通信大楼双冷源专用空调节能运行方案分析

2012-09-25李毅

通信电源技术 2012年1期

李毅

（中国移动通信集团上海有限公司网络维护中心动力监控维护部）

0 引言

上海移动浦东通信大楼的建筑面积37 000 m2，其空调系统的组成分为中央空调系统和专用空调系统，中央空调系统三台离心式制冷机组总制冷量达4 800 k W。冷冻水系统末端设备是变风量空调机组和双冷源专用空调机组，分别担负着办公用房与通信机房的冷负荷。其中通信机房是采用双冷源的专用空调机组，数量为124台，总设计冷负荷约为5 400 k W。按照三台主机一台备机的运行方式，专用空调运行数量约为93台，总运行冷负荷为4 050 k W，由此可见整个空调系统能耗很大。在所有的空调设备中，制冷机组是主要用能设备，其中专用空调制冷机组是全年运行设备，它所占的空调能耗比例相当大。根据我部动力监控系统运行记录，夏季正常工作时，空调制冷设备运行总功率约为2 480 k W，按企业用电1千瓦／小时＝0.7元的用电费用来计算，空调机组制冷运行费用在1740元／小时。因此，采用合理的运行方案使通信大楼空调制冷能耗有效降低，对实现节能运行有着十分重要的意义。

在通信大楼空调系统的实际运行过程中，由于受气象条件等因素变化的影响，空调冷负荷也随外界温度的变化而变化，在多数运行时间里空调冷负荷应小于设计负荷。因此，2004年我部根据通信大楼空调负荷的全年变化特点，在部分季节里，合理调整空调系统制冷运行方案和空调机组的运行数据，有效地降低空调运行能耗，取得了良好的节能效果。本文着重对中央空调机组和双冷源专用空调机组运行特点的分析，探讨通信大楼双冷源制冷节能运行的方案，提出中央空调制冷机组与双冷源专用空调制冷机组在通信大楼组合制冷运行的实际意义。

1 通信大楼空调负荷的变化特点

通信大楼空调负荷主要来自围护结构传热、通信设备散热、太阳辐射得热、人员和照明以及新风负荷等，其中通信设备散热所占空调冷负荷的比例最大。这是由于通信机房的热量变化幅度大，通常要在10%～20%之间变动，通信设备所处工作状态不同所产生的热量也不同，所以通信机房要求空调机组必须全年制冷运行，使通信设备始终处于机房标准环境之中，保证设备稳定可靠运行。虽然通信大楼的负荷不同一般的楼宇，有其特殊性，但空调负荷的变化还是随着室外气象条件而变化的。表1是根据动力监控中心运行记录统计的2004年空调运行总电流与季节变化对应表：

表1 浦东通信大楼空调运行总电流与季节变化对应表

从表1可以看出：浦东通信大楼在夏季和秋季时空调耗电量最大，同时也是空调运行负荷最大的两个季节，同时也说明空调耗电量与空调负荷是成正比的。

2 双冷源专用空调两种制冷运行方式的能耗对比

双冷源专用空调机组内部分别有两个蒸发制冷盘管，一个是冷冻水表冷器，一个是氟利昻蒸发盘管。它可根据现场的实际使用要求，通过人工或智能选用冷冻水供冷和机组供冷的两种方式。冷冻水供冷方式需要中央空调提供适当温度的冷冻水进行供冷。机组供冷方式是指机组本身的氟利昻制冷系统进行供冷的方式。表2是一台海洛斯（HIROSS）46 UH双冷源专用空调机组的制冷能耗对比表。

表2 海洛斯46UH双冷源专用空调机组的制冷能耗对比表

从表2可以清楚地看到，一台双冷源专用空调制冷机组在相同的制冷量、不同的制冷方式运行下，分别产生的能耗是不一样的，设备运行费用也不同。在一定的空调负荷下，采用不同的制冷运行方式，空调的能耗比是不同的。显然，双冷源专用空调制冷机组在采用“冷冻水制冷”运行方式的能耗最低，运行费用也最低，若合理的采用此运行方式，通信大楼的节能效果明显。

3 影响专用空调机组冷冻水运行的关键因素

通信大楼空调系统中专用空调机组的能耗是空调系统运行的主要能耗，这是由于专用空调机组运行特点是全年运行的。只有降低专用空调机组的运行能耗，才能真正降低通信大楼的空调能耗。要达到此目的，就是合理的延长专用空调机组冷冻水制冷运行周期，使通信大楼大部分通信机房冷负荷由中央空调机组提供的冷冻水承担，降低专用空调机组使用压缩机制冷的频率，从而减少空调的运行费用。从专用空调机组实际运行效果来分析，专用空调机组的冷冻水运行方式主要受到以下几个关键因素的影响：

