智能焓差节能空调系统在有线电视机房中的应用

谢海华 江苏省广电有线信息网络股份有限公司盐城分公司

智能焓差节能空调系统在有线电视机房中的应用

谢海华 江苏省广电有线信息网络股份有限公司盐城分公司

节能增效越来越受到有线电视机房运营管理部门的重视。通过在机房建设过程中引入智能焓差节能空调系统，可有效节省有线电视业务机房空调系统的运营费用。本文介绍了焓差节能空调系统的原理，以及在盐城有线新业务机房中的应用与效益情况。

焓差节能空调 设计方案 效益分析

1. 引言

近年来，节能增效、低碳环保的理念越来越受到人们的重视，并影响到了社会的各行各业，通信行业、广电行业亦不例外。由于广播电视行业近年来业务增长迅速，生产能耗也逐年上升，使得有线广播电视业务机房中的业务设备和精密空调用电需求急剧增长，特别是精密空调的用电量在其业务总耗电中的比重已经由过去的15%-30%上升到50%左右。如果能在广电有线业务机房设计、建设时，充分利用当地的气候特点，在空调系统中采用环保节能的新技术、新产品，有效降低空调系统的用电，可大大降低机房的运营成本，能产生间接的经济效益，充分体现低碳环保、节能增效的绿色理念和社会责任。

江苏有线盐城分公司承担着盐城地区广播电视业务集成与传输、广电宽带与集团专线接入等重要的节目传播、数据通讯、信息服务任务，并将成为盐城地区广电“三网融合”业务枢纽中心。作为完成这些重要任务的基础设施之一，一个功能全面、配套完整的业务机房其重要性不言而喻。2014年江苏有线盐城分公司开始设计并建设新的西环路业务机房，从规划、设计开始就考虑依据盐城当地的气候条件，结合最新的绿色节能技术，从供电、制冷等方面着手进行节能、增效设计，并将机房的节能增效重点放在了机房空调系统上，通过引入绿色节能的新技术——智能新风焓差节能空调系统，并充分利用自然冷源--秋、冬、春季的室外新风，最大限度地实现了有线电视重要业务机房的绿色节能环保建设。

2. 盐城有线新业务机房建设概况

江苏有线盐城分公司新建业务机房位于市区西环路西侧，设备区面积约为350平方米，分为3个机房，西侧机房面积约为185㎡，东侧机房面积约为112㎡，电力机房面积约为50㎡，层高约为4.4m，机房内无吊顶、上走线设计，共布设标准机柜130个，设备设计功率总容量250KW。设备区全部采用防静电地板砖铺地，地板架空层高度设为400mm，空调设计采用机柜内架空地板下送风、自然上回风方式。根据设备设计功率容量，机房内共使用了风冷式下送风专用机房精密空调机组9台（其中2台作为备用空调），空调总制冷量约为250kW。

3. 盐城地区的天气特点

根据公开气象资料显示，盐城地处北亚热带向暖温带气候过渡地带，季风气候明显，冬季受欧亚大陆冷气团影响，多偏北风且多寒冷天气，夏季受太平洋副热带高压影响，多偏南风且多炎热天气，空气温暖湿润。另外气候受海洋影响也较大，与同纬度的其他地区相比，春季气温低且回升迟，秋季气温下降缓慢且高于春温。盐城地区年平均气温13.9-14.5℃，每月室外平均气温如表1所示。

表1 盐城地区室外平均气温统计表

10-26 ℃是国家通信行业标准规定的A类通讯机房运行可允许的正常温度范围。从表1可以看出，盐城地区在一年中有7个月的平均气温低于20℃、10个月的平均气温低于A类通讯机房运行允许的最高限26℃。如果能够充分利用盐城地区这一气候特点，当室外气温低于机房运行所允许的温度时，将室外低温的空气经过净化、再降温等处理后送往机房，替代或部分替代精密空调来实现设备降温与机房温度调节，将可大大降低机房运行过程中精密空调的使用频率与能源消耗，产生极好的节能降耗、减少运营成本的效果。

