謝海華 江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司鹽城分公司

智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)在有線電視機房中的應(yīng)用

謝海華 江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司鹽城分公司

節(jié)能增效越來越受到有線電視機房運營管理部門的重視。通過在機房建設(shè)過程中引入智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，可有效節(jié)省有線電視業(yè)務(wù)機房空調(diào)系統(tǒng)的運營費用。本文介紹了焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的原理，以及在鹽城有線新業(yè)務(wù)機房中的應(yīng)用與效益情況。

焓差節(jié)能空調(diào) 設(shè)計方案 效益分析

1. 引言

近年來，節(jié)能增效、低碳環(huán)保的理念越來越受到人們的重視，并影響到了社會的各行各業(yè)，通信行業(yè)、廣電行業(yè)亦不例外。由于廣播電視行業(yè)近年來業(yè)務(wù)增長迅速，生產(chǎn)能耗也逐年上升，使得有線廣播電視業(yè)務(wù)機房中的業(yè)務(wù)設(shè)備和精密空調(diào)用電需求急劇增長，特別是精密空調(diào)的用電量在其業(yè)務(wù)總耗電中的比重已經(jīng)由過去的15%-30%上升到50%左右。如果能在廣電有線業(yè)務(wù)機房設(shè)計、建設(shè)時，充分利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c，在空調(diào)系統(tǒng)中采用環(huán)保節(jié)能的新技術(shù)、新產(chǎn)品，有效降低空調(diào)系統(tǒng)的用電，可大大降低機房的運營成本，能產(chǎn)生間接的經(jīng)濟效益，充分體現(xiàn)低碳環(huán)保、節(jié)能增效的綠色理念和社會責(zé)任。

江蘇有線鹽城分公司承擔(dān)著鹽城地區(qū)廣播電視業(yè)務(wù)集成與傳輸、廣電寬帶與集團專線接入等重要的節(jié)目傳播、數(shù)據(jù)通訊、信息服務(wù)任務(wù)，并將成為鹽城地區(qū)廣電“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)樞紐中心。作為完成這些重要任務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，一個功能全面、配套完整的業(yè)務(wù)機房其重要性不言而喻。2014年江蘇有線鹽城分公司開始設(shè)計并建設(shè)新的西環(huán)路業(yè)務(wù)機房，從規(guī)劃、設(shè)計開始就考慮依據(jù)鹽城當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，結(jié)合最新的綠色節(jié)能技術(shù)，從供電、制冷等方面著手進行節(jié)能、增效設(shè)計，并將機房的節(jié)能增效重點放在了機房空調(diào)系統(tǒng)上，通過引入綠色節(jié)能的新技術(shù)——智能新風(fēng)焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，并充分利用自然冷源--秋、冬、春季的室外新風(fēng)，最大限度地實現(xiàn)了有線電視重要業(yè)務(wù)機房的綠色節(jié)能環(huán)保建設(shè)。

2. 鹽城有線新業(yè)務(wù)機房建設(shè)概況

江蘇有線鹽城分公司新建業(yè)務(wù)機房位于市區(qū)西環(huán)路西側(cè)，設(shè)備區(qū)面積約為350平方米，分為3個機房，西側(cè)機房面積約為185㎡，東側(cè)機房面積約為112㎡，電力機房面積約為50㎡，層高約為4.4m，機房內(nèi)無吊頂、上走線設(shè)計，共布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)機柜130個，設(shè)備設(shè)計功率總?cè)萘?50KW。設(shè)備區(qū)全部采用防靜電地板磚鋪地，地板架空層高度設(shè)為400mm，空調(diào)設(shè)計采用機柜內(nèi)架空地板下送風(fēng)、自然上回風(fēng)方式。根據(jù)設(shè)備設(shè)計功率容量，機房內(nèi)共使用了風(fēng)冷式下送風(fēng)專用機房精密空調(diào)機組9臺（其中2臺作為備用空調(diào)），空調(diào)總制冷量約為250kW。

