單元式空調(diào)系統(tǒng)解決方案
工作原理
單元式空調(diào)系統(tǒng)是目前數(shù)據(jù)中心廣泛使用的一種制冷與空調(diào)方案,它的特點是由室內(nèi)機和室外機組成,單個系統(tǒng)本身自帶1~2套壓縮機直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng),無需其他系統(tǒng)提供冷源,機房電子設(shè)備的發(fā)熱由機房專用空調(diào)室內(nèi)機吸收,再通過該機房專用機的室外裝置將熱量排向大氣,又會根據(jù)冷凝器與大氣環(huán)境換熱的方式不同,分為風(fēng)冷型系統(tǒng)和水冷型系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,也可以配置自然冷卻節(jié)能裝置。
風(fēng)冷型單元式空調(diào)系統(tǒng)的特點
目前大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心都采用風(fēng)冷型單元式空調(diào)制冷方案,這種解決方案具有制冷設(shè)備配置簡單、方便,安裝與施工周期短、總體設(shè)備投資小、維護簡單方便、無水系統(tǒng)等優(yōu)點,它配置獨立的室外風(fēng)冷冷凝器,自帶冷源,適合無冷卻水和冷凍水的場合。
但風(fēng)冷系統(tǒng)對于室外機的安裝位置要求較高,由于機房空調(diào)壓縮機安裝在室內(nèi)機部分,所以應(yīng)盡量避免負(fù)高差(即室外機低于室內(nèi)機),因為負(fù)高差會嚴(yán)重影響壓縮機的回油,如果回油不暢會造成壓縮機燒毀等惡性事故,另外,室外機與室內(nèi)機的正高差也不能過大,過大的高差會造成系統(tǒng)制冷能力的嚴(yán)重衰減,如果管路過長,阻力過大還會引起壓縮機過載從而損壞壓縮機。
而風(fēng)冷型單元式機房專用機組由于多種原因(例如:機房面積大、機房位于大樓的中央、大樓外墻不便于安裝室外機等),特別是改造與增容項目之中,又經(jīng)常會出現(xiàn)長距離與高落差的安裝情況。此時,應(yīng)針對各種不同的安裝現(xiàn)場情況,有針對性地采取正確的管路設(shè)計方法,為此,阿爾西集團結(jié)合多年的工程經(jīng)驗總結(jié)出了一整套行之有效的解決方案,并申請了專利。
阿爾西長距離高落差解決方案
室外機安裝時會遇到的極端情況無非就正高差和負(fù)高差兩種,針對這兩種情況,阿爾西集團分別給出了相應(yīng)的解決方案:
室外機在高位時的管路連接方式圖
圖注:
1、空調(diào)機組;
2、遠(yuǎn)地安裝風(fēng)冷冷凝器;
3、排氣管路;
4、液體管路;
5、存油彎,在上長管路中一般每隔5m安裝一個;
6、附加儲液器,安裝于空調(diào)機外部,帶維護閥門及安全閥,當(dāng)制冷劑管路長度大于25~30m時安裝;
7、液體管路電磁閥,當(dāng)制冷劑管路長于10m時,安裝該部件。
當(dāng)管路直徑加大時,有助于降低制冷管路的阻力,保證制冷性能,不過有可能造成排氣帶油速度不足,盡管在上升管路上安裝有存油彎也不能保證回油。所以,在加大管路直徑時要小心,一般來講排氣上升管路的最小制冷劑流速不能小于3.5m/s。
那么,如果室內(nèi)外機之間高差過大(例如:30米,甚到50米以上)時如何處理?一種解決方案是改用水冷式機組來避免回油問題。然而也會遇到無法安裝水冷式機組的情況,這時可以考慮安裝“油分離器”的解決方案,參見下圖:
實際上,安裝了油分離器后,有時仍不能完全解決回油問題,還需要采取一些其它的措施,需要考慮一系列非常細(xì)節(jié)的方面,并采取相應(yīng)的解決方案。受篇幅所限,在此不做詳述。