4.智能新风焓差节能系统的工作原理及效果预测

焓，是一个热力学名词，它指单位质量的物质所含的全部热能。而“焓差”，是指不同空间位置的热能差。一般空调器的制冷/制热量采用焓差法来测定，它通过抽风系统采集室内机进风与出风的焓值，利用两者的焓值之差，从而计算出空调的制冷量和制热量。在机房运行过程中，如果外部自然的气候条件合适，再加上机房内部设备运行时散发的热量累积，便具备了在一定气候条件下利用室内外空气焓值的差异来实现机房空调节能的条件。一般来说，机房进行节能改造，目前比较好的方式为直接或间接利用外界低焓值的空气。直接利用外界低焓值的空气，在技术上相对较成熟、效率也较高，但在保障机房的洁净度与温度方面效果要远低于间接利用低焓值空气。

智能焓差节能空调系统不同于一般的新风系统，它在普通新风节能系统的基础上，引入水帘加湿环节及与原机房用空调的智能联动控制系统，不仅能充分利用室外干空气加湿所产生的冷量来强化降温效果，同时也起到一定的除尘作用、减少了新风系统的维护量，并能有效保障机房内的室内空气温度与品质。其工作过程和节能原理如图1所示。

图1 焓差节能空调系统工作过程和节能原理图

在室内外空气焓差值满足条件时，室外空气经过一级过滤网后被引进焓差空调节能机组。由于空气处在机组负压空间里，此时循环水泵将循环水箱里的水送入降温加湿除尘帘里强制蒸发冷却，在水从液态蒸发成气态过程中会吸收热量，从而使流经的空气温度降低，接近于等焓加湿过程。经过加湿、降温、除尘后的新风，再通过二级空气过滤后送入机房内，对机房区域进行降温、加湿。该系统通过焓差控制器对机房的温、湿度进行监控并对焓差机组运行状态进行控制，从而保证机房的温湿度、洁净度能完全满足机房设备运行对环境的要求，并减少机房精密空调的运行时间、延长空调机组的使用寿命、节约机房的运行维护成本，最终达到节能降耗的目的。

根据已使用焓差节能系统的电信等单位使用经验，在江苏地区采用焓差后年节电率在35-50%之间。盐城地区一年有7个月平均气温低于20℃，具备使用焓差节能的条件，预计盐城地区的年节电效率可在40%以上。

4. 盐城有线新业务机房智能焓差节能空调系统的设计与建设方案

4.1 风量计算

根据智能焓差节能空调系统的节能原理，系统的选型应以机房内的换气次数为主要依据，以机房内的热负荷密度为辅。同时应结合机房布局及热源分布情况进行系统进、排风单元的合理布置，实现较好的气流组织。

智能焓差节能空调系统设计风量V为：

V=机房面积×机房层高×换气次数

4.2 系统机组选型及设备用量设计

根据现场的施工条件，综合造价、节能效果、施工工期等方面的情况，盐城有线新业务机房选用了XFHC-6000智能新风焓差节能设备，其主要技术指标见表2。

表2 智能新风焓差节能设备技术参数表

机房设备区安装系统机组数=187m2(面积)*4.4m(高度)*30(每小时换气次数)/6000(每台每小时换气量m3)=4.1台，实际配备4台。传输设备区安装系统机组数=118m2(面积)*4.4m(高度)*30(每小时换气次数)/6000(每台每小时换气量m3)=2.6台，实际配备3台。UPS配电室安装系统机组数=44m2(面积)*4.4m(高度)*30(每小时换气次数)/6000(每台每小时换气量m3)=0.97台，实际配备1台。8台XFHC-6000系统机组总有效制冷量W1=8*30=240KW。

