上海地区老旧机房风冷空调节能改造分析

王晓腾¹ 徐培俊²

（中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司  上海20060）

摘要：本文结合上海地区机房现状和数据中心能耗严峻形势，研究分析了老旧机房中风冷机房的特点和老旧风冷机房未来节能方向，重点介绍了三种风冷机房节能改造技术，详细阐述了节能技术的原理和各自的特点以及应用场景，同时根据老旧机房不同用途、改造条件、投资回报等选用不同的节能技术，以实现机房空调节能的最终目标。

关键词：上海，机房，风冷空调，节能改造

中图分类号 TN915   文献标识码 A     文章编号

Analysis on Energy Saving Reform of Air-cooled Air Conditioning in Old computer room in Shanghai

Wang Xiao-teng¹  XuPei-jun²

(China Mobile Group Design Institute Co. Ltd. Shanghai Branch, Shanghai 200060)

Abstract: Based on the current situation of computer rooms in Shanghai and the severe energy consumption situation, this paper analyzed the characteristics of Air Conditioning of Air-cooled in old computer rooms and the future energy saving direction of old Air Conditioning of Air-cooled rooms, and introduced three kinds of energy saving technologies for Air Conditioning of Air-cooled rooms. The principle, characteristics and application scenes of energy-saving technology were elaborated in detail. At the same time, different energy-saving technologies were selected according to different uses, transformation conditions, investment returns, etc. of the old computer room to achieve the ultimate goal of energy saving for air conditioning in the computer room.

Keyword: Shanghai computer room Air Conditioning of Air-cooled Energy conservation renovation

前言：工信部《关于加强“十三五”信息通信业节能减排工作的指导意见》提出，2020年实现单位电信业务总量综合能耗下降10%；新建大型云计算数据中心PUE低于1.4，新能源和可再生能源应用比例大幅提升[1]。上海市逐步加强数据中心能耗使用管控，2018年7月“2018年节能目标预测与分解情况工作会议”上进一步吹风将针对PUE>1.5以上的数据中心进行电费惩罚。未来5G规模商用以及IDC业务发展势头强劲，用能站点数量增加、单点能耗值也将上升，通信机房能耗形式严峻须进一步加强用能数据监控和管理。本文根据上海地区老旧机房的现状，研究分析老旧风冷机房未来节能方向，针对不同类型机房探索不同节能技术方案。

1、现状

通过调研上海公司老旧机房发现，上海现有134个老旧机房，其中70%老旧机房为风冷机房专用空调，其中85%以上为上送风气流组织方式。风冷式机房专用空调具有制冷效率低的缺点，一般不超过3.0[2]。上送风气流组织根据送风距离可分为风帽送风和风管送风，其中送风距离较短时，一般采用采用风帽送风；送风距离较远时，采用风管送风。上送风是指将冷空气直接送至通信设备上方，与热空气进行热交换后，通过回风系统带走热量。由于机房的送风气流组织与空气流动特性相矛盾（热空气上浮，冷空气下沉）导致从上送风风管吹出的冷空气直接与机房上部的热空气混合，从而使得房间下部温度偏高，不利于通信设备的运行。机房上部因通信走线桥架、空调风管、照明灯具等的布置，气流组织紊乱，导致整个机房空调冷负荷较高，因此，风冷空调节能改造势在必行。

但上海区域通信机房节能技术已接近天花板，老旧机房的先天条件不足，导致在节能改造过程阻力过大。

2、方案与策略

现阶段老旧机房的节能点主要集中在智能控制、室外机雾化喷淋技术、EC风机改造等，但这些技术所能带来的节能效益有限，已经不能满足现阶段节能减排的目标，因此推广新的节能技术也势在必行。

本文主要介绍三种风冷机房节能技术方案，预期基恩呢技术不同的是，此节能技术充分利用室外自然冷源，减少压缩机做功和刘华机房气流组织的方式，以应对风冷机房复杂的状况，根据机房现有的条件选用不同的节能技术推广应用。

2.1风预冷节能改造原理

2.1.1现状

针对整个局楼为风冷型的空调系统，造成室外机大面积聚集在屋顶或外墙阳台，导致造成冷凝器周围形成局部“热岛效应”，导致夏季室外风机持续高速运转，冷凝压力持续较高，机组频繁出现高压保护，制冷效率降低。另外由于室外风机持续高速运转，将产生较大噪声污染。

2.1.2风预冷节能改造原理

该节能技术主要利用水冷系统的冷却水制冷循环而形成的节能技术改造；室外机换热系统包含两个，分别为原有室外机的风冷换热和冷却塔冷却水循环系统换热。

在原有风冷室外机的基础上，在制冷系统气管进入风冷冷凝器的前端串联一个水冷式换热器。水泵将冷却水从冷却塔输送到水冷换热器内，先将空调系统的制冷剂进行初步冷却，随后制冷剂进入到风冷冷凝器换热，而冷却水循环回冷却塔内，通过冷却塔降温，再一次输送到水冷换热器内。如下图1所示：

