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摘要：本文通過對廣電機房能耗情況和節能改造的必要性進行分析，簡述氟泵節能技術發展現狀，闡述氟泵節能技術工作原理和技術特點，并實例說明廣電機房空調加裝氟泵的節能效果。最后，對氟泵系統采用間接利用室外低溫空氣源技術的節能效果和可行性進行小結。
關鍵詞：氟泵技術自然冷卻節能減排
1引言
隨著數字技術的快速發展，廣電機房的業務量也在飛躍式地增長，設備的集成密度和能耗也在不斷地提高，這對廣電機房內空調設備的運行及能耗提出了較高的要求。同時，綠色低碳、節能減排一直是當代社會共同的話題，而空調系統的節能成為廣電機房節能的重點項目之一。降低能源損耗可以提高公司經濟效益，同時也是企業應該承擔的社會責任。據統計，空調用電量占到機房總用電量的40%左右，有著較大的節能潛力?？茖W有效地降低空調用電，減少電力資源浪費應成為廣電機房節能的主要手段。
2技術方案介紹
2.1自然冷技術發展概況
普通空調由壓縮機將制冷劑壓縮成高壓氣體，壓縮機的工作要消耗大量的能源。在環境溫度低于特定溫度的條件下，自然冷技術無需啟動壓縮機工作，只需讓制冷劑流動就能使空調產生制冷，制冷量也可滿足機房設備制冷需求，并能夠獲得良好的節能效果。20世紀70年代，日本研發了充分利用制冷劑主動循環系統和壓縮機共同工作的空調機組；20世紀90年代，三菱電機等公司共同研發了采用制冷劑主動循環的節能空調。當室外氣溫較低時，該機組采用制冷劑主動循環工作，停止壓縮機工作，以此降低機組的工作能耗。在我國，自然冷技術起步較晚。2010年以后，自然冷技術才得到了一定程度的應用和發展，氟泵自然冷系統逐步投入實際應用，在滿足特定的條件下采用氟泵代替空調壓縮機進行制冷。制冷劑在無壓縮和節流降壓的循環過程中，充分利用氟泵的工作來克服制冷劑在管道中受到的阻力，從而實現制冷劑的循環。正常情況下，氟泵工作功率遠小于空調壓縮機的工作功率，當室外環境溫度達到特定的條件，氟泵系統與壓縮機提供的制冷量基本相當，這就是氟泵系統節能的關鍵。當前，我國的氟泵制冷系統主要采用“雙引擎三模式”工作方式，即壓縮機工作模式、雙系統工作模式、氟泵工作模式，空調可以根據室外氣溫及室內制冷需求智能切換，實現機房空調系統的高效節能。江蘇地區位于長江下游流域，自然氣溫低于0℃的時間在全年中的占比較少，前期的氟泵空調系統很難在江蘇地區使用。隨著技術的發展，氟泵自然冷空調系統的使用范圍不斷擴大，同時，氟泵自然冷空調系統的性能也大大提高。現如今，氟泵自然冷空調系統的“雙引擎”制冷技術在室外溫度低于20℃時即可啟動氟泵運行模式，這樣可以充分利用室外冷空氣進行制冷，大大提升空調系統的運行能效比。
2.2氟泵空調的組成和工作原理
普通空調主要由蒸發器、過濾器、壓縮機和冷凝器4個部分組成。為了實現制冷劑主動循環，要求蒸發器和冷凝器之間要有一定的壓力差，但大部分空調系統無法滿足相關條件，即使能夠滿足，系統的循環動力也很小。再加上機房內部和外部環境要有較大溫差，故還存在空調系統難以控制等問題。氟泵制冷空調為了實現制冷劑的被動循環，在制冷劑主動循環的基礎上加裝了一個氟泵系統，用以減少壓縮機啟動的工作時間，延長壓縮機的工作壽命，同時還可達到同樣的制冷效果，這樣空調系統的節能效果更加明顯。通過氟泵制冷技術在空調系統中的應用，可以在同一臺空調中實現氟泵制冷和壓縮機制冷兩套系統共同工作的3種運行模式（壓縮機單獨運行、氟泵單獨運行、雙系統共同運行）。高溫季節壓縮機循環模式運行，低溫季節氟泵循環模式運行。同時，在空調改造過程中，機房內部沒有直接引入外部空氣，保證了原有機房的密閉性、獨立性。氟泵節能技術系統如圖1所示。
2.3氟泵空調的工作模式
普通的機房空調主要依靠壓縮機的運行來工作，氟泵空調是機房現有精密空調的優化升級。氟泵空調能夠根據機房外部環境的變化進行調整切換，在條件滿足時，可以用氟泵代替壓縮機進行冷媒的循環，減少壓縮機的工作時長，實現機組能耗的降低。氟泵系統的技術特點包括如下4個方面。（1）可充分利用原有的冷凝器和蒸發器，不額外增加該部分設備投入，同時也不另占用機房空間。（2）該系統改造投入少，節能效果明顯，可快速收回成本，實現降本增效。（3）只在原有的循環系統上增加氟泵系統，原有的制冷劑不進行增加或減少，原空調的水路等系統無需改造，減少了機房內部的改造和裝飾。（4）對機房的原有環境基本上沒有影響。
2.3.1壓縮機單獨運行
此情況下，該空調就是一臺普通的機房空調。低溫、低壓的冷媒在內機的蒸發器吸收室內的熱量汽化后，通過壓縮機變成高壓力蒸汽，蒸汽進入室外的空調冷凝器進行散熱，該模式主要用于機房外部環境溫度較高時。
