IDC机房的余热利用方法研究

IDC机房的余热利用方法研究

贾培田

关键词：IDC机房；节能；余热利用；水环热；空调系统

21世纪是科技迅猛发展的时代，人们对生活质量的要求也越来越高，空调器等电器更新的速率也越来越快，在国家节能减排的号召下，整个制冷行业面临着非常大的挑战。据统计，目前全国能源消费中，建筑用能占到了30%，建筑用能中空调占据55%~65%。空调节能问题越发地引发社会重视。据国内多家课题组的调查研究：空调、冰箱行业节能有巨大潜力。因此，性能优良的制冷装置是市场竞争中获胜的砝码。本系统符合节能减排的要求，介绍了机房用单元式空调器实验室水系统余热回收，而后对该系统中所采用的余热回收技术进行了具体的计算与分析。

1.强迫通风方式

对大型落地式多绳摩擦轮提升机房工艺布置来说，一般采用地面楼层式、半地下室或全地下室布置方式。从管线、缆线间的立体交叉关系和减少对机房大厅的噪声污染角度出发，通风设备设在机房大厅的下一层。为保证进入电机内部的空气足够的清洁度，必须设置过滤环节，室外的空气经处理后再送至电机冷却，其过程为：

室外→过滤器→通风机电机→室外。

以往的过滤器大多采用袋式、油浸式、卷绕式过滤器，由于电机所需风量较大，单独的过滤器所需数量较多，不仅布置难度大，维护清洗困难，效果不理想，而且对机房立面造成污染，影响形象。另外进入电机的空气温、湿度将随室外气候而变化，尤其在冬季，不能满足电机通风空气最低温度5℃的要求。以下是两套大型落地式多绳摩擦轮提升设备的配套情况，介绍一种新型强迫通风方式，它是将过滤器、风机、电机、调节风向、减震器、电控等有机组合在一个通风机组内，可以根据需要对空气进行混合、过滤等处理，再送至电机内部进行冷却，其过程为：

室外→通风机组→电机→室外或通风机组。

通风机组主要是由以下四部分组成，见图1。

图1通风机组简图

2.1调节风向

在机组的二个进风口上设有风阀，可以根据室外空气温度，手动调整机组由室外引入的冷空气和电机排风管中引入的热空气流量，以最大限度地满足电机通风的要求。

2.2空气混合段

进风分二部分，一部分是室外风，一部分是经过电机冷却后的热风，将这两部分风混合后使空气温度不小于5℃。

2.3过滤设备

室外风和热风混合后，经过滤处理。通过其两侧的差压传感器，发出过滤器堵塞信号，过滤器能较为方便地拆卸、更换（正常备用一个）、清洗，以保持空气清洁。

2.4通风机

根据电机冷却参数，进行风量和风道阻力计算，选择相应的通风机和电机，在风机下部设有减震装置，同时内部还采取了降噪措施。机组内还可以根据不同的地区气候条件增设其他设备，如加湿、除湿设施等。通风机组设在提升机房下层（高4.5m），通风风道与室外和电机连接，由于机组为集成式结构，具有占地面积小，安装方便，噪声低，自动化程度高，外形整洁的优点。现在国内也有同类设备，值得在大型落地式多绳摩擦轮提升机房的通风系统应用中推广。

3.水系统设计

3.1冷却水系统

给测试室提供工况的制冷机组中的冷凝器使用的是水冷式冷凝器，所以配备有一套冷却水系统，另外在屋顶放置1个冷却塔。其系统图如图2所示。

图2冷却水系统图

3.2冷冻水系统设计

在对冷水盘管式和卤水/水冷式被测机进行性能测试时，除了需要环境室按标准为风侧换热器提供稳定的温、湿度条件外，还需要为被测机组的水侧换热器提供所需要的冷冻水或冷却水，这里就需要冷冻水系统来控制。图3就是此冷冻水系统的控制系统方案，主要由冷却塔、卤水箱、泵和板式换热器等组成，与冷却水系统共用同1个冷却塔，卤水箱和板式换热器之间的泵选用的是手动变频泵，便于根据不同大小被测机来调节卤水流量，从而可设定板式换热器的最大换热量。另外在冷冻水系统里有一个供回水系统，如图4所示，将自来水先经过软水器处理杂质软化后送入清水箱和卤水箱，再根据被测机的类型，来选择三通阀的开/关，完成被测机的充水和回收过程。

