黎小华，程文辉，陈永华，杜仲文

（南方电网综合能源有限公司，广州 510075）

自国际上提出低碳经济概念以来，世界主要经济体已将低碳经济作为抢占未来经济制高点的重要战略选择。我国已将绿色发展纳入国民经济和社会发展规划，作为国家中长期发展的重要战略[1]。在低碳经济背景下，各通信企业纷纷采取各种有效的节能减排措施，努力抢占低碳经济制高点，进一步推动企业实现科学发展。

在通信机房能耗中，空调能耗占较大比例（据中国电信广州分公司的统计结果，约占30%～50%），因此，通信机房节能的主要对象是空调设备，采取高效节能的空调设备减少电耗，已成为通信机房节能减排的重点。采用风冷式局部空调系统的通信机房，在夏季高温季节，由于风冷式冷凝方式的局限性，室外机效率严重下降，能耗增加，严重的还会导致压缩机报警、停机，甚至无法正常工作，无法保障机房环境[2]。因此，寻找合适的机房专用空调设备以降低通信机房能耗，已成为各通信运营商迫在眉睫的一项任务。

1 相关节能技术

蒸发式冷凝机房专用空调器的特点在于采用更为高效的冷凝方式——蒸发式冷凝。众所周知，制冷循环有4个主要部件：压缩机，冷凝器，节流阀和蒸发器。蒸发式冷凝技术是针对制冷循环中的冷凝器进行的，通过更有效的换热方式降低冷凝温度，从而达到提高压缩机效率、减少能耗的目的[3—4]。

1.1 蒸发式冷凝原理及冷凝器工作原理

风冷式冷凝是采用空气作为冷却介质，通过显热交换带走热量。水冷式冷凝是采用水作为冷却介质，通过显热交换由冷却介质（水）带走冷凝热，通过冷却泵将这些温度高的冷却水送至冷却塔，进行热交换。而蒸发式冷凝将风冷和水冷合二为一，首先制冷剂蒸汽在管道内表面上冷却冷凝放热；然后热量通过管内油膜、管壁向外传导；再后热量由管外表面通过对流传递给水膜和空气（不湿润表面直接与空气对流换热）；最后通过水膜与空气的热质交换将热量传递给空气。该过程省略了冷却水从冷凝器到冷却塔的传递阶段，节省了冷却水泵能耗，所需风量较小，充分利用水的蒸发潜热冷却工艺流体，具有冷凝温度低、不受夏季高温影响、运行高效稳定的特点[5]。

工作时冷却水由水泵送至冷凝管组上部喷嘴，均匀地喷淋在冷凝排管外表面，形成一层很薄的水膜，高温气态制冷剂由冷凝排管组上部进入，被管外的冷却水吸收热量冷凝成液体从下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用，风机强迫空气以3～5 m/s的速度掠过冷凝排管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水滴在下落的进程中被空气冷却，蒸发的水蒸汽随从空气被风机排出，未蒸发的水滴被脱水器阻挡住落回水盘。图1为板管蒸发式冷凝器示意图。

图1 板管蒸发式冷凝器示意图

1.2 蒸发式冷凝节能节水性

（1）蒸发式冷凝器能提供较冷却塔更低的冷凝温度，从而有效提高压缩机制冷效率和降低能耗。

制冷压缩机是制冷系统的核心部件，它是决定蒸汽压缩式制冷机组能力大小的关键部件。在制冷系统的内在参数中，对制冷机性能影响最大的是冷凝温度和蒸发温度，通过降低冷凝温度或提高蒸发温度，都能达到提高压缩机制冷效率和降低能耗的目的。根据现有设备的技术参数，3种冷凝方式下冷凝温度分别为：蒸发式冷凝温度tk=38℃，水冷式冷凝温度tk′=42 ℃，风冷式冷凝温度tk″=45 ℃[6]。图2是蒸发温度为5℃时，3种冷凝方式制冷原理简图[7]。

