中国电信〔2008〕1501号 关于印发《中国电信节能技术与 应用蓝皮书》的通知 集团公司各省级分公司，欧洲公司，信元公司，集团公司各部门；中国电信股份有限公司并转各省级分公司，各专业公司，各境外公司，各研究院，中国电信学院；中国通信服务股份有限公司： 节能减排已经成为我国当前经济社会发展的一项重要而紧迫的任务，国家对此高度重视。集团公司自2004年以来，按照政府要求，高度重视、积极部署，结合电信行业具体情况，积极推动节能减排工作。 为了帮助各级公司的掌握通信网络、通信机房中各种节能技术应用的基础原理和技术特点，因地制宜地制定节能减排降耗方案，正确选择合适的节能技术，集团公司组织编撰了《中 - 1 -
国电信节排技术与应用蓝皮书》。 各级公司应根据当地的实际情况和可能条件，参考和借鉴本蓝皮书的内容和介绍的实际应用案例，进行认真分析和正确选择与推广应用。 二○○八年十二月二十二日 - 2 -
中国电信节能技术与应用蓝皮书 版本： 中国电信集团公司 2008年12月
中国电信节能技术与应用蓝皮书 前 言 节能减排和应对气候变化已经成为我国当前经济社会发展的一项重要而紧迫的任务，国家对此高度重视。2006年，《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》首次在国家整体规划的层面上明确提出了“节能减排”的目标。在“十一五”期间，单位国内生产总值能耗和主要污染物排放总量分别降低20%和10%左右，这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会战略思想的重大举措，也是加快建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要。 作为通信大国，我国每年通信行业消耗的能源非常巨大。特别是近几年中国通信事业的飞速发展，使电信行业能耗成本不断增加。因此，响应国家关于建设节约型社会的号召，在通信网络运营生产工作中大力加强节能降耗，是当前通信运营商的一项重要工作。 中国电信公司自2004年以来，按照政府要求，高度重视、积极部署，结合电信行业重在节能的行业特征和企业具体情况，积极推动节能减排工作深入开展。各级电信公司积极响应，认真落实，开拓思路、勇于探索，试点并推广了大量的节能减排措施，取得了一定的成效。 节能减排工作所涉及的技术和方式种类繁多，如果各地都要对每一项可能的节能技术和措施进行试点、评估和推广，势必浪费大量人力、物力，影响到节能降耗工作的推进速度。为了帮助各地电信公司系统的掌握通信网络、通信机房中各种节能技术应用的基础原理和技术特点，因地制宜地制定节能减排降耗方案，正确选择合适的节能技术，中国电信集团公司组织，由中国电信电源维护技术支撑中心编撰了这套节能技术与应用蓝皮书。 本书是为指导各地电信公司开展通信网络和通信机房节能减排工作的需要而编撰的。需要指出，各种节能技术都是有利有弊的，本蓝皮书中所提及的节能技术也并不一定在各地都能够应用。各地电信公司应根据当地的实际情况和可能条件，参考和借鉴本蓝皮书的内容和介绍的实际应用案例，进行认真分析、思考和选择。 该蓝皮书首版包含18分册，根据通信企业中通信网络和通信机房的能耗特点，提出了节能工作开展的方向，并从通信设备、空调系统、高低压配电系统、气流组织、新风技术、可再生能源利用等方面进行分析，针对能耗高的情况提出了各种解决方案，同时介绍了常用的16种节能技术及方法，内容基本涵盖了近年来在通信机房开展的各种节能工作。希望通过本蓝皮书的发布，向全企业宣传普及节能减排的科学知识和方法，指导企业各单位根据各自的实际情况开展节能减排工作，做到科学节能、有效节能。 随着时间的推移，通信网络和通信机房的节能工作会不断前进。将在中国电信公司的统一安排下，根据节能技术的发展情况，适时地对已发布的蓝皮书进行升版和发布新的对蓝皮书。 本蓝皮书的编撰工作，自始至终在中国电信集团公司的领导下进行，得到了各级领导的大力支持。上海、广东、江苏、浙江、江西、新疆等地电信公司的有关专家为我们提供很多实用的维护经验，并直接参与了起草工作，并给予了大力支持。在集团公司组织的评审会中，第 2 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 评审组的专家也对本蓝皮书的送审稿提出了许多修改意见。中国电信股份有限公司广州研究院组织了相关人员进行了修订和校对整理。谨此，向所有关心和支持本蓝皮书编撰工作的各级领导、专家表示衷心感谢。 由于时间紧迫，本书中难免有不当和疏漏之处，敬请批评指正。 第 3 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 目 录 第1号 通信机房节能技术总则.........................................................................................................5 第2号 通信机房用电分析及节能方法概述...................................................................................10 第3号 机房专用空调与舒适性空调的比较...................................................................................25 第4号 机房专用空调自适应节能控制技术...................................................................................40 第5号 机房空调室外机雾化喷淋和冷凝水回收节能技术............................................................44 第6号 中央空调系统水泵变频技术...............................................................................................53 第7号 低压配电系统谐波治理技术...............................................................................................61 第8号 机房新风直接引入节能技术...............................................................................................76 第9号 机房新风水帘过滤节能技术...............................................................................................91 第10号 机房新风热交换节能节能技术.......................................................................................96 第11号 乙二醇热交换节能技术.................................................................................................103 第12号 空调冷媒控制器节能技术.............................................................................................110 第13号 中央空调水处理技术.....................................................................................................118 第14号 太阳能光伏供电技术.....................................................................................................125 第15号 风力发电技术.................................................................................................................138 第16号 风光互补供电技术.........................................................................................................142 第17号 中央空调主机变频技术.................................................................................................150 第18号 机房专用空调主机变频技术.........................................................................................153 第 4 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第1号 通信机房节能技术总则 1．前言 中国是世界上人均能源拥有量最低的国家，也是世界上能耗最高的国家之一，单位产值能耗是日本的6倍，美国的3倍，国内大部分城市经常受到限电的困扰。据估算，中国能源效率每提高1个百分点，其直接的经济效益将达130亿元。节能是21世纪中国重要的战略举措，正日益受到政府和社会的重视。中国国务院总理温家宝做政府工作报告时提出，2006年开始的“十一五”期间（2006年至2010年）使单位国内生产总值能耗降低20％左右，主要污染物排放总量减少10％，“十一五”期间中国的年节能率要达到％。这是能耗指标首次与经济增长、物价、就业和国际收支并列成为中国的宏观调控目标。 节能减排是当前我国经济社会发展的一项紧迫任务，是关系我国经济可持续发展、造福子孙后代的一件大事，也是关系全球环境的一件大事。2007年，国务院专门印发了《节能减排综合性工作方案》，进一步明确了节能减排的目标任务、总体要求，以及今后一个时期的工作重点和主要措施。节能减排工作已经成为当前各地区、各部门重中之重的一项工作。响应国家关于建设节约型社会的号召，在通信网络运营生产工作中大力加强节能降耗，是当前通信运营商的一项重要工作。 2．通信企业节能技术研究的重点 根据通信网络结构的特点和能源消耗的构成，通信运营企业的耗能主要是用电，电能的消耗可以分为生产用电、营业用电和办公用电等。如表2-1所示。 表2-1通信运营企业用电类别 类别 主要用途 生产大楼或通信机房各类通信设备、空调、照明以及生产大楼用电生产用电 梯等电能消耗 办公用电 办公大楼或办公室各类电器、照明以及办公大楼用电梯等电能消耗 营业用电 电信营业场所各类电器、设备和照明等电能消耗 生活用电 由办公或生产区域院内交流配电引出的职工宿舍生活用电能消耗 在一定程度上可以说，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在三方面，如图2-1所示。 （1）通信设备的用电；从数据统计中可以得知，通信设备用电大概占了总用电量的40%～50%左右。 网络规划、设计、建设部门应该充分考虑通信网络系统设备的在节能降耗方面的需求。 第 5 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 一方面，目前通信网络在用设备新旧交错，从耗电来看也是参差不齐，通过通信网络的规划设计，选择高效节能的产品、技术，更换效率低下的在网设备、合理调整用电负荷，能够非常有效地达到节能的效果。另一方面，需要采用投资设备更新改造的方法，用节能的新型设备替换下耗电大的老旧设备，否则这部分用电是必须保证且不能节省的。受网络发展和建设等诸多因素的制约，通过设备改造来达到节能减排的目标需要综合考虑。例如，一般不会仅仅因为在用的交换设备耗电比较大，不考虑其他因素就要求企业大量进行设备更换，选择更加节能和先进的设备。 照明系统及其他电源系统5%10%通信设备45%空调系统40% 图2-1电信企业生产用电构成 （2）电源系统用电：包括通信电源系统设备本身进行电能转换过程的损耗，接近总用电量的10%。 （3）机房环境用电：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，空调用电超过了总用电量的40%以上。 通过使用空调设备，可以控制通信机房的环境，如温度、湿度、洁净度、新风量等，保障了通信设备的正常运行。空调系统是通信机房的主要耗能设备，从实际情况来看，机房环境节能是大有潜力的。因此，作为通信网络运营部门，考虑更多的是从机房环境着手，主要考虑机房空调设备的节能技术，合理处理好机房环境保障和节能的关系。 从某种意义来说，节能降耗有两种方法和思路。一种是“挖潜节流”,即通过一定的管理办法和技术手段，提高效率，减少能耗，将原来所耗费资源的富裕量节省下来。例如；机房空调的自适应控制技术、中央空调变频控制技术等，都是从节流的角度去考虑的。另一种是“开源拓流”，就是引入新的可利用能源。例如机房新风节能系统、机房热交换节能系统、风力及光伏供电系统等，都是从开源的方向去发展的。 3．通信机房节能技术的特点 节能的系统性 第 6 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 首先，节能是一个系统工程，需要综合性地全面考虑。不能简单地评估和选择某一种节能方法或者节能措施，而要因地制宜，根据当地的实际情况和条件可能，合理选择节能方法和技术。节能措施必须因地制宜，不能生搬硬套。例如，我们国家区域辽阔，各地地理环境差异很大。机房新风节能系统、机房热交换节能系统和乙二醇节能系统都是能够很好利用室外冷空气资源作为冷源，替代空调制冷而减少能耗的有效方法，在我国北方和低温季节使用效果很好，有广泛的使用条件。但在南方却因为室内外温差较小，可利用率低，没有太大的效果。再比如空调节能，如果一个机房所配置的空调不足，全部设备开起来也不能满足要求，就根本谈不上空调的节能。 其次，节能是一项长期性的工作，必须持续坚持，不能片面地追求短期利益和效果。同时，应结合当地的实际情况，选择合适的节能技术。应该先进行试点并详细测试，重点是节能的效果和可能产生的负面影响，取得经验后再逐步推广。 节能的安全性 节能工作应以确保通信生产安全和设备使用寿命为前提。提供满足要求的机房环境，确保通信设备安全供电和通信网络畅通，是通信运营的基本要求。节能不能以牺牲通信网络的安全作为代价，更不能影响通信生产安全。要关注和评估各种节能技术可能带来的负面影响，并努力使之降到最低。提倡通过合理调整设备工况实现节能目标，不能因为节能而影响机房设备的运行安全，破坏机房的环境。 节能的有效性 在一定的程度上，“开源拓流”是无限的，要设法尽可能充分地利用室外冷源、太阳能等取之不尽、用之不竭的可再生能源，以节省有限的不可再生资源，这里面可以有巨大的发展空间。 “挖潜节流”是有限的，节能只能把一些原来富余的冷量、电量、水量、燃料节约下来，而不能把正常生产该消耗的能量也节省掉。所谓的节流，节约的是富裕的那部分。就是剔除了必须消耗的能量之外，富裕的能源可以节约多少。而这部分的能源，并不仅是某一种技术能节约多少，它还取决于本身富裕量有多少。所以，不能笼统地说，某一种节能技术能节约多少，而只能说，这种技术运用在某一个场合、某一个局站、某一个设备上能节约多少。只能根据当时当地的富裕能量，考虑能够节约的效果。 节能的经济性 节能实际上有两种效果，一种是节约资源，另一种是节约金钱。从某种角度来说，节约是节约资源，但不一定可以节约金钱，不能混为一谈。 节能技术应用要增加或改造一定数量设备，或者要增加维护工作量及管理工作量。在开展节能工作的时候，所投入的成本有时会比节约的资金更多，所以单从节约资源的角度来说，节能是非常有意义的，但从经济的角度来说，不一定可以达到节省的效果。应在对节能项目是否做到既节约能源又降低运营成本进行跟踪测试，进行经济效益分析并做出综合评估之后，才最终确定节能效果。 第 7 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 4．节能项目节能量的评估审核 如何验证节能技术的成效，评估节能降耗的效果，是直接影响节能工作开展的关键。国家专门发出了《节能项目节能量审核指南》（详见参考资料[16]），对此做出了具体指导。 要正确评估节能降耗的效益，首先要做好能耗特别是用电量的基础计量工作：要采取必要的投入，例如增加计量电表特别是智能型电表或带远程抄表功能的电表；对动力与环境集中监控系统应具备或开发用电量的采集和统计分析功能等，确保能够准确采集到各种基础数据。 对于通信网络系统设备的节能，可以参考绿网联盟(GreenGrid) 技术委员会关于机房能耗评估体系中对数据中心能量效率阐述的PUE（能源使用效率）机房能耗评估体系进行整体评估审核。 通信网络系统设备能源使用效率PUE的定义如下： PUE=全部设备能耗／主设备能耗 式（4-1） 主设备能耗包括直接提供通信网络能力的设备。例如交换设备、传输设备、数据设备等设备的能耗。在数据中心中，这部分能耗包括所有相关的IT设备的负荷，如计算设备、存储设备、网络设备，也包括辅助设备如KVM转换器、监视器和工作站（笔记本或者其他用来监视或控制数据中心的设备）等。 全部设备能耗包括以下所有支持通信网络运行的设备： z 供电设施如UPS、开关柜、发电机、PDU、电池、向外传送能源过程中的损耗部分。 z 制冷系统设施如冷水机组、机房精密空调（CRAC）、直接扩散空气处理器（DX）、泵和冷却塔。 z 主设备 z UPS在低负荷下运转时造成的能源效率降低 z 其他因素如数据中心的照明等 对于机房空调的节能降耗，目前使用较为普遍的有几种定性的比较评估方法： 节能改造前后COP（制冷效率）值的测量比较； 利用同一工况的双区域进行时功能效果比较（一区域改，另一区域不改） 在稳定负荷下，用挂表的方式对全年同期电费（电量）比较 通过等时间间隔通断累计，进行节能技术投入与不投入的比较。 