辅助降温技术在机房的应用

谢 磊

（江苏省广电有线信息网络股份有限公司无锡分公司，江苏无锡 214000）

0 引言

近年来，夏季气温越来越高，且高温持续时间长。在夏季高温时期，机房空调经常高温导致保护，严重影响机房温度的控制，对机房安全运行带来了极大的隐患。同时随着机房空调的满负荷运转，机房空调的能耗逐年提高，增加了机房运营成本。如何在夏季使机房空调安全稳定的运行，成为一个极为棘手的问题。为了解决这个问题，机房管理人员必须找寻一个性价比较高的解决方案。

1 项目背景

江苏有线无锡分公司中心机房采用大金FHY125DQV2C分体式风冷空调制冷，共有18台。该机房是2000年左右由办公用房改造而成。由于用房建筑形状限制，空调外机放置在3楼顶层平台上。平台是一个弧形下凹场地，面积小，通风条件不佳，在夏季气温超过35℃时，天台地面气温高达80℃以上，因此一到夏季空调就频繁出现保护故障，严重影响机房环境温度控制。一旦空调故障，机房温度迅速升高，设备安全难以保障，有线电视安全优质播出受到威胁。机房必须采用冰块、风扇等辅助手段降温，费事费力，效率不高。

2 需求分析

通过空调工作原理和对空调机组保护故障进行分析，发现空调之所以出现保护故障是因为夏季时机房室内外温差大，为了保证热量从制冷剂传递给外界空气，冷凝温度会随着大气温度的上升而升高，冷凝温度升高空调压缩机在工作时管路压力随之升高，直至发生高压警报，从而引起保护故障。如果能降低室内外温差，就能解决保护的问题。通过对空调理论制冷系数ε进行分析，ε为空调设备单位耗功所能获得的制冷量，是表示空调设备节能型好坏的一个重要参数，用以下公式表示：

ε=T0/（Tk-T0）（其中：T0为蒸发器的蒸发温度；Tk为冷凝器的冷凝温度，单位：K，K=℃+273）。

根据上述公式分析，空调制冷系数与蒸发器的蒸发温度和冷凝器的冷凝温度有关，而空调蒸发器在室内，所以蒸发温度与机房内温度有关，即机房设定的温度值越高，T0值会越高（一般0～7.2℃范围之间变化）；空调冷凝器在室外，所以冷凝温度是与室外气温有关的，室外气温越高，Tk值会越高。

假定在空调运行环境其他因素不变时，以蒸发温度和冷凝温度的变化来推算制冷系统的制冷系数变化情况。假定冷凝温度为55℃不变，则把机房的温度提升，使得蒸发温度从5℃升高到6℃，则理想制冷系数ε由5.56W/W上升至5.69W/W，上升率约2.3%。假定蒸发温度为5℃不变，如果室外气温上升，使得制冷系统的冷凝温度从原先的55℃升高至56℃，则制冷系统的理想制冷系数ε由原先的5.56W/W下降至5.45W/W，下降率约2.0%。

从上述分析来看，若要降低空调的能耗，在空调设备选定后，可从室内温度和室外温度2方面着手。一方面，在室内通过降低机房从外界吸收热量来节能；另一方面，在室外通过降低冷凝器所处位置的空气温度，从而降低冷凝温度，达到节能降温的目的。总之，项目实施的目的是在不改变空调设施的基础上，通过辅助措施，减少机房空调冷量的流失，并降低机房空调冷凝温度。同时又要满足不受场地限制、投入成本不能过高的要求。

3 技术方案

3.1 技术应用原理

项目组借鉴汽车、温室苗圃等场合夏季降温措施，进行多种降温措施的实践实验。一方面在机房内部利用双层玻璃隔热和热反射膜的反射作用，通过加装双层玻璃并在玻璃上贴热反射膜的措施来减少外界传导入机房的热能，降低机房冷量流失速度，从而降低空调工作时间。另一方面在空调室外机放置区利用遮阳网遮光特性和水蒸发散热的特点给室外机区域降温，即通过架设遮阳网和水雾喷淋系统组合来进行降温。多种降温方式的组合有效降低了室内外温差，基本解决空调保护问题，同时又达到节能目的。

