精密空調(diào)接管 影響數(shù)據(jù)中心空調(diào)室外機散熱的因素有哪些？怎么解決？怎么看這里

精密空調(diào)室外機散熱影響因素

(1）室外機安裝方法

由于數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃位置多為區(qū)域化和集中式，室外機安裝多分布在樓層，放置在室外集中區(qū)。安裝示意圖分別如圖1和圖2所示。在首層或相鄰樓層（建筑凹槽、設備夾層、避難層等）的狹小空間內(nèi)，集中設置多位于建筑屋頂、塔臺區(qū)域等。

對于安裝在地板上的室外機，由于大部分機房后期擴建，安裝空間內(nèi)的室外空氣密度過大，容易造成氣流短路循環(huán)，或從機房排出的熱風。下層設備容易被上層設備吸入，使冷凝器散熱困難，導致系統(tǒng)高壓停機，影響安全；如果地板上的室外機一側(cè)靠墻，另一側(cè)出風口，新風側(cè)很容易被建筑物的外部裝修（百葉窗等）擋住，容易造成進入冷凝器的空氣不足。; 如果室外機排成一排，會導致進風競爭現(xiàn)象，而遠離出風口的端部空間的風量會更小除濕機品牌，散熱問題會更嚴重。鳥上樹教育暖通設計老師杜。

對于設置在室外集中區(qū)域的室外機，由于建筑平臺周圍存在高女兒墻、散熱空間不足等障礙物，夏季運行時室外機周圍局部溫度會升高，會影響冷凝器的熱交換。嚴重時還會產(chǎn)生高壓關斷保護。

(2）戶外操作條件

一般情況下，設備制造商標準室外冷凝器設定的室外環(huán)境溫度為35℃。在全球變暖的氣候條件下，我國不少地區(qū)夏季室外溫度可達40℃以上。由于環(huán)境溫度的升高，室外機的散熱能力下降，冷凝溫度升高。嚴重時會出現(xiàn)高壓報警，導致空調(diào)系統(tǒng)無法正常工作。研究表明，室外機進風溫度每升高1℃，空調(diào)系統(tǒng)的COP下降約3%。當進風溫度超過45℃時，會嚴重影響空調(diào)系統(tǒng)的正常運行。

表1為不同冷凝溫度下R22制冷劑理論制冷循環(huán)的熱力學計算結(jié)果。雖然是單制冷系統(tǒng)（R22））的計算結(jié)果，但仍適用于直膨式制冷循環(huán)系統(tǒng)。由此可見，保證系統(tǒng)的冷凝溫度在正常工作范圍內(nèi)，對于系統(tǒng)的改進是非常重要的。冷卻效率和降低能耗具有非常重要的作用。

此外，由于夏季主導風向的影響，水平安裝在同一樓層的室外機會增加室外機排風口的背壓。特別是在高層建筑中，當室外環(huán)境風速較大時，室外機將難以排氣，甚至可能被排氣。出現(xiàn)回流現(xiàn)象，導致冷凝器冷卻效率下降，甚至系統(tǒng)高壓停機。

(3）室外冷凝器盤管污染等級

由于數(shù)據(jù)機房的特殊性，精密空調(diào)需要連續(xù)運行365d×24h。制冷系統(tǒng)長期運行，冷凝器盤管內(nèi)壁自然會附著一層熱阻油膜；另外，由于室外氣候的影響，盤管的外部散熱片較大。如果該區(qū)域積塵，或長時間日曬雨淋，盤管表面的散熱翅片會不同程度腐蝕，導致冷凝器的熱交換效率急劇下降，甚至散熱效率下降40%除濕機廠家，最終導致機房。空調(diào)制冷量下降，室外風扇耗電量增加，

室外機散熱不良對空調(diào)制冷系統(tǒng)的影響

(1）機組冷凝壓力升高，壓縮機耗電量增加，制冷效率降低

機房空調(diào)室外機散熱不良，無法有效冷卻制冷系統(tǒng)中的循環(huán)制冷劑，導致冷凝溫度和冷凝壓力升高，系統(tǒng)制冷循環(huán)偏離實際設計條件，進而導致制冷效率下降。圖3是系統(tǒng)冷凝壓力升高時制冷循環(huán)的壓力和焓對比圖。

