通信机房空调冷凝水回收利用的研究和应用

张 礼，王 健，吴 允

（1.中国移动通信集团安徽有限公司安庆分公司，安徽 安庆 246003；2.中国移动通信集团安徽有限公司，安徽 合肥 230088；3.浙江大华技术股份有限公司，浙江 杭州 311500）

0 引 言

在通信机房用电结构中，空调系统用电占有很大的比例，减少通信机房空调系统的用电能耗成了降低通信机房碳排放的关键因素之一。在空调系统运行的过程中，产生冷凝水是必然也是常见的现象，如何对通信机房空调冷凝水进行回收利用，促进通信机房降低碳排放是需要研究的课题。

1 通信机房空调冷凝水的产生原因及现状

在整个空调系统运行的过程中，冷凝水会在两个主要地方：一是空调室外机冷凝器；二是空调内机蒸发器，机理相同。

室外机冷凝器产生冷凝水的原因如下：当空调处于制热状态时，室外空气与冷凝器进行热交换，冷凝器壁面温度低于室外空气露点温度，导致室外空气所含的水蒸气在冷凝器壁面析出而结露，露珠增大到一定程度会滑落到冷凝器下方的冷凝水盘，从而形成了冷凝水；而当空调处于制冷状态时，空调蒸发器与室内空气进行换热，冷却除湿空气，因为空调蒸发器壁面温度低于室内空气露点温度，所以室内空气所含有的水蒸气就会在蒸发器壁面析出而结露，露珠增大到一定程度会滑落到蒸发器下方的冷凝水盘，从而形成了冷凝水。

由于通信机房空调多是单冷空调，没有制热模式，因此机房空调系统的冷凝水主要是由室内蒸发器产生。空调机组空气处理过程中，空气流经空调蒸发器时析出的水量即为空调机组产生的冷凝水，影响空间区域内含湿量的因素主要包括空调加湿、人员散湿量、门窗缝渗透湿量等。

对于采用专用机房空调的通信机房，其空调冷凝水主要来源于机房空调加湿，而对于采用普通柜式空调的汇聚机房以及基站机房，其空调冷凝水主要源于室外空气的渗透湿量，该类机房多是密闭空间，产生的空调冷凝水有限。

根据《建筑气候区划标准》（GB 50178—93）将全国划分为7个一级分区，以安徽省安庆市所在分区中的典型城市进行分析，以风量为10 000 m3/h的机房专用空调为例，其夏季产生冷凝水量为6.2 kg/h，同时对于采用风量为2 000 m3/h的普通柜式空调的汇聚机房或基站机房而言，如根据夏季室外空气湿度，则产生冷凝水量约为1.9～2 kg/h[1,2]。由此可以看出，夏季通信机房空调冷凝水的产出量较大，但目前通信机房空调对空调冷凝水多采用自带的冷凝水管直接排出室外，在面对排出路线较长的管路时还经常会出现脏堵并引发冷凝水溢出的情况，影响机房设备的运行安全。

2 机房空调制冷产生的冷凝水回收利用方式分析

空调制冷机组的理论制冷系数（Coefficient Of Performance，COP）为

式中：To为蒸发温度；Ta为冷凝温度。空调制冷机组的理论制冷效率与蒸发温度和冷凝温度有直接关系，根据通信机房的温控要求，如果机房蒸发温度To不变，那么室外冷凝温度Ta越高，制冷机的理论制冷系数COP就越低，循环的效率也就越低。假设室内的蒸发温度始终保持在25 ℃，当室外的冷凝温度为35 ℃时，制冷机的制冷系数为29.8；当室外冷凝温度变为36 ℃时，制冷机的制冷系数变为27.1，下降了约9.1%；当室外冷凝温度变为37 ℃时，制冷机的制冷系数变为24.8，下降了约16.7%。