3.2 具体技术应用措施

3.2.1 室内部分措施

室内部分主要内容为减少机房与外部环境的热交换，即降低外部环境对机房的热传递过程。主要技术措施为对机房窗户进行密封改造，确保所有的机房采用双层玻璃进行隔温，在不具备条件的地方通过外装的方式进行补充。通过2层玻璃中的空气隔层进行隔热，并在外侧玻璃上贴热反射膜。热反射膜贴在玻璃表面使机房内能透过可见光和近红外光，但不能透过远红外光。因此有足够的光线进入室内，而将大部分的太阳能的热量反射回去，在炎热的夏季保持室内温度不会升高太多，从而降低室内空调负荷，达到节省空调费用和节能的作用。项目组所采用的热反射膜，能将进入室内的总太阳能从91%降低至19%（见图1）。

3.2.2 室外部分方案

图1 贴膜前后对比图

图2 4针遮阳网

图3 系统图

图4 室外喷淋遮阳系统

室外部分主要内容为降低空调室外机放置区域微环境温度。主要技术措施为外机遮阳和水喷雾降温。

（1）外机遮阳。通过遮阳网的遮蔽，网下阴影处的温度能降低10℃以上。为了取得最佳效果，项目组选择2针、3针、4针、6针遮阳网进行了多次对比测试，发现4针遮阳网遮光效果好，遮光率为85%～90%，而且透气性好，利于外机热量排出。既能遮蔽阳光，又不影响空调机组热量散发，最适合作为机房空调外机遮阳材料。遮阳网架设在离空调外机顶部100cm左右的高度，宽度为能覆盖空调外机。这样一来留出的空间，能保证空气流通，不会阻碍空调散热，二来方便空调检修（见图2）。

（2）水喷雾降温系统（见图3-4）。水喷雾降温系统散发到空气中的水微粒，在汽化的过程中要吸收大量周围环境中的热量，从而降低周围环境的温度，是经济、有效的降温手段。而在喷雾降温系统的作用下，空气温度可降至25℃，在极端环境下可降温14℃。水喷雾降温系统主要由储水器、管路、抽水泵、喷头、控制部分组成。储水器的作用为储存保证抽水泵能正常工作的水量。管路系统采用PVC热水管，能承受一定压力，与镀锌铁管相比易切割、耐腐蚀。喷头采用圆形可调节喷头，其位置必须高于遮阳网，以便水雾喷洒到遮阳网。喷头数量以喷出水雾能均匀喷洒在遮阳网上计算，防止多余水量流失，节约用水。控制系统由单片机、继电器和传感探头组成，由温度传感器、水位传感器收集信号传给单片机，单片机输出信号给继电器，控制电子水阀放水和抽水泵抽水。

系统工作流程：当多个温度传感器平均温度达到40℃，且水位传感器在高水位时，抽水泵开始工作，喷头开始喷水；当水位下降到低水位时抽水泵停止工作，同时电子水阀打开开始放水，当到达高水位时电子水阀关闭停止放水；该过程完整运行一次耗时15min。

控制系统判断逻辑：储水器有A、B、C、D四个水位线，对应4个传感器。单片机有4个控制脚对应4个水位传感器，2个串口，一个串口连接继电器，一个串口连接温度传感器。

防护措施：A默认高电平，当水位在A以上，A对GND导通低电平，水阀关闭，防止溢水。D默认低电平，当水位在D以下，D对GND断开变高电平，水泵停转，防止水泵干烧损坏。水泵工作判断逻辑：当水位在B以上时，即B低电平，单片机发送指令打开继电器2接口，水泵接通开始抽水喷淋（默认喷15分钟）。当水位在C以下时，即C高电平，单片机发送指令关闭继电器2接口，水泵关闭。

电子水阀工作判断逻辑：当水位在B以下，即B高电平，单片机发送指令打开继电器1接口，电子水阀接通开始放水。当水位在B以上，即B低电平，单片机发送指令关闭继电器1接口，电子水阀关闭停止放水。

3.3 节能降温效果

经测试，该系统启动后，系统覆盖范围内温度可下降10℃以上,根据ε=T0/（Tk-T0）概算公式，推算出机组的节能效率约为20%以上。以夏季时间按3个月计算，此项措施实施后，全年机房能耗将降低5%以上。

4 结语

本项目在不改变空调系统的情况下，在室内采用热反射膜反射太阳能降低机房整体温度；在室外采用外机遮阳、水雾降温组合手段，降低室外机区域微环境温度。动态、静态多种降温技术应用，同传感设备、单片机技术的结合，实现了机房辅助降温手自一体控制。该项目投资少，见效快，为已有机房节能降耗提供了一个新的思路。