從圖3可以看出，當冷凝壓力從P1上升到P2時，制冷量從h1下降到h2，壓縮機功耗從h1上升到h2，導致系統(tǒng)制冷效率下降。

(2）系統(tǒng)液體過冷度無法保證，冷卻系數(shù)降低

在實際制冷循環(huán)中，冷凝器的設計和選型往往是根據(jù)極端環(huán)境條件進行的，冷凝面積大于設計要求，人為造成一定程度的過冷。節(jié)流前液體的過冷度越大，節(jié)流后的干度越小，循環(huán)的單位制冷量越大，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)越大。如圖4所示，理論循環(huán)和過冷制冷循環(huán)的具體功相同，過冷循環(huán)的單位制冷量增加，制冷系數(shù)增加。

正常情況下，冷卻空氣通過冷凝器后的溫升為5℃~10℃。如果冷凝器的進排氣溫差達到8℃~10℃，制冷系統(tǒng)保證3℃~5℃的溫度就足夠了。過冷。當室外機散熱不足時，冷凝器進風溫度過高，無法保證液體過冷，降低了系統(tǒng)的冷卻系數(shù)。

(3）壓縮機排氣溫度升高，冷凍機油老化，壓縮機壽命縮短

由公式（1）可知，室外機散熱不良容易導致冷凝壓力升高，壓縮機壓力比（壓縮機吸氣與排氣壓力之比）升高）除濕機廠家，最終使壓縮機偏離等熵，壓縮程度增加，導致壓縮機排氣溫度升高。

式中：T1、T2為壓縮機吸排氣溫度，P1、P2為壓縮機吸排氣壓力，k為工藝指標。

隨著壓縮機排氣溫度的升高，系統(tǒng)循環(huán)中冷凍機油的溫度也會升高。冷凍機油在系統(tǒng)中長期高溫循環(huán)會加速其碳化變質(zhì)，降低潤滑性能，造成部件嚴重磨損，從而縮短壓縮機的使用壽命，嚴重時壓縮機會燒壞。同時，碳化變質(zhì)的潤滑油容易附著在制冷系統(tǒng)中各換熱設備盤管的內(nèi)壁，導致其傳熱性能下降，降低空調(diào)制冷能力。 .

因此，室外機散熱不良，對空調(diào)系統(tǒng)的部件和機房的安全運行都極為不利。同時，在夏季高溫條件下，也增加了機房運維人員的維護時間和成本。如果人員檢查不到位或問題處理不及時，可能會導致系統(tǒng)故障報警，嚴重時可能發(fā)生機房服務器高溫關機事故。因此，改善室外機的散熱條件具有重要意義。

解決方案

(1）布局方案優(yōu)化

CFD 仿真技術是目前業(yè)界用于仿真和優(yōu)化熱管理解決方案的最佳方法。工程中多臺室外機集中布置精密空調(diào)接管，室外機排風沿周圍障礙物（墻壁、裝飾格柵等）形成熱疊加效應，造成設備散熱不良的現(xiàn)狀，采用CFD仿真技術對空調(diào)室外機周圍的熱環(huán)境進行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化設備布置方案。

室外機布置方案的優(yōu)化主要包括以下幾種形式：

1）外機搬遷：場地條件允許的情況下，將空間內(nèi)的部分空調(diào)外機移至有效連接距離內(nèi)的其他位置，將大容量機組放置在外區(qū)，增加外機布置空間之間，使室外機分散安裝，保證排風順暢。

2）優(yōu)化建筑出風口結(jié)構(gòu)：對于被立面裝飾結(jié)構(gòu)遮擋的室外機，將立面換氣百葉改為格柵出風口，格柵出風口通風面積不小于70%降低通風阻力；有條件的情況下，可直接拆下室外機出風口蓋板，加強空氣流通，充分利用自然風為室外機進行熱交換。

3）安裝方式：水平安裝受限時，室外機可垂直堆疊，分層安裝，錯層安裝，減少氣流短路。

(2）加強室外機散熱

室外機布局方案的優(yōu)化只是改善通風條件，能達到的散熱效果比較有限。因此，需要采用其他技術手段來達到加強散熱的目的。目前，機房空調(diào)改造中加強室外機散熱的常用方案主要有噴水、霧化噴淋、濕膜換熱等技術手段。

1）噴水主要用于夏季高溫季節(jié)。是目前最傳統(tǒng)的方法。成本低，見效快，具有一定的節(jié)能效果。但耗水量大，長期使用噴水會造成室外機散熱片腐蝕老化，降低機組壽命。因此，本方案主要作為空調(diào)室外機降溫的應急措施，保證機組正常運行。

