引言
我国“十三五”背景下，为了能够全面贯彻国家节能减排战略，进一步提升资源利用率，通信领域也在不断加强风冷空调节能改造技术研究，这对促进企业低成本、高效率发展有着重要意义。对于通信机房来说，由于风冷空调系统会消耗大量电能，所以需要不断挖掘风冷空调系统节能潜力，贯彻节能理念年、落实节能措施，从而营造良好的生态环境，实现设备资源节约、设备能耗降低的最终目标。下文通过分析风冷空调运行机理，并针对性提出节能改造方案。
1、风冷空调的制冷机理
风冷空调就是利用风冷冷凝器盘将冷媒热量带出到机房外部，在室内将冷媒降温再循环回到室内吸收热量，也就是风冷式冷凝机组。风冷式冷凝机组结构见图1，是通过风冷式直接膨胀机组在房内获取热量，再通过冷凝器传输到机房外部。在安装完机组之后，此时室外冷凝器、室内机组之间会产生闭合回路。对于整个风冷空调系统当中，空调制冷系统管路独立运行，在实际安装中也更加方便，更加适用与水资源匮乏、无冷却水系统的场地。风冷空调系统也存在着弊端，由于制冷剂管路垂直、水平长度方面的限制，所以在屋顶、外墙安装冷凝器过程中很容易受到环境温度的影响，所以在个别时间段制冷效率较低或能耗较大。
2、风冷空调工况性能系数与问题
风冷空调相比水冷空调的制冷效率低，间接提升了能耗。由于空调内部都设置了压缩机，所以精密空调制冷系数较低，大部分风冷空调精密系数不超过3.0.由于通信机房的面积大、服务器设备多，所以散发的热量更多，所以采用风冷一内一外的精密空调组合方法会造成大量的能耗。
2.1工况性能系数（CoP）
为了能够提升风冷空调在实际运营中的经济性，需要重点考虑CoP指标。CoP是指在标准规定基础上，机组通过相同单位表示制冷量，和总输入电功率的比值，也就是CoP=制冷量/能耗。对于我国大部分地区（夏热冬冷），风冷空调机组的CoP大约在3.0；而水冷空调机组CoP普遍能够达到4.4。这是因为风冷空调机组与室外干球温度有关；水冷空调机组与室外湿球温度有关，干球温度要比湿球温度更高，这就导致风冷空调机组制冷性能不足。如图2所示，其中风冷空调冷凝压力为P2、水冷空调为P1，可见风冷式空调焓值h2小于h1，性能系数CoP要弱于水冷空调。
2.2风冷空调机组常见问题
在很多通信机房中，都安装大量风冷空调，造成很多室外机聚集，外墙、屋顶产生了高温（相比室外温度）环境，并且在长期运行当中，会降低制冷效果，否则会提升能耗。采用CFD软件模拟屋顶风冷外机组，将干球温度设定为15℃和35℃，此时风冷空调机组会产生热压烟囱效应，如果外部环境没有主导风，此时机组冷凝机出风温度多数会大于50℃，并且不同冷凝机出的热风之间相互干扰。通过对热流情况分析可知，外墙空间集中的冷凝机组，由于热量密度低，所以热量会自然上升，对于上部的冷凝机组来说，会产生热力环流，随着建筑高度升高，外机散热性能也会降低。再加上热力环流的影响，如果机房运行负载增加，在炎热的夏季会造成空调机组高压报警，这也是必然情况。
3、风冷空调机组节能改造方案
3.1改造总体方案
对于通信机房来说，通常全天24小时不间断制冷，如何在保证空调制冷性能满足机房运行要求，同时降低风冷空调机组能耗是需要重点关注的问题。如果通信机房无法使用水冷空调机组，则要对现有风冷空调机组进行节能改造。根据通信机房建筑屋顶实际结构、承载条件，需要增设水冷式换热器、冷却水塔系统。在风冷冷凝器尾部串联水冷换热器，这样即可通过循环水泵把冷却塔中冷却水传输到换热器当中，风冷空调系统制冷剂再次冷凝换热，把循环水传输到冷却塔当中，此时冷却塔会自动降温，将冷水再次传输到换热器中。这样即可提升风冷空调冷凝器换热量，还可以降低冷凝压力与工作负荷，实现节能减排的目标。改造方案如图3所示。
3.2改造方法
（1）改变原有的冷凝器串联壳管式换热器安装到室外机组上方或下方部位。壳管式冷凝器按照风冷100%进行设计考虑。壳管式换热器与水展开热交换，高压冷媒气体从此通过，这样冷媒气体就变成了气液混合形态。调节壳管式换热器阀门即可控制换热量，保证冷凝器压力在精密空调适宜运行压力的范围内。该设计方案是在水系统保持正常运行基础上，此时不启动风冷系统，实现降噪、节能目标。
（2）如果通信机房楼顶承载性能良好，可以在屋顶安装冷却塔用于辅助制冷，采用一备一用的设置方案，使用铜管连接冷却塔、水冷冷凝器。将冷却塔设置成为37℃/32℃进出水换热差。
（3）在风冷空调机组当中增设循环泵，采用一备一用形式，在冷却塔、换热器当中实现冷却水的换热循环。由于很多通信大楼中有多层是通信机房，在改造当中不能所有精密空调停机改造，所以在改造方案实施当中，要事先安装好楼顶冷却塔、各层冷却水管道、水泵、换热器、电缆。在安装完冷却水塔、冷却水路管道之后，首先要测试冷水系统，如果冷去水系统运行正常，此时再连接冷媒管、换热器。在实际改造当中，要以一个机房作为单位，逐渐切割、连接、并网，也就是在一台精密空调完成连接、调试符合标准后，在展开下一台精密空调连接工作，确保通信机房风冷空调系统改造不影响机房正常运行，保证通信服务质量。
（4）在整个系统当中增设水系统自动投放药系统，在冷却塔当中增设水质检测传感器，并与自动投药系统连接，如果冷却塔当中的水清洁度不足，会自动投放清洁药物，保证系统内部冷却水质量达标，保证换热器可以正常运行。
冷却水系统结构见图4.
3.4节能效果分析
某通信机房节能改造工程采用了上述方案，在改造之前风冷空调系统每天用电1854千瓦时，在节能改造之后通信机房总用电量为1641千瓦时。由于加入了换热器、冷区塔，所以改造后空调机组中的冷媒气体温度更低，空调节电率等于调节电量，从而得到最终的节电能总量，平均机房风冷机组平局节能14%，并且制冷温度更加稳定。
结束语
综上所述，由于风冷空调机组前期投资相比水冷空调机组投资更低，但是风冷机组后续运行成本较高、制冷性能较低。所以，为了能够满足通信机房运行要求，充分发挥风冷空调系统的运行效益，需要加强风冷空调机组的改造工作，通过增加冷却塔、换热器以及冷凝器优化配置方案，避免外机组热力环流，保证空调机组的制冷效果以及能耗，推动通信行业在节能减排道路上进一步发展。
参考文献
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论文作者:储云峰
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：空调论文; 机组论文; 机房论文; 节能论文; 冷凝器论文; 换热器论文; 通信论文; 《中国电气工程学报》2019年第3期论文;