广州联通天河工业园机房潜热过渡冷却节能装置测试报告.docx

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广州联通天河工业园机房潜热过渡冷却节能装置测试报告

广州联通天河工业园数据机房风冷式空调潜热过渡冷却节能装置

测

试

报

告

中国联合网络通信有限公司广州市分公司

2011年9月20日

目录

一、工程项目简介1

二、节能装置及施工过程介绍1

1.工作原理介绍1

2.控制过程介绍2

3.后台监控软件介绍2

4.施工过程介绍4

三、改造后冷凝器工作环境及装置节电率分析5

1.冷凝器工作环境分析5

2、装置节电率分析5

四、节能效益分析7

五、结论10

附表一11

附表二12

附表三13

附表四14

附图15

一、工程项目简介

为响应国家节能减排的号召，我公司委托广东省科学院自动化工程研制中心对广州天河工业园属于我司的部分机房空调进行了节能改造。

广州天河工业园数据机房空调位于广州天河软件园中国联通六楼天台，室外机暴露于天台，天气变化对空调机组的运行影响很大，高温且晴天时冷凝器进风温度最高可达45℃，导致空调排气压力及冷凝温度升高，严重影响空调机组的能效比及寿命。

今年7月份，对相关的风冷式冷凝器（1＃~10＃机组）加装潜热过渡冷却节能装置，该装置于7月26日开始处于稳定运行状态。

用于节能效果分析的数据选取依据：

空调机组及节能设备运行稳定，室内环境稳定且符合要求。

本次节能效益分析数据在节能改造前取5月19日~5月29日、6月9日~6月24日共27天的运行数据，节能整改后取7月26日~8月1日、8月4日~8月12日、8月15日~8月19日、8月23日共22天的运行数据做为分析对象。

5月19日~5月29日、6月9日－6月24日，总日平均温度为28.1℃（详见附表一）；7月26日－8月1日、8月4日~8月12日、8月15日~8月19日、8月23日，总日平均温度为30.2℃（详见附表一）。

二、节能装置及施工过程介绍

1.工作原理介绍

潜热过渡冷却节能装置由表面积很大的特种纸质波纹蜂窝状湿帘、水循环系统、浮球阀补水装置、机壳及电器元件组成。

其工作原理是（图1）：

通过布水管不间断的将水均匀的喷洒在蒸发湿帘上，当空调冷凝器风机运行时冷凝器腔内产生负压，使机外空气流进多孔湿润的湿帘表面进入腔内，外界热空气与蒸发湿帘的水粒充分进行热交换，水分子蒸发吸热，湿帘上的水在受热条件下蒸发，带走大量潜热，迫使过帘空气干球温度降至接近于机外空气的湿球湿度，即出口的干球温度比室外干球温度低4-10℃（干热地区可达15℃），考虑对热岛效应的影响其温差会更大。

空气愈干热，其温差愈大，降温效果越好。

从而降低进入冷凝器空气的进风，经过潜热过渡冷却节能装置预冷使进入冷凝器和离开冷凝器的空气的温差加大，单位流量的空气带走的热量增加，从而降低空调机组的冷凝温度，改善、增加冷凝器的热处理能力。

图1工作原理图

2.控制过程介绍

节能装置的各动作元件是由控制板控制的，温度传感器将信号传输给控制板，控制板根据设定条件实现对各动作元件的开启与关闭控制。

1．循环水泵的控制。

机房空调启动时，其压机排气温度升高，当排气温度达到设定值时节能装置的循环水泵开启，给节能装置供水；机房空调停机时，其压机排气温度降低，当排气温度降低到设定值时节能装置的循环水泵关闭。

2．排水泵的控制。

节能装置的排水泵是通过其循环水泵的运行时间控制的，当循环水泵的运行时间达到设定值时，排水泵启动，排水泵的运行时间可根据实际工程需要进行设置。

3．加药阀与加药泵的控制。

节能装置的加药阀与加药泵是通过其循环水泵的运行时间控制的，当循环水泵的运行时间达到设定值时，加药阀与加药泵启动，加药阀的开启时间与加药泵的运行时间可根据实际工程需要进行设置。