2.3.2氟泵與壓縮機混合運行
當機房外部溫度較低時，氟泵與壓縮機共同運行能夠有效提高空調的能效比。當機房外部氣溫不斷降低時，為了保持冷凝溫度不低于35℃，普通空調需要通過降低風機轉速或降低制冷劑的壓力來實現。氟泵和壓縮機混合運行可進一步降低冷凝溫度至最低點25℃左右，從而有效提高空調能效。同時，氟泵能夠幫助壓縮機提高制冷劑的壓力，增加制冷劑的過冷度。這既可以消除氣體閃發，又能增強膨脹閥的動力，從而提高制冷劑流量，提高空調系統的制冷能力。氟泵系統運行功率遠小于壓縮機運行功率，能夠提高空調系統的能耗，實現空調系統的高效運行。
2.3.3氟泵單獨運行
當機房外部環境處于低溫時，空調系統可單獨運行氟泵系統。氟泵能效比高，可以節約機房空調制冷耗電量。當機房外部低溫，氟泵系統工作時不需要將冷媒的壓力進行大幅提高，因此空調的能耗也遠小于壓縮機工作時；當空調系統輸出制冷量相同時，氟泵的功率遠小于壓縮機功率。
3案例分析
3.1評估辦法及依據
從中國建筑環境分析專用氣象數據集中提取典型地區的氣象數據，根據這些氣象參數環境，計算全年的空調運行能耗數據。通過對比節能前原機房空調的能耗與節能后的能耗，估算改造的節能率。計算數據主要依據中國建筑環境分析專用氣象數據集及國家壓縮機制冷設備質量監督檢驗中心出具的第三方測試報告。
3.2機房空調概況
江蘇有線淮安分公司4樓機房共有6臺制冷量為58.5kW的海洛斯空調（采用5用1備形式）。空調設備于2013年底左右啟用，至今已有9年。目前，機房空調耗電量大，為了實現空調的節能，對機房6臺空調進行氟泵加裝改造。改造的空調位于4樓，室外機（12臺）位于機房同層室外兩棟樓之間，該空調為雙系統機組，雙壓縮機、雙室外機。為了最大化地實現節能，對該機型做了雙泵改造。從現場情況看，原有機組室外機全部位于4樓相鄰兩棟樓之間，水平安裝，泵柜安裝空間足夠。
3.3對機組改造后評估分析
針對江蘇有線淮安分公司中心機房中精密空調進行氟泵改造后的情況，可以做如下的節能理論分析。（1）了解機組相關信息?？照{型號為海洛斯P17UA；空調制冷量為58.5kW；顯冷量為55.1kW。（2）了解淮安地區全年溫度分布情況（按小時，數據來源于國家氣象網）。機房空調的實際運行能效和室外環境溫度相關。其中，風冷型與室外環境的干球溫度相關，水冷型與濕球溫度相關。（3）當室內回風工況為24℃、50%RH時，傳統機房空調與氟泵自然冷節能空調在室外環境溫度的不同溫度區間的典型能效比如表1所示。（4）以制冷量為58.5kW的機組為例，淮安地區傳統機房空調與氟泵自然冷節能空調全年不間斷運行時各溫度區間耗電量如表2、表3所示。其中，耗電量=制冷功率×運行小時數，制冷功率=空調總制冷量/能效比（5）由表2、表3可知，傳統機房空調全年耗電量為143989.31kW?h，氟泵自然冷節能空調全年耗電量為96585.65kW?h，故氟泵自然冷節能空調相對于傳統空調的節電量為47403.66kW?h。根據單臺機組節能率=氟泵自然冷相對于傳統空調節電量/傳統機房空調產品耗電量，可求得氟泵自然冷相對于傳統空調節能率為32.9%。
3.4節能分析
結合機房布局，按照《數據中心設計規范》要求，機房內空調為N+1配置，則機房內6臺空調中有5臺主用機，單臺機房空調全年總節電量約為47403.66kW?h，5臺機組全年運行節能數據約為47403.66×5=237018.3kW?h。假設1度電按0.8元測算，5臺機組全年可節省電費為237018.3×0.8=189614.64元。
4結語
廣電業務的快速拓展使機房能耗也出現了數量級的增加，如何實現機房節能減排已經成為各網絡公司不容忽視的問題。而機房空調的能耗又是機房能耗的主要組成部分，也是實施機房節能措施的重要環節。氟泵技術系統主要通過間接使用室外低溫空氣來實現機房制冷，有很好的節能效果。在進行機房空調系統改造時，可充分利用原空調系統的所有部件，這有效地保護了原有投資，減少了成本投入。綜合上述觀點，氟泵技術系統是現有機房空調系統進行節能改造很好的選擇，可在全行業大規模推廣使用。
參考文獻
[1]陳海東.氟泵節能空調的節能技術和效果分析[J].郵電設計技術,2014(12):83-86.
[2]周楓,齊丹丹.氟泵自然冷空調節能技術在上海電信機房的應用測試與分析[J].上海節能,2019(8):705-709.
作者：吳文忠 單位：江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司淮安分公司