2）霧化噴霧冷卻是將軟化水加壓，利用霧化噴嘴將自來水完全霧化，產(chǎn)生3m～10m的細小液滴，吸熱降溫冷凝器周圍環(huán)境，減少室外空氣污染。機器進風溫度與恒焓加濕降溫相近。噴淋系統(tǒng)主要由外部供水系統(tǒng)、噴水冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。外部供水系統(tǒng)包括水處理系統(tǒng)、供水泵、調(diào)節(jié)閥和管道系統(tǒng)。系統(tǒng)原理圖如圖5所示。

霧化噴淋系統(tǒng)通過水處理系統(tǒng)降低自來水中的Ca2+、Mg2+等元素，減少冷凝器散熱片表面水垢的產(chǎn)生；此外精密空調(diào)接管，霧化水從液態(tài)到氣態(tài)的物理相變所吸收的汽化潛熱很遠。吸熱遠超過水溫升，熱交換大大提高，可在短時間內(nèi)將冷凝器進風口空氣局部冷卻2℃~5℃。與常規(guī)噴水系統(tǒng)相比，耗水量少，幾乎沒有失水。目前廣泛應用于中小型機房改造，節(jié)能效果顯著。

3）濕膜換熱是一種非接觸式換熱系統(tǒng)，主要由接水盤總成、濕膜總成、供水系統(tǒng)、補水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。圖 6 顯示了器件結(jié)構(gòu)的原理。其冷卻原理類似于封閉式冷卻塔。水箱中的低溫自來水通過循環(huán)水泵送入濕膜裝置頂部的配水管。熱交換，水分子蒸發(fā)吸熱，有效降低了冷凝器進口處的進氣溫度。熱交換后的高溫水通過底部出水管返回水箱，形成閉環(huán)，不浪費水資源。

實踐證明，濕膜換熱系統(tǒng)預冷后，室外機進風溫度可降低4℃～10℃，有效降低精密空調(diào)機組的冷凝溫度，大大降低了整個機組在夏季高溫環(huán)境下的能效衰減率。. 由于水霧不與翅片直接接觸，該方案解決了噴水、霧化噴霧中冷凝器翅片氧化腐蝕的問題，還可以達到提高冷凝換熱效率的效果。對于室外機集中安裝或散熱不良的機組，可大面積應用。

(3）系統(tǒng)改造

上述方案并沒有改變原有的制冷系統(tǒng)，也不能徹底解決室外機大規(guī)模布置造成的局部熱島效應問題。系統(tǒng)改造方案主要包括風冷冷凝器水冷改造和室外機風道系統(tǒng)改造。

1）風冷式冷凝器水冷改造是在原有風冷空調(diào)系統(tǒng)的基礎上，串聯(lián)一組水冷管殼式冷凝器。改造后的空調(diào)系統(tǒng)以水冷為主，風冷系統(tǒng)作為輔助冷凝器。系統(tǒng)改造原理如圖7所示。先進的冷媒冷凝器，再到管殼式換熱器，可實現(xiàn)由低到高的逐級換熱，充分發(fā)揮兩者的換熱能力.

對空調(diào)系統(tǒng)進行水冷改造，不僅解決了原有風冷系統(tǒng)散熱不良的問題，還降低了壓縮機因散熱不良而導致的能耗。同時，原風冷系統(tǒng)可作為備用輔助冷卻裝置，提高新增冷凝系統(tǒng)的安全性。除了達到節(jié)能效果外，機房空調(diào)系統(tǒng)的安全性也得到了提升。

2）優(yōu)化室外機風道系統(tǒng)的一般做法是安裝封閉的隔板或?qū)Я髡郑黾邮彝鈾C的導風管，將狹窄空間內(nèi)的熱風導流到室外戶外; 或為某些室外機使用軸。流風機的強制對流增加了室外機的通風量，降低了冷凝器的排氣阻力。該方案主要針對多臺室外機集中放置在同層陽臺或夾層中。需要根據(jù)現(xiàn)場情況制定解決方案，適用范圍小。

