，由于海口夏季氣溫較高，冷凝器的通風(fēng)散熱效果并不理想，主要是壓縮機(jī)在夏季排氣。氣壓高，壓縮機(jī)能耗大，能效低，高壓保護(hù)易影響正常安全運(yùn)行。設(shè)備信息表如表2所示。

(1）水冷改造后壓縮機(jī)節(jié)能分析

由于原風(fēng)冷系統(tǒng)通風(fēng)散熱不良，夏季冷凝器散熱片腐蝕老化，壓縮機(jī)排氣高壓達(dá)到約（約21公斤/厘米）。kg/cm)，查看F-22的壓焓圖，夏季壓縮機(jī)的功耗會(huì)降低15%~20%，原理見(jiàn)R22壓焓圖（圖8）@ >）。

假設(shè)機(jī)組室內(nèi)蒸發(fā)器工況相同，均為5.5 bar，對(duì)比不同冷凝工況下壓縮機(jī)的耗電量：

A點(diǎn)為壓縮機(jī)吸入工況：5.5 bar（絕壓），A點(diǎn)焓值=410 kJ/kg。B點(diǎn)為水冷工況，壓力機(jī)高壓為17bar（絕壓），B點(diǎn)焓值=445kJ/kg。C點(diǎn)為空冷工況，壓力機(jī)高壓為22bar（絕壓），C點(diǎn)焓值=440kJ/kg。

在水冷條件下，單位質(zhì)量R22制冷劑所消耗的壓縮功=hB-hA=440-410=30kJ/kg。

在空冷條件下，單位質(zhì)量R22制冷劑所消耗的壓縮功=hC-hA=445-410=35kJ/kg。

水冷式壓縮機(jī)與原風(fēng)冷式壓縮機(jī)功耗對(duì)比：(30/35)×100%=85%.

水冷改造后，壓縮機(jī)夏季用電量可降低至原來(lái)的85%，比原來(lái)的風(fēng)冷減少15%。

夏季空調(diào)壓縮機(jī)在風(fēng)冷條件下功率約為9千瓦，改水冷后可節(jié)省約1.35千瓦。夏季時(shí)間按 90 天計(jì)算。水冷改造后，一臺(tái)壓縮機(jī)可節(jié)電1. 35 × 24 × 90 = 2916 kW·h，如果壓縮機(jī)在夏季同時(shí)運(yùn)行，80%的系數(shù)，年總節(jié)電6 臺(tái)空調(diào)和 12 臺(tái)壓縮機(jī)的功率為 2916 × 12 × 80% = 27993 kW·h。

(2）原風(fēng)冷系統(tǒng)水冷改造后的節(jié)能分析

原機(jī)一臺(tái)室內(nèi)機(jī)配備兩臺(tái)獨(dú)立風(fēng)冷冷凝器，六臺(tái)空調(diào)配備12臺(tái)風(fēng)冷冷凝器。消費(fèi)信息如表3所示。

從表3可以看出，水冷系統(tǒng)比風(fēng)冷節(jié)電5.5kW，因此改造后年總節(jié)電5.5×24×360=47520 kW· H。

綜合以上計(jì)算分析可知，本項(xiàng)目室外機(jī)水冷系統(tǒng)改造后，6臺(tái)空調(diào)年節(jié)電約47520+27993=75453千瓦·小時(shí)。散熱問(wèn)題的解決對(duì)于機(jī)房的節(jié)能和機(jī)房設(shè)備的安全都有很大的貢獻(xiàn)。

綜上所述

綜上所述，目前的風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)大多存在室外機(jī)散熱不良的問(wèn)題，不僅影響整個(gè)數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行，還會(huì)造成一定的能源浪費(fèi)。因此，針對(duì)該問(wèn)題提出以下解決方案：

1）室外機(jī)布局方案優(yōu)化：通過(guò)CFD仿真模擬室外機(jī)熱環(huán)境，有針對(duì)性地優(yōu)化方案，如設(shè)備安裝形式、室外機(jī)位移、建筑出風(fēng)口結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。這個(gè)方案只是單一的改善通風(fēng)條件，能達(dá)到的散熱效果比較有限，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

2）加強(qiáng)室外機(jī)散熱條件：通過(guò)噴水、霧化噴淋、濕膜換熱等技術(shù)手段，使室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度和機(jī)組冷凝溫度達(dá)到減少，提高了機(jī)組的運(yùn)行效率。在這種方案中，噴水會(huì)消耗大量的水，會(huì)對(duì)冷凝器翅片造成腐蝕。一般作為應(yīng)急措施，霧化噴涂和濕膜換熱技術(shù)降溫效果好，改造成本低，可局部大規(guī)模應(yīng)用。

3）系統(tǒng)改造：通過(guò)風(fēng)冷冷凝器水冷改造和室外機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)。其中，風(fēng)冷式冷凝器的水冷改造不僅改善了冷凝條件，而且大大提高了機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的安全性。風(fēng)管系統(tǒng)的改造需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制定方案，只適用于一些特定的場(chǎng)所。

最后，通過(guò)水冷系統(tǒng)改造的節(jié)能效益分析可以看出，改善室外機(jī)散熱對(duì)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果顯著。因此，針對(duì)數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)室外機(jī)的散熱問(wèn)題，需要根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)綜合比較各種方案的性能?？尚行?、改造成本和合理化的適應(yīng)性改造。

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