机房机站空调技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

随着中国电信事业的飞速发展，通信网络规模的不断扩大，电信企业的用电成本也在不断上涨。作为通信企业运营商，节能的工作主要是电能的节约，节约用电成本也是降低运营成本的一个重要环节。

1、通信机房中的电能消耗

一般来说，电能消耗主要包括日常运作用电和通信网络用电两部分，通信网络的节能工作主要在通信机房。在通信机房中的电能主要包括两个方面：

1）通信设备的用电。一般通信设备用电占总用电量的30%左右，由于目前的通信网络在用设备新旧交错，所以耗电量也参差不齐。通过更换效率低下的在网设备，合理调整用电负荷能够有效的达到节能的效果。注意，除非采用投资设备更新改造的方法，用新型节能设备替换下耗电大的旧设备，否则这部分用电是必须保证的，且不能节省的。

2）机房环境用电。主要包括机房照明、空调制冷和制热。其中照明及其它用电占总用电量的10%左右，空调用电占总用电量的60%左右。机房使用空调设备能有力保障通信设备的正常运行，而空调系统是机房耗电的主要设备，在耗能量方面占了相当大的比例，从实际情况来看，机房环境节能是大有潜力的。

2、机房节能的主要方向

机房节能的主要方向是机房环境节能，而机房环境的节能重点是空调节能。从技术的角度探讨，主要包括以下几个方面：

1）变频技术节能

变频技术是一种应用广泛的电机节能技术。应用了变频技术的空调系统一方面降低了开关损耗，另一方面提高了低频运转时的能效。在空调多种节能技术的应用中，变频技术是比较有效和成熟的技术。

目前在市场上有很多国内外品牌的变频器，这为变频调速节能提供了充分的技术和物质基础。变频器已在国民经济各部门广泛使用。在通信机房空调系统中，目前变频节能技术主要有两种方式：

（1）中央空调水系统变频调速节能方式

空调水泵的耗电量可占空调系统耗电量的15%～30%，所以水泵节能非常重要，节能潜力也比较大。变频调节水泵转速的节电原理如下：

采用交流变频技术控制水泵的运行是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一。图一和图二绘出了阀门调节和变频调速控制两种状态的压力－流量（H-Q）关系及功率－流量（P-Q）关系。

室外空气温度、湿度参数在整个供冷季是在不断变化的，所以空调系统的冷负荷在一年中也在不断变化中，并不是一成不变的。空调的冷负荷一年中变化很大，全年大部分时间的负荷只有最大负荷的50%左右。从上图中可见，用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的。当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降，如水泵转速下降到额定转速的60%，即f=30Hz时，其电动机轴功率下降了78.4%，即节电率为78.4%。

（2）机房专用空调压缩机变频方式

传统的机房专用空调和普通的民用空调一样，由于供电频率不能改变，传统的定频空调的压缩机转速基本不变，是依靠压缩机不断“开—停”来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。机房专用空调压缩机变频技术通过变频器来改变压缩机供电频率，调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的。空调在每次开始启动时，先以最大功率、最大风量进行制热或制冷，在迅速接近所设定的温度后，压缩机便在低转速、低能耗状态下运转，仅以所需的功率维持设定的温度，这样不但温度稳定，还避免了压缩机频繁的开停对设备造成的损伤，而且耗电量大大下降，实现了高效节能。

应用了变频技术的空调机一方面降低了开关损耗，另一方面提高了低频运转时的能效。不过由于变频技术的核心原理为高频脉宽调制技术，使用变频器就相当增加了一个谐波源，而且空调设备的功率一般都比较大，因此对通信电源低压配电系统的谐波干扰，以及通信设备的电磁干扰不容忽视。

在采用中央空调水系统变频调速节能方式时，应尽量将空调系统的低压配电与通信设备的低压配电分隔开。机房专用空调压缩机采用变频技术，应注意与通信设备保持距离并做好电磁防护措施。

2）机房专用空调的自适应控制节能技术

机房专用空调的自适应控制节能技术通过自动计算机房不同的工况条件、空调冷量分布、风量扩张循环等综合数据，动态跟踪计算空调在外部不同季节的环境温度与室内目标温度的关系，以及空调当前的富余容量，精确控制“N+1”、“N+0”、“N-1”台等空调数量的优先开关机顺序，使空调组群始终处于最合理的工作状态，提高优化冷量的利用效果，达到空调效率最大化的目的。

机房专用空调的自适应恒温恒湿控制节能监控系统的安装和施工简单方便，对机房结构没有任何变动，不影响原有空调系统结构，具有较好的安全性可靠性，而且日常维护工作也相对简单方便。

3）冷水机组空调水处理

在冷水机组中，空调水系统水管的水垢、腐蚀及青苔对制冷系统影响极大，也是空调能耗高的重要原因之一。下表是水垢对制冷机性能影响，从表中可看出水垢热阻对制冷机性能的影响很大。

水垢对制冷机性能影响（一）

水垢对制冷机性能影响（二）

定期对空调水系统进行水处理是降低消耗、提高空调系统工作效率的一种方法。空调水处理的方法可以采用对水系统加缓蚀剂等药水处理的方法，这是一种常用的对空调水系统进行清洁保养的方法。此外，采用高频多段磁场对冷却水系统及冷冻水系统的水质进行处理，也是一种可行的方法。

4）利用自然冷源的节能技术——新风系统

这种节能技术的工作原理是利用机房室外的自然环境为冷源，当室外空气温度比室内低一定程度时，依靠通风将机房内的热量带走实现室内散热，从而达到降低机房内部温度的目的，通过减少空调的使用时间达到节约电能的目的。新风系统主要有两种类型：