3. 鹽城地區(qū)的天氣特點

根據(jù)公開氣象資料顯示，鹽城地處北亞熱帶向暖溫帶氣候過渡地帶，季風(fēng)氣候明顯，冬季受歐亞大陸冷氣團影響，多偏北風(fēng)且多寒冷天氣，夏季受太平洋副熱帶高壓影響，多偏南風(fēng)且多炎熱天氣，空氣溫暖濕潤。另外氣候受海洋影響也較大，與同緯度的其他地區(qū)相比，春季氣溫低且回升遲，秋季氣溫下降緩慢且高于春溫。鹽城地區(qū)年平均氣溫13.9-14.5℃，每月室外平均氣溫如表1所示。

表1 鹽城地區(qū)室外平均氣溫統(tǒng)計表

10-26 ℃是國家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A類通訊機房運行可允許的正常溫度范圍。從表1可以看出，鹽城地區(qū)在一年中有7個月的平均氣溫低于20℃、10個月的平均氣溫低于A類通訊機房運行允許的最高限26℃。如果能夠充分利用鹽城地區(qū)這一氣候特點，當(dāng)室外氣溫低于機房運行所允許的溫度時，將室外低溫的空氣經(jīng)過凈化、再降溫等處理后送往機房，替代或部分替代精密空調(diào)來實現(xiàn)設(shè)備降溫與機房溫度調(diào)節(jié)，將可大大降低機房運行過程中精密空調(diào)的使用頻率與能源消耗，產(chǎn)生極好的節(jié)能降耗、減少運營成本的效果。

4.智能新風(fēng)焓差節(jié)能系統(tǒng)的工作原理及效果預(yù)測

焓，是一個熱力學(xué)名詞，它指單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能。而“焓差”，是指不同空間位置的熱能差。一般空調(diào)器的制冷/制熱量采用焓差法來測定，它通過抽風(fēng)系統(tǒng)采集室內(nèi)機進風(fēng)與出風(fēng)的焓值，利用兩者的焓值之差，從而計算出空調(diào)的制冷量和制熱量。在機房運行過程中，如果外部自然的氣候條件合適，再加上機房內(nèi)部設(shè)備運行時散發(fā)的熱量累積，便具備了在一定氣候條件下利用室內(nèi)外空氣焓值的差異來實現(xiàn)機房空調(diào)節(jié)能的條件。一般來說，機房進行節(jié)能改造，目前比較好的方式為直接或間接利用外界低焓值的空氣。直接利用外界低焓值的空氣，在技術(shù)上相對較成熟、效率也較高，但在保障機房的潔凈度與溫度方面效果要遠低于間接利用低焓值空氣。

智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)不同于一般的新風(fēng)系統(tǒng)，它在普通新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入水簾加濕環(huán)節(jié)及與原機房用空調(diào)的智能聯(lián)動控制系統(tǒng)，不僅能充分利用室外干空氣加濕所產(chǎn)生的冷量來強化降溫效果，同時也起到一定的除塵作用、減少了新風(fēng)系統(tǒng)的維護量，并能有效保障機房內(nèi)的室內(nèi)空氣溫度與品質(zhì)。其工作過程和節(jié)能原理如圖1所示。

圖1 焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)工作過程和節(jié)能原理圖

在室內(nèi)外空氣焓差值滿足條件時，室外空氣經(jīng)過一級過濾網(wǎng)后被引進焓差空調(diào)節(jié)能機組。由于空氣處在機組負壓空間里，此時循環(huán)水泵將循環(huán)水箱里的水送入降溫加濕除塵簾里強制蒸發(fā)冷卻，在水從液態(tài)蒸發(fā)成氣態(tài)過程中會吸收熱量，從而使流經(jīng)的空氣溫度降低，接近于等焓加濕過程。經(jīng)過加濕、降溫、除塵后的新風(fēng)，再通過二級空氣過濾后送入機房內(nèi)，對機房區(qū)域進行降溫、加濕。該系統(tǒng)通過焓差控制器對機房的溫、濕度進行監(jiān)控并對焓差機組運行狀態(tài)進行控制，從而保證機房的溫濕度、潔凈度能完全滿足機房設(shè)備運行對環(huán)境的要求，并減少機房精密空調(diào)的運行時間、延長空調(diào)機組的使用壽命、節(jié)約機房的運行維護成本，最終達到節(jié)能降耗的目的。