由卡诺原理可知，夏季消耗电功率A从机房室内（低温热源）吸取热量，从而使低温热源的温度降的更低。若室外温度变化为Δt，则功耗变化率为

式中：T1为室外温度；T2为室内温度；A为消耗电功率。

从式（2）可以看出，当室内温度T2恒定不变时，T1越小功率变化越大，说明从温度T2的室内（低温热源）吸取热量所耗的功越少，即室内外温差越小耗电量越少。因此，如果在夏季保证冷凝器的温度在合适的范围内，减少室内外温差就可以保证空调制冷机的效率，从而提高制冷机运行的经济性，减少电能消耗。

测得安庆市夏季在室内相对湿度为80%的情况下，空调机制冷运行时的空调冷凝水量可达2 L/h，温度为14 ℃，若利用空调运行时产生的冷凝水用于空调冷凝器的散热，雾化喷淋将是最直接有效的方式，且空调冷凝水类似蒸馏水，长期使用不会对冷凝器散热铝片产生结垢腐蚀，影响空调系统运行寿命。在对风量为2 000 m3/h的美的普通柜式空调进行冷凝器雾化喷淋试验中发现，在室外机温度为45～49 ℃时，14 ℃的水每小时能够使空调室外机下降5 ℃左右，在Δt=5 ℃时，室内的温度保持25 ℃不变，可使空调能耗降低30%左右。

3 机房空调冷凝水回收利用辅助系统的应用

通过以上分析，在空调系统中增加储水和喷淋辅助回收利用装置，就可以实现对空调系统产生冷凝水的直接回收，并通过自动喷淋装置为空调室外机冷凝器进行雾化喷淋降温，从而解决目前空调冷凝水排水管简单导致的容易脏堵问题和空调外机冷凝器的清洗问题，又能有效提升室外机冷凝器散热铝片的散热效果，达到节能降耗和节约人工成本的双重作用[3]。冷凝水回收装置的工作原理如图1所示，实物如图2所示。

图1 冷凝水回收装置的工作原理

图2 冷凝水回收装置实物

该装置是通过储水装置直接回收接水盘中机房空调产生的冷凝水，避免因排水管长距离直排导致的脏堵问题。当智能控制装置检测存储到一定数量冷凝水后，通过喷淋装置对空调外机进行雾化喷淋降温，有效降低外机热交换空气温度，提升制冷效率，同时解决外机散热不畅导致的高温高压问题。

对于地理位置分布比较广的汇聚机房或基站机房，其机房空调多采用无加湿功能的普通柜式空调，在密闭的机房空间内产生的冷凝水有限。夏季室外空气湿度大，室内温度高于室外温度，直接引入室外冷源的新风系统是实现降低室内温度和空调制冷能耗的最有效手段，但引入室外冷源可能会引入颗粒物和有害气体，而且引入温差太大的空气还会产生结露，这给机房设备的运行带来了较大的风险[4]。

智能辅助新风装置配合机房空调，利用夏季室内外温差智能引入室外冷空气，并进行过滤后送入机房空调回风口，与机房空气混合后进入空调蒸发器，利用新风过滤箱和空调蒸发器的作用有效除去室外空气中的有害颗粒物和大部分水分，同时由于夏季室外空气湿度大，冷空气在进入空调蒸发器除湿的过程中将产生大量的冷凝水，有利于空调冷凝水的回收利用[5]。辅助新风装置的工作原理如图3所示，实物如图4所示。

图3 辅助新风装置的工作原理

图4 辅助新风装置实物

该智能辅助新风装置是基于温差控制，当夏季夜间室内外温差大于设定温度时，启动对室外冷源的引入，经过机房空调系统对机房进行辅助降温，同时因夏季空气湿度大，引入时将产生大量冷凝水，配合冷凝水回收利用装置的效果实现了对室外冷源利用和冷凝水利用的双重效果。

4 结 论

随着气候对环境影响的程度越来越大，减少碳排放已成为全球性问题，降低机房空调系统的运行能耗，提升空调运行效率是现阶段可行的方法手段之一，机房空调冷凝水的回收利用装置和辅助新风装置作为机房空调系统的双辅助创新装置，拥有叠加辅助效果，以最小的成本优势有效提升了空调运行效率，降低了机房空调的运行能耗，从而在整体上实现节能与降低碳排放的目标，同时为后续各类新机房的节能建设、降低碳排放等提供研究思路。