通信机房氟泵空调模式转换与运行优化研究

【摘要】    本文主通过对上海某公司的通信机房氟泵改造项目，通过对提取数据的研究，发现氟泵系统三种模式转换的影响因素，对机房后续运行提出一定优化方案。

【关键词】    通信机房    氟泵改造    优化

引言：

近些年，通信机房能耗问题引起了各方关注，而在机房能耗架构中，制冷系统所占的比重达到40%[1]，随着社会对数据中心的巨大的能耗问题持续关注，对于机房制冷系统的节能改造迫在眉睫。对精密空调进行氟泵改造成为了降低数据中心功耗的手段之一，现如今，氟泵空调厂家都采用“双擎三模”的方式，即采用压缩机和氟泵作为动力源，工作模式有纯泵模式、混合模式、压缩机模式，在不同温度环境下切换工作模式，可以最大利用自然冷源。但是，在改造后，该机房的空调的节能性迟迟无法达到预期目标，因此，根据分析从该数据机房空调系统中提取出的运行数据，判断其模式转换的影响因素，对机房后续节能运行提供一定的优化方案。

一、机房介绍及模式转换判断条件

1.1 机房介绍

本文所研究的机房位于上海某公司大楼五层，该机房属于老式机房，机房内共配备10台精密空调，单台设备制冷量为70kw，采用下送风，上回风设计。由于该机房的特殊建筑结构和机房负载分布极不均匀，机房平面图如图1所示，该机房同时存在局部热点和局部冷量过剩的问题，整体房间制冷系统功耗居高不下，为了降低功耗，该公司对该机房所有空调进行了氟泵改造。

该机房空调设定回风温度24℃，设定回风温度区间为3℃，机房内单台空调具备两套完整系统，即制冷系统1和制冷系统2，空调启动情况如表1所示。

1.2 氟泵模式转换条件探究

1.2.1 提取的数据介绍

利用存储设备可以从空调导出一周内的空调运行状态，运行状态每半分钟记录一次，得出的数据如图2所示。其中系统模式0、1、2、3分别代表空闲，纯压缩机，混合模式，纯氟泵工作模式。

1.2.2不同模式转换条件

通常认为，空调运行模式会根据室外温度的变化自动调节：

1.纯泵模式，当外界温度大致低于-5℃，便可以氟泵单独启动。

2.混合模式，当外界温度大致在-5℃～25℃之间。

3.压缩机模式，当外界温度大致在大于25℃时。

但是氟泵空调的转换条件并不是如此簡单，在无法得到具体的模式变化依据的前提下，可以通过分析数据，大致推测出氟泵空调的模式转换逻辑。

1.2.3 数据分析处理

1.压缩机启停条件

由于数据庞大，可以采取每12小时提取一次取该数据进行分析。图3图4分别为12小时内空调模式变化图和回风温度变化图，可以发现以下情况：①压缩机停机后，回风温度≥回风温度+回风温度精度/2，压缩机重新启动。在系统稳定后，进入工作模式2（混合模式），当温度持续稳定在设定温度（24℃）时，压缩机停机。 ②存在回风温度低于设定温度24℃仍然继续运行的情况，说明该空调冷量过剩，通过图4可以看出，压缩机运行后最短的启动持续时间为10min，所以即便存在冷量过剩问题，但是压缩机仍会继续启动，直至开机10min。这种情况可能是系统为了保障压缩机的寿命，减少压缩机频繁启动而设计的是用最短时间。

2.氟泵启停条件

按照上述方法，发现氟泵停机后，若回风温度≥回风温度+回风温度精度/4，氟泵重新启动，进入工作模式3，当回风温度≤设定回风温度的时候，氟泵停机。氟泵启动情况示意如图5所示。

3.压泵模式情况

压泵模式主要起到增压的作用[2]，减少压缩机制冷冷凝压力，通过图6可以发现，当压缩机冷凝压力达到一定高度时，氟泵起到减少压缩机冷凝压力的作用，由热力学原理可以得出，冷凝压力降低可以降低系统能耗[3]。

4.特殊启停情况

通过对数据分析处理，发现存在特殊的双氟泵共同工作的情况，该空调系统包含两套氟泵空调系统，绝大多数数据显示系统1或者系统2单独运行，但仍存在在系统1（系统2）启动时，另一系统的氟泵自动开机的情况，如图7所示，此时系统1为主要的工作系统，通过该数据发现，回风温度已经≥回风温度+回风温度精度/2，按照正常情况下应当启动压缩机，但是系统判定启动了2号氟泵系统，所以应该还有除了回风温度以外的其他控制条件。

通过对比图1和图7启动压缩机和启动双氟泵的冷凝压力发现，在本案例中停机后再次进入压缩机工作模式冷凝压力需要>6.5，如果单台氟泵无法满足制冷需求，此时冷凝压力>6.5则启动压缩机制冷，冷凝压力<6.5，则启动启动第二台氟泵。由于冷凝压力主要受到安装氟泵管道的长度、弯度以及室外散热效果影响，所以判定点不同。

二、结论与建议

通过研究可以得出回风温度和冷凝压力为影响氟泵系统工作的两个主要方面，其中回风温度主要影响到压缩机和氟泵的启动停机情况，冷凝压力主要影响到三种模式的转换，而冷凝压力受到管道长度和散热情况的影响，所以会出现在理论温度条件下无法启动节能模式情况。

机房后续节能运行的建议：

1.由于提取数据的机房属于低载运行，采用的空调为定频空调，通过对压泵模式的耗电量记录，发现压泵模式节能效果一般，定频空调压缩机启动，耗能基本不变，而且机房空调长期处于低载运行，负载情况难以满足空调出现最佳能效比的条件。所以建议在过渡季节应减少压泵模式的启动，单启动压缩机反而会有利于节能。

2.针对机房负载低，达不到最佳节能效果，可以对机房的IT设备集中放置，将原本分布不均匀的IT设备归并到一个区域，达到局部区域负载增加的目的，将会有利于机房空调节能。

参  考  文  献

[1]中国制冷学会数据中心冷却工作组.中国数据中心冷却技术2017年度发展研究报告[M].北京： 中国建筑工业出版社，2018.

[2]林郁聪，刘金平，许雄文，刘镇，李国立.基于氟泵增压的机房空调系统性能实验研究[J].制冷学报，2020，41（05）：83-88.

[3]刘立贤. 降低机房空调运行能耗的热力循环理论分析[A].中国通信学会通信电源委员会.2017年中国通信能源会议论文集[C].中国通信学会通信电源委员会：中国通信学会，2017：4.

刘聪（1997.04.26），男，汉族，山东菏泽，硕士，在读学生，研究方向：数据中心节能。