（1）室外气象条件和季节的影响。双冷源专用空调制冷机组在采用“冷冻水制冷”运行方式时，制冷所需的冷冻水是由中央空调制冷机组提供的，只有在中央空调制冷机组运行的时间段才能运行“冷冻水制冷”方式，也就是每年的4月中旬至11月中旬。因为中央空调制冷机组大多是水冷式的，制冷机组对设备的运行参数和室外气象条件有着严格规定。以特灵（TRANE）离心式机组为例，该机组在名义制冷工况下运行时，其冷却水进水温度为32℃，出水温度为37℃，温差5℃，当冷却水低于18℃时，是禁止机组运行的。所以双冷源专用空调制冷机组在使用“冷冻水制冷”运行方式时，就会受中央空调制冷机组开机运行条件的约束。

（2）中央空调冷冻水供水温度对专用空调冷冻水制冷量的影响。假设冷冻水表冷器进口空气干球温度为27℃，湿球温度为19.5℃，迎面风速为2.5 m／s，水流速度为1.5 m／s，计算不同冷冻水温度下的冷冻水表冷器制冷量，结果如表3所示。

表3 表冷器冷冻水温度与制冷量计算对照表

假定供水温度为7.0℃时的供冷量为Q，图1给出了供水温度对制冷量的影响情况。根据图1可以得到以下结论：1）冷冻水温度与制冷量分阶段呈线性关系。2）通过调节冷冻水温度调节制冷量。

图1 冷冻水温度对制冷量的影响

在实际双冷源专用空调运行过程中，以海洛斯机组为例，要达到机组冷冻水制冷量为55 k W，机组冷冻水进水温度必须是7.0℃，出水温度为12℃，冷冻水流量为3.43 L／s。也就是说中央空调机组的冷冻水供水温度不得低于7.0℃，这样才能达到海洛斯机组的冷冻水名义制冷量，以满足专用空调机组制冷运行的要求。

4 综合运行和维护方案

4.1 专用空调系统双冷源制冷运行方案

此空调运行方案适用于每年的4月中旬至10月中旬期间，具体方案如下：

（1）浦东通信大楼中央空调机组共有三台特灵离心式制冷机组，制冷量分别是二台1 750 k W和一台1 225 k W，总制冷量为4 800 k W。

（2）增加中央空调机组运行数量的方式：先运行一台中央空调制冷量为1 750 k W的特灵离心机组，对专用空调机组提供6℃～7℃的冷冻水。若热负荷量增大，中央空调冷冻水供水温度大于8℃，特灵离心机组运行电流百分比达90%时，可以增加一台制冷量1 225 k W的特灵离心机组；若冷负荷再增大，可以增加一台制冷量1 750 k W的特灵离心机组。不同制冷量机组可以根据通信大楼冷负荷变化而自由组合供冷量，以满足通信机房冷负荷的变化和需求。

（3）人工对双冷源专用空调机组进行设置，将机组设置为“双冷源运行方式”。

从立法目的的角度看，理论界和实务界的共识是，专利权人同意而首次售出相关产品后，其利益即已经实现，专利权用尽规则的目的是为了防止其“二次获利”。从这个角度讲，无论专利权人同意售出的是专利产品、依据专利方法直接获得的产品、专用于执行专利方法的产品还是专用于制造专利产品的零部件，他在第一次售出后都已经获得了利益。如果对某些商品不允许其之后再主张专利侵权而二次获利(例如专利产品、依据专利方法直接获得的产品)，而对另一些商品(例如专门用于执行专利方法的产品、专门用于制备专利产品的零部件等)却允许其之后再次主张专利侵权而“二次获利”，这显然没有合理的理由，也不符合真正的立法目的。

（4）将专用空调机组相对湿度设定值由50%改设为55%，以减少机组压缩机的运行台数和次数（因为机组除湿是由压缩来承担的）。

（5）由动力监控中心，观察特灵离心机组的运行情况和通信机房冷负荷的变化状况，以便做出相应的空调运行方案调整。

在4月中旬至10月中旬期间，上海地区的室外平均温度和相对湿度变化大，通信机房的余热量和余湿量较大。这时将双冷源专用空调机组设置为“双冷源运行方式”，使机组自动选择“冷冻水制冷运行”和“压缩机制冷运行”的方式，以控制通信机房的温湿度，以达到通信机房的环境要求，从而有效降低专用空调机组的运行能耗，达到空调机组节能运行的目的。