4．高温电磁阀的控制。

节能装置的循环水泵未启动而节能装置的湿帘温度达到设定值时，高温电磁阀开启，市政供水通过节能装置的供水管路给湿帘供水降温，温度达到设定值时，高温电磁阀关闭。

3.后台监控软件介绍

通过后台监控软件可设置各元件的控制及报警条件，显示各测试点的温度及各元件的运行情况，还可以记录、查询节能装置的历史运行数据。

后台监控软件的主界面如图2所示：

图2后台监控软件主界面

1.主界面最上端为工具栏，点击各工具按钮可进入到相应界面并进行相应操作。

2.主界面最左侧边位置显示的是已连接并通电的节能装置，图2中显示已连接了10套节能装置，最多可显示32套。

3.主界面左侧中部的图片可显示各控制系统的运行情况，图2中显示供水系统运行（有箭头及水滴标示）。

4.图片上方位置显示正在监控的系统，图2中显示正在检测1#冷凝器的节能装置系统。

5.主界面右侧中部位置为各元件运行指示区域，指示灯为绿色表示正在运行，指示灯为灰色表示关闭，图2中循环水泵的指示灯为绿色，表示循环水泵正在运行，其它元件的指示灯为灰色，表示其它元件均为关闭状态。

6.运行指示区域上方为手动控制的选择框，点击选择框，框内出现“√”时各元件为手动控制运行，此时点击指示灯区域的各元件按钮可改变各元件的运行状态；框内无“√”时为各元件为自动控制运行。

7.主界面左侧底部为温度显示区域，其中，“排气温度”指空调压机的排气温度；“高温温度”指湿帘模块的温度，用于控制高温电磁阀；“环境温度”指室外环境温度，为湿帘的进风温度；“进风温度”指冷凝器的进风温度，为经过湿帘后空气的温度；“出风温度”指冷凝器的出风温度，为经过冷凝器排放到环境中的空气的温度；“节能率”指节能装置的节能率，此节能率与湿帘前后空气的温差有关。

8.主界面右侧底部为运行时间显示区域，“通电运行时间”指循环水泵的通电运行时间，是循环水泵通电运行时间的累积值；“自动排水剩余时间”指排水泵启动剩余时间，即在此时间之后（显示时间为“0小时0分”）排水泵自动启动运行；“自动加药剩余时间”指加药阀和加药泵启动剩余时间，即在此时间之后（显示时间为“0小时0分”）加药阀自动开启、加药泵自动启动运行。

9.主界面底部为报警区域，达到报警条件时系统显示报警信息，无报警时不显示。

10.报警区域底部的左侧显示已登录用户的用户名称，右侧显示当前日期与时间。

4.施工过程介绍

本次节能改造的施工过程主要包括：

材料进场、底座安装、湿帘模块安装、供水管路安装、回水管路安装、运行调试、水箱及控制柜安装、密封部件安装布线等。

各部分的安装时间如下：

1．7月7日：

湿帘模块及配件进场。

2．7月8日：

底座及湿帘模块安装与固定。

3．7月9日：

供水管路的安装与固定。

4．7月10日：

回水管路的安装与固定，供水、回水试运行，检测湿帘布水是否均匀、管路是否漏水。

5．7月11日：

安装温度传感器，确定水箱位置并连接供、回水管路等，剪裁密封用铝塑板。

6．7月12日：

完成水箱组件的安装，安装控制柜与密封铝塑板。

7．7月13日：

布线并接线，安装密封铝塑板。

8．7月14日：

完成布线及接线，安装密封铝塑板。

9．7月15日：

安装密封板。

10．7月18日：

调试节能装置各动作元件。

11．7月20日：

完成铝塑板的安装，安装电表及水表，连接后台电脑并安装后台控制软件，清理施工现场。

12．7月21日~7月26日：

节能装置及后台电脑运行稳定，后台软件正常运行。

由于施工期间天气炎热及雨水较多，影响了施工进度。

三、改造后冷凝器工作环境及装置节电率分析

1.冷凝器工作环境分析

由于冷凝器工作环境受热岛效应影响，冷凝器进风温度比环境温度高，导致空调机组排气压力及冷凝温度升高，空调处于超负荷工作状态。

同样天气情况下，室外环境温度越高冷凝器的工作环境越恶劣，冷凝器的工作环境越恶劣空调机组的耗电量越多。

加装潜热过渡冷却节能装置可以有效地解决进风温度受环境温度影响的情况，即使在一个较高温环境中，潜热过渡冷却节能装置仍然可以为冷凝器提供一个较理想的工作环境，并且工作环境较稳定，具体情况如图3所示：