图4冷冻水供回水系统

测试试验机时，从冷水机组出来的冷水与卤水进行热交换，通过控制各阀门的开/关来控制水流的方向和水流的处理方式，再经过板式换热器将冷量传递给冷冻水，进行试验机的测试。

3.3冷却塔的选型计算

冷却塔作为制冷系统的辅助设备，是水系统的主要部分，工程设计中一般选用成型的成套冷却塔，只要根据冷却塔的循环水量来进行选型，再根据冷却塔的体积、填料高度以及风量核算冷却后水温是否符合要求。循环水量包括冷却水量、冷却塔补水量、蒸发损失量、飞溅损失水量以及定期排放损失水量。考虑到冷却水量、冷却水进出冷却塔的温度、当地水质、进入空气的干球温度以及冷却塔的物理参数和材料，这里选用良机LBCM-175型冷却塔。

4.通风余热利用

采用通风机组使室外冷空气和电机排出的热风混合，湿空气温度达到5℃，既可满足电机通风要求，又可以利用热量。如在该地区，冬季通风温度为-7℃，如果电机排风温度为25℃，混合空气温度为5℃。

所需热风占室外冷风的60%，占总风量的37.5%，如果室外气温更低，则比例还要大，所以采用这种混合方式，是很有必要的，不仅满足电机通风的需要，还能更好地利用通风余热。在大型提升机房，一方面为保证设备正常运转，需对提升主电机采用强迫通风，将电机内部产生的大量热量通过空气排至室外，而另一方面提升机房内冬季还需要采暖供热，在《多绳摩擦提升系统设计规范》中要求提升机房采暖设计温度为16～18℃，为此认为可以充分利用电机的热风进行采暖，达到节能和采暖的双重效果。以D4m×4m、1540kW及D2.5m×4m、630kW的提升机房为例，某大厅层为24m×18m，大厅层高度18m，1号提升机主电机损耗所产生的热量为125kW。提升机房属于大空间厂房，沿提升机房四周设置暖气片达不到规定的采暖温度要求，以往做法是大厅采暖只保持10℃左右，值班、控制室等人员多的房间保证18℃。即使按照计算负荷在房间上下放满散热器，其大厅也很难达到16℃，因为房间很高，散热器的大部分热量沿四周向上对流，采暖效果不好，在距地较近的操作空间范围内并不感觉暖和，造成热量的浪费。据有关资料介绍，高大空间的采暖用热风效果为最好。

由于本机房内仅1号提升电机所产生的热量就有125kW，采用强迫排风将这部分热量排出，在冬季排风空气温度可以达到25℃左右，除了回到通风机组的37.5%的风量，还剩余62.5%的风量。为利用这部分热量，时间应用时在排风管上部增加了分支管，将热风引至大厅层中上部位置，再通过水平设置的送风管道，将热风向下吹出，向机房大厅提供热风供暖，这样提升机房室内就可以得到大约125×62.5%=78.13kW的热量。分支管上设阀门，可冬季打开，夏季关闭。通风系统示意图见图5。

图5通风系统示意

只有在电机满载工作时才散发以上的热量，另外室外温度是变化的，所需供热量也是变化的，所以大厅内还需要保留散热器进行采暖，但只按维持房间温度5℃考虑，其余由热风补充。经计算，保证房间5℃所需要的热量为65kW，这样大厅总的采暖热负荷为65+78.13=143.13kW，而保证房间温度为16℃时所需热负荷为110kW，这样就可以满足现场使用的要求，并且采暖效果比单纯用散热器好，达到了冬季充分利用电机冷却热量进而节能的目的。

结论

对从冷水机组出来的热水进行余热回收，送入到流量箱内节能表冷器，能够大大减少空气电加热器的使用，减少电能消耗；通过一个可控板式换热器将冷水机组制得的多余冷量进行回收，送至冷却塔中，提高了恒温水箱的控制精度；冷却塔风扇采用变频调速控制出水温度，也在一定程度上降低了电能消耗和运行噪声。总之，本套实验室的整体设计合理，在同类实验室中居于领先地位，得到了用户的好评。

参考文献

[1]GB/T19413—2003，计算机和数据处理机房用单元式空气调节机[S].

[2]GB/T17758—2010，单元式空气调节机[S].

[3]高祥虎，余晓明.风冷冷热水机组性能试验与测控系统设计与改进[D].2013.05.

[4]曾国安.冷却塔的设计计算[J].机电产品开发与创新，2009，22（4）：76-78