对于其它节能降耗措施，也可以参考上述评估方法进行。 由于节能技术的属地化特性，决定了节能降耗的效果必须依赖现场的环境条件，很难通过实验室的仿真来进行测试。若在现场做评估，由于实际环境的差异，又难以通过精确比较进行定量的节能效果分析，可比性也比较差。 5．节能减排指标的制定 通过制定节能减排指标来推动节能减排工作的开展，有如下特点： 导向性 第 8 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 节能减排指标具有强烈的导向作用。 可适应性 中国电信各级单位分布在全国各地，且都有各自不同的具体情况和特点。制定节能减排指标既要考虑到统一性，又要适应大多数的实际可能。 可操作性 制定的节能减排指标应能够进行分解，确保层层落实，责任到位。 第 9 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第2号 通信机房用电分析及节能方法概述 1．概述 电力资源作为通信行业的支柱能源，在建设和发展中具有不可替代的作用。创建节能型企业已经成为整个社会的共识。 近几年中国通信事业的飞速发展，使电信行业用电成本不断增加。节约能源，降低成本已经成为电信行业的增收节支的一个重要环节。 2．节能的方向 节能工作可以从以下几个方面开展： （1）通信设备：从芯片级入手考虑通信设备的选型；采用节能型通信设备，同时将交换、传输、数据等通信设备的耗电量指标纳入设备选型及采购入围的重要参考因素；关、停、并闲置的通信设备。 （2）通信电源设备：淘汰效率低的变压器；效率低下的电源设备更换；电源设备供电负荷率合理调整；通信电源谐波合理治理；功率因数合理补偿；电源维护管理制度的强化；减少配电线损耗；通信电源休眠节能技术；高压直流供电技术；提高通信电源设备的转换效率等因素。 （3）机房空调与环境：机房门窗隔热封堵；机房设备布局调整；机房下送风的应用；机柜内冷却；上送风机房气流组织的改善；机房空调温度设定合理调整；旧空调主机更换；室外机冷水雾化冷却节能；空调电费精确化管理；空调维护管理制度的强化；空调风机变频调速节能；送风管路合理调整；空调水泵变频调速节能；小型机房一体化空调机节能等。 （4）办公营业场所：办公空调精确管理；办公空调维护检查；办公用电子设备使用精确管理；照明精确管理；推广使用相同亮度的节能灯；改善自然采光；照明的分段控制；采用高效照明灯具；节能项目考核检查制度的强化等。 （5）应用节能新技术：新风节能技术（包括直接新风入机房的节能方式、室内外热交换板节能方式）；变频节能技术；空调变设定节能技术；新型制冷剂技术；通信电源休眠节能技术；高压直流供电技术；乙二醇节能技术；空调室外机雾化喷淋技术；机房一体化空调节能技术等；空调冷水机组水化学处理节能技术；上送风IDC机房采用全封闭冷气通道送风节能技术；机房新风水帘过滤节能技术等。 （6）新能源利用：太阳能的利用；风能的利用；地热能的利用等。 3．通信机房用电分析 从电信部门的数据统计中我们可以得知：通信设备能耗占总能耗的45％，空调系统占第 10 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 40％，电源系统占10%，照明系统及其他占5%。由于单台通信设备、单台电源设备及单台照明设备的用电一般在投入运行后基本不变,因此只有在设备采购选型时考虑选择节能性设备，从源头上最大限度地节约用电。空调系统能耗与设备选型、环境温度、气流组织、送风方式等有很大的关系，成为电信行业节能的首要对象。以下对各类设备的用电进行分析。 通信设备 某知名电源厂商公布的数据，芯片级每降低1W的功耗，由此而带来的电源转换、配电系统、UPS、制冷系统和变压器等一系列的功耗降低，将会达到～。这种芯片级的节能降耗，将是电信实现绿色节能的首要措施。如图3-1所示。 图3-1通信局站供电系统损耗图 如图3-2是国外某研究机构对数据中心的能耗分析，由图示可以看出，数据中心每100W的能量消耗，最终只有用于运算过程，所以芯片级的节能是节能降耗必须关注的重点。 图3-2 IT负载的效率 由于通信设备全年8760小时不停运转，所以交换、传输、数据等通信设备的耗电量指标、通信电源设备的转换效率指标应纳入设备选型入围的重要参考因素，从通信设备采购源头上第 11 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 把好节能关，可以节约大量宝贵的电能。表3-1和表3-2是某省对通信设备和刀片服务器的能耗检测情况。可以看出，同类型的设备耗电量可相差好几倍。所以说，采购时选用功耗小的通信设备，是节能降耗的首选方式。 表3-1 通信设备能耗检测表 通信设备能耗检测 设备名称 功率/容量（W/线） S1240 F150 爱立信 西门子 交换设备 华为08机 华为08机 NEC 郎讯5ESS UT2000 阿尔卡特7300－HD 阿尔卡特7300－UD 宽带接入 阿尔卡特7302 华为5600（大设备） 表3-2 刀片服务器设备能耗检测表 IT设备能耗检测 设备名称 功率/片（W/片） HP-BL209G3 刀片服务器 华为BH22 通信电源系统转换效率 以下是某省公司对通信用供电设备的能耗检测情况。可以看出同类型的通信用供电设备、供电效率及功率因数情况有很大的不同。 高频开关电源系统供电转换效率 抽取常用的7个高频开关电源系统品牌不同整流模块的-48V直流供电系统分别在不同的负载率下进行转换效率比较测试，测试结果见表3-3。 表3-3高频开关电源系统供电转换效率 负载率 小系统（30A模块） 中系统（50A模块） 大系统（100A模块） 20% ％～90％％～88％％～92％ 50% ％～90％ ％～92％ ％～94％ 100% ％～90％％～92％％～94％ UPS系统供电转换效率 抽取常用的6个品牌的UPS系统进行满载的整机转换效率比较测试，测试结果见表3-4。 表3-4 UPS供电效率 品牌 单机满载效率 满载时输入功率因数 品牌1 60kVA (1＋1)系统 % 品牌2 80kVA (1＋1)系统 % 品牌3 100kVA 模块化系统 % 品牌4 300kVA (2+1)系统 % 品牌5 300kVA系统 % 品牌6 400kVA (1＋1)系统 % 第 12 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 从以上的开关电源及UPS的效率数据对比可以看出，各个品牌的转换效率有高有低。如开关电源的效率，相差最大的接近10%。因此选用供电转换效率高的通信电源也是一种有效的能源解决方案。 空调能耗 (1) 中央空调制冷主机性能（制冷）系数：制冷量与耗电量的比值见表3-7。 表3-7中央空调制冷主机性能（制冷）系数 类型 额定制冷量（kW）性能系数 <528 ≥ 螺杆式 528～1163 ≥ >1163 ≥ 水冷 <528 ≥ 离心式 528～1163 ≥ >1163 ≥ ≤≥ 50 活塞式/涡旋式 >50 ≥ 风冷或蒸发冷却 ≤≥ 50 螺杆式 >50 ≥ (2) 水泵，空调冷冻、冷却水泵效率≥82％ (3) 冷却塔，冷却塔的漂水率≤％。 (4) 分体空调，普通分体机制冷系数（COP值）≥。 (5) 单元式空调机组、恒温恒湿空调，其能效比（EER）不应低于表3-7规定的数值。 表3-7单元式空调机组、恒温恒湿空调，其能效比 类型 能效比 不接风管 风冷式 接风管不接风管 水冷式 接风管 机房气流组织与能耗的关系 空调气流组织设计的目的就是合理地组织室内空气的流动使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好地满足要求。通信机房内空调气流组织是否合理，不仅直接影响空调冷却效果，而且也影响空调系统的能耗量。机房内空调的送回风方式不但关系到机柜的冷却效果，而且也关系到空调系统的经济运行。常用气流组织形式有下送风气流组织及上送风气流组织两种。 下送风气流组织 下送风机房活动地板的空调送风口一般布置在机柜近侧或机柜底部。冷却空气从设在机柜近侧或机柜底部的活动地板风口送出，送出的低温空气只在瞬间与机房内的热空气混合，即刻从机柜的进风口进入机柜，有效地提高了送入机柜冷却空气的质量，用较少的风量，提高了机柜的冷却效果。图3-5是目前IDC机房较多采用的下送风气流组织形式，冷风完全进入密封的计算机机柜中，与计算机进行热交换后从机柜后侧排出。图3-6是IDC机架常见第 13 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 的设计方案。 图3-5 现有IDC常用下送风气流组织 图3-6 IDC机房下送风机架设计 上送风气流组织 上送风有很多种回风方式，如图3-7、图3-8和图3-9所示，气流组织是通常采用的全室空调送回风的基本方式。上送风还可分为机房顶送或紧靠机房顶下的上部侧送两种形式。 图3-7上顶送下侧回气流组织 第 14 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图3-8上送上回气流组织 图3-9上侧送下侧回气流组织 上送风方式是先调节机房环境，进而调节柜子内通信设备的温度，由于气流组织比较复杂，容易导致较多冷气从机柜以上空间、列间过道及机柜的空置区短路流失，导致能量损失，效率降低。 上送风气流组织与下送风气流组织的比较 调研一些代表性的大型IDC机房的能耗，下送风专用空调、上送风专用空调以及上送风专用空调和普通空调间隔安装这三种机房的实测能耗参数进行对比如表3-8（同室外环境温度35～38℃的状态下）。 表3-8几种机房的能耗对比 下送风 上送风 上送风 上送风专用空调内容 专用空调专用空调专用空调和普通空调 机房 机房1 机房2 间隔安装 通信设备功耗（ 255 112 509 kW）1120 空调设备功率（50 322 121 981 kW）5 空调与通信设备用电能耗比49% 126% 108% 192% 从表3-8可以看出，不同的气流组织对空调能耗的影响是很大的。设计合理的下送风系统空调与通信设备用电能耗的比值为1:2，但由于上送风系统难以消除机房热岛现象，导致空调配置很大，上送风系统空调与通信设备用电能耗的比值不到1:。能源浪费严重。 4．实用的节能降耗技术 机房精密空调室外机雾化喷淋和冷凝水回收 “机房精密空调室外机雾化喷淋和冷凝水回收”节能技术是在室外机背面位置安装滴第 15 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 水雾化装置，来降低冷凝器进风侧空气的温度，增加冷却侧的散热效率，提高空调的经济性能。 图4-1 雾化喷淋 详细技术分析请参考中国电信节能技术与应用蓝皮书第05号《机房精密空调室外机雾化喷淋和冷凝水回收》。 乙二醇热交换节能技术 由于通信机房内设备常年不停运转，考虑到隔热、隔湿及洁净度要求，一般机房不开窗，机房建筑围护结构的保温性也很好，即使冬季，无采暖情况下也需供冷。为满足要求，机房内的空调系统必须全年运行不停机。 图4-2 乙二醇节能系统原理结构示意图 乙二醇热交换节能技术利用自然冷源降温节约电能，乙二醇节能系统与空调系统联动，当室外温度高时空调制冷，而当室外温度低到一定温度值时（如15度以下）乙二醇节能系统工作并关闭空调压缩机，将室外的自然冷源的冷量带到室内实现制冷，从而达到节能降耗的目的。最大的优点就是室外的冷空气不会直接进入到机房内部，可以保证机房环境的洁净度要求。 第 16 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 冷却塔乙二醇循环机组PLC控制器水泵室内乙二醇翅片盘管冷却塔10----20组 图4-3 乙二醇节能系统室外机使用冷却塔连接 图4-4 乙二醇节能系统室外机使用换热器连接 “乙二醇热交换”节能技术的详细技术分析请参考中国电信节能技术与应用蓝皮书第11号《乙二醇热交换节能技术》。 开关电源休眠节能技术 “开关电源休眠节能技术”的原理是：由于现有的开关电源在一定工作模式下空载损耗是固定不变的。负载增加,带载损耗增加,模块效率也随之升高。通过控制模块工作模式，让部分电源模块进入休眠状态，减小空载损耗并提高模块效率，达到节能的目的。休眠的模块会在需要供电时迅速恢复，可以确保通信安全。 第 17 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图4-5 开关电源供电损耗分析 模块总体平均效率％ 模块总体平均效率％ 图4-6 开关电源休眠节能技术 “开关电源休眠节能技术”目前在电信及移动有应用，中国电信有少量局站应用，取得了较好节能效果，节能效果显著，节能率可以达到6％～15％。通过本项目一台电源可以节省6％～15％的电费，节能效益较为可观。 基站用室内一体化节能型空调 “基站用室内一体化节能型空调”的原理是：当外界温度下降到能够满足室内热负荷要求时，通过微处理控制器使压缩机停止工作，并自动开启电动排气闸，引入外部冷空气进行室内环境温度的控制，以达到设计要求。此时，蒸发器风扇工作，压缩机及冷凝器风扇处于停止工作状态。因此，大大节省了能源。 第 18 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 正常机械制冷功能 压缩机 开 蒸发器风扇 开 冷凝器风扇 开 电动风闸 关 图4-7基站用室内一体化节能型空调正常制冷功能 正常制冷条件下，电动排气闸关闭，压缩机、蒸发风扇、冷凝风扇处于工作状态 节能功能 压缩机 关 蒸发器风扇 开 冷凝器风扇 关 电动风闸 开 图4-8基站用室内一体化节能型空调节能功能 当外界温度下降到能够满足室内热负荷要求时，使用节能功能。 “基站用室内一体化节能型空调” 目前主要在中国移动有应用，中国电信应用较少，中国电信有少量局站应用，取得了较好节能效果，节能效果显著，节能率可以达到40％。通过本项目一台空调可以节省20％～40％的电费，节能效益较为可观。 新风直接引入节能技术 把室外自然冷源引入室内，空调机的运行时间就可减少。这样不但节约电能，同时也延长了空调压缩机的使用寿命，降低了维护成本。 机房新风节能技术是利用机房室外的自然环境为冷源，当机房的室外空气温度比机房室内温度低一定程度时（如冬季、春季或秋季晚间），通过新风节能装置引进符合机房空气质量要求的室外自然新风到通信机房内与机房内热空气直接进行热量交换或者通过热交换板进行热交换，可以降低机房内环境温度以满足机房环境标准要求，进而达到了节省空调制第 19 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 冷量、节约电量的目的。利用自然新风节能的方法主要有新风通过风扇直接进入机房、新风通过空调新风口进入冷气管道及室外空气与室内空气在热交换板交换热量等的几种方法。 详细技术分析请参考中国电信节能技术与应用蓝皮书第08号《机房新风直接引入节能技术》和第09号《机房新风水帘过滤节能技术》。 雨蓬室内热空气阴面被动排风阳面雨蓬主动进风室外冷空气 图4-9机房新风节能技术 直接从室外引入自然新风和通过热交换器的新风节能方式比较适应于中、小型新机房，也有电信公司应用在大型IDC机房，如北京电信兆维IDC机房。 北京电信兆维IDC机房进行空调节能改造试验，空调节能改造采取将室外新风冷源直接引入机房的方式，在机房内安装5台新风混风型节能系统，该机组采用4台风机，每台新风引入量为15000m³/h，其节能原理是：利用室外低温的新风空气与机房内回风空气混合，然后再送到机房，消除室内余热，并根据机房发热负荷的变化调节进风量，保证机房内的温度在要求的范围内；同时为补偿机房因引入新风后室内空气含湿量的降低，通过湿膜加湿器进行等焓加湿、降温，对机房内温度、湿度进行控制。在室外环境温度较低时，可以部分或全部取代传统机房专用空调工作，从而降低了能源的消耗。 除了考虑节能外我们还应关注新风节能系统可能会对机房环境、通信设备、维护工作带来的不利影响。例如在一些大气环境污染严重地区，新风系统过滤网特别容易堵塞，维护工作量增加很大；对于一些对环境洁净度要求高的机房，直接引入式新风系统能否满足要求。 变频节能技术 变频技术是一种应用广泛的节能技术。采用变频调速的方法来减少水泵电机能耗，效果十分显著。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。 中央空调的冷冻、冷却水泵及大功率的风机是变频节能最理想的应用对象。从理论上说变频器可以运用在空调系统的主机、末端风机，但现实中主机和末端风机均不是变频器理想的应用对象。空调主机使用变频器时，虽然可以灵活调节压缩机的工况，减少功耗，但压缩机还受到温度、压力等多重因素影响，使用变频器能否取得满意的节能效果还需要进一步验证。末端风机则分散在各个机房，需要增加大量变频器才能满足需要，设备成本和管理成本较高。 第 20 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 由于变频技术的核心原理为高频脉宽调制技术，使用变频器相当于增加了一个谐波源，它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，在采用变频技术时应特别引起注意。 详细技术分析请参考中国电信节能技术与应用蓝皮书第06号《中央空调系统水泵变频技术》、第17号《中央空调主机变频技术》和第18号《机房专用空调主机变频技术》。 空调冷水机组水化学处理节能技术 中央空调冷水机组水系统包括冷冻水系统及冷却水系统，中央空调冷水机组输送的冷冻水是输送冷量的媒体。冷冻水中有可能存在各种对热交换不利或者加速对水管腐蚀的物质，这些杂质沉淀在盘管和水管壁上，对热交换和水循环影响极大，也是造成空调能耗高的重要原因。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。 水处理技术有两种：一种是对水系统加缓蚀剂等化学药水处理的方法，这是一种常用的对空调水系统进行清洁保养的方法。另一种是利用磁场对冷却水系统及冷冻水系统的水质进行处理。