假定3种冷凝方式下的过热度和过冷度均为5℃，制冷剂采用R22，依据图2可以计算3种冷凝方式下的理论制冷量和理论压缩功。

图2 3种冷凝方式下的制冷原理简图

由此可知，相对于水冷系统，蒸发冷系统理论压缩功节约18.7%，而风冷系统理论压缩功则增加27.8%。

（2）蒸发式冷凝是效率最高的冷凝方式[8]。据某公司实验室数据，风冷式单位冷量冷凝能耗为0.038 kW，水冷式为0.026 kW，蒸发式为0.014 kW。

（3）蒸发式冷凝器将冷凝和冷却过程集成在设备中，冷却水泵扬程低，大大降低水泵能耗。

（4）蒸发式冷凝具有更高效率，水量消耗少，仅为冷却塔的40%～50%。

（5）由于蒸发式冷凝器将冷凝和冷却过程集成在设备中，因此设备更紧凑。相比于传统水冷式中央空调系统，需要冷水机组、冷却塔和水泵的摆放位置，而蒸发式将冷水机组和蒸发式冷凝器合二为一，大大减少了设备占地面积。

1.3 蒸发式冷凝空调设备

蒸发式冷凝机房专用空调器适用于通信机房，已有众多成功应用案例，是一种较成熟的产品[9—10]。

与传统风冷式机房专用空调器相同，蒸发式冷凝机房专用空调器都是采用制冷剂作为冷媒的柜式分体空调器，室内机通过风管或直接送风，最大的不同在于蒸发式冷凝机房专用空调器采用高效可靠的板管蒸发式冷凝器冷凝散热，而风冷式机房专用空调器采用风冷式冷凝器，2种空调设备比较如下。

（1）运行特点方面，蒸发式制冷量稳定，运行可靠，而且系统性能系数随负荷变化较小；风冷式性能受环境影响较大，尤其在夏季环境温度较高时，机组可靠性下降。

（2）冷凝排风方面，蒸发式总冷凝排风量小，排风机能耗低（相当于风冷排风量的1/4），而总冷凝排风量大，风机能耗高。

（3）对外界的影响方面，蒸发式冷凝器利用水蒸发散热，制冷性能稳定；当室外温度升高时，风冷冷凝器制冷效率下降，增加能耗。

（4）建筑安装要求方面，蒸发式室外机在室内外安装均可，而风冷式室外机一般只能放在室外安装。

2 蒸发式冷凝机房专用空调器应用分析

2.1 建设地点选择

蒸发式冷凝机房专用空调器节能改造工程尤其适合在以下地点进行：①风冷式机房专用空调器安装较多，夏季压缩机常出故障的机楼；②风冷式空调器耗电较高，需要改造的建设点；③需更换风冷式空调器的建设点；④符合新机组的载荷要求和进出风要求，符合周围环境的噪声要求。

2.2 对现有系统的影响

（1）无不利影响，且能增强供冷系统安全性

蒸发式冷凝机房专用空调器改造工程均在空调配套用房进行，对现有通信设备无影响。由于每套风冷式空调器皆为独立的单元式空调机组，因此无论是新建还是更换工程，对其他风冷式空调器无影响。

（2）噪声大

蒸发式冷凝机房专用空调器室外机噪声值在73 dB（A）左右，比佳力图、艾默生等品牌的室外机噪声稍高。应考虑室外机噪声对周围环境的影响。

（3）机组运行重量大

蒸发式冷凝机房专用空调器的室外机部分装有蒸发式冷凝器，相比于风冷式冷凝器，重量较大，安装时也应考虑荷载问题。

2.3 实例分析

以中国电信广州分公司某通信机房为例。

（1）现状及存在问题

某机楼均采用风冷式空调器供冷，由于近年来安装设备增多、发热量增加，所装空调室外机很多，密布于走廊室外机安装平台，形成热岛。夏季高温时节，密集的室外机冷凝器能耗急剧增加，效率严重下降，压缩机工作极不稳定。该机楼二楼通信设备发热量大，二楼空调室满容时需安装5台风冷式恒温恒湿空调器（每台制冷容量为100 kW），但目前实际仅安装4台。

（2）建设方案简述

从节能和供冷安全方面考虑，增加1台蒸发式冷凝机房专用空调器，制冷容量95kW，送风量26000m3/h，与其他空调器形成“四主一备”方式运行，保障机房温湿度。室内机安装于空调室内预留位置，室外机放置在首层或地面。