室外機在低位時的管路安裝方式圖
圖注:
1、空調(diào)機;
2、遠(yuǎn)置式風(fēng)冷冷凝器;
3、排氣管路;
4、液體管路;
5、止回閥;
6、安裝于機器外部的附加儲液器,帶維護閥門及安全閥,該閥門應(yīng)盡可能靠近空調(diào)機組;
7、液體管電磁閥,當(dāng)管路連接長度超過10米時選用。
圖中,安裝儲液器的目的,是為了使制冷劑在進(jìn)入膨脹閥之前可能出現(xiàn)的氣體收集在儲液器的上部。另外還有一個目的就是,當(dāng)室外機過低時,壓縮機剛啟動時,由于制冷劑液體處于低位,在上升管路中沒有液體,因此液體到達(dá)膨脹閥前,制冷系統(tǒng)低壓側(cè)會出現(xiàn)短時的低壓運行情況,安裝該儲液器后,即可避免這種現(xiàn)象發(fā)生。
一般來講,室外機的安裝位置與室內(nèi)機相比低得不是很多(4米以內(nèi))時,不需采取特別的處理措施,超過5米時,應(yīng)小心,特別是當(dāng)水平管路較長時。保險起見,應(yīng)經(jīng)過計算后確認(rèn)。當(dāng)上升管路的壓力降(可按每米0.09bar計算)與液體管路總阻力之和大于1bar時,必須加儲液器。不過,這也要視具體情況而定:如果冷凝器足夠大,制冷劑冷凝后,其過冷度較大并且機器內(nèi)部的儲液器容積足夠大時,也可以不安裝附加儲液器。
水冷型單元式空調(diào)系統(tǒng)的特點
誠如以上風(fēng)冷型單元式空調(diào)系統(tǒng)特點中介紹,當(dāng)室內(nèi)外機之間高差過大(例如:30米,甚到50米以上)時,在滿足冷卻水系統(tǒng)安裝條件的前提下,阿爾西集團提出了另一種解決方案,可以通過風(fēng)冷型改水冷型機組來解決壓縮機回油困難的問題,另外,當(dāng)室外環(huán)境溫度超過35℃時,水冷冷凝效果要由于風(fēng)冷冷凝,一般說來對空調(diào)系統(tǒng)整機能效比會有5~10%的提高,而且在高緯度地區(qū),如三北地區(qū),在室外溫度較低時,如低于5℃時,可以通過增加室內(nèi)風(fēng)機盤管末端,利用冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行自然冷卻,減少原有機房空調(diào)系統(tǒng)壓縮機工作時間,減少故障率,降低制冷系統(tǒng)總能耗,較風(fēng)冷型單元式空調(diào)系統(tǒng)會有10~30%能耗的節(jié)省。
水冷型較風(fēng)冷型來說,在系統(tǒng)方面更加復(fù)雜,對冷卻水水質(zhì)要求較高,需要定期維護冷凝換熱器,而常見的冷凝換熱器主要有兩種,一種是板式換熱器,它的特點是體積小、換熱密度大,可以直接安裝在機房空調(diào)室內(nèi)機內(nèi)部,但維護不方便,一旦形成臟堵,只能更換;另一種是殼管式換熱器,它體積較大,只能安裝在機房空調(diào)室內(nèi)機外部,但維護較為方便,可以通過打開端蓋和排污口等定期清洗,保證換熱器換熱效果,而且對于防水要求較高的機房可以通過集中安裝在其他房間實現(xiàn)冷卻水與機房的隔離。
另外,阿爾西集團還研制出了高效翅片式空氣-水熱交換器——干式冷卻器,配有低噪音無級風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)機,主要用于水冷型機房專用空調(diào)代替冷卻塔對循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻降溫。可保持冷卻水系統(tǒng)內(nèi)的水質(zhì)清潔,避免在使用冷卻塔的情況下因清潔保養(yǎng)不及時在板式冷凝器內(nèi)形成臟堵或積存過多的污垢,從而降低冷凝器的散熱效果,影響機房專用空調(diào)機組的正常運行。