摘要：本文通过对广电机房能耗情况和节能改造的必要性进行分析，简述氟泵节能技术发展现状，阐述氟泵节能技术工作原理和技术特点，并实例说明广电机房空调加装氟泵的节能效果。最后，对氟泵系统采用间接利用室外低温空气源技术的节能效果和可行性进行小结。
关键词：氟泵技术自然冷却节能减排
1引言
随着数字技术的快速发展，广电机房的业务量也在飞跃式地增长，设备的集成密度和能耗也在不断地提高，这对广电机房内空调设备的运行及能耗提出了较高的要求。同时，绿色低碳、节能减排一直是当代社会共同的话题，而空调系统的节能成为广电机房节能的重点项目之一。降低能源损耗可以提高公司经济效益，同时也是企业应该承担的社会责任。据统计，空调用电量占到机房总用电量的40%左右，有着较大的节能潜力。科学有效地降低空调用电，减少电力资源浪费应成为广电机房节能的主要手段。
2技术方案介绍
2.1自然冷技术发展概况
普通空调由压缩机将制冷剂压缩成高压气体，压缩机的工作要消耗大量的能源。在环境温度低于特定温度的条件下，自然冷技术无需启动压缩机工作，只需让制冷剂流动就能使空调产生制冷，制冷量也可满足机房设备制冷需求，并能够获得良好的节能效果。20世纪70年代，日本研发了充分利用制冷剂主动循环系统和压缩机共同工作的空调机组；20世纪90年代，三菱电机等公司共同研发了采用制冷剂主动循环的节能空调。当室外气温较低时，该机组采用制冷剂主动循环工作，停止压缩机工作，以此降低机组的工作能耗。在我国，自然冷技术起步较晚。2010年以后，自然冷技术才得到了一定程度的应用和发展，氟泵自然冷系统逐步投入实际应用，在满足特定的条件下采用氟泵代替空调压缩机进行制冷。制冷剂在无压缩和节流降压的循环过程中，充分利用氟泵的工作来克服制冷剂在管道中受到的阻力，从而实现制冷剂的循环。正常情况下，氟泵工作功率远小于空调压缩机的工作功率，当室外环境温度达到特定的条件，氟泵系统与压缩机提供的制冷量基本相当，这就是氟泵系统节能的关键。当前，我国的氟泵制冷系统主要采用“双引擎三模式”工作方式，即压缩机工作模式、双系统工作模式、氟泵工作模式，空调可以根据室外气温及室内制冷需求智能切换，实现机房空调系统的高效节能。江苏地区位于长江下游流域，自然气温低于0℃的时间在全年中的占比较少，前期的氟泵空调系统很难在江苏地区使用。随着技术的发展，氟泵自然冷空调系统的使用范围不断扩大，同时，氟泵自然冷空调系统的性能也大大提高。现如今，氟泵自然冷空调系统的“双引擎”制冷技术在室外温度低于20℃时即可启动氟泵运行模式，这样可以充分利用室外冷空气进行制冷，大大提升空调系统的运行能效比。
2.2氟泵空调的组成和工作原理
普通空调主要由蒸发器、过滤器、压缩机和冷凝器4个部分组成。为了实现制冷剂主动循环，要求蒸发器和冷凝器之间要有一定的压力差，但大部分空调系统无法满足相关条件，即使能够满足，系统的循环动力也很小。再加上机房内部和外部环境要有较大温差，故还存在空调系统难以控制等问题。氟泵制冷空调为了实现制冷剂的被动循环，在制冷剂主动循环的基础上加装了一个氟泵系统，用以减少压缩机启动的工作时间，延长压缩机的工作寿命，同时还可达到同样的制冷效果，这样空调系统的节能效果更加明显。通过氟泵制冷技术在空调系统中的应用，可以在同一台空调中实现氟泵制冷和压缩机制冷两套系统共同工作的3种运行模式（压缩机单独运行、氟泵单独运行、双系统共同运行）。高温季节压缩机循环模式运行，低温季节氟泵循环模式运行。同时，在空调改造过程中，机房内部没有直接引入外部空气，保证了原有机房的密闭性、独立性。氟泵节能技术系统如图1所示。
2.3氟泵空调的工作模式
普通的机房空调主要依靠压缩机的运行来工作，氟泵空调是机房现有精密空调的优化升级。氟泵空调能够根据机房外部环境的变化进行调整切换，在条件满足时，可以用氟泵代替压缩机进行冷媒的循环，减少压缩机的工作时长，实现机组能耗的降低。氟泵系统的技术特点包括如下4个方面。（1）可充分利用原有的冷凝器和蒸发器，不额外增加该部分设备投入，同时也不另占用机房空间。（2）该系统改造投入少，节能效果明显，可快速收回成本，实现降本增效。（3）只在原有的循环系统上增加氟泵系统，原有的制冷剂不进行增加或减少，原空调的水路等系统无需改造，减少了机房内部的改造和装饰。（4）对机房的原有环境基本上没有影响。
2.3.1压缩机单独运行
此情况下，该空调就是一台普通的机房空调。低温、低压的冷媒在内机的蒸发器吸收室内的热量汽化后，通过压缩机变成高压力蒸汽，蒸汽进入室外的空调冷凝器进行散热，该模式主要用于机房外部环境温度较高时。