这种方法一般是化学水处理方法的补充，也是可行的方法。 由于水质处理比较简单易行，适合在各种中央空调水系统、特别是使用时间较长，水质污染比较严重的旧中央空调系统。进行水处理时，必须对药剂的负作用进行认真检查，不要因实行了水质处理反而加快了水管金属的腐蚀或者脱离剥离，还应注意水质排放的环保问题。水处理不当可能会对空调水系统管道造成损坏，建议请专业水处理公司对空调水系统进行专业保养维护。 详细技术分析请参考中国电信节能技术与应用蓝皮书第13号《空调水处理技术》。 空调冷媒控制器节能技术 空调冷媒控制器是一个控制制冷压缩机冷媒回路的机械型冷媒控制器。在保证制冷压缩机运行可靠性的前提下，通过冷媒循环状态控制的优化，达到制冷压缩机节能的效果。核心原理是：气容和特殊的结构产生高速稳定的湍流，减少管壁边界层和闪蒸汽，使蒸发器和冷凝器换热效率和换热面积增加，压缩机出口压力降低，以达到节能的效果。也就是说通过ERC的控制，空调制冷机组提高了制冷效率（COP值）。 第 21 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图4-10 空调冷媒控制器工作原理示意图 它的适用范围是：螺杆机组、活塞机组（水冷风冷均可），涡旋机组。即相应的中央空调、风冷热泵、精密空调、专用空调、工业制冷机等 详细技术分析请参考中国电信节能技术与应用蓝皮书第12号《空调冷媒控制器节能技术》。 5．管理节能方法 管理节能是通过建立一系列节能管理制度从各方面采取措施最大限度减少滴、冒、跑、漏等浪费现象来达到节约能源、节约资源的目的。 机房环境管理节能方法 (1) 通信机房的门、窗、孔洞在条件允许时应使用封堵密闭，减少室内冷气外漏或室外热量入内，减少冷气泄漏。不具备条件的可增加防火窗帘，减少外界热辐射。 (2) 对面积较大的机房增加隔断,对机房天面增加隔热层。 (3) 严格机房管理，要求进出机房必须随手关门。 通信设备管理节能方法 (1) 对机房设备进行清理，停用的设备、系统必须及时下电处理。 (2) 根据维护规程要求合理设定机房空调温度参数，在满足规程及设备要求前提下，空调温度设定在较高值。 (3) 基站空调必须轮流切换使用，不同时开启（长时间运行发生故障，造成压缩机空转不制冷），机房温度高时不同时关闭（节约电费造成网络设备损坏）。 (4) 对供电线路进行检查，防止建设期敷设出错，把电表接在市电油机转换开关后级，将油机发电电量计入电表。同时对异常用电量的电表进行计量校核，减少计量误差。 (5) 交换、传输、数据等通信设备的耗电量指标、通信电源设备的转换效率指标应纳入设备第 22 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 选型入围的重要参考因素。 (6) 淘汰发热量大、效率低的电源设备（如相控整流器、工作性能已严重下降的落后蓄电池组、油机发电机组和变压器）；在安全条件允许的前提下，按最节能方式合理调整电源设备工作负荷率。 (7) IDC机房建设应选择制冷效果好的下送风方式；对上送风IDC机房的气流组织也应进行合理调整。 办公场所管理节能方法 (1) 加强办公环境空调管理，要求做到开空调时必须关紧门窗、人离开时必须关闭空调，并按照国家节能指导意见合理设定办公环境空调温度。 (2) 在环境温湿度适宜时尽量减少使用空调，特别是在公共场所，比如过道走廊尽量少用空调。 (3) 办公及机房使用的白炽灯更换成同样亮度的节能灯，在对亮度要求不高的场所减少灯管数量和功率。 (4) 办公设备长时间不用时应关闭电源，比如办公电脑、打印机、复印机下班时应关闭电源。 空调管理节能方法 (1) 搞好空调定期维护保养工作，可大大减少空调耗电量。空调维护工作内容包括：定期清洗滤网、蒸发器和冷凝器翅片；检查测试压缩机电流、压力、出风口温度、电机和轴承运行状况；定期校对温湿度传感器。 (2) 加强巡检，对故障空调及时修理，避免压缩机空转不制冷的情况发生。定期补充空调制冷剂，提高制冷效率。 (3) 定期对空调室内机滤网及室外机进行清洗，提高制冷效率（根据经验，可节约电费5%～10%）。 电量管理控制措施 (1) 对生产用电、营业用电、外租场地用电进行独立电表计量核算，避免替他人缴费。 (2) 定期对用电量异常的基站供电线路进行检查，要求业主提供电损分摊依据，避免不合理分摊。 (3) 校核计量出错的电表。 (4) 建设期间不少通信局、站直接接入业主供电线路，没有进行后续改造，造成用电类型多。目前用电类型有：工业用电、商业用电、农业用电、民用电等。商业用电其电价较高，并存在一定量的电损分摊。将商业用电等高价用电改造为较低价的工业用电（或其它较低价用电类型），可以降低用电成本，同时便于管理。核准收费价格依据，根据丰水期、枯水期价格不同进行不同的电费计算。尽量不采取年度收费方式，避免部分业主全年按照枯水期电价收费。 其它管理节能方法 (1) 加强对汽车燃油管理：根据不同车型和车况的具体情况，定期核定每台车辆的百公里油耗指标。实行定点加油，并通过采用打卡方式凭车辆牌号加油，以杜绝加油漏洞。加强第 23 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 对汽车发动机的维护保养工作，提高汽车发动机的效率，同时积极倡导节能驾驶。 (2) 油机燃油管理：对模块局和接入网的油机发电机，应根据其油机型号、负荷量和设备运行状况，核定油机每小时的油耗指标，以杜绝燃油费用报销时的漏洞。加强对油机发电机组的维护保养工作，提高油机发动机的工作效率。 (3) 水消耗管理：加大对用水消耗的管理，对控制企业能耗将起到非常重要的作用。宜采用恒流式节水器、恒压式节水器、感应式节水器等系列节水产品。加大用水管理检查制度，严查跑、冒、滴、漏现象，并严厉处罚浪费水行为。 6．小结 随着中国电信通信网络的发展，通信机楼的不断兴建，大量接入网机房及模块局机楼的投入使用，用电能耗增加很快，增加了运营成本。从用电源头上选用节能性通信设备是节能的最好办法，通过加强管理节能是节能降耗的低成本方式，技术节能是在管理节能的基础上进一步降低能源消耗，总之通过管理与技术方法，可以有效地降低用电能耗，以最小的投入创造最大的经济效益。 第 24 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第3号 机房专用空调与舒适性空调的比较 1．概述 随着中国电信通信事业的发展，通信设备广泛应用，空调设备在各类机房也大量投入使用，空调设备是保证其他设备正常运行的基础。使用空调目的都是为了带走通信设备所散发的热量，维持机房内的温湿状态并控制机房的空气含尘量，以保障通信设备正常运行。日前在中国电信现有的机房有多种空调配置方式，有的机房配置舒适性空调，有的机房配置机房专用空调。 本文就机房专用空调与舒适性空调的差异进行分析。下面从机房环境特点、技术参数、可靠性因素等方面进行比较和分析。 2．机房环境特点及空调工作原理 通信机房环境的特点 通信设备散热特点和要求 通信设备是由大量发热元器件组成，由于其发热量大，机房内热密度远大于一般民用和办公环境，为把机房的温、湿度控制在规定的范围之内，使通信设备工作在合适的温、湿度范围之内，机房的空调必须持续、稳定地运行。通信设备散发的热量都是以显热的形式出现，室内显热比在90％以上，要求在空调工作过程中通信机房内任何情况下均不得出现结露状态，要求机房空调制冷系统必须具有高显热比特性。 因此机房空调系统最直接的要求是送回风温差小、显热比高、送风量大、能持续工作。 维护规程中时机房温、湿度及防尘的明确要求。各项指标见表2-1 表2-1中国电信通信维护规程明确要求。 环境分类 主要局站类型 温度 湿度 包括DC1、DC2 长途交换机、骨干/省内低级信令转一类环境 接点、骨干/省内智能网SCP、一二级干线传输枢纽、10～25℃ 40%～70%骨干/省内骨干数据设备的通信机房及动力机房。 包括设置汇接局、关口局、本地智能网SCP、本地传输网骨干节点、本地数据骨干节点（含城域网核心层设备）、IDC 机房、拨号服务器的通信机房，5 万二类环境 门以上市话通信机房及测量室,服务重要用户（要害10～28℃ 20%～80%部门）的交换设备、传输设备、数据通信设备机房，无线市话核心网络设备机房及所属的动力机房，长途干线上下话路站。 包括设置5 万门以下市话通信机房，城域网汇聚层三类环境 10～30℃ 20%～85%数据机房及所属的动力机房，长途传输中继站。 包括设置模块局、用户接入网、城域网接入层设备四类环境 5～35℃ 15%～85%（小区路由器、交换机）、DSLAM 设备的通信机房。第 25 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 设备内部积累灰尘后一方面影响设备的换热性能，同时容易吸附水分产生腐蚀和引起电路板等设备的绝缘性能下降，导致故障产生，因此机房内的空气洁净度应给予重视。 电子计算机房机房设计规范的要求 GB50194-93《电子计算机房机房设计规范》第条规定电子计算机机房内温、湿度应满足下列要求： 表2-2 开机时电子计算机机房的温、湿度 级别项目 A级 B级 夏季 冬季 全年 温度 23±2℃ 20±2℃ 18℃～28℃ 相对湿度 45％～65％ 40％～70％ 温度变化率 <5℃/h并不得结露 <10℃/h并不得结露 表2-3 停机时电子计算机机房的温、湿度 级别项目 A级 B级 湿度 5～35℃ 5～35℃ 相对湿度 40％～70％ 20％～80％ 湿度变化率 <5℃/h并不得结露 <10℃/h并不得结露 机房空调工作原理 机房空调属于工艺性空调，其制冷和热泵原理下图2-1所示，因为机房工作的特殊性（机房空调全年不间断运行），对机房空调的性能要求很高，所以，保证机房空调机组配置的绝对优秀是必不可少的条件。专用空调机的特点是高可靠性、大风量、低焓差、较高的空气过滤效率、以及加热、加湿、除湿等功能。 图2-1机房空调制冷循环图 第 26 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 3．主要特点和优势 机房专用空调和舒适性空调技术参数的比较 技术参数比较 机房专用空调是为保证机房内恒定的温湿度、洁净度等设计。舒适性空调是为人提供舒适的办公生活环境而设计。机房内的温湿度和办公生活要求的环境有很大的不同，因此两者在技术参数上有很大区别。 表3-1是机房专用空调与舒适性空调技术参数的一些对比。 表3-1技术参数比较 空调系统 机房空调 舒适空调 告警精密空调有着更宽的输入电压范舒适空调±10%。 输入 围，输入电压范围±20%,具有缺相保与舒适性空调相比，专用空调有着更电压 护,错相自动调整功能，告警功能，断好的电网适应能力。 范围 电后可实现来电自启动和延时启动。 机房专用空调的重要控制参数为湿度，舒适性空调无法进行湿度控制，只能温湿度 可以达到±5%的控制精度。 进行除湿。湿度过高及湿度过低产生控制 的静电对设备运行都极其不利。 精密空调设计为大风量、小焓差，出风舒适性空调的设计为小风量、大焓风量、出风温度设计10～14℃ ，换气次数设计差，出风温度设计在6～8℃ ，换气温度、焓差 30～60次。避免“露点问题”，并通过次数设计在10～15次。 大风量的设计解决了机房降温问题。 机房专用精密空调的设计寿命为10年，舒适性空调一般按照每年运行1～3此设计是按照全年365天，每天24小时个季度，每天运行不超过8小时的方寿命 的运行方式设计，根据24小时×365天式设计，如果按照精密空调设计寿命的连续运行设计。 的计算方法要求，其寿命在3年左右。机房专用空调可以达到 微米/升舒适性空调只具备简单的过滤功能。过滤 <18000(B级)，配合以大风量循环，保功能 障机房洁净。 机房专用精密空调通常采用漩涡式压舒适性空调能效比为～，舒适省电节能 缩机，使其能效比高达, 精密空调性空调显热比的设计一般为。 方面 高显热比的设计使其显热比达到 显热比 一般按的显热比设计. 一般~的显热负荷. 100%正面维护.聚胺酯高分子网材可以一般 可维护性 清洗,防潮\防湿\防腐\阻燃 启动 来电自启动,延时启动.功能 无 适应性 标准机组适应－15℃～45℃ 舒适空调－5℃～43℃ 蒸发温度 7~11℃ 较低 出风温度 13~15℃7~9℃ 冷风比~33~5 3Kcal／m 焓差2~~5 kcal／kg 监控 本机或远程监控 无或非常简单 从表3-1列出的内容，可以看到机房专用空调和舒适性空调的特性参数的区别，主要区别是两者应用环境对温湿精度、热密度、风量和显热比的要求不同。 几个关键参数的对比 z 风量和进出风温差的比较 第 27 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 机房专用空调可以实现大风量、小进出风温差的功能。根据Q =M×(h—h)，其中Q为l2空调吸收的冷量，M为空调的风量，h、h为回风、出风的焓值。当冷量Q固定时，风量Ml2越大，h—h越小，即大风量小焓差。由于温差(T—T)与焓差(h—h)近似成正比，所以随l212l2风量M的增大，进、出风温差减小，因此，可以看出，机房专用空调可以实现大风量、小进出风温差的功能。 z 除湿量和显热比的比较 由于机房专用空调风量大，而且结构设计上蒸发器面积大，这是能实现高显热比的重要途径。通过表3-2可以看到，机房专用空调的出风温度12 ~14℃高于22 ~24℃／45％环境下的露点温度。在此情况下，机房专用空调基本已无除湿功能，除湿量小，显热比在90％以上。而舒适性空调在室内温度22~24℃运行时，出风温度为7~9℃，其出风温度与24℃／35％条件下的露点温度相当，假设机房完全密封，舒适性空调在24℃／35％的室内环境下仍在除湿，空气中的水蒸气冷凝为水，很大一部分冷量为潜冷量，除湿量大、显热比较低，只能达到60％~70％左右。这样易造成机房湿度过低，满足不了机房要求。 表3-2空气状态参数 3干球温度 相对湿度绝对湿度(g／m)露点温度℃ 22℃ 50％ 24℃ 35％ 24℃ 35％ 24℃ 45％ 24℃ 50％ 25℃ 50％ 26℃ 50％ 27℃ 50％ z 大风量、高出风温度、高显热比的优势 机房专用空调可以提供大风量，机房的空气循环次数每小时可达几十次，大风量有利于机房温度场的均匀分布，防止局部过热情况的出现，以保证精确的温、湿度控制。同时1～2分钟可对机房内空气过滤一次，保证了机房的洁净度。较高的出风温度可以避免出风时携带雾滴和过度除湿。高显热比一方面可以降低空调的运行费用，使空调提供的冷量均用在降低机房的温度，而不是除去空气中的水蒸气，做“无用功”。 温湿度控制功能 在技术方面，机房专用空调采用PID(比例、微分、积分)回路控制方法，控制精度高，而舒适性空调采用比例控制方法，温度控制精度低。 在控制湿度方面，机房专用空调配有加湿器，不但能加湿，而且在除湿同时控制机房的温度的恒定，保证温度和湿度的统一稳定。舒适性空调只能在制冷的同时除湿，在除湿的同时无法对温度进控制， 过滤器的性能差别 机房专用空调机内通常标准型机组均采用粗、中效空气过滤器，使机组送出的冷气达到一定的洁净度，以满足机房要求。而舒适性空调机一般只有初效过滤器，空气的过滤性能达第 28 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 不到要求。 可靠性比较 设备部件组成方面 从专用空调和舒适性空调所选用的零部件上看，机房专用空调的零部件采用的均是高可靠性部件。如表3-3。 表3-3 设备部件比较 空调系统 机房专用空调 舒适空调 室内 框架钢结构，经过耐腐蚀处理 塑料件为主，易老化和破损变色等。 结构件 室外 耐腐蚀铝合金，适应各种环境 钢板喷涂件，易老化生锈。 结构件 谷轮涡旋压缩机，柔性设计，工业标一般采用旋转式压缩机。 压缩机 准，能效比高达。 大面积蒸发器，较同功率舒适空调大蒸发器紧凑、重量轻，内螺纹、亲水蒸发器 25%，管径采用，压损少，内螺纹，膜，但换热效率较低。 亲水膜，高效换热翅铝片。 节能，防腐，长寿命设计，体积小重美观、体积小，对室外环境要求较高，冷凝器 量轻，轴流风扇冷凝器。 设计寿命、防腐性能较低。 外平衡式膨胀阀，热平衡膨胀阀。 毛细管，无法自动调节制冷系统的过冷度与过热度，因此系统在偏离最佳膨胀阀 运行设计点时，能效比大大降低，低温制冷时，有很大的回液风险。 风量比舒适空调风量高35%以上，能舒适空调采用泡沫外壳，塑料叶轮，风机 效比高，提高运行的经济性，全金属风量小，效率低，寿命短。 外壳，全金属叶轮。 加热器 PTC正温度陶瓷式电热器。 普通加热器 精确的电脑控制，实现±2℃精度控集成电路控制，温度控制不可调节，控制部分 制,加湿机型实现±5%湿度控制，电控不具备湿度控制，电控保护系统不够系统经过了严格的EMC测试。 全面。 控制与 智能化微电脑控制系统，全中文大屏舒适空调只有字符显示代码告警，没显示屏 幕LCD背光显示，人性化界面。 有记录功能。 主备机切换功能,机组自动切换功能，舒适空调控制简单，故障率高。 通讯功能 轮流值班功能,标准485接口。 压缩机装在室内，增加制冷系统稳定整机体积小、美观但不耐用，风机、其它 性，防盗\减少到室外环境的噪声，室压缩机易烧毁，噪音稍大。 外机只有风机无级调速。 监控系统方面 机房专用空调的监控系统功能比舒适性空调要完善得多。机房专用空调的远程监控功能可以方便地将空调设备纳入到动力监控系统。而舒适性空调一般没有监控系统功能。 多台机管理功能 机房专用空调的多台机管理功能，可将同一区域内的多台空调机分别在不同的时间内作为主用机和备用机。即当主用机发生故障时，控制系统可把该机的负荷自动地切换到备用机。正常情况下，每台机均按一定的时间轮流作为主用机和备用机，从而均衡各机的运行时间。这样，有利于提高专用空调机组的寿命和运行的可靠性。 机房专用空调和舒适性空调应用差异 第 29 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 全年制冷问题 各种通信设备都要求空调机全年制冷运行。从室外环境温度来看，舒适性空调在设计理念上只是在夏季发挥降温功能，而机房的特点是发热量大，其空调即使在冬季也要具备降温功能。舒适性空调在冬季运行时，制冷量下降，蒸发器温度低，机组不能正常工作，不能适应机房的冬季运行要求。 