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广州电信节能从中央空调水冷风柜运维入手
广州电信节能从中央空调水冷风柜运维入手
来源:通信世界周刊    2011-10-20
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      水冷风柜作为电信机楼中央空调系统的末端设备,对电信机房的空调环境起到直接控制的作用,而且在电信机楼里风柜数量多、分布广、日常维护量大,对于空调系统的工作的稳定性、节能性,起到了关键作用,广州电信通过对广源机楼的风柜系统精心维护,积累了大量中央空调系统水冷风柜系统的维护和优化运行经验。

      作为机房专业用的水冷风柜,主要面向四个工作指标,即气流风速、洁净度、温度、湿度。水冷机柜的运维主要围绕这四个指标开展。

      洁净度和气流风速的运维分析

      目前电信机房使用风柜进行空气洁净度的控制,主要是通过空调滤网实现。在日常工作中,维护人员根据滤网的洁净情况定期进行更换,保证机房内的空气洁净度达到要求。在更换滤网的同时,维护人员还应注意风柜冷水盘管的清洁维护。冷水盘管是风柜制冷除湿的主要器件,冷水和空气的热交换效率,将决定整台风柜的工作效率,因此日常维护中维护人员要定期对盘管进行清洁保养,当盘管换热质量变差时,有必要进行专业清洗,以提高换热效率。

      机房风柜的排水系统通常采用集中排水设计,即把各风柜的排水管集中后由一个排水口排出。在夏季由于空气的湿度高,风柜冷凝除湿量大,在冷水盘管处会积聚大量冷凝水,因此风柜的及时排水是十分重要的。排水不畅会导致柜内积水溢出,可能会对设备和机房造成隐患。在维护工作中,主要是进行一月一次的定期检查,针对排水管弯头处适当进行敲打,避免出现堵塞,造成排水不畅。对于大的风柜系统,由于设备数量多,排水管道长且位置隐蔽,在维护中,维护人员要视情况进行冷冻水排水冲灌,通常利用系统加压冷水进行排水冲灌,通过冲灌既可将管道内的堵塞物冲出,也可观察排水系统的排水效果如何。

      风柜的气流速度主要依靠风柜电机和风叶系统来实施控制,在日常维护工作中,主要检查轴承和皮带。特别是皮带张紧度的正确调校,对于风柜电机,风叶系统的运行寿命和工作质量有着很大的关系。同时,就电机的耗能和效率而言,皮带调校的过紧和过松都会产生负面的影响,因此维护检查的频率就要相对多些,通常需每周进行一次。

      温湿度的运维管理分析

      通信机房风柜作为通信机楼中央空调的末端控制设备,直接作用控制通信机房的空调参数,同时也是中央空调主机负荷的提供者。根据空调节能分析数据,空调机房的温度每上调1摄氏度,相关负荷理论上减少8%,因此对于机房的温度和湿度控制,是风柜的最主要功能。同时由于各通信机房的热负荷量和分布各有特点,依据机房实际情况对风柜的温湿度功能参数设置点根据夏天上移和冬天下移原则进行调节是机房风柜优化运行的主要途径。

      风柜控制温度湿度控制的工作器件主要是冷水三通阀、加湿器件(加湿水盘或加湿煲)、加热器件(电加热棒)、温湿度传感器。风柜的控制主板通过对温湿度传感器检测的回风温湿度数据进行分析,与设置参数点进行比较运算,通过主板控制电路输出控制信号,从而控制冷水三通阀、加湿器件、电热器件的工作状态,三者协调,以保持温湿度工作在参数设置范围。空调气流和风柜内部器件布置顺序如图1。

      风柜控制调节大致工作路径是,当回风检测器件温度过高,风柜主控板控制冷水三通阀的开启度,调节进入冷水盘管的冷水流量从而控制热交换;当检测温度过低,则减少冷水三通阀开启度,若主控板分析认为必要时,还会逐级打开加热器件进行加热,待温度回升至设置值时再关闭加热棒;当温度过高时,则增加冷水三通阀开启度,增加冷水流量,实现空气降温;当检测回风湿度过高时,增加冷水三通阀开启度,通过制冷使空气中的水分冷凝析出,同时打开加热器件,使冷凝后的空气温度回升至温度参数设置的工作区间,完成等温除湿的操作;而当检测湿度过低时,打开加湿器件(加湿水盘或加湿煲),补充湿蒸汽,增加空气中的湿度,同时在有需要时增加冷水三通阀的开启度,增加制冷,使加湿后的空气温度控制温度参数设置的工作区间,完成等温加湿的操作。

      从上述的风柜工作路径可以看出,在温度湿度控制的过程中,冷水三通阀、加湿水盘或加湿煲、电加热棒频繁互动,在器件的功率角度来看,加湿器件、加热器件的耗电功率十分大,在一台风柜的总电流的比例占比超过80%,因此要使风柜运行达到节能优化的目标,则应该尽量减少加湿水盘或加湿煲、电加热棒的使用。

