“水冷加风冷”双冷却系统节能与降燥

中国电信股份有限公司南京分公司设备维护安装中心 王玉萍 赵龙

“水冷加风冷”双冷却系统节能与降燥

中国电信股份有限公司南京分公司设备维护安装中心 王玉萍 赵龙

摘要：就如何提高机房专用空调的制冷效果，降低空调使用能耗，降低空调室外机噪音，提出了若干建议和思考，希望在达到节能减排目的的同时，能有效降低机房空调室外机的噪音。

关键词：冷却；水冷；风冷；节能；降噪

机房专用空调是通信机房内的高耗能设备，随着通信业务快速发展和网络规模扩张，电信机房内的机房空调不断增加，特别是早期建设的数据中心，机房专用空调室外冷凝器因受条件所限，安装密度较高，回风面积不足、热空气短路，散热不好。致使机房专用空调的制冷效率极低，浪费大量的能源，同时，较大的机房空调室外风机噪音，也易造成附件居民的投诉。

1 “水冷加风冷”冷凝器双冷却系统

水冷钎焊板式换热器串联在原机房空调风冷冷凝器的前端，高温高压的氟利昂气体优先经过水冷钎焊板式换热器冷凝后，再经过风冷冷凝器进行二次自然冷凝。一旦冷却水系统出现故障或者冷却水温过高的时候，风冷冷凝器自动经过压力控制来开启冷凝风机，防止高压告警。即水冷钎焊板式换热器主用，风冷冷凝器辅助备用，从而双重保证机房空调冷凝器冷却效果。“水冷加风冷”双冷却系统使机房空调更加稳定、安全、高效、节能、降耗、降噪的运行。

双冷却系统的工作原理：压缩机排出的高温高压的氟利昂气体首先经过水冷钎焊板式换热器冷凝后，变成中温高压的气液混合物。然后再流经风冷冷凝器进行二次自然冷凝，增加过冷度，提高冷凝效果，使风冷冷凝器风机减少或停止工作，以达到节约能源、减少机器磨损、降低维护成本及时间、降低噪音的目的。机组改造后冷凝侧循环方式如图1所示。

1.1 系统启动

设备改造保持原系统不动，机组冷凝器边侧加装若干个水冷壳管式冷凝器并联在一起。空调启动后，由设置在冷凝器进管上的温度采集器采集到空调冷凝前的温度，如果采集的温度大于40 ℃（可调整），温控型分水器此分路上的电热驱动器打开，同时给水泵一个启动信号，水泵工作，水经过钎焊板式换热器把空调冷媒的热量带走，热量通过冷却塔冷却。冷却塔启动条件为控制柜控制器启动冷却水泵，并检测冷却水流量开关是否闭合，检测冷却水的供回水温度然后开启冷却塔风扇电机进行强制散温，冷却塔的运行、保护装置均由控制柜来完成。

1.2 系统停止

空调工作中，当温度采集器采集到空调冷凝后（冷凝器回管）的温度低于35 ℃（可调整）时，温控型分集水器此分路上的电热驱动器关闭，水流不在经再钎焊板式换热器，系统转入为风冷冷凝状态，由空调原系统自动控制。所有分水器分路关闭时，水泵停止工作，冷却塔风机停止工作。

1.3 钎焊板式换热器和风冷冷凝器工作交互

空调工作后，钎焊板式换热器和风冷冷凝器可能会同时工作，对系统起到一个保障作用。钎焊板式换热器作为系统中主要散热设备，风冷冷凝器作为系统中保障散热设备。一般情况下，冷凝工作由水冷完成，但在气温升高（或者水冷系统故障情况下），水冷达不到冷凝要求，原系统风冷冷凝器工作开始辅助散热。

在冬天气温下降后，为了防止空调冷凝过冷，水冷冷凝会停止工作，此时风冷冷凝转为主要散热设备。一旦风冷冷凝器风机故障，冷凝回管温度大于35 ℃（可调整）时，温控型分集水器此分路上的电热驱动器打开，转入水冷状态。

由此可见，安装水冷钎焊板式换热器装置后对空调提供了双重保障作用，提高了设备的运行性能。

1.4 系统的划分

一座机房大楼安装有数十台之多的空调，一般按楼层或区域将设备分为N个小分区，每个分区大概7～8台，一座共用一套（或二套）水循环系统，控制部分由每小分区一个控制箱来检测各个分区的供回温度、温差来控制各个分区的水流量及室外冷却塔风机的启停。