图3设备安装后个测试点温度

图3中8月1日及8月2日节能设备检测；8月14、15日、8月20日~8月22日后台电脑故障无法监测节能设备运行情况，所以此两阶段数据不可用。

图3中的室外平均温度为节能装置的进风温度，日平均温度为天气预报的日平均温度。

由图3可知，室外平均温度相对日平均温度的平均漂移量为5.5℃，冷凝器进风平均温度与室外环境平均温度温差约为8℃左右，这是因为潜热过渡冷却节能装置可以将通过湿帘的高温空气进行有效地预冷，并降低了热岛效应，降低了冷凝器的进风温度，冷凝器的出风温度也跟着降低，从而使空调机组处于一个较为理想的运行状态。

2、装置节电率分析

在节能改造实施前，所有需进行节能改造的机组均加装了电度表，通过记录电度表的读数可以直接显示需改造机组的每天用电情况。

潜热过渡冷却节能改造前后后，所有空调机组的日用电量对比情况如图4所示：

图4改造前后日用电量

图4为节能改造前后空调机组实际运行的耗电量，其中5月30日~6月8日空调机组故障导致数据不可用；6月25日~7月11日空调故障导致数据不可用；7月7日~7月20日施工期间数据不可用；7月21日~7月25日后台电脑故障，无法监测节能设备运行情况，数据不可用；8月1日及8月2日节能设备检测，数据不可用；8月14、15日、8月20日~8月22日后台电脑故障无法监测节能设备运行情况，数据不可用。

由图4可以发现，在潜热过渡冷却节能装置稳定运行后，空调机组的日用电量明显下降。

由附表二、附表三可知所有改造的空调机组在5月19日-5月29日、6月9日－6月24日中平均总耗电量为1117kw·h；所有改造的空调机组在7月26日－8月1日、8月4日-8月12日、8月15日~8月19日、8月23日中平均总耗电量为778kw·h。

则：

改造后空调机组整体节电率：

≈30％

由附表一可知改造前后的室外环境平均温度不同，改造后室外环境平均温度比改造前室外环境平均温度高，所以此次节能改造测试阶段的实际节电率比测试所得的节电率高。

空调冷凝器进风温度降低，不但可以节省空调耗电量，还可以降低空调的冷凝温度，保证其他运行条件不变的情况下，空调的制冷量会增加，因此空调的能效比（COP=制冷量/耗电量）会升高。

四、节能效益分析

7月22日~8月23日，节能装置实际总用水量为60m3，实际总用电量为190kw·h，进行节能改造的机房空调为5套，而长期运行的只有3套，因此平均每月每套节能装置蒸发水量约18.3m3，用电57.6kw·h。

排水泵每800小时排水一次，每次每套节能装置的排水量约0.1m3，因此平均每月每套节能装置的排水量约0.09m3，所以平均每月每套节能装置的总用水量约为：

18.3+0.09=18.39m3。

每吨水按3元计算，每度电按1.1元计算，则平均每月每套节能装置运行费用为：

18.39×3+57.6×1.1≈118.53元。

节能改造的费用主要由初投资、运行费用及维护费用构成，每套节能装置（20匹空调机组）的初投资为2.99万元，平均每套维护费用见表1。

表1平均每套节能装置维护费用

项目

更换周期/寿命

费用/元

备注

水处理剂

1年左右

800

湿帘组件

5年左右

5000

600元/平方米

水泵

3~5年

400

清洗

3~6个月

300

巡查

2个月

—

电磁阀

15万次

短期内基本不用更换

设备在免费维护期间（两年），如有设备元器件损坏，乙方负责免费更换，如已过免费维护期出现设备元器件损坏，由我方付费乙方负责更换。

水处理剂、湿帘组件、水泵及电磁阀的更换费用以当时的成本为准。

由表1中的维护费用，可知平均每套节能装置每月的维护费用为166.7元，平均每套空调节能改造的各项费用详见表2。

表2平均每套空调节能改造费用

费用类别

金额/元

初投资

29900

运行费用/月

118.53

维护费用/月

166.7

改造前后空调平均每天用电量分别为1117kw·h、778kw·h，长期运行的机组为3套，因此改造前后平均每套机组每月用电量分别为：

改造前：

11170kw·h

改造后：

7780kw·h

此次节能改造时间处于全年气温较高阶段，全年平均气温相对此阶段气温较低，因此全年平均节电率低于此次测试阶段的节电率。

在太阳直接辐射热和楼板显热及冷凝热短路影响下，致使天面冷凝器的实际进风温度比环境温度上升漂移1.0～5.5℃（见图3及其说明），形成区域热岛效应，具体情况如图5所示：