4.2 专用空调系统冷冻水制冷运行方案

此空调运行方案适用于每年的10月中旬至12月中旬期间，具体方案如下：

（1）运行二台中央空调制冷量为1 750 k W的特灵离心机组，对专用空调机组提供6℃～7℃的冷冻水。若冷负荷量减少，特灵离心机组运行电流百分比小于30%时，可以减少一台制冷量为1 750 k W的离心机组。若冷负荷小于1 750 k W时，可以运行一台制冷量为1 225 k W的离心机组。以满足通信机房冷负荷的变化和需求。

（2）人工对双冷源专用空调机组进行设置，将机组设置为“冷冻水运行方式”，并开启所有通信机房专用空调主备机组，对通信机房供冷。

（3）将专用空调机组相对湿度设定值由55%改设为50%，以减少机组加湿器的运行次数，降低加湿器的运行能耗。

由浦东通信大楼动力监控中心，观察特灵离心机组的运行情况和通信机房冷负荷的变化状况，以便做出相应的空调运行方案调整。

在9月中旬至12月中旬期间，上海地区的室外日夜温度变化较大，相对湿度较低，此时通信机房的显热负荷较低，湿负荷也较低。通过将双冷源专用空调机组设置为“冷冻水制冷运行”，可以满足通信机房的温湿度要求，大大降低专用空调的运行费用。

5 方案对比

以2004年空调系统夏季运行的三种方案进行对比，以下空调运行数据是由动力监控中心采集并进行整理，具体数据如表4。

表4 浦东通信大楼空调系统运行方案费用对比表

从以上三种空调运行方案的统计费用可以直接看出，“冷冻水制冷运行方案”的运行费用最低，但此运行方案只适用于每年的10月中旬至12月中旬期间，有其局限性。与“压缩机制冷运行方案”相比运行费用可以节约783.37元／小时，二个月的运行时间可以节约112万元。“双冷源制冷运行方案”运行时间长，该方案对通信机房冷负荷变化的应变力强，并且空调系统运行稳定可靠。与“压缩机制冷运行方案”相比运行费用可以节约671.3元／小时，以每年4月中旬至10月中旬的运行时间来计算，六个月的运行时间可以节约290万元。所以“双冷源制冷运行方案”与“冷冻水制冷运行方案”可以根据季节的变化，合理选用空调系统运行方案，既能达到目的，又能使空调运行费用降低，以获得良好节能效果。

6 改进建议

笔者在从事空调系统运行工作中，一直在思考着中央空调制冷机组在南方室外气象条件不利的条件下是否可以正常运行？这样使中央空调的节能和综合应用就更加全面，而不仅仅局限于温度较高的夏季和初秋。中央空调正常运行的条件，主要是取决于：

（1）中央空调机组对运行参数的要求。

（2）中央空调系统冷负荷量的大小。

中央空调机组就特灵离心式机组而言，决定其正常运行的参数主要是冷却水的温度和润滑油的温度，而润滑油的温度可以由机组本身调节的。因为冷却水的温度是随着室外气温的变化而变化的，对于冷水机组来说，冷却水的温度决定了机组的冷凝压力，冷凝压力过高或过低都会引起离心式机组喘振。所以，当离心式冷水机组在气温较低或非常低的季节运行时，应进行相应调整，具体调节的方法有以下几个方面：

（1）应适当减少投入运行的冷却塔台数，关闭冷却塔风机，以便提高冷却水的进水温度和流量。

（2）在冷水机组冷凝器进出水管路，增加冷却水旁通管和流量调节阀，将一部分从冷凝器出来的冷却水经旁通管和流量调节阀引入其冷凝器进水管，进而提高机组的冷凝压力。

（3）通过调节冷凝器进水管阀门，减少冷却水的流量，提高机组的冷凝压力。

当然机组的蒸发压力对于机组正常运行也是至关重要的，而机组蒸发压力的高低，主要是由中央空调系统冷负荷的大小和冷凝压力来决定的。其中系统冷负荷的大小控制可以通过增加投入运行双冷源专用空调的台数来控制，因为通信机房的设备发热量大，所以要求专用空调全年制冷运行，所需的冷负荷也较大，这是很重要的外部条件，也正是中央空调应用的主要目的和重要条件之一。