2 系统部件说明

主要设备的组成：钎焊板式换热器，负压式冷却塔、循环水泵、温控式分集水器、水力模块（带热回收功能）、水力平衡器、电子水处理器、控制柜。

2.1 钎焊板式换热器

板式换热器是由一系列具有波纹形状的金属片叠装成，两相板片之山形凹凸纹路成180°相反组合，因此板式热交换器两板片之间凹凸脊线形成交错之接触点，待接触点以真空焊接结合后，便构成板式热交换器耐高压之交错流道体系，这些交错的流道系统便是使板式热交换器之流体产生强烈紊流而达到高热传效果。钎焊板式换热器是目前流行的一种高效换热器。

2.2 负压式冷却塔

冷却塔是利用空气同谁的接触（直接或间接）来冷却水的设备，是以水为循环冷却剂，从中吸收热量并排放到大气中，从而降低塔内循环水的温度，从而给空调室外机进行散热。负压式冷却塔是复合型水动电动风机负压冷却塔中央空调机组，通过精密计算和设计，在冷却塔中创新性的复合配置了水动风机和电动风机，大幅降低原有的风扇电动机功率70%以上。由于冷却塔采用复合型双风机结构，以较小的电机耗能实现了较大的冷却风压，确保塔内形成较大负压，使得冷却水蒸发加快，冷却水出水温度大幅降低，可显著低于当地湿球温度，降低冷水机组冷凝压力，提高机组和被冷却设备的运行效率，而此冷却塔冷却水温度比常规型号冷却塔出水温度能降低约6 ℃，因而达到了空调主机节能30%以上的效果。负压式冷却塔已经广泛取代传统冷却塔式中央空调，具有及节能、环保、经济及提高室内空气品质的优点，是典型的节能生态型空调设备。广泛应用于大型工业建筑、公共建筑与民用建筑及农业等多种领域，对当前的节能减排工作具有积极的推动作用。

2.3 循环水泵

为了保证换热系统的正常运行，进入设备换热器的压力必须达到0.25 MPa以上。

2.4 温控式分集水器

1寸精品一次成型锻造工艺，50 mm间距，公称压力PN10，一次成型有2～6路，7路以上可任意拼接，可任意选配直径20 mm和直径16 mm接头活接式管接头，方便安装维修。可自动调节水温，可配电热执行器、温控器。

2.5 带热回收功能水力模块

水力模块是中央空调水循环输送的设备，由含泵组、阀组、自动补水、安全组件、旁通组件、系统清洗排污组件、控制元件组成。为了保证换热系统的正常运行，进入设备换热器的压力必须达到0.25 MPa以上，保证设备所需的水流量（保证水系统的循环）。通过控制柜提供的有源信号来控制水力模块的运行，可远程控制。带热回收功能水力模块是额外增加一套热回收循环泵和管道，把空调的废余热量转换为热水，为生活生产提供便利。

2.6 水力平衡器

主要起到水压平衡作用。

2.7 电子水处理

电子水处理仪，又名电子除垢防垢仪，是某公司在国内同类产品的基础上，博采众长，不断改进，最新研制开发的升级换代产品。该设备不需要添加任何化学药物，安装使用非常简单，可广泛用于锅炉、中央空调、换热设备、循环水系统、工业通用水处理设备等，对物理性、生物性、化学性的垢类均有明显的预防和清除效果。

2.8 控制柜

控制柜采用知名品牌DDC（直接数字控制）、传感器等设备组成。此控制柜需根据现场安装来完成，目的是为了使设备在全年制冷的状态下运行为设备提供更有保障的运行稳定性，联动控制、温度检测、压力检测、设备保护等（保证设备的安全运行）。

3 水垢的处理

因为系统安装在户外，有杂物和灰尘进入循环系统，并且使用自来水不经过软化处理，长时间工作系统难免要结垢，结垢后会影响系统的热交换效果。为此系统安装的物理电子水处理器，并要求每年换季前做一次排污工作，有条件2～3年做一次化学水处理。

4 节能效果评估

水的比潜热约为2 450 kJ／kg，而冷却水进过钎焊板式换热器后若不发生相变，温度最多只有16 ℃，即每千克冷却水带走42 kJ的热量，所以理论上改造后的机组比改造前的机组能效比要高10%～30%。风冷与水冷机组比较工作效率比较见表1。

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5 噪音的治理

水冷钎焊板式换热器作为机房空调系统中主要散热设备，风冷冷凝器作为系统中辅助散热设备。一般情况下，机房空调的冷凝工作由水冷完成，但在气温升高（或者水冷系统故障情况下），水冷达不到冷凝要求，原系统风冷冷凝器工作开始辅助散热。

在此工作模式中，原机房空调的室外风机基本处于不工作或少工作的状态，风机的噪音完全可以达到环保要求。◆