图5室外平均温度、漂移温度及节能设备前后温差

图5中的室外平均温度为广州室外环境月平均干球温度，漂移后室外平均温度为风冷冷凝器实际进风温度，节能设备前后温差为风冷冷凝器加装潜热过渡冷却节能装置后进风温度温降幅度。

根据室外平均气温可将全年分为5个阶段：

<15℃（一个月）；15~20℃（4个月）；20~25℃（1个月）；25~28℃（3个月）；28~31℃（3个月）。

根据前面的分析可知湿帘前后温差8℃时，节能设备的节电率为30%，所以湿帘前后温差为1℃时节能设备的节电率约为3.75%，及节能设备的节能率约为：

3.75%/℃。

节能装置可将室外空气处理成接近饱和的状态（相对湿度100%），根据室外平均温度及相对湿度可知各阶段湿帘前后温差分别为：

2.5℃、4.65℃、5.3℃、7.5℃、8.6℃，对应的节能率为：

9%、17%、20%、28%、32%，则全年平均节电率约为：

节能改造后与节能改造前室外环境平均温差为：

30.2℃-28.1℃=2.1℃，对应的节能率为3.75%×2.1≈8%，因此若不安装节能装置，室外环境温度为30.2℃时每套机组每月用电量约为：

kw·h

由以上分析可知环境温度每升高1℃，每套机组月平均用电量会增加（12548-11170）/2.1≈656kw·h。

则全年各阶段每套机组月平均用电量分别为：

1789kw·h、5004kw·h、6578kw·h、10317kw·h、12023kw·h，则全年月平均用电量为：

kw·h

改造前后全年月平均用电量、月平均用电费用及月累计用电费用详见附表四。

此次节能改造项目费用的回收期如图6所示：

图6改造前后费用对比

图6所示的费用为空调机组用电的月度累计费用，其中改造后第一个月的费用包含节能装置的初投资。

五、结论

本次测试结果表明，此次节能改造项目的节电率达30%，符合乙方方案设计中提出的18%的节能率，节能装置前后的平均温差为8℃，满足合同中要求的6℃的温差。

由本次实际运行效果可知风冷式空调机组冷凝器加装潜热过渡冷却节能装置是解决机房空调系统节能减排的非常有效的方法。

潜热过渡冷却节能装置不仅可以起到有效地节能效果，还可以减少空调设备的故障发生率，延长空调设备的使用寿命等有益附加效果。

同时，潜热过渡冷却节能装置还可以为风冷式冷凝器提供一个较为稳定工作环境而不受外界环境温度变化的影响，从而使风冷式空调机组常年处于稳定且节能的方式运转。

附表一

对比时间段室外环境温度

日期

天气预报温度/℃

天气情况

日平均温度/℃

总日平均温度/℃

日期

天气预报温度/℃

天气情况

日平均温度/℃

总日平均温度/℃

5月19日

22~31

晴到多云

26.5

28.1

7月26日

26~36

晴见多云

31

30.2

5月20日

23~32

多云阵雨

27.5

7月27日

26~35

晴见多云

30.5

5月21日

23~30

多云阵雨

26.5

7月28日

26~35

晴见多云

30.5

5月22日

23~27

阴有暴雨

25

7月29日

25~32

多云有阵雨

28.5

5月23日

22~26

阴有暴雨

24

7月30日

25~33

阴有阵雨

29

5月24日

21~27

阴有暴雨

24

7月31日

26~33

多云有阵雨

29.5

5月25日

21~29

多云间晴

25

8月01日

26~34

多云有阵雨

30

5月26日

22~30

多云间晴

26

8月04日

26~36

晴

31

5月27日

24~32

晴间多云

28

8月05日

26~36

晴间多云

31

5月28日

23~32

多云到晴

27.5

8月06日

27~35

多云有阵雨

31

5月29日

23~34

晴间多云

28.5

8月7日

28~34

多云有阵雨

31

6月9日

27~34

多云有阵雨

30.5

8月8日

27~34

多云有阵雨

30.5

6月10日

29~35

多云有阵雨

32

8月9日

27~33

多云有阵雨

30

6月11日

27~34

多云有阵雨

30.5

8月10日

26~31

阴有阵雨

28.5

6月12日

26~33

多云有阵雨

29.5

8月11日

26~32

阴有阵雨

29

6月13日

26~32

多云有阵雨

29

8月12日

26~32

多云有阵雨

29

6月14日

27~34

多云有阵雨

30.5

8月13日

26~35

晴

30.5

6月15日

27~32

多云有阵雨

29.5

8月14日

26~35

晴间少云

30.5

6月16日

26~31

多云有阵雨

28.5

8月15日

27~35

晴间多云

31

6月17日

24~30

多云有暴雨

27

8月16日

27~35

晴间多云

31

6月18日

25~31

多云有阵雨

28

8月17日

27~35

晴到多云，有阵雨

31

6月19日

27~34

多云有阵雨

30.5

8月18日

26~35

晴到多云，有阵雨

30.5

6月20日

26~35℃

多云

30.5

8月19日

26~35

晴间多云，有阵雨

