通信机楼部分水蓄冷研究

郭彦玲

（广东省电信规划设计院有限公司 广州 510630）

通信机楼部分水蓄冷研究

郭彦玲

（广东省电信规划设计院有限公司 广州 510630）

以一幢建筑的通信机楼的空调系统为研究对象，提出了水蓄冷空调系统的设计方案，通过具体的投资估算和使用该水蓄冷空调系统后的节约电费情况的对比，可知仅需两年半的时间就可以收回成本，因此，该水蓄冷空调系统的设计具有显著的经济效益及社会效益。

水蓄冷；设计；经济性；空调

引言

由于传统“即制即用”的空调系统的普及，使得城市电网高峰用电日趋紧张，夜间低谷“窝电”现象日益严重。80年代初，一些发达国家针对电网出现的这一矛盾开发成功空调蓄冷系统，将空调高峰用电转移到低谷用电，既可缓解高峰电力不足，又可利用夜间气温低、制冷单耗小的有利因素节约用电，为中央空调的合理用能找出了一条有效途径。中央空调采用蓄冷系统的原理为：利用夜间电网多余的谷荷电力继续运转制冷机制并以不同的媒体状态与形式储存起来，在白天用电高峰时将冷量取出提供空调服务，从而避免中央空调争用高峰电力。最常见的储冷空调主要有两大类：即水蓄冷和冰蓄冷。有关资料表明，水蓄冷的储能转换效率高达90%，比其它几种储能技术转换效率高10～25%，其具有投资省，技术要求低，维修费用少，可靠性高等优点，实现全削峰时造价远低于冰蓄冷全削峰时造价[1]。因此，采用水蓄冷技术不但可节约电费，还可改善安全性。本文以一幢通信机楼的空调系统为研究对象，提出水蓄冷空调系统设计方案和运行策略，并与常规空调系统进行了经济性分析和比较。

1　水蓄冷原理

水蓄冷就是利用水的显热进行冷量储存[2]。具体来讲，就是利用4～7℃的低温水进行蓄冷。这种蓄冷方式优点是：节省投资，技术要求低，维护费用少，可使用常规空调制冷机组。

水蓄冷技术适用于现有常规制冷系统的扩容与改造，可以在不增加或少增加制冷机容量的情况下提高制冷能力。另外，水蓄冷系统可利用消防水池、蓄水设施或建筑物地下室作为蓄冷槽，从而进一步降低系统的投资，提高系统经济性。

水蓄冷系统分为自然分层蓄冷、多槽式蓄冷、隔膜式蓄冷三种类型。

2　系统设计

2.1工程概况

某通信机楼数据中心一期工程包括IDC机房和配套动力中心两个单体建筑，总建筑面积约为17571.86m2。IDC机房楼地上4层，建筑面积为14898.27m2，建筑总高度为23.6m（室外地坪至屋顶结构面层高度）；动力中心地上2层，建筑面积约2673.59m2。建筑总高度15.3m（室外地面至屋顶结构面层高度）。

空调主机选用1100RT的离心式冷水机组，冷冻水进水温度12℃、出水温度7℃，冷却水进水温度32℃、出水温度37℃。近期安装3台（2用1备），远期安装4台（3用1备）。此外配有相应的冷冻水泵、冷却水泵、补水泵、冷却塔、水处理设备等，其中冷却塔放置在屋面，其他设备放置在一楼的冷冻站内。

2.2数据中心机房现有条件

2.2.1供电局电价政策

为鼓励调峰用电，充分利用现有的电力资源，东莞市提出了一系列的鼓励措施，如推行峰谷分时电价政策，分时电价如表1所示。

表1　蓄能峰谷分时电价表

2.2.2机房使用状况

（1）按初步设计：各楼层通信设备布置数量如表2所示。

表2　各楼层通信设备布置数量

（2）预估的各年度机柜投入使用情况如表3所示。

表3　预估各年度机柜投入使用情况

2.3水蓄冷系统设计

水蓄冷是对空调系统低谷用电时间内，充分蓄冷以便获得更多的廉价冷量，因此要增加蓄冷主机及蓄冷水箱，增加一次性投资，但可以获得运行费用的节约，根据很多工程实例的总结，我们认为当峰谷电价比为2.5时推荐使用蓄冷技术，当峰谷电价比为3.0以上时强烈推荐，本工程峰谷电价比为3.14，可放心使用蓄冷技术。

蓄冷水箱可考虑要作冗灾系统，提高制冷系统的安全性，板换要加大（因瞬时放冷量加大），共3台板换及泵和管路系统。经当地消防局许可，可与消防水池共用，此项原因可减少投资。（因冗灾所需体积较小，水池可划分两个，其中一个与消防共用）因此回收期可缩短。蓄冷系统基本设计指标如表4所示。

表4　蓄冷系统基本设计指标

本设计的总体水蓄冷系统流程图如图1所示。

图1　水蓄冷系统流程图

2.4水蓄冷系统经济性分析

制冷主机4台，3用1备，可实现满负荷时高峰期时段可使用谷期所蓄的冷量。按该设计，不需要增加主机数量，只需要建设一个3300m3的蓄冷池，增加蓄冷泵、放冷泵及板式换热器，根据目前情况，将蓄冷池建在室外空地或在建筑物地下设水池。蓄冷温度4～5℃，尽量减少水池体积，减少一次性投资。

按目前的模型考虑，节约电费情况如表5所示。

表5　节约电费情况说明

本方案投资估算如表6所示。

表6　投资估算

由表5可知，每年节约电费240.42万元，由表6可知该项目投资为626万元，因此，收回成本仅需要大约两年半的时间。

2.5安全性分析

当机房两路市电停电且部分油机故障不能开启时，按机房各期设计，UPS电源可以供电1h，开关电源可供电3h。此时，可通过小容量移动柴油发电机组对放冷泵和精密空调供电，实现部分空调的继续工作，保障重要通信机房或者重要IDC机房在紧急状态下的运行。

3　结语

在整个建筑能耗增加中，空调系统占有非常关键的部分，尤其是通信行业的设备机房，其用电量日趋增大，有着很大的节电和环保改善潜力。

空调系统设计主要考虑节能和节省运行费用两个方面，数据中心是耗能大户，采用水蓄冷技术虽然不能节能，但在平衡电网峰谷负荷及节省运行费用方面有着重大意义，在实际工程设计中，我们已经成功运用水蓄冷技术，首次增加的投资在4年左右能全部收回，从数据中心主要设备15年的使用寿命看，有着巨大的经济效益，在峰谷电价大的地区值得推广。

通信机房内空调系统的能耗占约45%，而空调系统的设计形式是否恰当直接影响空调系统的能耗大小。所以从机房设计一开始就要对空调系统重视起来，选择合适的空调系统形式和送风形式，最大程度地节省电能，响应国家的节能政策，以减轻企业运行维护负担和机楼对环境的压力，向绿色节能建筑发展。

[1]王峥.水蓄冷空调系统设计及经济性分析[J].华北电力大学学报，2007，34（2）：130.

[2]于航，渡边俊行.大温差水蓄冷空调系统的工程应用实例[J].暖通空调，2002，32（3）：66～69.

TU83

A

1673-0038（2015）34-0259-02

2015-6-10

郭彦玲（1986-），女，助理工程师，硕士，主要从事暖通空调设计工作。