（1）自然通风新风系统

直接利用室外新风送入机房内。当室外空气温度较低时，可以直接将室外低温空气送至室内，为室内降温。当室外温度高不足以带走室内热量时，则仍然开启空调工作。

（2）热交换新风系统

在室外新风冷源的利用上采用了隔绝换热的方式，只利用室外新风作为冷源带走热量，室外空气并不直接进入室内，而室内空气通过换热冷却后再被送回室内。

新风系统本身工作原理简单，节能效果比较直接，但要注意以下两点：

自然通风新风系统直接引入室外的空气，机房环境将直接受外界的影响，如何保证机房的温度、湿度、洁净度是一个需要探讨的问题。

新风系统的效率主要受室内外温差的影响。由于我国幅员辽阔，地形复杂，各地由于纬度、地势和地理条件不同，气候差异悬殊。因此新风系统的节能效果因地而异，需要通过实践来验证。

5）新型制冷剂节能技术

在市场上出现了一些号称可以节能环保的R4**制冷剂，用于替代现在常用的R12、R22等制冷工质，这种环保节能型制冷剂在的某些地方进行了试验性应用，取得了一定的效果，但也存在一些问题。

R4**制冷剂是由多种氟利昂（HFC类或HCFC）按一定比例形成的多元非共沸混合工质，是一种多元非共沸制冷剂，一般用于现有设备的环保制冷剂工程改造，无须改变原设备结构，无须更换任何部件，无须更换润滑油，注入即可使用（DROP-IN）。根据目前掌握的资料和数据表明，使用R4**制冷剂的实际节能效果受各种因素影响，与理论计算有一定误差，需要进一步在不同环境和条件下进行实验测试，并在实际使用环境中跟踪，长时间测量有关数据，观察设备的运行工况。

使用不同的制冷剂会改变空调设备的工况。在没有得到空调设备厂商认可的情况下，应该谨慎的考虑使用R4**制冷剂去替换现有工质。

6）谐波治理

谐波对电网的危害众所周知。对谐波的治理，除了改善供电质量外，通过减少无功功率的消耗，也可以起到节能的效果。

第二节 产品工艺特点或流程

空调制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成，其工作过程如下：制冷剂在压力温度下沸腾，低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(通常机房空调采用的空气)，与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器。

在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气，并产生蒸发器中的低压力，冷凝器中的高压力的作用，这也是整个系统的心脏;节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量;蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的;冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连压缩机消耗的功转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

计算机技术还在不断发展，作为计算机（IT设备）的“家”--机房，也在随之发展，NCPI理念逐渐被认同并成为未来机房发展的趋势。针对上面存在的问题，以及日后发展要面临的问题，机房发展要通过高安全性、高可用性、高灵活性、机架化、节能性等方面的综合考虑向前迈进。

高安全性：最主要的是雷击，据统计设备非自然损坏失占10~30%。其次是火灾，其中又以电池为主，机房中50%的火灾是由于电池起火引起的。另外还有水灾，比如空调漏水等也是机房水灾的一大起因。

最后是非法进入，包括电脑的、人为的入侵。这些都是在机房建设中需要考虑的安全问题。

高可用性：提高平均无故障时间（MTBF），降低平均修复时间（MTTR），提高运维管理水平，把可用性提高到“5个9”的可用性水平，即年停机时间仅有5分钟，达到99.999%。

高灵活性：要能够保证随需应变，扩展、升级容易，并且占地面积小。

机架化：机架化有两个概念，一个是机架定位单元（RLU），这需要事先确定数据中心的主要标准：中心可以支持多少设备，以及是否有能力来支持这些设备等。这是根据数据中心每个机架的运行需求得出的数字。一个机架根据其主要要求（电源、冷却等）有特定的RLU值，而这些数字可以与其它同样或类似的要求一起使用。在拥有各类设备的数据中心，RLU定义一般不止一个。例如，在数据中心一个区域内的所有存储机架可以被视为RLU-A机架，而所有服务器机架则为RLU-B机架。

另外就是“机房模块”的概念，正如美国可用性研究中心提出的“IT微环境”概念所提示的那样，机架（机柜）正在成为IT设备的“新家”，或者说，机柜内的微环境才是所谓的“机房环境”。更有研究专家称“机柜即机房”。在某种程度上，至少在机房的物理空间层面上，机柜确实可以理解为被“切割成模块的机房”。

节能性：机房的密封、绝热、配风、气流组织，这些方面如果设计合理将会降低空调的使用成本。另外，因为UPS输入电流谐波成分应小于5%，所以UPS效率的提高能有效降低对电力的需求，从而达到节能的目的。

在NCPI领域，由于行业的特殊性，标准化存在着实际的困难，因此长期以来缺乏监督的动力和变革兴趣。但必须避免一次性独特工程设计的低效及容易出错的复杂性，要透明地管理IT物理基础设施的日常业务，才能建立起任何基础设施所期望的高品质。

如今，已有企业开始凭借自己的经验和商业判断力来推动行业朝着更稳定和更高效的标准化方向发展。将标准化应用于NCPI的设计、部署和运营当中，以获得易于理解、可预测和高效的NCPI结构和功能。由于标准化可显著地提高NCPI的商业价值，即可用性、适应性和总拥有成本的改进，因而必然会成为NCPI技术发展中的一个具有战略意义的长期发展趋势。

免责申明：本文仅为中经纵横市场研究观点，不代表其他任何投资依据或执行标准等相关行为。如有其他问题，敬请来电垂询：4008099707。特此说明。