机房专用空调采用可调速冷凝风扇和储液罐等方法，保持冷凝压力，适应各类室外温度变化的要求，能在－35℃～+45℃条件下保证空调24小时正常工作。 系统故障率和寿命分析 机房专用空调可靠性高，MTBF一般都在10万小时以上，设计寿命达到10年。舒适性空调一般设计寿命5～6年，按每年运行6～7个月、每天运行10小时计算，即每年运行2000～3000小时。如果舒适性空调在机房中365天、每天24小时运行，一般只能运行3～5年。 几种小空调实际运行参数的对比 对制冷量同为7kW左右的普通舒适性空调、商用空调与机房专用空调进行性能方面的对比，下面是三类空调的性能参数表。 某品牌普通舒适性空调性能参数 表3-4某普通舒适性空调性能参数 型号kFRd-71LW/V(ZXF) 内容 电源 单相,220V,50Hz 制冷量 （W） 7180 制冷 功率2240 （W） 运行 电流 （A） 制热量 （W） 8150 制热 功率 （W） 2400 运行 电流 （A） 电热功率 （W） 2000 电热电流 （A） 3风量 （m/h） 1100 50/48/38 室内机 运转噪音 （dB(A)） 室外机 58 室内机 48 质量 （kg） 室外机 68 汽管（mm） 配管尺寸及单程 液管 （mm） 最大长度 最大长度（m）20 室内外机的最大高度差 （m） 10 2连机线参数 YZW 3×+3× 2电源线参数 YZW 以上 外型 室内机（长×宽×高）（mm）1793×512×317 尺寸 室外机（长×宽×高）（mm）948×340×830 压机型号及绕组阻值 TH338VEEC 冷媒型号及充注量 (g) R22 2700+80g 第 30 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 某品牌商用空调（通信设备用空调）性能参数 表3-5某品牌商用空调性能参数 商用空调 定频 直流变速 室内机 3HP 5HP 3HP 5HP 型号 制冷量(kW) 制热量(kW) 尺寸(H×W×D）1850×600×270 1850×600×3501850×600×2701850×600×350(mm) 送风量(强/弱) 1080/840 1740/1500 1080/840 1740/1500 3(m/h) 运转音(强/弱)41/36 48/44 41/36 48/44 （dB） 重量(kg) 42514251室外机 单相220V 电源 三相380V 单相220V 单相220V 三相380V 尺寸(H×W×D）700×900×320 1170×900×320735×825×3001345×900×320(mm) 3送风量(m/h) 2880 5340 3090 6300 运转音(强/弱)50545255（dB） 重量 70 104 54 99 压缩机 涡旋式 涡旋式 摆动式 涡旋式 制冷剂 R22 某品牌机房专用空调性能参数 表3-6某品牌机房专用空调性能参数 机房专用空调系统技术性能数据 机组型号 DME07 DME012 o制冷量(22C, 50%rh) 总冷量 (6485 kcal/h) (10802 kcal/h) 显冷量 (5848 kcal/h) (9735 kcal/h) 显热比 风机运行参数 3风量-高速(m/h) 2250 2700 3风量-低速(m/h) 1800 2400 满负荷运行电流(A) 压缩机参数 高压保护（MPa） 低压保护（MPa） 最大运行电流（A） 电性能保护 高电压保护（V） 475 475 低电压保护（V） 285 285 缺相保护 Ok Ok 逆相保护 Ok Ok 加热量及加湿量（选配） 加热量（kW） 4 4 加湿量（kg/h） 第 31 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 机组尺寸及重量 室内机组型号 DME07M DME12M 尺寸(mm) 长 600 600 宽 550 550 高 1900 1900 重量(kg) 124 135 室外机组型号(风冷冷凝器) DME07W DME12W 尺寸(mm) 长 702 702 深 408 408 高 626 1239 重量(kg) 30 48 冷媒管径 1/2”,3/8” 1/2”,5/8” 分析 由上面性能参数表分析。 3从送风量来看，制冷量为7kW左右的空调，舒适空调送风风量为1100m/h，商用空调33为1080 m/h，机房专用空调送风量是2250 m/h，机房专用空调送风量是其他空调的二倍，送风量大可以保障机房温度的均匀性。 从重量来看，舒适空调室内机48kg室外机68kg，总重量116kg；商用空调室内机42kg室外机70kg，总重量112kg，机房专用空调室内机124kg室外机30kg，总重量154kg。同样制冷功率的空调，机房专用空调比其它空调系统重很多，这是因为机房专用空调为了保障设计寿命，重要部件采用金属部件，同时蒸发器与冷凝器面积较大，提高了制冷效率。 三类空调部件(器件)材质及性能比较，如表3-7。 表3-7各种空调部件(器件)材质及性能比较 部件(器件) 机房专用空调 商用空调 普通舒适性空调 结构件 全金属 塑料/少量钣金 塑料/少量钣金 压缩机 COPELAND 大金/三菱 大金/三菱/三洋 膨胀阀 DANFOSS 无(用毛细管) 无(用毛细管) 内风机 YILIDA金属离心风机 塑料离心风机(自开模)塑料离心风机(自开模) 空气开关 ABB/施耐德 无 无 压缩机接触器 施耐德/西门子 无 无 内风机转速控制 OEG电磁继电器 主控板直接控制 主控板直接控制 外风机转速控制 佛山通宝热继电器 无 无 回风温度传感器 温湿度检测板 温度探头 温度探头 回风湿度传感器 温湿度检测板 无 无 高压开关 常恒 常恒 常恒/部分厂家无 低压开关 常恒 常恒 常恒/部分厂家无 排气温度保护器 贵州航天 无 无 加湿装置 CAREL加湿罐 无 无 加热装置 PTC电加热器 利用空调系统热泵制热利用空调系统热泵制热 机房空调与普通空调性能参数比较，如表3-8。 表3-8机房空调与普通空调性能比较 一般舒适性机组参数 机房空调 备注 空调 电电压适宽电压适应能力能够满足户外基站的供电特点。 380±20％ 380±10％ 压应范围 220±25% 适由于户外基站通常在较差的供电环境工作，机房空调有缺应缺相 有 无 相保护，可以有效的保护空调在电源缺相时不烧坏压缩保护 第 32 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 能机。 力 相序自机房空调提供电源相序自动调整功能，可以有效的保护空可选 无 动调整 调在电源相序错时能正常工作。 舒适性空调在设计理念上只是在夏季发挥降温功能，当室环正常 外温度在-5℃及以下时，即无法降温，强制其运行时，机境运行 －15℃～＋组的寿命就会大大缩短！而机房的特点是发热量大，其空－5℃～＋43℃适温度 45℃ 调即使在冬季也要具备降温功能！机房空调的设计能够适应范围 应各类室外温度变化的要求，在-15℃到+45℃区间保证空能调24小时正常工作，包括降温和升温。 力 低温 有(－34℃～机房空调有低温选件能够适应环境寒冷地区使用。 无 选件 ＋45℃) 高显热比一方面可以降低空调的运行费用，使空调提供的冷量均用在降低机房的温度，而不是除去空气中的水蒸显热比 ～ 气，做“无用功”；另一方面可以稳定机房的湿度，防止过度除湿又加湿的情况出现。 温度控机房空调机组根据计算机房设计规范GB50174-93(电子22℃～24℃ 21℃～27℃ 制精度 计算机机房设计规范)的规定进行设计。 环换气 机房空调的大风量设计可以提供30次以上的空气循环次境能力 数，满足GB50174-93的要求，能更好地保证机房温度精调30～60 5～15 (次/小度，使机房内温度场均匀，避免局部温度过热。同时每2节时） 分钟可对机房内空气过滤一次，保证了机房的洁净度。 要机房对空气洁净度有较高的要求。因为设备内部积累灰素 尘，一方面影响设备的冷却效果，容易造成设备局部过热；空气 ASHRAE 简单 另一方面灰尘会吸附水分产生腐蚀，引起电路板等设备的过滤20%+ 绝缘性能下降。因此GB50174-93对机房内洁净度要求为：每升空气中大于或等于μm的尘粒数应小于18000粒。出风 机房空调出风温度高，可以避免空调机组出风时携带雾滴13℃ 6～8℃ 温度 和过度除湿，对近端设备造成影响。 机房空调可选配加湿器和再加热器，不但能加湿，而且在再热器 提供 无 除湿时控制机房的温度的恒定，保证温度和湿度的统一稳定。 舒适性空调只能在制冷的同时除湿，不能加湿。而且在除湿的同时无法对温度进行控制。对湿度的控制只是“听天由命”，不能提供控制手段，只能另外增加加湿器进行湿加湿器 提供 无 特度控制。由于加湿器和空调是独立的设备，不能很好地协别调，对湿度控制精度差，而且常常会有加湿器加湿，空调功除湿等浪费能源的情况。 能机房空调可进行灵活的主备机切换功能，配备标准RS485集中 要提供 无/少 监控接口并免费提供通讯协议，可对网络上的空调进行集监控 求 中监控和维护管理，查询历史数据和实现远程控制。 每年 机房空调的可靠性高，MTBF一般都在10万小时以上，连续 设计寿命为15年。舒适性空调也会标称设计寿命8年，8760 1000～2500 运行 但一般是按每年运行6个月，每天运行8小时设计。如果时间 舒适性空调在机房中365天，每天24小时运行，其设计使用寿命不超过3年。 ＞8年 3～5年 寿命 部框架钢结塑料件为主，易 件 室内机 构，经过耐老化和破损，变可腐蚀处理 色等 靠散热面积比机房空调有较大散热面积，能够适应夏天高的室外环境温性 普通空调室度。 外机组大20室外机 ％以上，可散热面积小 以适应较高的室外环境温度 舒适空调由于其节流部件使用的是毛细管，而不是膨胀阀——无法自动调节制冷系统的过热度和制冷剂流量，因此节流 热平衡膨胀毛细管 在制冷系统偏离最佳运行设计点运行时，制冷系统能效比部件 阀 将大大下降，制冷系统过热度也将发生很大变化，无法满第 33 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 足机组全天候运行的经济性和可靠性。在低温制冷时，压缩机有很大的回液风险，压缩机的可靠性无法得到保证。 采用合金材塑料风扇，易破机房空调机组风量比同制冷量舒适性空调风量大35%以风机 料风扇 损 上，因此机组能效比更高，提高运行的经济性 先进的微电控制功能简单， 脑控制系告警功能少 控制 统，全面的系统 告警功能，方便的维护界面 谷轮涡旋式 涡旋式、转子式 机房空调压缩机涡旋盘采用谷轮独有的专利技术（柔性设计），大大提高了压缩机承受杂质和抗液击能力，涡旋盘压缩机 互相磨合而不磨损，高效能（工业标准，高达），而且降低了运行噪音。 4．注意事项和存在问题 通信机房产生的热主要是显热，机房专用空调的最直接的要求是显热比高、送风量大、能持续工作。机房专用空调通常采用涡旋式压缩机，其能效比达3.（4舒适性空调为～），而且送风量大，高显热比的设计使其显热比达到，而舒适性空调的设计需求为小风量、大焓差，舒适性空调显热比一般为～，并不适合在通信机房长期使用。 5．经济性分析 从上面的阐述中可以知道通信机房产生的热主要是显热，机房专用精密空调通常采用涡旋式压缩机，其能效比达（舒适性空调为～），精密空调高显热比的设计使其显热比达到（舒适性空调一般为～）。 计算耗电量时，空调以持续运行产生1kW显冷量，全年耗电量计算如下： 机房精密空调：P=((1÷)÷)×365天×24小时＝ kWh； 1舒适性空调：P= ((1÷)÷)×365天×24小时＝； 2P/P= / =%。 12也就是说产生同样的显冷，机房精密空调比舒适性空调省电%。 以电费元/度计算，机房精密空调持续产生1kW显冷量1年需电费2290元，舒适性空调持续产生1kW显冷量1年需电费3337元，机房空调一年时间持续产生1kW显冷量，电费可节约1047元，如果需要一台显冷量为的机房空调，持续不停的运转一年可以比舒适性空调节约电费元，一年节省下来的电费可以重新买一台全新的制冷量为的舒适性空调了。 由以上对比可以看出，从一次性购买成本上看，虽然相同制冷量精密空调的价格较高，但考虑使用寿命和运行成本，机房专用空调的使用寿命空调是舒适性空调的近2倍，机房专用空调的运行成本是舒适性空调的%。由此可见使用机房空调系统是一种经济可靠的选择。 6．建议的小型通信机房空调配置标准 第 34 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表6-1建议的小型通信机房空调配置标准 类别 机房条件 选用类型 (1) 中小型的交换局、较大型的模块局、重要的接入网机房； 可选用制冷量(2) 实装用户超过3000户，含有大量数据业务、重大客户，直流小型机A类 负载在120A以上； 房专用空调一机房 (3) 面积超过80平方米，设备发热量大，对温度要求苛刻，直流至两台。 负载在120A以上； (4) 通信设备总用电负荷大于8kW。 (1) 小型的交换局、中型的模块局、重要的接入网机房； 可选用制冷量(2) 实装用户超过2000户，含有大量数据业务、重大客户，直流小型机B类 负载在80A以上； 房专用空调一机房 (3) 面积超过60平方米，设备发热量大，对温度要求苛刻，直流至两台。 负载在80A以上； (4) 通信设备总用电负荷大于5kW。 (1) 普通的接入网机房； 可选用制冷量C类 (2) 实装用户1000~2000户，直流负载在50~80A； ～机房 (3) 面积40~60平方米，直流负载在50~80A； 舒适性空调两(4) 通信设备总用电负荷为3~5kW。 台，主备用。 (1) 普通的接入网机房； 可选用制冷量D类 (2) 实装用户不超过1000户，直流负载小于50A； 5～舒适机房 (3) 面积不超过40平方米，设备发热量不大，直流负载小于50A； 性空调两台，(4) 通信设备总用电负荷为小于3kW。 主备用。 7．实际使用案例 深圳电信接入网或模块局空调应用状况 空调使用状况 深圳电信有接入网机房1896个，约有1000个接入网机房装有空调，绝大部分安装舒适性空调，空调总数为1273台，如表7-1所示。 表7-1空调使用状况 装有空调的 总空调数量 其中机房空调的 机房总数量 机房数量 （台） 数量（台） 模块局 无 接入网机房1896 6 约1273 1000个 舒适性空调使用现状 深圳电信接入网点加上大机楼的属动力中心维护的分体空调共有3039台，2006年底分体空调超年限使用占69%（按维护规程使用期限5年），表7-2是深圳电信应用的主要品牌。 表7-2舒适性空调现状总况 设备名称与型号 厂家 使用设备数量 使用5年内的设备数量 大金 大金 723 437 格力 格力 107 107 乐声 乐声 143 84 美的 美的 2 三菱 三菱 126 三洋 三洋 46 海尔 海尔 109 109 将军 将军 3 第 35 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 小型机房空调使用状况 深圳电信普通的接入网机房只有几个机房使用了几台小型机房空调，机房空调主要应用在IDC机房及较大型的交换机房。 表7-3小型机房空调使用状况 设备名称与型号 厂家 使用设备数量 使用5年内的设备数量 艾苏威尔 艾苏威尔 4 艾默生 艾默生 2 2 深圳舒适性空调故障统计 表7-4 2006年舒适性空调故障统计 月份 处理报障（单） 发现的隐患（单） 合计 1月 11 46 57 2月 7 42 49 3月 10 47 57 4月 24 76 100 5月 23 90 113 6月 24 110 134 7月 27 101 128 8月 21 116 137 9月 15 103 118 10月 22 77 99 11月 28 77 105 12月 9 46 55 合计 221 931 1152 表7-5 2007年舒适性空调故障统计 月份 处理报障（单） 发现的隐患（单） 合计 1月 9 54 63 2月 12 47 59 3月 19 82 101 4月 26 84 110 合计 66 267 333 2006年及2007年深圳本地网处理舒适性空调故障次数统计总数为1485次，相对空调总台数，空调故障率比较高。 状况分析 深圳电信舒适性空调的主要品牌为格力、三菱、大金、三洋、乐声、海尔。由于舒适性空调多为家庭、办公场所设计，不适合在机房24小时运转的工况下长期不间断运行，故障率较高。故障原因多为压缩机损坏、室外机风机电机轴承卡死、内风机电机坏、压缩机的接线端烧断、电源开关失灵、空调开关及电源线路、时间继电器烧坏、压缩机卡缸、漏雪种、外风机风扇叶片折断、外风机电机、电源板继电器坏,铜管破裂、外机主板坏，电源线故障、室外机马达坏、室外风机坏、室外机调速板坏、外机毛细管漏雪种、外机接触器坏、排水管破裂、排水管堵塞、清洗等。 惠州电信接入网或模块局空调应用现状 第 36 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 空调使用状况 表7-6空调使用状况 装有空调的 总空调数量 其中机房空调的机房总数量 机房数量 （台） 数量（台） 模块局 10023644444接入网机房 296 203 337 0 机房空调现状 表7-7机房空调使用状况 序号 设备名称与型号 厂家 总台数 备注 1 HIROSS-U55HIROSS 7 使用12年 2 HIROSS-024A HIROSS 4 使用12年 3 HIROSS-041AHIROSS 4 使用12年 4 HIROSS-240A HIROSS 4 使用12年 5 HIROSS-046AHIROSS 4 使用12年 6 HIROSS-056A HIROSS 2 使用12年 7 HIROSS-460AHIROSS 3 使用3年 8 HIROSS-034A HIROSS 2 使用12年 9 HIROSS-075AHIROSS 4 使用12年 10 HIROSS-045A HIROSS 4 使用12年 11 LIEBEVT-CM30ARLIEBEVT 2 使用1年 12 ISOVEL-VR812 ISOVEL 2 使用12年 13 AIRFLOW-CCT20A4AIRFLOW 2 使用12年 合计 44 表7-7是机房专用空调，制冷量在20kW以上，而且绝大部分都超过使用年限。