根據(jù)已使用焓差節(jié)能系統(tǒng)的電信等單位使用經(jīng)驗，在江蘇地區(qū)采用焓差后年節(jié)電率在35-50%之間。鹽城地區(qū)一年有7個月平均氣溫低于20℃，具備使用焓差節(jié)能的條件，預(yù)計鹽城地區(qū)的年節(jié)電效率可在40%以上。

4. 鹽城有線新業(yè)務(wù)機房智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)方案

4.1 風(fēng)量計算

根據(jù)智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能原理，系統(tǒng)的選型應(yīng)以機房內(nèi)的換氣次數(shù)為主要依據(jù)，以機房內(nèi)的熱負荷密度為輔。同時應(yīng)結(jié)合機房布局及熱源分布情況進行系統(tǒng)進、排風(fēng)單元的合理布置，實現(xiàn)較好的氣流組織。

智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計風(fēng)量V為：

V=機房面積×機房層高×換氣次數(shù)

4.2 系統(tǒng)機組選型及設(shè)備用量設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場的施工條件，綜合造價、節(jié)能效果、施工工期等方面的情況，鹽城有線新業(yè)務(wù)機房選用了XFHC-6000智能新風(fēng)焓差節(jié)能設(shè)備，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 智能新風(fēng)焓差節(jié)能設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

機房設(shè)備區(qū)安裝系統(tǒng)機組數(shù)=187m2(面積)*4.4m(高度)*30(每小時換氣次數(shù))/6000(每臺每小時換氣量m3)=4.1臺，實際配備4臺。傳輸設(shè)備區(qū)安裝系統(tǒng)機組數(shù)=118m2(面積)*4.4m(高度)*30(每小時換氣次數(shù))/6000(每臺每小時換氣量m3)=2.6臺，實際配備3臺。UPS配電室安裝系統(tǒng)機組數(shù)=44m2(面積)*4.4m(高度)*30(每小時換氣次數(shù))/6000(每臺每小時換氣量m3)=0.97臺，實際配備1臺。8臺XFHC-6000系統(tǒng)機組總有效制冷量W1=8*30=240KW。

4.3 安裝方式

根據(jù)現(xiàn)行焓差能量交換技術(shù)，參考機房精密空調(diào)的送風(fēng)方式，若機房空調(diào)為下送風(fēng)方式，焓差空調(diào)與其同側(cè)面安裝。能量交換的條件是存在能量差或者存在氣壓差，而焓差節(jié)能系統(tǒng)是在二者均存在的環(huán)境條件下，充分利用室內(nèi)外能量差和壓差從而推動能量的交換實現(xiàn)空調(diào)節(jié)能。當(dāng)只有焓差系統(tǒng)運行時，若室內(nèi)外焓差條件滿足機房運行要求時，不需要機房空調(diào)輔助。從外界看，機房是一個正壓系統(tǒng)，它的能量交換是通過室內(nèi)外空氣焓差實現(xiàn)的，室內(nèi)外壓差是通過風(fēng)機來實現(xiàn)的，并通過風(fēng)機來加速其交換過程。若是室內(nèi)外空氣焓差條件只能部分滿足時，智能控制系統(tǒng)會自動調(diào)度機房空調(diào)啟動，輔助對機房溫、濕度進行處理，以保證達到機房運行所需要的環(huán)境效果。

其氣流組織圖2所示。

圖2 機房氣流組織示意圖（焓差空調(diào)與精密空調(diào)同時工作時）

具體施工方案如下：

（1）設(shè)備區(qū)的進風(fēng)單元安裝于機房北側(cè)窗臺，采用不銹鋼風(fēng)管將風(fēng)導(dǎo)入送風(fēng)地板下，電源室的進風(fēng)單元安裝于西側(cè)窗戶，室外空氣經(jīng)處理后直接送入室內(nèi)。由于北側(cè)完全為玻璃窗戶，安裝時將焓差安裝位置處的窗戶按圖紙要求拆除，構(gòu)建單元安裝平臺，并按進風(fēng)口位置將其余部分做防水處理