30.5

6月21日

26~35℃

多云

30.5

8月23日

26~35

多云间晴，有阵雨

30.5

6月22日

24~32℃

中到暴雨

28

6月23日

25~30℃

阴天有大雨

27.5

6月24日

26~32℃

多云有阵雨

28

附表二

改造前空调用电量

日期

日用电量/kw·h

5-1、5-2＃

5-3＃

5-4＃

5-5＃

总日用电量

总日平均用电量

5月19日

281

691

257

1.5

1230.5

1117

5月20日

284

599

256

1.5

1140.5

5月21日

288

697

262

1.9

1248.9

5月22日

251

659

242

0.1

1152.1

5月23日

262

536

243

0.8

1041.8

5月24日

258

391

247

0

896

5月25日

266

579

253

0

1098

5月26日

258

557

243

0

1058

5月27日

270

592

254

0

1116

5月28日

273

699

254

0.1

1226.1

5月29日

291

640

262

0

1193

6月9日

285

622

256

1

1164

6月10日

276

548

259

2

1085

6月11日

275

568

261

1

1105

6月12日

261

610

251

1

1123

6月13日

266

607

254

2

1129

6月14日

270

610

258

1

1139

6月15日

270

586

257

1

1114

6月16日

276

590

266

5

1137

6月17日

269

565

235

38

1107

6月18日

263

558

253

1

1075

6月19日

279

573

264

2

1118

6月20日

269

543

255

2

1069

6月21日

276

551

263

2

1092

6月22日

256

564

246

1

1067

6月23日

258

608

249

0

1115

6月24日

268

599

258

0

1125

附表三

改造后空调用电量

日期

日用电量/kw·h

5-1、5-2＃

5-3＃

5-4＃

5-5＃

总日用电量

总日平均用电量

7月26日

463

238

0

131

832

778

7月27日

456

241

0

137

834

7月28日

467

242

0

130

839

7月29日

461

242

0

128

831

7月30日

434

230

0

139

803

7月31日

441

239

0

121

801

8月1日

440

234

0

120

794

8月4日

467

241

0

110

818

8月5日

469

242

0

132

843

8月6日

272

249

0

179

700

8月7日

264

241

0

181

686

8月8日

270

276

0

180

726

8月9日

263

428

0

90

781

8月10日

253

413

0

67

733

8月11日

260

419

0

61

740

8月12日

255

416

0

56

727

8月15日

273

423

0

71

767

8月16日

253

428

0

80

761

8月17日

261

423

0

79

763

8月18日

263

426

0

88

777

8月19日

264

426

0

90

780

8月23日

272

34

0

83

389

附表四

用电量及费用统计

状态

月份

项目

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

改造前

全年平均每月用电量/kw·h

7950

7950

7950

7950

7950

7950

7950

7950

7950

7950

7950

平均每月费用/元

8745

8745

8745

8745

8745

8745

8745

8745

8745

8745

8745

月累计费用/元

8745

17490

26235

34980

43725

52470

61215

69960

78705

87450

96195

改造后

全年平均每月用电量/kw·h

6122

6122

6122

6122

6122

6122

6122

6122

6122

6122

6122

平均每月费用/元

6969

6969

6969

6969

6969

6969

6969

6969

6969

6969

6969

月累计费用/元

36869

43838