图1风预冷节能改造系统图

风冷机房专用空调室外机预冷节能系统主要由冷却塔、壳管式换热器、室外机装置以及水处理装置组成。

该技术主要应用于水源充足，装机空间比较大，风冷室外机聚集的场所，可实现全年运行。该技术施工时先预铺设冷却塔与各层的冷却水管道、水冷换热器、水泵、及一些电源线，待管道系统和水塔全部安装到位后，先对冷却水系统进行测试，待水系统运行正常后再将冷媒管与水冷换热器联接，接好后再对空调系统进行调试，单台进行，可确保工程改造不会影响机房设备的正常运行，全年节能率在20%左右，初投资高，维护相对复杂。

2.2氟泵节能改造

2.2.1现状

考虑到部分局房中仅有少部分风冷空调急需进行节能改造，或由于机房水资源不足、无冷却塔等设备安装的局楼，在进行节能技术改造时，可考虑氟泵节能技术改造，该技术具有可实现到单台风冷空调的改造，且需要安装空间较小，对室外机安装空间相对要求较少。

2.2.2氟泵节能改造原理

在原有风冷室外机的基础上，在冷媒管的液管处串联一个节能模块，同时对室内机（电动阀等）进行改造。冬季时室外温度低于10℃时，该系统利用环境温度冷却制冷剂进行制冷，利用高效的氟利昂泵代替压缩机输送制冷剂，从而实现节能运行；过渡季节室外温度小于等于20℃时，该系统采用双系统（压缩机和氟泵）进行制冷，从而减轻压缩机的运行压力，如下图所示。

图2氟泵节能系统图

根据上海气象统计，上海年气温如下表1分布所示和月平均温度表2所示：

表1 上海地区四季平均温度

表2 上海地区月平均温度分布

从以上的数据统计，我们可以看出：在上海的冬季和春季，平均气温在20℃以下。其中，1月、2月、3月、4月，11月、12月气温基本都在20℃以下，5月、10月约有一半时间气温在20℃以下。1月、2月、3月、12月室外气温基本在10℃以下，11月10℃以下气温的时间也超过50%；

节能模块在室内设定温度24℃时，室外气温在10℃以下时，空调工作在泵工作模式，室外气温在10-20℃时，节能模块工作在压缩机泵混合工作模式；

从以上分析，全年泵模式工作时间约在100天左右，压缩机泵混合模式工作时间约在111天左右，压缩机工作模式约154天，该技术节能运行天数相对较高。

该技术主要包含三个各方面的改造：

首先，室内机管路改造，主要包含以下内容：

表3 室内机改造内容

其次，是室外冷凝器改造，单个系统在冷凝器的液管处单独新增阀门，同时升级原机组的控制板即vsc控制器。

最后，是新增节能模块（氟泵等），以便低温环境下，降低压缩机运行时间实现节能目的。

该技术改造相对灵活，所需安装空间相对较小，应用相对较为广泛。另外该技术节能效果在过渡季节和冬季较为明显，夏季较差，全年节能率在10%左右，初投资相对低，维护简单。

2.3回风节能改造

2.3.1现状

回风节能改造用于机房设置回风风管，但回风较差，机房气流组织较差的机房，该机具有以下特点机房出现秋衣组织紊乱，存在局部热点，其次由于热空气无法及时通过回风系统，导致风冷空调制冷效率降低。

2.3.2回风节能改造原理

回风增压风机的技术措施是在机房存在回风量不足的回风口安装变频无涡壳回风风机的方式，人为提高回风不畅区域回风管的回风静压以克服局部阻力的改造手段。由于无蜗壳风机正面吸风顶部出风，满足风管侧回风的气流方向。由于机房的设备分布随着机房的建设而不断变化，因此机房局部热点附近的温度也会随着热量堆积而变化，所以回风风机的转速为可调节。此外在配置了相应的温度及风压探头之后，回风风机应根据现场实际的温度变化而调整转速（0-100%），通过变频调速以达到机房回风风量及静压动态适应机房内设备发热量变化的目的。

  图3 回风改造示意图

该项节能技术对于适用对于机房现有回风系统要求相对较高，对于上回风的机房，实用性相对较差，因此该技术一般应用于回风口位于底部的机房。目前该技术已在上海公司商机房得到很好的推广利用，年节电量在5%左右，初投资较低，维护简单。

3、结论

本文着重介绍了三种节能技术方案，分别从节能原理、节电量、投资、维护、以及应用规模与场景等多个方面进行比较，在节电量上：风预冷节能技术＞氟泵节能技术＞回风改造技术；从投资上，风预冷节能技术＞氟泵节能技术＞风改造技术；从维护复杂程度，风预冷节能技术＞氟泵节能技术＝回风改造技术；从风冷空调适用性上，氟泵空调＞风预冷节能技术＝回风改造技术。

综上所述，在老旧机房风冷空调改造过程中可以根据实际情况选用上述节能技术，降低机房PUE的同时，也缓解机房能耗压力。

【参考文献】

[1] 工信部《关于加强“十三五”信息通信业节能减排工作的指导意见》

[2]邵正忠. N通信公司机房节能技改实践[J]. 通信电源技术, 2016, 33(6):161-162.

【作者简介】

王晓腾¹ 中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司助理工程师，硕士，主要研究建筑节能、空调节能技术。

徐培俊² 中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司高级设计师，工程师，本科，主要研究节能减排、电源设计、数据中心设计。

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编辑：中国电源产业网