（2）出風(fēng)單元安裝于機房南側(cè)（設(shè)備區(qū)）或西側(cè)（電力室）鋁合金窗及部分隔斷墻體上，在走廊上制作熱風(fēng)管道，熱風(fēng)通過熱風(fēng)管道穿過走廊直接排于戶外。

（3）進風(fēng)單元供水管采用De25工程塑料PP-R管，引自下一層或同層衛(wèi)生間給水點；排水管采用工程塑料U-PVC管，管徑De50，接至同層衛(wèi)生間排水點。

（4）設(shè)備供電與精密空調(diào)一樣，引自配電間內(nèi)的動力配電柜?？刂破骷斑M、排風(fēng)單元、溫濕度傳感器、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)之間的電源線、信號線穿氧指數(shù)大于27的硬質(zhì)PVC管，沿墻及天花板布置。

此方案可有效利用機房下送風(fēng)的靜壓箱，改造簡單。出風(fēng)口直接排于戶外，對機房的整體工作環(huán)境有一定好處。

5. 智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的實際運行效果

根據(jù)設(shè)計，鹽城有線新業(yè)務(wù)機房共配置9臺精密空調(diào)機組、250KW總制冷量，在線空調(diào)總輸入電功率約100kW，年耗電約87.6萬度，年電費約72萬元。

使用焓差機組時，機房區(qū)域共安裝8臺機組，設(shè)備成本約24萬元，每臺設(shè)備每小時耗電量800W、耗水量8L左右（含沖洗用水）。在不間斷運行條件下，年耗電約0.7萬度、年電費約0.6萬元，年用水量約560噸、年水費約0.3萬元。

從兩年來的綜合使用情況來看，智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果與室外平均氣溫值成反比，在冬季氣溫低時節(jié)能效果最明顯，早春、深秋次之，在氣溫高的夏季效果最不明顯。從每年10月份起，焓差系統(tǒng)陸續(xù)投入使用并與精密空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動。隨著室外氣溫的降低，空調(diào)的投運機組越來越少。進入12月中、下旬，新風(fēng)焓差系統(tǒng)完全替代了空調(diào)系統(tǒng)進行工作，機房內(nèi)的溫度可始終控制在20℃以下，空氣清潔度也可達到規(guī)定的要求，制冷設(shè)備的總體能耗由夏季完全使用空調(diào)的100KWH下降至冬季最低時不足10KWH（含配合新風(fēng)焓差系統(tǒng)工作在加濕/除濕狀態(tài)的精密空調(diào)機組用電）。3月中旬至5月上旬，隨著氣溫的逐步升高，空調(diào)機組陸續(xù)進入投運狀態(tài)，配合新風(fēng)焓差系統(tǒng)進行機房溫度的調(diào)節(jié)。5月中、下旬至6月中旬，新風(fēng)焓差系統(tǒng)可在夜間進行工作。在7-9月份，機房的溫度調(diào)節(jié)工作主要由精密空調(diào)完成，焓差系統(tǒng)一般不再工作，僅作為新風(fēng)系統(tǒng)及精密空調(diào)全部出現(xiàn)故障等極特殊情況下機房強制通風(fēng)的備份手段。

從綜合每個月機房運行實際支出的電費情況進行測算，在智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)投運后，每年可節(jié)約機房運行用電費約30萬元，綜合節(jié)電率可達41%，僅需1年即可收回焓差機組投入。另外，智能焓差節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)簡單、維護成本低，正常運行后還可帶來降低精密空調(diào)維護、維修費用、延長其使用壽命等其他間接效益，完全實現(xiàn)了在有線電視業(yè)務(wù)機房引入新風(fēng)焓差系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)及節(jié)能降耗效果。

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