主要使用在中、小型的交换局，接入网点没有使用机房空调。 惠州舒适性空调故障统计 (1) 海尔空调故障统计 表7-8惠州海尔空调故障统计 使用地点 厂家及型号 容量/机型投产日期 故障时间 故障简述 岚中村 kF-48GW/Z 2匹挂机 室内机电脑板坏 长时间制冷室内机结冰、三栋综合机房 kF-120LW/L 5匹柜机 接触器坏 仍图营业厅 kF-120LW/L 5匹柜机 室内机电脑板坏 马安交换机房 kF-71LW/Z2 3匹柜机 压缩机启动电容坏 压缩机卡缸、室内风向电柏岗机房 kF-70LW/Z 3匹柜机 机坏 室外机多次爆管、长时间小金交换机房 kF-120LW/L 5匹柜机 制冷室内机结冰 小金营业厅 kF-120LW/L 5匹柜机 室外机爆管 汝湖综合机房 kF-120LW/L 5匹柜机 长时间制冷室内机结冰 汝湖电池房 kF-71LW/Z2 3匹柜机 室内风机启动电容坏 汝湖综合机房 kF-120LW/L 5匹柜机 室内风向电机坏 虾村机房 kF-71LW/Z2 3匹柜机 室内风机启动电容坏 数码工业园 kF-70LW/Z 3匹柜机 室内风向电机坏 小金传输机房 kF-71LW/Z2 3匹柜机 室内风向电机坏 沥林综合机房 kF-120LW/L 5匹柜机 室外机爆管 沥林营业厅 kF-70LW/Z 3匹柜机 压缩机卡缸 沥林营业厅 kF--25GW/A 1匹挂机 压缩机卡缸 第 37 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 惠环公众 kF--35GW/E（F） 匹挂机 压缩机烧坏 江南四楼整流房 kF--120LW/L 5匹柜机 长时间制冷室内机结冰 东平营业厅 kF-120LW/L 5匹柜机 室内机电脑板坏 室外机风扇叶片及支架英光接入网 kF--25GW/A 1匹挂机 烂。 江南160 kF--120LW 5匹柜机 压缩机烧坏 江南变压器房 kF--120LW/L 5匹柜机 压缩机烧坏 河南岸传输机房 kF-120LW/L 5匹柜机 长时间制冷室内机结冰 沥林电池房 kF-25GW/Z1 1匹挂机 室内机传感器坏 江南售卡中心 kF--48GW/E 2匹挂机 室内机传感器坏 河南岸办公室 kF—25GW/E 1匹挂机 室内机传感器坏 江南南传输机房 kF-120LW/L 5匹柜机 室外机爆管 河南岸传输机房 kF-120LW/L 5匹柜机 室外机爆管 龙丰传输机房 kF-120LW/L 5匹柜机 长时间制冷室内机结冰 东平传输机房 kF-120LW/L 5匹柜机 长时间制冷室内机结冰 2台空调长时间制冷室内龙丰整流机房 kF-120LW/L 5匹柜机 机结冰 2台空调压缩机坏、室外黄塘交换机房 kF-120LW/L 5匹柜机 电机坏、室外机爆管 江南九七机房 kF-120LW/L 5匹柜机 长时间制冷室内机结冰 室外机爆管、室内风向电沥林综合机房 kF-120LW/L 5匹柜机 机坏。 室内风向电机坏、室内风潼湖电力室 kF-70LW/Z 3匹柜机 扇电机电容坏 压缩机坏，长时间制冷室龙丰传输机房 kF-120LW/L 5匹柜机 内机结冰 海尔空调较大的故障次数：36次 (2) 其它品牌舒适性空调故障统计 表7-9其它品牌舒适性空调故障统计 使用地点 厂家及型号 容量/机型投产日期 故障时间 故障简述 芦岚综合机房 三洋SPWV253DH5 3匹柜机 室外机电路板坏 地质队接入网 大金kF50G 2匹挂机 室内、处机电脑板坏 黄田岗接入网 三洋 SAPk481C 2匹挂机 压缩机卡缸 龙丰高压室 大金kFR25G 2匹挂机 压缩机线圈接地 三洋 SAPk481C 2匹挂机 室外机冷凝器散热不良下坑接入网 保护 三洋 SAPk481C 2匹挂机 室外机冷凝器散热不良黄田岗接入网 保护 三洋 SAPk481C 2匹挂机 室外机冷凝器散热不良金迪花园 保护 TCL移动 三洋kF34G 匹挂机 室外机电容坏 大金 kFR50GVk 2匹挂机 压缩磨损严重，压缩机老电影公司 化。 黄田岗接入网 三洋 SAPk481C 2匹挂机 压缩机卡缸 地质队接入网 大金kF50G 2匹挂机 压缩机卡缸 大金 kFR50GVk 2匹挂机 压缩磨损严重，压缩机老滨江苑 化。 三洋SPWV453DH5 3匹柜机 压缩磨损严重，压缩机老江南消防监控 化。 江南变压器房 三菱PSH5GJHS 5匹吊机 压缩机线圈烧坏 双寮接入网 三洋SPWV253DH5 3匹柜机 压缩机卡缸 特灵4匹天花机 电脑板坏 江北203房 TTk530AAOEAA 中国人民银行 三洋 SAPk481C 2匹挂机 室外风扇叶片烂。 华泰接入网 三洋 SAPk481C 2匹挂机 室外风扇叶片烂。 第 38 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 江南管线班 三菱PSH5GJHS 5匹柜机 电脑板坏 伴沥接入网 三洋SPWV453DHJ5 5匹柜机 电脑板坏 小金镇府接入网 三洋SPWV453DHJ5 5匹柜机 电脑板坏 其它空调故障发生次数：21次 (3) 状况分析 惠州电信接入网机房耗电相对较低，一般只采用两台舒适性空调进行降温，接入网机房的温度基本达到要求。惠州电信接入网没有用过小型的机房空调，机房空调都应用在较大型的交换机房及IDC机房。 由于舒适性空调使用寿命短，设备更换频率较高，现在惠州新安装的舒适性空调品牌为海尔空调，使用期三年左右的空调品牌主要是三洋空调。 惠州电信机房精密空调投入使用的主要的两个品牌HIROSS机房精密空调和STULZ机房精密空调，根据使用年限不同，精密空调出现的故障和故障率也有区别。使用期在三年左右的机房精密空调基本没有故障，常见的故障是由于有些地方水质原因，使加湿器的加湿灌内的水质导电性能差，出现加湿告警。 其它本地网应用的现状 在揭阳电信一般接入网机房使用三菱与大金空调普通商用空调，在五六个中小型的交换局采用了艾默生公司的DATAMATE3000制冷量为的小型机房空调，揭阳电信反映使用效果很好。如图7-1，在揭阳某交换机房安装三台艾默生DATAMATA3000制冷量为的小型机房空调。单台最大送风量为2700m/h, 图7-1某交换机房安装的三台艾默生小型机房空调。 8．小结 机房专用空调机与舒适性空调相比，具有大风量、小焓差、有效的湿度控制、高空气过滤效率、配置高能效比压缩机、采用高靠性部件等特点。同时具有完善的控制、保护和告警功能，故障率低、寿命长、可维护性好，凭借这些技术优势。机房专用空调在通信机房的应用更广。 第 39 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第4号 机房专用空调自适应节能控制技术 1．概述 机房专用空调自适应节能控制技术是充分利用通信机房空调冷量的富裕量而达到节能的目的。机房空调冷量的设计原则为n+1，其中n为夏天最高气温时的全冷量需求，1为备用机组台数。当n能满足全部冷量需求时，则机房冷量的富裕量是很大的，其富裕量主要体现为： z 一台备用空调的冷量。 z 昼夜之间温差较大，即使夏天上海亦可达10℃。 z 季节温差，上海地区冬夏季达30℃以上。 因此，可以利用空调自适应控制原理，解决最需要解决的通信设备的环境控制问题。 (1) 自适应由点到面：改变专用空调只利用本机回风口传感器的温湿度值，无法监测整个机房平面的真实环境温湿度数据，准确性不够的状况, 对整个机房的温湿度整体进行控制。 (2) 自适应由“单兵”到“团队”作战：改变“空调群”的组合使用过程中各自为政，甚至出现机房内有的空调在制冷的同时有的在制热,使用极不合理的状况，使空调机组协同工作。 自适应由“缺陷”到“合理”：改变由于机房机架排列、建筑结构、线缆走向排序等复杂客观因素，造成空调机组的气流组织缺乏优化处理, 使机房内温差大的情况，使机房温湿度达到理性控制目的。 2．工作原理 (1) 模糊控制技术：自动跟踪昼夜、季节、地区、机房内区域环境温湿度值的变化。准确计算通信机房各“区域”与外部环境温湿度值之间的关系。 (2) PID技术：动态调整空调的设定温度、湿度、修正值等参数，根据空调设备的实时运行状况，配以智能化的控制算法软件，优化压缩机运行周期，平衡空调设备供冷量与目标温湿度值之间的关系。 (3) 计算机温度场模拟技术：根据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，提高优化冷量利用效率，排列出空调优先资格顺序，达到冷量效率最大化。精确控制“N+1”“N+0”、“N-1”等台空调数量的开启与关闭，使空调始终处于最佳工作状态，有效实现了机房整体环境的恒温恒湿，提升通信设备的环境安全、节约空调能源消耗、延长空调机组的使用寿命。 系统结构 第 40 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 自适应节能技术的系统结构见图2-1所示。 图2-1 系统结构 机房平面环境温湿度监测点分布示意图 应用自适应节能技术时，机房平面环境温湿度监测点分布如图2-2所示。 机房专用精密空调空调顶部的温湿度数据采集器 温湿度程控交数据采换机防集传感震架 器 程控交换机机架 室外温湿度数据采集传感 器 1 2 3 4 ------- n列自适应控制节能系统 图2-2 监测点分布结构 3．主要特点和优势 (1) 利用大自然环境温湿度的变化是节约能源的途径之一。 第 41 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 大自然的环境温湿度，昼夜季节都在变化。充分利用大自然能量的变化，自动改变空调合理运行所应有的温度和湿度设置值，减少压缩机工作时间，控制空调合适的总制冷量输出，节约空调耗电量。 (2) 使空调更“聪明”是节约能源的途径之二。 自动跟踪监测“各温度区域”内真实的温湿度数据值，使空调的“去湿”、“加湿”等运行，始终控制在合理的工作状态，减少空调压缩机不必要的工作时间。 (3) “N+1”台空调富余量的自动控制是节约能源的途径之三。 根据“空调群”里“N+1”台空调所产生的制冷量总和，自动判断备用空调“+1”的物理位置，控制其合理的开关状态，达到节约能源的效果。 (4) “空调群”自动排序，使冷量利用效率最大化，是节约能源的途径之四。 机房内发热源（交换机）的分布不均衡，“空调群”里的每台空调相对应“区域”的制冷负荷量是不同的。对“空调群”的自动排序功能，使冷量利用效率最大化是有效的节能措施。也是提高恒温恒湿环境的技术保障。 图3-1 使用节能技术前的机房温度分布曲线图 图3-2使用节能技术后的机房温度相对平衡分布曲线图注意事项和存在问题 第 42 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 下列三种情况的机房,不适合使用本技术： (1) 专用空调冷量严重不够。 (2) 气流组织严重混乱,如:上下送风空调间隔混装。 (3) 大量电缆严重堵塞空调送风口。 5．适用场合和条件 机房显热量大，冷量有所富裕的机房比较适合。 6．实际使用案例 上海电信部分局站应用案例如表6-1和表6-2所示。 表6-1 上海电信部分局站应用案例1 机房名称 空调数量(台) 节电率（%） 中区局云南分局二楼西机房 5 东区局逸仙东机房 7 南区局平江西机房 5 南区局平江东机房 5 平均节电率 表6-2 上海电信部分局站应用案例2 机房名称 空调数量(台) 节电率（%） 浦东局高桥机房 4 浦东局临沂5875系统 7 浦东局杨思机房 4 宝山局友谊机房 5 中区局云南分局二楼东机房 8 平均节电率 7．小结 建议在合适的机房推广。 第 43 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第5号 机房空调室外机雾化喷淋和冷凝水回收节能技术 1．概述 由于通信设备是机房的主要热源，它具有发热的均衡性和显热性，为保证机房的环境满足要求，机房用空调基本上要求长期连续运行。 随着通信设备集成度的不断提高，通信设备向密集型、小型化发展，单位机架用电量从最初设计容量提高到设计容量13A、16A、20A甚至更高，造成机房用电量大、热负荷大，空调排列非常密集。 通信机房由于局房建设时受种种条件限制，空调配套室外机平台预留不够充分，造成个别局所机房专用空调配套室外机安装间距较密，排热效果受到一定的影响，不利于机房专用空调系统充分发挥最大效能，降低了空调的制冷效率。有些机房通过机房空调扩容和室外机移位，达到机房发热量和制冷量匹配、散热量和环境温度匹配，从而有效抑制机房温度的攀升，但由于受到室外机安装位置的限制，室外机摆放过密，环境温度逐年升高，散热环境温度高，一些负载较大的空调在高温环境工作，工作电流大，且经常会高压跳机导致空调停机。 在室外机安装雾化喷淋装置，可以降低冷凝器进风侧空气的温度，增加冷却侧的散热效率，提高空调的经济性能，而且不会影响空调设备的可靠性及寿命。 2．工作原理 根据功能，空调室外机节能系统可以分为雾化喷淋和冷凝水回收利用两部分。 雾化喷淋的工作原理 如图2-1所示，通过对空调室外机的水喷淋，可以降低室外机的工作温度；通过高速直流马达每分钟转速≥11000转，可将每一滴水雾化成原水滴的体积1/500左右，使蒸发速度加快。由于水滴的体积大大缩小，雾化蒸发速度比水滴的蒸发速度快300倍以上，雾化喷淋使得水喷淋到空调室外机冷凝器散热片上时能够产生从液态到气态的物理相变，则能够吸收的热量大大增加。水从液态到气态吸收热量为水升温1℃吸热的539倍，由于吸热量大大增加，能在很短的时间在冷凝器背后局部降温2℃～5℃。考虑功率损耗以及效率等因素，其散热能力也可以比一般的喷淋高。水也是能源不能浪费，雾化器将一滴水都打成雾状，基本不浪费每一滴水。 第 44 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-1 雾化喷淋 冷凝水回收利用的工作原理 3为了节约水资源，将空调的冷凝水及加湿罐排污水加以利用。计划安装一个1m的不锈钢水箱。为了保证回收的水经过沉淀处理，在水箱中间有一个不锈钢滤网。回收水从水箱下部进入，经滤网后的洁净水进入水箱上部。然后由一个水泵将水抽到顶楼的水箱中。这样可减少自来水的用量，节约用水。 冷凝水利用的工作原理图如图2-2所示，在冷凝水回收的同时，可以根据水质情况增加水处理功能，去除水中的钙镁离子和其他杂质，使硬水处理成软水。通过冷凝水的回收并提供给雾化喷淋使用，达到一种良性的工作循环。同时实现水资源和电能的节约。当回收的冷凝水资源不能满足雾化喷淋的需求时，可以通过自来水管给冷凝水回收系统补充自来水。 图2-2空调室外机节能系统示意图 为保证每个雾化器的出水压力基本保持一致，在屋顶部水箱的出水口处安装增压泵。然后调整每个雾化器的水量，做到每一滴水都充分雾化，用最少的水达到最大的节能效果。 3．主要特点和优势 第 45 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 （1）改变空调冷凝器工况条件使冷凝器冷凝效果大大改善，可降低冷凝器内部压力。冷凝器内压力每下降1kg压缩机运行电流就下降近1A。 （2）经雾化后，冷凝器清洁度大大提高，铝翅片不再积满灰尘，使散热效果大大提高。 （3）对于一些负载较大的空调机以前经常会高压跳机，使用了冷凝器雾化装置后由于降低了冷凝器内部压力，使高压停机的故障大大降低。恢复到较佳空调运行工况。 同时机房用空调在制冷工作过程中，会产生大量的冷凝水，这些冷凝水温度较低。目前一般都是被自由排放到室外，无法进行利用，而且会影响周边环境。本项目可以将空调产生的冷凝水收集起来，并提供给雾化喷淋使用，即可以节省电能又可以节约水。 4．空调室外机节能系统的测试 为了测试机房用空调室外机节能系统方法是否有效，可以采用以下方法进行测试。 空调室外机节能系统的测试 我们可研究对比同一时间段、同一机房、同一机型两台设备工作在不同环境条件下的电费、参数数据，测试出安装滴水喷雾节能装置的数据，同没有安装滴水喷雾节能装置的设备进行比对，得到实际节能数据。 研究在通信机房内采用安装滴水雾化节能装置设备附近机房回风温度，对比其它设备回风温度，得到机房温度改善实际数据。 研究空调室外机工作环境温度，对比测试室外机进排风温度（即正面及背面），得到室外机工作环境温度改善数据。 根据试验数据，出具测试报告，为进一步实施提供可行性方案。 安装及调试方法 雾化器安装在空调室外机背面，室外冷凝器竖直安装的，就安装在后背约200~300mm处，如果是水平安装的冷凝器则将雾化器安装在冷凝器下部，约200~300mm处。控制盒安装在室外冷凝器旁，水阀向下，以保证下面无雨水不会进入控制盒内部。如图4-1、图4-2所示。具体步骤如下。 (1) 将雾化器架安装在室外冷凝器机座上距离冷凝器背部约250mm。 (2) 将雾化器安装在架子（铝合金或不锈钢管）上。每个雾化器的中心在空调风扇的中心，以保证甩出的水雾尽可能在冷凝器背部，不要在外面形成白白浪费。 (3) 将塑料管一端接在雾化器上，另一端接在水分配阀的输出端。 (4) 控制盒装在冷凝器旁或电箱内。 (5) 安装供水系统安装到位。 (6) 将控制信号线接在风扇接线盒中输入端（风扇转速直接与压缩机压力相关，当压力2达到14kg/cm以上时，信号给控制器指令电磁阀接通放水）。 第 46 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图4-1 雾化器安装示意 供水管道，供水管道基本利用原有管道并增加少量管道，接到供水阀进口。不锈钢水箱安装在底层，以保证回收水能进入水箱。 图4-2 . 控制盒安装 水箱外安装一水泵，自动将空调回收水上部清净水打至屋顶水箱备用。屋顶水臬下出水口安装一增压泵，保证送至每个雾化器的水压基本相同。 测试方案 选取2台型号一样、制冷量相同，安装位置及朝向相同，运行工况基本一致的机房空调（假设为空调A及空调B）。然后在2台空调的室外冷凝器均安装雾化节能器系统；每台空调主机输入端装一个三相电度表，以测量用电度数。 方案一： 以上系统安装调试正常工作后，其中空调A开启节能系统，空调B关闭节能系统，并开始记录机房温度、室外气温及电度表的读数。每天抄一次，连抄二天，然后计算第 47 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 2台空调各自的用电量，可算出节电效果。