熱管空調系統在南方地區某IDC機房的應用分析（其他）
熱管空調系統在南方地區某IDC機房的應用分析（其他）
葛平1郁輝球2沈岑2*
1揚州市供電局2杭州哲達科技股份有限公司
摘要：本文以南方地區某既有IDC機房為研究對象，基于熱管空調技術對原精密／常規空調系統進行節能改造。2014上半年的運行結果表明，冬季節能率約為49.05%，過渡季節節能率約為34.41%;然而由于機房能耗基準小，初投資偏高，造成投資回收期過長。
關鍵詞：IDC機房熱管空調節能改造
0 引言
近年來，隨著互聯網的急速發展，通信機房內的電子設備全年持續運轉，為了確保這些電子設備的正常運行，需要適宜的溫濕度、潔凈密閉的空調環境，因此必須將機房空調全年運行在制冷工況。而空調用電約占總用電量的40%～60%左右，與電子設備運行用電不能節省相比，空調系統耗電量占比大，且有一定的節能空間。
在冬季及過渡季節，如果能合理使用自然冷源為機房降溫，則原空調系統壓縮機的運行時間將會縮短，節約大量的電能。在技術上應用室外冷源進行機房降溫，主要有直接引入新風式節能系統和隔離式空氣換熱器系統，其中隔離式系統又包括熱管式換熱器系統和板式換熱器系統。
分離式熱管換熱器具有制冷能效比高、工程適應性強的特點，如圖1所示，其加熱段（蒸發器）和冷卻段（冷卻段）分別放在室內和室外，通過蒸汽上升管和液體下降管連通，利用室內外空氣溫度差，形成一個自然循環回路。目前，已在多個IDC機房進行應用。本文主要介紹南方地區某IDC機房基于熱管技術的空調節能改造方案及改造后空調系統的節能效果。
1 項目概況
南方地區某IDC機房長度33 m，寬17.4 m，高5m，面積574 m2。機房配置20臺額定制冷量為12 kW的吊頂式空調機組；2臺額定制冷量為12.5 kW的機房精密空調。根據實際運行記錄，該機房冷負荷為160～200 kW之間，機房溫度需保持在27～28℃左右。
經分析，空調系統運行能耗高主要原因如下：
1)空調系統采用常規壓縮式制冷空調，其能效受環境變化及多臺設備頻繁啟停影響，運行效率整體偏低。
2)常規空調制冷時，會將室內空氣中的水分冷凝排出，室內濕度下降后又必須再加濕，不必要的除濕／加濕過程引起能耗的浪費。
2 節能改造方案
熱管空調系統不但具備利用冬季及過渡季節室外較低的自然環境溫度進行熱交換，最大限度降低機房空調用電量的優勢；獨立運行能耗普遍比同等制冷量的壓縮式空調機組低，在室內外溫差5℃的能效已優于目前機房中使用的常規空調，隨著室內外工作溫差的增大，其節能效果更為顯著。
因此配置13臺RG15熱管空調（單臺制冷量15 kW，R22制冷劑），室外安裝5臺冷凝器（1拖3）；采用水冷方式，配置2臺7.5 kW水泵（一用一備）；1臺5.5 kW冷卻塔，1套室外溫濕度傳感器及2套安裝在水系統供、回水管上的溫度、壓力傳感器。
設計運行模式如下：在冬季溫度較低時，采用熱管空調控制，關閉原精密／常規空調；在過渡季節（春、秋季），采用熱管空調和原精密／常規空調同時運行。
轉化為具體的控制邏輯：1）室外溫度<22 cC時，開啟熱管空調模式；2）室外溫度> 25℃時，停止使用熱管空調；3）室內溫度> 26.5℃時，熱管空調全部開啟（13臺室內機）；4）室內溫度< 24.0℃時，停止7臺室內機；5）供水溫度<7℃時，停止冷卻塔風機運行；6）供水溫度>12℃時，開啟冷卻塔風機運行。
3 項目測試分析
3.1冬季運行模式
冬季室外溫度遠低于室內溫度，只運行熱管空調系統。分別于2014年1月24日-2014年1月31日及2014年2月7日-2014年2月14日2個時段對運行節能效果進行測試，結果如表1所示。
由表1的實際用電結果可見，由于2月的室外溫度明顯低于1月的室外溫度，相應的節能率也從47.5%增加至50.6%。所以熱管空調在室內外溫差越大時，其能效越高。
3.2過渡季節運行模式
由于2014年3月南方地區地區環境溫度變化大，因此分別在3月12日與3月18日2天切換至原精密／常規空調系統運行模式，并以該模式的平均能耗值作為基準能耗值。其他時間段切換至過渡季節運行模式。能耗基準測試數據如表2所示。
在2014年3月1日．3月25日期間，累計用電量22664.6 kW．h。可計算出實際節能量：能耗基準值×天數．累計用電量=11892.9 kW-h，即節能率為34.41%。
4項目經濟性分析
4.1投資回收期分析
由于熱管空調僅應用于冬季及過渡季節，按年運行時間200天計算，日節電量562 kW．h，電費0.8元/kW．h，則每年節電費89920元，按初投資約80萬元計算，大約需9年左右能收回投資。其中，日節電量562 kW-h按冬季計算，過渡季節無法達到。因而，投資回收期過長，節能效益差。
4.2經濟性不佳原因分析
4.2.1初投資偏高
在本次項目中，采用水冷形式，雖然水系統可延長熱管空調的使用時間，但同時增加安裝費和設備的初投資。安裝費高主要由于熱管空調體積大，噪音大，安裝條件苛刻；冷卻塔的安裝位置高，造成水管、保溫、電纜等相應成本的增加。
所以，在節能改造方案的設計過程中應同時對水冷方式與風冷方式進行比較分析，增加的年節能效益與增加的初投資之間的比例，綜合選取合理的冷卻方式。
4.2.2節能效果不佳
由于冷卻塔安裝位置的變更，水泵揚程從6m增加至28 m，水泵額定功率從1.5 kW增加7.5 kW;其次，原精密／常規空調系統一直處于待機耗電的狀態；南方地區的天氣與北方相比，室外環境溫度高，冬季及過渡季節短，因而熱管空調的能效并沒有發揮至最佳狀態。
5 結語
熱管空調系統在冬季及過渡季節利用室外自然冷源，與原精密／常規空調系統相比，冬季節能率約49.05%，過渡季節節能率約為34.41%。雖然節能率較高，但由于IDC機房原能耗基準較小，且相應的初投資偏高，因而是否有必要開展基于熱管技術的南方地區IDC機房空調系統改造，仍需進行詳細的可行性分析：
1)詳細的運行記錄調研：必須選取全年的使用能耗為依據，而非調研期間的使用能耗。因為在全年的運行過程中，夏季的耗電量會明顯高于冬季的耗電量。這是由于在冬季運行過程中，機房負荷降低，空調的制冷效果好，當溫度控制到設定溫度，空調系統自動待機。所以必須綜合分析全年的使用能耗，確保計算的能耗基準的真實性。
2)熱管空調應用分析：目前熱管空調系統的造價大部分源于熱管空調的購買成本，因而降低熱管空調的成本可有效降低初投資；其次選取合理的冷卻方式，也可進一步降低投資成本；同時需綜合考慮，在南方地區應用熱管空調存在使用時間短，室外環境溫度高，熱管空調能效衰減等問題。