3 节能性及经济性研究

3.1 节能性研究

仍以上述机房为例，假设：

方案一：采用风冷式恒温恒湿空调器，选择国内一线品牌空调器（型号P3100F，制冷容量95 kW），根据广州地区实际情况，主要考虑压缩机功率和室外机风机功耗，即功耗按其产品数据33 kW计算。

方案二：采用蒸发式冷凝机房专用空调器（型号WGZ100JHF100，制冷容量95 kW），输入功率29.38 kW（包括了压缩机18.13 kW、送风机8.50 kW、排风机1.65 kW、冷却水泵1.1 kW），耗水量0.169 m3/h。

根据广州的气候情况，机房空调器主要以制冷工况为主，加热加湿工况很少，因此2方案比较时仅考虑制冷工况。电价按0.902 8元/kWh计，水费用包括水价（2.71元/m3）和污水处理费（用水量的90%计，1.4元/m3）2部分。通信机房内空调设备运行特点是全年运行。2个方案比较如表1所示。

表1 节能性比较

从表1可知，相比于方案一，采用方案二年节约电量约3.171 1万kWh，节约电费约2.86万元，节电率10.97%。

此外，蒸发式冷凝机房专用空调器运行需产生用水费用，每年用水费用约0.59万元。

综上，方案二每年运行费用共节省2.27万元。

3.2 初投资费用

2种方案初投资比较见表2。

上述2个方案的初投资差别在于空调器设备费用，方案一风冷式恒温恒湿空调器设备单价约17.0万元，方案二蒸发式冷凝机房专用空调器设备单价约为22.3万元。方案二初投资增加5.3万元。

表2 初投资费用比较

3.3 静态投资回收期

综上所述，相比于方案一，方案二蒸发式冷凝机房专用空调器初投资多5.3万元；每年运行费用中，用水费用多0.59万元，但节约电费约2.86万元，方案二静态回收期为2.33年。

4 结论

在通信机楼采用蒸发式冷凝机房专用空调器，能有效解决风冷式空调器在夏季效率低、能耗高甚至易产生故障等问题，增强通信机房供冷安全性。此外，相比于风冷式恒温恒湿空调器，蒸发式冷凝机房专用空调器节电率为10.97%，节能性可观；其静态投资回收期为2.33年，经济效益较好。只要选择合适的安装地点，妥善解决室外机噪声和承重问题，在通信机房采用蒸发式冷凝机房专用空调器是可行的，这将会对通信行业的节能减排工作作出贡献。

[1]庄贵阳.中国经济低碳发展的途径与潜力分析[J].国际技术经济研究，2005，8（3）：79–87.

[2]周海东，黄翔，屈元.通信机房（基站）用蒸发冷却空调应用初探[C]//中国建筑学会建筑热能动力分会第十七届学术交流大会暨第八届理事会第一次全会论文集.太原：2011.

[3]蒋翔，朱冬生.蒸发式冷凝器发展和应用[J].制冷，2002，21（4）：29–33.

[4]朱冬生，孙荷静，蒋翔，等.蒸发式冷凝器的研究现状及其应用[J].流体机械，2008，36（10）：28–34.

[5]GB/T 18430.1—2001，蒸气压缩循环冷水（热泵）机组工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组[S].北京：中国标准出版社，2001.

[6]蒋友松，蒋英.关于制冷机冷却水温度的商榷[J].制冷技术，2007（3）：43-46.

[7]区志江，朱冬生，刘飞龙.蒸发式冷凝器应用于制冷空调的节能研究[J].化工机械，2012，39（1）：1–4.

[8]GB/T 18430.1—2007，蒸气压缩循环冷水（热泵）机组工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组[S].北京：中国标准出版社，2007.

[9]周海东，黄翔，屈元.蒸发冷却空调在通信机房（基站）中的应用探讨[J].洁净与空调技术，2011（3）：40–43.

[10]郭少华，李和仙.关于在通信机房应用蒸发式冷气机技术的研究[J].轻工科技，2013（1）：65–66.