      广源机楼实施精确维护方案

      在维护工作的实践中,主要就设置点夏天上移和冬天下移原则下,维护人员观察通信机房温湿度变化是否仍符合相关的机房空调要求,通过精确维护和优化运行使得风柜运行既具备可靠性,又具备节能性。

      根据机房分类标准,广源机楼通信机房属于B级机房。按通信设备及安装设计节能要求,二类通信机房温度范围可在10~28摄氏度(以下简称度),湿度范围可在20%~80%。在广源机楼的维护过程中,我们根据运维规程和广州地区夏季天气温度高天气潮湿的实际,先从机房湿度着手。在夏季关闭风柜的加湿功能,温度设置在25度,正负2度,湿度设置在55%,正负5%。通过一个夏季的观察,机房的温度能稳定的维持在24~27度区间,而湿度能稳定的维持在50%~60%区间。通过对机房内设备进行温度测量,无出现局部过热现象,通信设备运行正常。在冬季,主要是温度湿度相对低,我们则关闭加热功能,同时把温度设置在22度,正负2度,湿度设置在45%,正负5%,同时开启加湿功能,经过一个冬季的观察,机房的温度能维持在22~24度区间,湿度能维持在40%~50%区间,通信设备运行正常。

      在参数设置的同时,我们根据各个机房热负荷的大小和分布对各机房的风柜的运行数量和机房的风管出风口进行了调试。在负荷最集中的三楼传输机房,由于通信设备集中在机房前半段,而机房后半段则只有一列设备,造成机房内温差过大,回风温度的差异导致风柜检测点出现误判,对于机房的温湿度的保证和风柜工作的效率都带来了负面影响,在机房前段的设备中,还出现了局部温度过高的情况,为此我们针对性的对机房的环境进行了改造。首先,关闭了机房后端大量的空置出风口,改造了机房的出风口,主要是出风口下降,更贴近设备,把百叶窗的出风口改为直出风口,增加了出风量。同时在机房中段进行了间隔,避免了各段设备气流的互相影响和短路现象。通过以上的节能改造,三楼通信机房的温湿度稳定性和可靠性得到了提升。改造后与数据班同事进行了一次联合测量,确认设备局部发热的现象不复存在。在三楼改造取得成效后,我们已对二楼交换机房和一楼测量和数据机房进行数据收集和整改规划,并已上报申请机房改造工程。

      在风柜冷冻水温度的定位上,我们也进行了一些实践。机房风柜的设计工作点一般在13度,主要是为了避免工况过低,造成机房设备出现结露的现象。而中央空调冷冻水的工况通常设置为7度。根据空调主机运行特性,上调空调主机冷冻水出水温度,将对空调主机的运行带来一定的节能效果,但同时由于空调冷冻水的上调,将减少空调系统的制冷除湿能力,因此如何匹配相关的变化和机房的最终空调效果就成为日常维护工作中的观察重点。为此我们根据机房设备的热负荷进行了估计,并对冷冻水温度实施了阶梯性的上调实验,每次实验区间是上调1度,根据实验结果再确定下一步的操作。

      实验结果表明,空调冷冻水上调后,空调主机的排气温度下降,同时空调运行的加载情况减少。目前已广源机楼主机冷水出水温度上调至10度,滑阀开启度由之前的60%~75%区间下降到40%~60%区间,并长期维持在45%左右稳定运行。

      新方案实现机房用电明显下降

      机房风柜在冷水温度上升后,风柜主板通过三通阀的控制调节,增加了开启度和维持时间,通过增大水流量来改善冷水温度上升伴随的制冷除湿能力有所下降的影响。通过连续的检测表明,机房空调参数仍保持在相关要求范围内,通信设备运行正常。而同时由于参数的上调,特别是露点的提高,导致空调主机湿热负荷减少,整个中央空调系统的节能运行效果达到提升。本年度各月的机楼用电数据实现了同比下降目标。

      在风柜的日常运行维护工作里,利用季节变化导致气象条件变化的实践中,着手点放在新风风量的调节上。基本的操作就是冬天增加新风量,夏天减少新风量。由于在机房设计时新风通道的局限,我们认为在冬天通过增加新风量以达到节能的效果还是不明显,所以我们建议在风柜机房的新风通道的设计上应有所改变,增加扩大新风通道,通过阀门进行控制,以达到能有效利用和控制新风回风比例的目的,使风柜节能运行能进一步得以实现。在冬天此节能效果的体现,我们认为独立的风柜系统将比水冷风柜系统更加明显。

      综上所述,机房冷水风柜的维护和优化的着眼点,既要关注风柜自身的参数设置和器件的维护调校,也要从机房环境和整个中央空调系统的匹配方面入手,根据通信负荷的变化和分布,以及冬夏季天气气象条件的客观规律,来进行调配控制,这样机房风柜的高效维护和优化运行才能得以实现。

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