二天以后，空调B开启节能系统，空调A关闭节能系统，也连续测2天，计算各自用电量，计算节电效果。以四天为一个测试周期，可以连续测试几个周期。 方案二：为了得到更详细的资料可在以上基础上，对2台空调在如下测试。对空调A及空调B每一小时关闭及开启喷雾节能装置，同时每小时记录一次两台空调的用电量，并可用钳形电流表测量关闭及开启时的电流，即可预知道是否节电。 对装喷雾的设备进行开、关雾化测试及数据记录： 手动强制运行二台压缩机1小时，同一台空调开、关雾化装置对比吸排气压力、负荷电流、用电量。手动强制运行1小时，开雾化器的设备、没装雾化器的设备对比吸排气压力、负荷电流、用电量。自动状态下运行1天，开雾化的设备、没装雾化的设备对比吸排气压力、负荷电流、用电量。 对装喷雾的设备进行开、关雾化测试及数据记录： 手动强制运行二台压缩机1小时，同一台空调开、关雾化装置对比吸排气压力、负荷电流、用电量。手动强制运行1小时，开雾化器的设备、没装雾化器的设备对比吸排气压力、负荷电流、用电量。自动状态下运行1天，开雾化的设备、没装雾化的设备对比吸排气压力、负荷电流、用电量。 为了证明雾化喷淋与没有雾化喷淋的ΔT，可以对同一台空调做如下测试： 开启雾化装置，确认雾化器在工作后，用点温器测得室外机前后两面的T1及T2，并记录测得结果；关闭雾化装置，用点温器测得室外机前后两面的T1及T2，并记录测得结果；比较两组结果的ΔT便可知雾化之后室外机的工况确实改善了。 5．注意事项和存在问题 喷淋系统水的雾化程度与以下方面有直接关系： (1) 电机的转速、工作状况； (2) 喷水量； 由于自来水在从水厂出来到用户端不可避免带来垃圾，因此在水箱出来到增压泵之间要装一个过滤器，以免电磁阀及控制水阀堵塞，影响使用效果。 北方地区冬天温度很低，如果水管及雾化装置中有余水，将会使水管及雾化装置冻裂，需要在冬天到来前将余水排尽。 6．适用场合和条件 任何风冷式空调从原理上都可以安装雾化节能装置，而且越是室外机工作环境恶劣，越是效果明显。但目前的雾化节能装置主要用于机房空调及工业空调（包括大型柜机）等大型空调。 7．实际使用案例 第 48 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 上海电信真北IDC机房测试 现状 2007年6月11日，上海电信公司在真北IDC机房对两台负载条件基本相同，工况基本一样的ATLAS公司PEC268FA下送风机房空调室外机进行了雾化喷淋节能实验。 安装的节能系统与室外冷凝器联动，设计在高压14kg时才开启雾化喷淋装置。每个雾化器耗水量为2L/h。每台空调有二个冷凝器，每个冷凝器有三把风扇，共有六个风扇，装3有六个雾化装置。6个雾化器每小时耗水量为6×2=12 L/h，每1m的水1000/12=小时。我们保守估计每台空调冷凝器工作压力超过14kg的时候每天为18小时。则1立方的水可以使用 如图7-1所示，空调外机前面一台装有雾化节能系统，水经过控制盒下的阀送到雾化装置。 图7-1 上海电信室外机安装了雾化节能系统 测试数据分析 上海电信对6月13日到7月30日所取得的耗电测量数据用图示曲线的形式，清晰地显示了这一期间，装与不装雾喷节能系统空调用电量的比较。如图7-2所示：（测试日期为2007年6月13日～7月30日共47天，上海天气情况气象局公布资料为25℃～38℃） 第 49 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 420400380360340320300280260240220200180160140开喷雾120100不开喷雾806040200日期图7-2 上海真北机房雾化器效果示意图(~） 从测量记录可以算出，从6月13日到6月18日5天内，装雾化节能器的空调日平均用电量为度，不装的空调则为度，相差95度。期间室外平均气温在20℃～26℃。从7月13日到7月23日10天内，装雾化节能器的空调日平均用电量为199度，不装的机器则为度，相差150度。期间室外平均气温在26℃～35℃。可以看出，随着气温升高，装雾化器的空调节电效果愈加显著。而从7月23日到7月30日，七天内，装喷雾的机器日平均用电量为231度，不装的则为384度，相差153度。周平均气温在28℃～38℃。 262524运行电流2322关喷雾21使用喷雾207-26 7-26 7-27 7-30 7-30 11:30~12:3014:30~15:3012:06~13:0610:19~11:1913:19~14:19时间及日期图7-3 上海真北机房空调运行电流的比较 7月26日、27日、30日三天上海电信对两台空调进行了进行了开、关喷雾节能系统试验。从测试记录可知，开喷雾节能系统的空调比不开喷雾节能系统的空调，运行电流值明显更小。如图7-3所示。 电度表记录数据如表7-1所示。 第 50 页 共 157 页 耗电量KW1315171921232527291357911131517192123252729
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表7-1节能测试电度数据 记录时间 记录数 用电数 节电度 11:30347天平均节装雾喷节能装置的空调 11736 11:3011739电3575度， 11:30560平均每天76不装喷节能装置的空调 15311 11:3015871度 根据以上测量结果：两台空调47天用电相差3575度，每天的节电量为76度，节电效果在%左右。以上是上海用电每度元/度，计算47天节省为3253元费用。平均每天节约电费69元。 33耗水每立方米可用天，（47天共用水约）上海用水约元／m，因此47天共用水费元。 47天共节约费用3253－=元，每天节约费用÷47=元/天 上海一台空调安装一套雾化节能系统的费用约为6000元/台（不计算水系统安装），根据以上计算三个月节省的电费就能达到投资成本。 测试情况总结 (1) 现在通信机房用空调在夏天经常由于高温导致高压报警而引起压缩机停机，空调出现高压停机后，通信机房由于设备发热量大，同时室外高温更加剧了机房内温度的升高，对机房通信安全产生严重影响。动力维护人员经常采用人工洒水的方法降空调的高压压力，以改善压缩机工况。这样增加了维护人员的工作量，同时空调设备的由于频繁的高压停机，会严重影响了空调机的寿命。 (2) 有时地市局通信机房也采用了室外机水喷淋的方法进行长时间的降温，但这种喷淋的方法也会有不好的影响，经常是采用大量的水不受控制的喷淋，不仅浪费了大量的水，而且室外机周边的环境长期积水或滴水，长满青苔，甚至很多室外机散热翅片上由于过于潮湿也长了青苔，影响了空调的散热，达不到好的节能效果。 8．小结 (1) 雾化节能系统，通过高速直流马达每分钟转速超过11000转，可将每一滴水雾化成原水滴的体积1/500左右，由于水滴的体积大大缩小，雾化水分的蒸发速度比水滴的蒸发速度快300倍以上，能在很短的时间在冷凝器背后局部降温2℃～5℃。同时雾化器将每一滴水都雾化成雾状。由于雾化器出来的水雾很细，水雾全部被风扇吸进冷凝器后进行蒸发，地面基本是干的，水基本没有浪费。 (2) 雾化节能系统可以与空调系统室外机的高压压力进行联动，比如当高压压力到2214kg/m以下时，雾化节能系统可以不工作，而当时高压压力达到14kg/m时，雾化节能系统启动工作。不仅达到节能效果而且还可以实现自动供水，达到节能与节水的双重目的。 (3) 现在通信机房用空调在夏天经常由于高温导致高压报警而引起压缩机停机，空调出现高压停机后，通信机房由于设备发热量大，同时室外高温更加剧了机房内温度的升高，对第 51 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 机房通信安全产生严重影响。动力维护人员经常采用人工洒水的方法降空调的高压压力，以改善压缩机工况。这样增加了维护人员的工作量，同时空调设备的由于频繁的高压停机，会严重影响了空调机的寿命。 (4) 有时地市局通信机房也采用了室外机水喷淋的方法进行长时间的降温，但这种喷淋的方法也会有不好的影响，经常是采用大量的水不受控制的喷淋，不仅浪费了大量的水，而且室外机周边的环境长期积水或滴水，长满青苔，甚至很多室外机散热翅片上由于过于潮湿也长了青苔，影响了空调的散热，达不到好的节能效果。 (5) 雾化节能系统，通过高速直流马达每分钟转速超过11000转，可将每一滴水雾化成原水滴的体积1/500左右，由于水滴的体积大大缩小，雾化水分的蒸发速度比水滴的蒸发速度快300倍以上，能在很短的时间在冷凝器背后局部降温2℃~5℃。同时雾化器将每一滴水都雾化成雾状。由于雾化器出来的水雾很细，水雾全部被风扇吸进冷凝器后进行蒸发，地面基本是干的，水基本没有浪费。 (6) 雾化节能系统可以与空调系统室外机的高压压力进行联动，比如当高压压力到 (7) 当空调无压力调速装置时，还可由温度来控制。原理是：在室外机冷凝管上安装一个温度传感器，当温度达到设定温度时（如45℃±1℃），控制器命令电磁阀打开，水雾喷出，达到同样的作用。 第 52 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第6号 中央空调系统水泵变频技术 1．概述 随着中国电信事业的飞速发展，通信机楼的不断兴建，大量接入网机房及模块局机楼的投入使用，电信业用电成本不断上涨。根据集团公司增收节支的要求，节约用电成本是节支的一个重要环节。 空调设备的使用，有力保障了通信设备的正常运行。空调设备在通信机房耗电中占相当大的比例，为降低运行成本，空调节能是通信行业要考虑的一个重要问题。本文就中央空调水泵变频技术进行节能分析。 2．工作原理 变频器技术原理 从原理上变频器结构比较简单，变频器先将交流电转换为直流电，然后用逆变桥将其再转换为变频、变压的交流电源。变频器的结构框图如图2-1所示。 图2-1变频器的结构框图 图2-2所示，三相电源在全波整流器整流后变成直流电，在直流回路的电容器能够降低电压波动，且在短时间的电源断路情况下能够继续提供能量。直流电压运用脉宽调制(PWM) 技术被转换为交流。理想的波形通过输出晶体管(绝缘栅极晶体管IGBT)在固定频率(开关频率) 下的开关切换而建立。通过改变IGBT的开关时间，能够得到理想的电流。输出电压为一系列的方波脉冲，电机绕组的电感使其变成正弦的电机电流。 第 53 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-2 变频器脉宽调制电机波形 变频器的典型接线方式 图2-3所示是变频器接线的常用方式。 图2-3 变频器典型接线方式 变频调节水泵转速的节电原理 风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量，由于风机、水泵类负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降。 水泵的流量、扬程、轴功率和转速间的关系如下： 式（2-1） 式中，n，n：电机转速； 12G，G：水流量； 12H，H：水泵扬程； 12第 54 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 N，N：水泵轴功率； 12图2-4和图2-5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。 图2-4 变频调速压力-流量（H-Q）关系 图2-5阀门调节和变频调速功率-流量（P-Q）关系 从图2-5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% 。 3．主要特点及负载分类 变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型: 恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵负载。 恒转矩负载 负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。 恒功率负载 机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，T 不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩L第 55 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 性质。 风机、泵类负载 在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的3次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。 4．注意事项和存在问题 (1) 应该根据负载特性选择变频器。 (2) 选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。 (3) 应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。 (4) 一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，会引起变频器的降容。变频器需放大一档选择。 (5) 选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。 (6) 变频器的运转对水泵及空调系统可能会产生负面影响。运行中可能出现的问题主要表现为：谐波问题、噪声、振动、负载匹配、发热等，应该从多方面考虑减少这些问题的发生，保证空调系统的稳定正常运行。 5．适用场合和条件 根据负载特性选择变频器，中央空调冷冻水泵及冷却水泵属于风机、泵类负载，应选择适合于这类负载的变频器。 各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。同时高速时所需功率随转速增长过快，与速度的3次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。 6．实际使用案例 2004年4月对广东电信科技大厦及广州天河电信大厦的中央空调水泵变频进行跟踪测试和数据分析采集，以下是两栋电信大厦的测试情况分析。 实验方法 第 56 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 如图6-1所示，为所有水泵配电总输入端安装电度表。耗电量测试位置参见图6-1测试点1测试点2，也可根据具体情况灵活设置。测试点2可以测试整个空调系统的耗电量。 按照以24小时为一个测试时间段轮流测试变频和工频供电模式下水泵系统总耗电量，总测试时间为连续4个办公日。对比测试所有变频器的负载（水泵）在工频供电和变频供电两种方式下的耗电量数据，并据此计算水泵系统节电率η1。 η= (W工频－W变频)/ W工频 式（6-1） 1其中W工频、W变频分别为水泵在工频和变频供电方式下的耗电量。 图6-1图6-1 实验方法示意图 广东电信科技大厦实验数据分析 广东电信科技大厦有四台美国开利600冷吨离心式中央空调，一台美国开利300冷吨螺杆中央空调机组，制冷量总共2700冷吨。随机抽取了四天的数据分析如下。 2004年4月26日变频运行及2004年4月27日工频运行数据分析 如表6-1所示： 表6-1 测试数据1 4月26～27日4月27～28日 项目名称 变频运行 工频运行 差值 结论 （24小时） （24小时） 室外温度 (℃) 23～3022～ 304# 平均电压385385 (V) 主机在工频主机 平均电流480480 运行与变频(A) 运行耗电量耗电量(kWh) 59845920-64 没有差别,只冷冻进水平均温度010 (℃)1 有约%冷冻出水平均温度7(℃)7 的差别,可以冷冻进水平均压力(MPa) 当成误差. 冷冻出水平均压力(MPa) 冷却进水平均温度(℃)2727 冷却出水平均温度(℃)3030 第 57 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 冷却进水平均压力 (MPa) 冷却出水平均压力 (MPa) 平均电流7013060 (A) 冷冻泵在变4#冷耗电量21752740 频运行时节(kWh) 99冻泵 电约%电机平均温度 (℃) 80855平均电流9513540 (A) 冷却泵在变4#冷耗电量 频运行时节(kWh) 13441却泵 电约%电机平均温度 (℃) 80855832096161296 总节电率总功耗(kWh) % 水泵用电占空调系统用电（1344+992）（ 1752+1944）百分比/8320=% /9616=% 电费以元/度计，24小时可以节省电费 经济性计算 1296×=元 从表6-1我们可以看出，4月26～28日的室外温度条件基本一致，主机在工频运行与变频运行时耗电量,只有约%的差别,可以当成误差，也就是两种工况下对主机运行功率没有太大的影响。冷冻泵在变频运行时节电约%，冷却泵在变频运行时节电约%，一天可以节电1296度，折合电费1114元，总节电率为%。 2004年4月28日变频运行及2004年4月29日工频运行数据分析 如表６-2所示： 表6-2 测试数据2 4月28～29日 4月29～30日 项目名称 差值 结论 变频运行 工频运行 室外温度(℃) 23～3222～30 平均电压385385 (V) 主机在工频平均电流440460 运行与变频(A) 运行时由于负荷 62％～70%68％～73% 负荷的不同，4# 耗电量(kWh) 52965872 576 耗电量有差主机 冷冻进水平均温度1010 (℃) 别,有约%冷冻出水平均温度(℃)7 的差别。 冷却进水平均温度726 (℃)2 冷却出水平均温度(℃)2929 平均电流75125 50 (A) 冷冻泵在变4#冷9921776 784 频运行时节冻泵 耗电量(kWh) 电约% 平均电流100140 40 (A) 冷却泵在变4#冷14922032 540 频运行时节却泵 耗电量(kWh) 电约% 77809680 1900 总节电率 总功耗(kWh) % 水泵用电占空调系统用（1492+992）（ 2032+1776） 电百分比/7780=% /9680=% 经济性计算 以元/度计，24小时可以节省电费1900×=1634元 从表6-2我们可以看出，4月28～30日的室外温度条件基本一致，主机在工频运行耗电量,比在变频运行高出%，也就是两种工况下对变频运行时主机运行耗电量还要小点。