4.3 安装方式

根据现行焓差能量交换技术，参考机房精密空调的送风方式，若机房空调为下送风方式，焓差空调与其同侧面安装。能量交换的条件是存在能量差或者存在气压差，而焓差节能系统是在二者均存在的环境条件下，充分利用室内外能量差和压差从而推动能量的交换实现空调节能。当只有焓差系统运行时，若室内外焓差条件满足机房运行要求时，不需要机房空调辅助。从外界看，机房是一个正压系统，它的能量交换是通过室内外空气焓差实现的，室内外压差是通过风机来实现的，并通过风机来加速其交换过程。若是室内外空气焓差条件只能部分满足时，智能控制系统会自动调度机房空调启动，辅助对机房温、湿度进行处理，以保证达到机房运行所需要的环境效果。

其气流组织图2所示。

图2 机房气流组织示意图（焓差空调与精密空调同时工作时）

具体施工方案如下：

（1）设备区的进风单元安装于机房北侧窗台，采用不锈钢风管将风导入送风地板下，电源室的进风单元安装于西侧窗户，室外空气经处理后直接送入室内。由于北侧完全为玻璃窗户，安装时将焓差安装位置处的窗户按图纸要求拆除，构建单元安装平台，并按进风口位置将其余部分做防水处理

（2）出风单元安装于机房南侧（设备区）或西侧（电力室）铝合金窗及部分隔断墙体上，在走廊上制作热风管道，热风通过热风管道穿过走廊直接排于户外。

（3）进风单元供水管采用De25工程塑料PP-R管，引自下一层或同层卫生间给水点；排水管采用工程塑料U-PVC管，管径De50，接至同层卫生间排水点。

（4）设备供电与精密空调一样，引自配电间内的动力配电柜。控制器及进、排风单元、温湿度传感器、动环监控系统之间的电源线、信号线穿氧指数大于27的硬质PVC管，沿墙及天花板布置。

此方案可有效利用机房下送风的静压箱，改造简单。出风口直接排于户外，对机房的整体工作环境有一定好处。

5. 智能焓差节能空调系统的实际运行效果

根据设计，盐城有线新业务机房共配置9台精密空调机组、250KW总制冷量，在线空调总输入电功率约100kW，年耗电约87.6万度，年电费约72万元。

使用焓差机组时，机房区域共安装8台机组，设备成本约24万元，每台设备每小时耗电量800W、耗水量8L左右（含冲洗用水）。在不间断运行条件下，年耗电约0.7万度、年电费约0.6万元，年用水量约560吨、年水费约0.3万元。

从两年来的综合使用情况来看，智能焓差节能空调系统的节能效果与室外平均气温值成反比，在冬季气温低时节能效果最明显，早春、深秋次之，在气温高的夏季效果最不明显。从每年10月份起，焓差系统陆续投入使用并与精密空调系统实现联动。随着室外气温的降低，空调的投运机组越来越少。进入12月中、下旬，新风焓差系统完全替代了空调系统进行工作，机房内的温度可始终控制在20℃以下，空气清洁度也可达到规定的要求，制冷设备的总体能耗由夏季完全使用空调的100KWH下降至冬季最低时不足10KWH（含配合新风焓差系统工作在加湿/除湿状态的精密空调机组用电）。3月中旬至5月上旬，随着气温的逐步升高，空调机组陆续进入投运状态，配合新风焓差系统进行机房温度的调节。5月中、下旬至6月中旬，新风焓差系统可在夜间进行工作。在7-9月份，机房的温度调节工作主要由精密空调完成，焓差系统一般不再工作，仅作为新风系统及精密空调全部出现故障等极特殊情况下机房强制通风的备份手段。

从综合每个月机房运行实际支出的电费情况进行测算，在智能焓差节能空调系统投运后，每年可节约机房运行用电费约30万元，综合节电率可达41%，仅需1年即可收回焓差机组投入。另外，智能焓差节能空调系统本身结构简单、维护成本低，正常运行后还可带来降低精密空调维护、维修费用、延长其使用寿命等其他间接效益，完全实现了在有线电视业务机房引入新风焓差系统的设计目标及节能降耗效果。

[1]张国敏.通信机房新风节能系统应用技术分析[J].产业与科技论坛,2013,12(20):72-73.

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[4]中国联通公司企业标准QB/CU 13XX-2009，中国联通通信局(站)热交换节能系统技术规范[S].2012