節(jié)能分析

以海南某機房室外機水冷改造為例，對室外機散熱問題的解決方案進行節(jié)能分析。該機房共安裝了6臺風冷機房空調(diào)，設備已運行5年以上。從以往的運行情況看，由于海口夏季氣溫較高，冷凝器的通風散熱效果并不理想，主要是壓縮機在夏季排氣。氣壓高，壓縮機能耗大，能效低，高壓保護易影響正常安全運行。設備信息表如表2所示。

(1）水冷改造后壓縮機節(jié)能分析

由于原風冷系統(tǒng)通風散熱不良，夏季冷凝器散熱片腐蝕老化，壓縮機排氣高壓達到約（約21公斤/厘米）。kg/cm)，查看F-22的壓焓圖，夏季壓縮機的功耗會降低15%~20%，原理見R22壓焓圖（圖8）@ >）。

假設機組室內(nèi)蒸發(fā)器工況相同，均為5.5 bar，對比不同冷凝工況下壓縮機的耗電量：

A點為壓縮機吸入工況：5.5 bar（絕壓），A點焓值=410 kJ/kg。B點為水冷工況，壓力機高壓為17bar（絕壓），B點焓值=445kJ/kg。C點為空冷工況，壓力機高壓為22bar（絕壓），C點焓值=440kJ/kg。

在水冷條件下，單位質(zhì)量R22制冷劑所消耗的壓縮功=hB-hA=440-410=30kJ/kg。

在空冷條件下，單位質(zhì)量R22制冷劑所消耗的壓縮功=hC-hA=445-410=35kJ/kg。

水冷式壓縮機與原風冷式壓縮機功耗對比：(30/35)×100%=85%.

水冷改造后，壓縮機夏季用電量可降低至原來的85%，比原來的風冷減少15%。

夏季空調(diào)壓縮機在風冷條件下功率約為9千瓦，改水冷后可節(jié)省約1.35千瓦。夏季時間按 90 天計算。水冷改造后，一臺壓縮機可節(jié)電1. 35 × 24 × 90 = 2916 kW·h，如果壓縮機在夏季同時運行，80%的系數(shù)，年總節(jié)電6 臺空調(diào)和 12 臺壓縮機的功率為 2916 × 12 × 80% = 27993 kW·h。

(2）原風冷系統(tǒng)水冷改造后的節(jié)能分析

原機一臺室內(nèi)機配備兩臺獨立風冷冷凝器，六臺空調(diào)配備12臺風冷冷凝器。消費信息如表3所示。

從表3可以看出，水冷系統(tǒng)比風冷節(jié)電5.5kW，因此改造后年總節(jié)電5.5×24×360=47520 kW· H。

綜合以上計算分析可知，本項目室外機水冷系統(tǒng)改造后，6臺空調(diào)年節(jié)電約47520+27993=75453千瓦·小時。散熱問題的解決對于機房的節(jié)能和機房設備的安全都有很大的貢獻。

綜上所述

綜上所述，目前的風冷機房空調(diào)大多存在室外機散熱不良的問題，不僅影響整個數(shù)據(jù)中心的安全運行，還會造成一定的能源浪費。因此，針對該問題提出以下解決方案：

1）室外機布局方案優(yōu)化：通過CFD仿真模擬室外機熱環(huán)境，有針對性地優(yōu)化方案，如設備安裝形式、室外機位移、建筑出風口結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。這個方案只是單一的改善通風條件，能達到的散熱效果比較有限，需要根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整。

2）加強室外機散熱條件：通過噴水、霧化噴淋、濕膜換熱等技術手段，使室外機進風溫度和機組冷凝溫度達到減少，提高了機組的運行效率。在這種方案中，噴水會消耗大量的水，會對冷凝器翅片造成腐蝕。一般作為應急措施，霧化噴涂和濕膜換熱技術降溫效果好，改造成本低，可局部大規(guī)模應用。

3）系統(tǒng)改造：通過風冷冷凝器水冷改造和室外機風道系統(tǒng)改造實現(xiàn)。其中，風冷式冷凝器的水冷改造不僅改善了冷凝條件，而且大大提高了機房空調(diào)系統(tǒng)的安全性。風管系統(tǒng)的改造需要根據(jù)現(xiàn)場情況制定方案，只適用于一些特定的場所。

最后，通過水冷系統(tǒng)改造的節(jié)能效益分析可以看出，改善室外機散熱對數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果顯著。因此，針對數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)室外機的散熱問題，需要根據(jù)項目特點綜合比較各種方案的性能。可行性、改造成本和合理化的適應性改造。

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