冷冻泵在变频运行时节电约，冷却泵在变频运行时节电约%，一天内可以节电第 58 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 1900度，折合电费1634元，总节电率为%。 表6-1中主机在工频运行与变频运行耗电量，只有约%的差别，表6-2中主机在变频运行时耗电量比在工频运行时低%，由此可见，水泵变频不会增加主机的输出功率。 广州市电信分公司天河电信大厦实验数据对比分析 天河电信大厦2003年12月3、4日实测数据对比析 如表6-3所示。 表6-3 测试数据3 2003年12月4日 2003年12月3日 项目名称 工频正常运行状态 变频节能运行状态 备注 (综合楼3#冷冻机) (综合楼3#冷冻机) 室外温度:14～24 ℃室外温度:11～23 ℃ 平均 用电量（kWh）平均用电量（kWh） 电压（V） 385 3UI××Ｔ3UI××Ｔ 主机3电流（A） 2260．391818．7 减少%108 冷冻泵3电流（A） 588．49234．7 减少%105 .5冷却泵3电流（A） 571．409218．5 减少%21 0 冷却塔3电流（A） 114．4功率合计（kWh） ．2 水泵用电占空调（(+)/(+ +）/(++)=% 系统用电百分比+) =% （）/=% 总节能率 以元/度计，9小时可以节省电费 经济性计算 （）×=元 天河电信大厦2003年12月8、9实测数据对比分析 如表6-4所示： 表6-4 测试数据4 2003年12月9日 2003年12月8日 项目名称 工频正常运行状态 变频节能运行状态 备注 (综合楼2#冷冻机) (综合楼2#冷冻机) （室外温度:14～24 ℃） （室外温度:11～23 ℃） 平均 用电量（kWh）平均 用电量（kWh） 电压（V） 385 3UI××T 3UI××T 主机2电流（A） 减少%107 冷冻泵2电流（A） 减少%106 冷却泵2电流（A） 减少%21 冷却塔3电流（A） 功率合计（kWh） 水泵用电占空调（(+)/(+ +）/(++)=% 系统用电百分比+)=% ()/ =% 总节能率 以元/度计，9小时可以节省电费()×=元 经济性 测试小结 从以上的测试数据可以看出，空调水泵的耗电量在工频运行状况下，可占中央空调空第 59 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 调系统耗电量的％~％，所以水泵节能非常重要，节能潜力也比较大。 广东电信科技大厦和天河电信大厦只是对冷却水泵及冷冻水泵加装了变频器，空调主机并没有装变频器，在记录数据时同时将空调主机的运行参数及电流也记录下来就是为了对比水泵在变频运行及工频运行时对主机的影响。从测试数据可以看出，主机的能耗在变频运行状态下会略有下降，因此可以证明对水泵加装变频器不会增加主机的能耗。冷却水泵及冷冻水泵在变频运行状态下节能效果明显，因此可以说明加装变频器是有节能效果的。以广东电信科技大厦为例，以一天节省电费1000元计算，电信机楼空调系统一年360天在运行，一年就可以节能36万元，这还是以较热的天气为基础估算的，冷天节能效果会更明显。 由于空调系统一般是按最大负荷设计安装，室外环境对空调系统影响很明显。在夏季空调系统负荷率就高，在冬季空调系统负荷率低，天河电信大厦实测时间在12月中旬，天气较凉，天河电信大厦节能效率更为明显，水泵节能率可达60%以上。广东电信科技大厦实测的时间是4月底，天气较热，水泵节能率在26%~44%之间。所以说变频技术受天气影响很大。室外温度越低，空调系统变频节电越明显。同时主机功率及水泵功率冗余越大，变频节电也越明显。 7．小结 空调水泵耗电量在工频运行状况下，可占中央空调空调系统耗电量的％~％，所以水泵节能非常重要，节能潜力也比较大。通过采用变频节能技术，可以有效降低空调能耗，达到降低运营成本的目的。 第 60 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第7号 低压配电系统谐波治理技术 1．概述 随着科学技术的飞速发展，特别是1956年第一只可控硅的诞生，标志着人类社会进入了电力电子技术时代。先进的电力电子技术为我们的生活带来了极大的便利，但同时，这些电力电子技术产品产生大量的谐波，危害电网本身和一些敏感负载。 作为电能质量的一项重要指标，电力系统的谐波问题在世界范围内已得到了广泛的关注。国际电工委员会（IEC）和国际大电网会议都相继成立了专门的工作组，开展谐波方面的研究工作。我国电力部门也相继出台了关于谐波管理的相关规定和规范。 近几年来，随着通信业务的迅猛发展，通信设备及机房用电增加，大量的电力电子设备以及变频设备投入使用，这些非线性负载产生了大量的谐波电流。谐波问题逐渐凸现在大家面前。大家开始重视谐波问题，并采取有效措施对谐波电流进行限制。 2．谐波的基本概念 谐波的定义 国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。在国标GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》将谐波定义为“对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量”。也就是说，如果对供电系统中的周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=f/F） 称为谐波次数。 n基波：指频率为F的正弦波，即50Hz的正弦波。 谐波：指频率为F正整数倍的正弦波，如3次为150Hz，5次为250Hz等 图2-1 谐波示意图 如图2-1，负载电流如箭头所指粗线波形，用傅立叶级数可以将该电流分解为由基波、三次谐波、五次谐波组成。一般在电工领域，主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑第 61 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 制，其频率范围一般 为2≤n≤40，当然，在通信行业，关注的谐波次数一般在13次以内。 描述谐波的相关参数 想要描述一个含有谐波的信号，主要有如下几个参数来描述谐波的含量： 第h 次谐波电压含有率HRU： hUhHRU=×100% 式(2-1) hU1式中 U——第h 次谐波电压(方均根值)； hU——基波电压(方均根值)。 1 第h 次谐波电流含有率HRI hIhHRI=×100% 式(2-2) hI1式中 I——第h次谐波电流(方均根值)； hI——基波电流(方均根值)。 1 谐波电压含量U H∞2U=(U) 式(2-3) H∑hh=2 谐波电流含量I H∞2I=(I) 式(2-4) H∑hh=2 电压总谐波畸变率THDu： UHTHD=×100% 式(2-5) UU1 电流总谐波畸变率THDi： IHTHDi=×100% 式(2-6) I13．谐波的产生 非线性负载是造成谐波电流的根本原因。一个有利的证明就是RCD类型的负载（Resistance-Capacitor-Diode），如图3-1所示，大多数的电子设备都具有这种形式的输入电路。 第 62 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图3-1 谐波产生示意图 这种电路在稳态情况下，只有当交流电压的幅值大于电容C两端的电压时，电容才得以充电，在这期间内，设备的输入阻抗很小(二极管正向导通)，而在这之前，输入阻抗是很高的(二极管反向截止)。因此非线性负载的输入阻抗是按照加在其两端的电压而变化的。欧姆定律定义了线性负载的正弦电压与电流的函数关系，但不再适用于非线性负载，因为非线性负载的阻抗已不是恒定的，而且电压与电流也不再是正弦波了。 对通信系统的供电设备来说，主要产生谐波电流的设备是开关电源、UPS以及变频器。典型的六脉冲整流UPS产生大量的5次、7次、11次、13次谐波电流，如图3-2是一台120kVA六脉冲UPS的整流电路图，图3-3是该整流器输入电流。总电流谐波含量约为THD=30%。I将谐波分解开来，其中28% H， 5% H， 6% H，具体如图3-4。 5711第 63 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图3-2 6脉冲整流器电路图 图3-3 6脉冲整流输入电流图 图3-4 谐波频谱图 4．谐波的影响 谐波的危害表现在多个方面，如对电网、设备、配电等。对通信系统来说，谐波的危害主要表现在以下几个方面。 对变压器的影响 对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会增加铁损。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是：这些由谐波所引起的额外损耗将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降。谐波电流的存在不仅使变压器发热，还浪费电能。 按照法国标准NFC52-114，变压器的降容折标系数由下述经验公式确定： 1K= 式（4-1） ∞+H×n∑nn=2例如：1000kVA的变压器为6脉冲整流桥供电，产生的谐波频谱为：H=25%， H=14%， 57第 64 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 H=9%， H=8% (THD=%)，代入上式，得到K=，即变压器的视在功率仅为1113I910kVA。 对电缆的影响 在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较，非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由集肤效应所引起的，电力电缆的集肤效应与流过电力电缆的频率有关，频率越高就越显著。若电力电缆含有高于基波频率的谐波电流，会造成更显著的集肤效应。这种效应如同增加导体交流电阻，进而导致损耗增加，继而使电力电缆发热。电缆的绝缘层受热易老化，使电缆的使用寿命缩短。谐波电流流过电缆时，附加损耗可以表示为 ∞2ΔP=IRLhh∑ 式（4-2） h=2式中，R：h次谐波频率下的线路电阻。 hR随频率升高而增加，例如直径为的圆形导体，其基波及5、7、11次谐波的h交流电阻分别为直流电阻的，，倍及倍。导线的直径愈大，因集肤效应而使谐波频率下的电阻增加愈明显，谐波产生的附加损耗也越大。 电力电缆有额定电流。由于谐波电流的存在，无形中减少了基波电流所能通过的量，从而使得在选择电缆时，要提高额定电流等级，直接增加电缆的投资。 三倍数次谐波即使在负载平衡的情况下也会使中性线带电流，并且此电流有可能等于甚至大于相电流。这就使得在选择电力电缆时，要采用加大中性线的导线。这也会导致主材投资的增加。尤其在机楼规模较大，需要用母线槽代替电力电缆作为配电主回路的材料时，由于母线槽造价较为昂贵，则因谐波影响导致选用较大电流额定值的母线槽所引起的投资增加会更多。 谐波对油机的影响 柴油发电机组的内阻相对市电来说大了很多，非线性负载产生的谐波电流引起的电压畸变就大很多，造成油机输出电压严重失真。这时，如果油机的控制部分对严重失真的输出波形进行判断，就可能会认为是过压、超频等原因，从而造成油机停机；如果发电机为了保证输出电压的质量，就必须降低输出功率。表4-1为不同非线性负载对柴油发电机组（200kVA）输出电压畸变率的影响。 表4-1不同非线性负载对柴油发电机组（200kVA）输出电压畸变率的影响 发电机组允许带负载的百分比 发电机组允许的电压畸变率 12脉冲整流UPS6脉冲整流UPS 单相整流UPS5% 78% 42%22% 10%100%69% 36%15% 100% 96%52% 从表4-1可以看出，为了保证输出电压畸变率在5％以内，如果用户使用的是6脉冲整第 65 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 流负载，则要求负载量不得超过发电机组额定输出功率的42％。当然，一般情况下，发电机负载除了UPS、开关电源外，还支持照明、空调等设备工作，这就使发电机的容量配置比较大，上述的矛盾并不突出。但是在一些局站，通信设备用电比较多，而且绝大部分旧式开关电源是单相整流的（如xx公司5000系列），如果油机容量不大，或者设备用电量超过油机容量的60％，就容易发生输出电压不稳的情况。 随着电信业务的发展，特别是数据业务的发展，UPS的容量越来越大，在一些大型的数据、IDC中心，往往发电机组的主要负载就是UPS，这样使我们必须充分重视这些非线性负载所产生的谐波电流对发电机的影响。 谐波产生的干扰 谐波的存在，会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，这种设备常常靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步而运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个线电压高于另一个线电压的位置点，这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点(电压过零点与电压位置点)的判断错误可导致控制系统失控。计算机和一些其它电子设备，如可编程控制器(PLC)，通常要求总谐波电压畸变率(VTHD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致更大的经济损失。这也是为什么一些大型UPS控制板容易烧坏以及一些监控设备出现误动作的重要原因。另一方面，由于谐波电压的存在，电压产生了畸变，这就让有些需判断电压是否正常的设备经常出现误动作，如我们一般会在中央空调的水泵安装相序保护器，当电压畸变比较大时，相序保护器对三相的判断就会出现误判断，从而出现误动作，跳开开关来保护电机。 5．谐波与节能的关系 谐波电流的存在使负荷电流变大，这些增加的谐波电流一方面产生畸变功率，降低了电源设备的输入功率因数，另一方面也在配电方面增加了损耗，浪费电能。因此，谐波治理与节能有着一定的关系。 谐波对功率因数的影响 谐波电流的大量存在，将降低设备的输入功率因数。一般情况，设备的输入功率因数如式(5-1)所示。 1PF=cosϕ 式(5-1) 21+(THD)式(5-1)中cosφ为相位差，也就是说，在不考虑相位差的情况下，谐波含量对功率因数是有影响的，具体的影响程度见表5-1。 表5-1 谐波含量对功率因数的影响 谐波含量 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 功率因数 第 66 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 由表5-1可见，功率因数随着谐波的增多而降低。当谐波含量达50％的时候，即使没有相位差，功率因数也仅有。从现场测量的数据看，我们很多的六脉冲整流的UPS输入功率因数都在左右，有的甚至低于。输入功率因数低一方面降低了设备的利用率，另一方面也可能要多缴电费：一般在供电合同中都明确有规定，用户功率因数在高峰负荷期间应达到cosφ（对于电信企业，一般取），高于这个标准可以少缴电费（奖），低于这个n标准则要多缴电费（罚）。 谐波电流增加损耗 首先是变压器。对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较，谐波对变压器的整体影响是温升将会升高，也就是损耗增加。另一方面是配电线路。因为线路是有阻抗的，在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较，非正弦波会有较高的热量。也就是谐波电流会引起电缆更高的温升。该额外温升是由电缆的集肤效应所引起的，而这种现象还取决于频率及导体的尺寸。当谐波频率越高时，导体的电阻就越大，谐波产生的附加损耗也越大。如直径为的圆形导体，其基波及5、7、11次谐波的交流电阻分别为直流电阻的， 1，倍及倍。因此，可以说，在相同电流有效值下，谐波含量越高，造成的损耗就越大。 注意事项 谐波治理对减少变压器的损耗还是有一定的作用，但这个作用是否能从经济效益上体现还要有几个决定因素：一是供电部门对我们的电量计量方法是否采用高供高计，即有专用变压器，在高压端计量，否则的话，如果只计量低压，减少的变压器损耗是不会在电费中体现的。二是谐波电流含量在变压器输出电流的比例以及谐波电流的大小。只有当谐波电流比较大，且总谐波电流含量较高时，谐波治理对减少变压器损耗才有较明显的效果。比如我们一些IDC机楼，大量的使用了UPS系统设备（当然这些UPS设备必须是电流谐波含量较高的，如使用六脉冲整流器），谐波电流就会非常大，这就会明显增大变压器的损耗。但是对于一般的电信综合楼，能产生谐波的主要设备开关电源、UPS系统一般只占总用电量的30％左右，这样在变压器端由谐波电流引起的损耗就相当有限了。 电信作为一般企业，其配电损耗约占总耗电的％左右，当各种谐波源比较分散时，要全面消除线缆的损耗，就要在每个谐波源前安装滤波器，而这样的全面治理是需要很大的投入的，这种情况从经济角度考虑，如果要从减少谐波电流来减少损耗从而达到节能目的，其经济效益是不明显的。 6．谐波的治理 治理的原则 本着节省投资、合理利用资源的原则，谐波治理时我们优先考虑一些开关电源、大型UPS较多，容量较大的局站（如IDC中心、电信大厦等）。首先对这些设备进行谐波测试，包括各电源设备低压配电的输出端和各电源设备的输入端，如图6-1所示。一般在①处受测试条件限制，如汇流排比较大，分支较多，仪表无法测量电流，我们可以在①处只测电压。第 67 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 其他处电流电压都需要测。 