2.3.2氟泵与压缩机混合运行
当机房外部温度较低时，氟泵与压缩机共同运行能够有效提高空调的能效比。当机房外部气温不断降低时，为了保持冷凝温度不低于35℃，普通空调需要通过降低风机转速或降低制冷剂的压力来实现。氟泵和压缩机混合运行可进一步降低冷凝温度至最低点25℃左右，从而有效提高空调能效。同时，氟泵能够帮助压缩机提高制冷剂的压力，增加制冷剂的过冷度。这既可以消除气体闪发，又能增强膨胀阀的动力，从而提高制冷剂流量，提高空调系统的制冷能力。氟泵系统运行功率远小于压缩机运行功率，能够提高空调系统的能耗，实现空调系统的高效运行。
2.3.3氟泵单独运行
当机房外部环境处于低温时，空调系统可单独运行氟泵系统。氟泵能效比高，可以节约机房空调制冷耗电量。当机房外部低温，氟泵系统工作时不需要将冷媒的压力进行大幅提高，因此空调的能耗也远小于压缩机工作时；当空调系统输出制冷量相同时，氟泵的功率远小于压缩机功率。
3案例分析
3.1评估办法及依据
从中国建筑环境分析专用气象数据集中提取典型地区的气象数据，根据这些气象参数环境，计算全年的空调运行能耗数据。通过对比节能前原机房空调的能耗与节能后的能耗，估算改造的节能率。计算数据主要依据中国建筑环境分析专用气象数据集及国家压缩机制冷设备质量监督检验中心出具的第三方测试报告。
3.2机房空调概况
江苏有线淮安分公司4楼机房共有6台制冷量为58.5kW的海洛斯空调（采用5用1备形式）。空调设备于2013年底左右启用，至今已有9年。目前，机房空调耗电量大，为了实现空调的节能，对机房6台空调进行氟泵加装改造。改造的空调位于4楼，室外机（12台）位于机房同层室外两栋楼之间，该空调为双系统机组，双压缩机、双室外机。为了最大化地实现节能，对该机型做了双泵改造。从现场情况看，原有机组室外机全部位于4楼相邻两栋楼之间，水平安装，泵柜安装空间足够。
3.3对机组改造后评估分析
针对江苏有线淮安分公司中心机房中精密空调进行氟泵改造后的情况，可以做如下的节能理论分析。（1）了解机组相关信息。空调型号为海洛斯P17UA；空调制冷量为58.5kW；显冷量为55.1kW。（2）了解淮安地区全年温度分布情况（按小时，数据来源于国家气象网）。机房空调的实际运行能效和室外环境温度相关。其中，风冷型与室外环境的干球温度相关，水冷型与湿球温度相关。（3）当室内回风工况为24℃、50%RH时，传统机房空调与氟泵自然冷节能空调在室外环境温度的不同温度区间的典型能效比如表1所示。（4）以制冷量为58.5kW的机组为例，淮安地区传统机房空调与氟泵自然冷节能空调全年不间断运行时各温度区间耗电量如表2、表3所示。其中，耗电量=制冷功率×运行小时数，制冷功率=空调总制冷量/能效比（5）由表2、表3可知，传统机房空调全年耗电量为143989.31kW•h，氟泵自然冷节能空调全年耗电量为96585.65kW•h，故氟泵自然冷节能空调相对于传统空调的节电量为47403.66kW•h。根据单台机组节能率=氟泵自然冷相对于传统空调节电量/传统机房空调产品耗电量，可求得氟泵自然冷相对于传统空调节能率为32.9%。
3.4节能分析
结合机房布局，按照《数据中心设计规范》要求，机房内空调为N+1配置，则机房内6台空调中有5台主用机，单台机房空调全年总节电量约为47403.66kW•h，5台机组全年运行节能数据约为47403.66×5=237018.3kW•h。假设1度电按0.8元测算，5台机组全年可节省电费为237018.3×0.8=189614.64元。
4结语
广电业务的快速拓展使机房能耗也出现了数量级的增加，如何实现机房节能减排已经成为各网络公司不容忽视的问题。而机房空调的能耗又是机房能耗的主要组成部分，也是实施机房节能措施的重要环节。氟泵技术系统主要通过间接使用室外低温空气来实现机房制冷，有很好的节能效果。在进行机房空调系统改造时，可充分利用原空调系统的所有部件，这有效地保护了原有投资，减少了成本投入。综合上述观点，氟泵技术系统是现有机房空调系统进行节能改造很好的选择，可在全行业大规模推广使用。
参考文献
[1]陈海东.氟泵节能空调的节能技术和效果分析[J].邮电设计技术,2014(12):83-86.
[2]周枫,齐丹丹.氟泵自然冷空调节能技术在上海电信机房的应用测试与分析[J].上海节能,2019(8):705-709.
作者：吴文忠 单位：江苏省广电有线信息网络股份有限公司淮安分公司