其他 市电 测量处③ 其他 油机 开关电源 总 ……低 压 UPS 配 电 测量处① 测量处② 测量处③ 图6-1测量地点示意图 (1) 如果测得任一处电压畸变度>5%，应进行治理。 (2) 一般情况下，由于系统容量比较大，低压配电端（①或②）电压畸变率相对较小，但是如果谐波电流总含量大（>30%），特别是油机负荷率较高（超过70％）的局站，应优先考虑治理。 (3) 在低压配电处测得电压、电流谐波含量都比较小，但是有某套设备（容量大，负荷重）的谐波电流含量特别大（>40％），如大型UPS，为减少安全隐患，可考虑针对性治理。 治理的方法 对于电信低压系统来说，由于现有系统结构已经基本固定，谐波问题的解决一般只能通过加装滤波器来进行。滤波器的使用总体上可以分为两大类，即使用有源滤波器滤波或使用LC无源滤波器进行滤波。 滤波器的选择 (1) 无源滤波器 如果系统谐波主要是由某次（如三次）谐波组成，且用电负荷变化不大，可以考虑使用无源滤波器。 无源滤波器造价低，通过无源滤波器能有效地减小谐波。一般地，无源滤波器由电容器和电抗器串联而成，并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱”。理论上，滤波器在其调谐频率处阻抗为零，因此可吸收掉要滤出的谐波。 虽然无源滤波器具有简单、方便的优点，但它也存在如下缺点： ① 只能抑制固定的几次谐波，并且可能对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大，引起其他事故； ② 只能补偿固定的无功功率，对变化的无功负载不能进行精确补偿； ③ 其滤波特性依赖于电源阻抗，受系统参数影响较大，并且其滤波特性有时很难与调压要求相协调； 第 68 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 ④ 不能完全滤除非特征谐波（不同于滤波器调谐频率的谐波），例如由变频器产生的谐波； ⑤ 由于对其中的元件参数和可靠性要求较高，且不能随时间和外界环境变化，故对无源滤波器的制造工艺要求也很高； ⑥ 容易过载，从而使系统内其他的滤波器承受较大的压力； ⑦ 对系统负荷变化较大的情况，不宜采用； ⑧ 重量与体积较大。 (2) 有源滤波器 与无源滤波器相比，有源滤波器具有高度可控制特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大危险，相对体积重量较小等突出优点，因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。因此，谐波治理主要是采用有源滤波器为主。 如图6-2所示，有源滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。同样原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 A 图6-2 有源滤波器补偿示意图 根据控制电路的控制方式，有源滤波器的电路控制可以分为模拟追踪补偿方式和快速傅里叶级数方式。使用模拟追踪补偿方式的滤波器原理是将电源电流采样后，将基波滤除，而将剩下的谐波量翻转去抵消电源电流中的谐波，采用此种方式响应速度快（<1ms），并且可以补偿2～50次谐波；使用快速傅里叶级数方式的滤波器原理是将电源电流采样后，使用快速傅里叶级数计算的方式将其分解为各次波形，然后可以针对其中的特定某次谐波进行消第 69 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 除。使用后一种方式由于需要采样至少一个完整的波形才能进行付里叶级数的计算，故响应速度一般在20～40ms。 滤波器的安装 一般地，可采用“就近”治理的原则。即哪台设备产生谐波厉害，则在其输入前端加装滤波器。这样做的好处是可以将谐波电流的影响限制在最小范围。从图6-2可以看出，在补偿点A向外到变压器电源端，电流是经过滤波，不含有谐波的，而A点往后到负载端电流还是含有谐波的，也就是说，谐波治理的效果是从滤波器安装点往上级配电体现的。因此，要从整个系统来消除谐波，滤波器的安装就要靠近谐波源。再看图6-3，方法一的安装点最靠近谐波源，安装滤波器后，该分支的UPS产生的谐波从该点开始往变压器方向就被滤掉了，负载电流不再含有谐波。因此，滤波器的安装首选就是靠近谐波源，这样的效果是最好的。 图6-3 滤波器安装示意图 但是，如果设备比较分散，比如有多套UPS需要整治，考虑到合理利用资源，则优先考虑“分片”治理，即安装距离较近；属同一配电分支的设备，在其配电端安装一台滤波器，如图6-3的方法二。 滤波器的安装应尽量避免单独采用图6-3中的方法三或者方法四，尤其是方法四，该滤波器安装在总配电处，从该点往外到变压器，再到配电网，谐波是被有效过滤了，但是，从该安装点到各级配电末端，谐波却是依旧存在的，也就是说，在本配电系统内，谐波依然存在，这对我们要通过消除谐波电流来达到减少损耗是很不利的。 总之，滤波器的安装地点比较重要，要做到科学有效地安装，还应按实际情况多测量，多分析。根据预测要达到的效果，可以采用图6-3中的方法一或方法二，或者将各种方法结第 70 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 合起来使用，以达到最好的效果，但是，要避免的就是尽量不要单独使用方法三或者方法四。 7．注意事项和存在问题 谐波治理不能盲目地说谐波电流含量高就必须治理，一定要和设备的容量相结合。例如在负载率相同的情况下，一套谐波含量是50%的60kVA UPS系统要比一套谐波含量是30％的400kVA UPS系统影响要小很多。这也是为什么我们关注UPS系统的谐波比开关电源的谐波更多的原因。因为UPS系统和开关电源系统相比，UPS的容量往往大很多。例如一套1000A的开关电源，其功率仅相当于一套60kVA的UPS，而UPS系统容量超过400kVA的比比皆是。所以，并不是开关电源产生的谐波含量小而不被关注（有些品牌的开关电源谐波电流含量超过50％），而是一般开关电源的系统容量相对于UPS系统来说，容量比较小，造成的影响较小，谐波治理也就变得不那么迫切了。 8．适用场合和条件 谐波治理主要的场所是开关电源、大型UPS较多，容量较大的局站，如IDC中心、电信大厦等。 9．实际使用案例 某本地网信息大厦主要UPS设备配电结构如图9-1。该大厦UPS系统都为1＋1系统，测量谐波点如图9-1示： 图9-1 某本地网信息大厦UPS系统配电结构图 (1) 测量的数据，如表9-1、表9-2、表9-3、表9-4、表9-5： 第 71 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表9-1 4楼配电测量点1－1的数据 电压测试 电流测试 相位 A B C 相位 A B C 有效值(V) 有效值(A) 203 202 195 THD(%) THD(%) 29 基波有效值(V) 基波有效值(A) 3 3 5 5 27 7 7 11 9 － － － 13 11 17 1 13 19 17 功率测试 相位 P(kW) S(kVA) 功率因数 A B C 44 表9-2 4楼100kVA UPS测量点1－2的数据 电压测试 电流测试 相位 A B C 相位 A B C 有效值(V) 有效值(A) 127 125 123 THD(%) THD(%) 49 基波有效值(V) 基波有效值(A) 3 － － － 5 5 7 7 11 9 － － － 13 11 17 1 1 13 3 功率测试 相位 P(kW) S(kVA) 功率因数 A 30 B C 19 第 72 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表9-3 10楼400A配电柜测量点2－1的数据 电压测试 电流测试 相位 A B C 相位 A B C 有效值(V) 有效值(A) 117 118 114 THD(%) THD(%) 49 49 基波有效值(V) 基波有效值(A) 3 5 5 7 1 7 11 1 1 9 13 11 功率测试 相位 P(kW) S(kVA) 功率因数 A 26 B C 20 表9-4 10楼100kVAUPS的测量点2－2的数据 电压测试 电流测试 相位 A B C 相位 A B C 有效值(V) 有效值(A) 99 98 96 THD(%) 3 THD(%) 基波有效值(V) 基波有效值(A) 3 5 5 1 1 7 25 1 1 9 13 11 7 7 17 13 功率测试 相位 P(kW) S(kVA) 功率因数 A B C 第 73 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表9-5 10楼60kVA UPS测量点2－3的数据 电压测试 电流测试 相位 A B C 相位 A B C 有效值(V) 有效值(A) 25 25 26 THD(%) 3 THD(%) 30 基波有效值(V) 基波有效值(A) 3 5 7 1 1 7 11 1 1 9 13 11 17 13 功率测试 相位 P(kW) S(kVA) 功率因数 A B C (2) 测试情况分析 从测试的结果看，4楼100kVA UPS主回路谐波含量达到49％，总谐波电流约55A，其相应的上端配电屏谐波电流含量为30％，谐波电流值达56A；10楼100kVA UPS主输入回路的电流谐波达到了60％。 除10楼60kVA的UPS输入功率因数较高，其余的UPS系统输入功率因数均较低。因为该大厦配电系统容量较大，该分支的变压器容量为1000kVA，因此，虽然各套UPS谐波含量较高，但造成的电压畸变不是很大，均未超过5％。根据上文提到的治理原则，该大楼两套100kVA的UPS系统输入谐波电流比较大，远远大于30％，其中一套达到了60％，另一套也有49％，因此，应进行治理。由于两套UPS相隔比较远，因此需分开进行单独治理。表9-6是各测量点测量结果比较。 表9-6 各测量点测量结果比较 测量点 电压谐波含量 电流谐波含量 谐波电流 功率因数 1-1 % %-2 %49% 55A 2-1 % 49%-2 3%60% 2-3 3% 31% (3) 治理方法 从谐波的具体含量可以看到，主要是谐波分量有5、7次等，因此选择安装有源滤波器。两套UPS相隔比较远，因此要分别单独治理。安装地点选择在在4楼测量点1－2处及10楼测量点2－1处。再结合谐波电流的大小，可以选用100A的滤波器。 (4) 治理效果 安装滤波器后，在测量点1－1及2－1处测量，电流谐波总含量均小于10％，功率因第 74 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 数大于，达到了预期的治理效果。 10．小结 随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大，电力电子器件将会更广泛地使用，谐波的问题可能会越来越多。因此，大家应引起足够的重视关注谐波带来的问题。但是，需注意的是： (1) 谐波治理的主要目的是提高供电系统的稳定性和可靠性。 (2) 节能只是谐波治理的附带产物，虽然有一定的效果，但还要考虑供电结构、设备组成等实际情况。 因此，在评估电源谐波治理项目时，应着重于评估具体系统谐波对设备的实际影响程度，而不能以基于节能投资回报作为项目立项的动因。我们应该认识到：谐波治理所带来的节能收益只是附带的效果，消除谐波污染保障通信设备安全才是最重要的。 第 75 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第8号 机房新风直接引入节能技术 1．概述 近几年来，我国电力资源日趋紧缺，缺电情况也十分突出。中国电信每年要耗费掉大量的电力资源，电费在电信运营成本占了较大的比例，节电成为企业节约运营成本的一个重要手段。电信企业的用电主要是由机房设备用电、空调用电、照明及电梯等办公用电构成，其中机房设备用电和空调用电占了电信企业用电的大部分，通信设备运行时的耗电是连续且必需的，而机房环境温度是可以根据实际需要来灵活调节的，所以机房空调系统耗电的是电信机房节能的关键。 近期各地电信公司陆续在通信机房试验性地采用新风节能系统，目的是为了降低电能消耗，本文根据在各省进行的新风节能试验工作的经验体会，针对此新风节能系统的利弊进行技术探讨。 2．新风节能系统的节电原理 新风节能系统的基本工作原理是：利用温湿度传感器探测机房外的空气温湿度情况，当温度低于某个设定值时，开启进风单元的新风风门，开启风机，将机房外冷空气吸入机房。冷空气与机房内热空气进行热交换，使机房内温度得以下降。同时，维持机房内一定的正压开启排风单元的排风风门，依靠正压或风机排出机房内的热空气。机房外的冷空气被吸入时，经过过滤装置的处理。如图2-1、图2-2、图2-3、图2-4、图2-5所示； 图2-1新风节能系统的基本工作原理 第 76 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 hot基站设备热量＝空調制冷量－墙壁导入热量 3kW 空调 coo恒温21～出风单23℃元hot2kW 进风单元基站设备 图2-2 新风夏季工作模式 Cool 基站设备热量＝节能引入冷量+墙壁导入 冷量 3kW 空调出风单元 恒温21~23℃热空气 hot 进风单元 2kW 基站设备春、冬季等室外冷量充足的时候，我们的节能系统就相当于代替了原来的空调进行恒温控制 图2-3 新风系统春、冬季工作模式 第 77 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 室外防雨罩含防虫网交流风机 活叶风门 排风机柜 初效虑网 室外防雨罩交流风机组电动风门 进风机柜 图2-4 新风系统基本结构图 图2-5 新风系统的过滤 3．主要特点和优势 (1) 中国地域广阔，各地的温度情况不同。从附表1可以看到中国不同地区温度情况统计，应根据各地的实际情况设计与选择新风系统。将室外自然冷源引入室内，可以有效利用自然冷源，减少空调机的运行时间，理论上可以节约电能，延长空调压缩机的使用寿命，节约企业的运营成本，节约电力资源。 第 78 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 (2) 机房新风系统可快速更新机房内空气，可以保障人身安全。由于通信机房一般都是密封的，因此室内空气不流通，尤其在油机发电时会产生CO等大量有害气体，可能会对人员2身体造成伤害。安装新风系统后，可以有效防止机房内有害气体的聚集。 4．注意事项及存在问题 相对于其它换热式新风系统，新风直接引入机房节能效果更好，但这种方式也可能会对机房环境产生影响，需要相应的技术措施保证机房的温度、湿度、洁净度满足通信设备运行需要。 室外气温低于室内温度并不代表新风节能系统一定能够运行，要保证室内外有足够大的温差，建议室内外温差至少有5℃。 新风系统测试中的问题 近期各地电信公司陆续在通信机房实验性地采用新风系统。在对多个厂商的新风系统，进行测试中可以发现，不少厂商有意无意将新风系统运行时段的温度设置得比纯空调运行时段的温度高1~3℃，从而提高或夸大了节能的效率（很多厂商宣传节能效率达50%~80%）。在不同工作温度环境下得出的节能数据，是在改变机房环境前提下得出的节能数据，实际上是不准确和不可靠的。众所周知，即使不加装任何新风节能系统，直接将机房空调的设置温度提高1~2℃，节能效果也相当明显。 要测试新风系统是否有节能效果，首先就必须保证新风系统运行时温度的范围与空调运行时的温度范围一致，例如可以让新风节能系统和空调系统交替运行，即一天24小时运行空调，另一天24小时运行新风节能系统，连续测试6天，测试记录室内外环境温、湿度值。要保证在两种供冷状态下，室内温度在相同的范围内，否则所谓的节能率并没有可比性。 应用新风系统需要关注的问题 推广使用机房新风系统，需要考虑维护部门的维护工作量（如滤网的定期清洁、更换等）及维护成本的问题，同时还应该关注其它可能会对机房环境、通信设备带来的影响。 (1) 新风系统有节能效果，但建设新风系统需要一定的投入，使用过程也可能对机房的使用环境产生一定的影响，所以也要充分考虑到新风系统对通信设备可能带来的影响。 (2) 温度采集探头的精度很关键。如果室内外温度探头精度误差大的话，可能会产生温度误差放大的效果。假设室内实际温度25度，而室外实际温度为22度，如果用探头测试到室内温度为24，室外为23度，就达不到新风系统启动所需要的温度差，新风系统就不能节能。 (3) 机房新风系统是一种新产品，生产厂家参差不齐，产品质量还没有经过实际应用的考验，特别是新风系统的控制模块，应充分考虑售后服务问题。 (4) 现在很多厂商的机房新风系统控制空调工作的方式是采取强行断电的方式，这可能会给空调带来一定的伤害，因此新风节能系统在启动及关闭空调时，宜采用遥控或在电源开关并接继电器的方式控制，同时设置一定的时延值，避免空调机频繁启动。 (5) 机房安全性。原本封闭的机房，由于需要引进新风而在机房墙壁上开了两个小窗口，第 79 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 使机房内的防火安全等级下降，因此新风系统应具有消防防火功能，要对进出风口采取防火技术处理，防火调节阀平时处于常开状态，出现火灾时应处于关闭状态。还应具备防盗、防侵入功能及防鼠类、蚊虫类进入机房的措施。 5．适用场合和条件 附表1列出国内各个地区的温度情况，可以作为安装新风系统的参考。总的原则是：保证室内外有足够大的温差，能满足新风系统运行一定的时长，能达到一定的节能效果。 接入网机房安装新风系统要求 在接入网机房安装新风节能系统之前，应对接入网机房本身、周围的地理环境及气候环境进行必要的勘查和论证。主要从以下几方面予以考虑： (1) 宜选择耗电量较大的接入网机房。 (2) 宜选择在通风条件比较好，机房周围环境比较理想的接入网机房安装新风节能系统。 (3) 不宜在灰尘比较大的公路、道路旁或灰尘比较大的工厂、厂房如水泥厂、建筑材料加工厂周围等安装新风节能系统。以保证更换滤网的周期大于30天。 (4) 不宜在湿度比较大的接入网机房安装新风节能系统。 大机房（交换局、IDC）安装新风系统要求 在大机房（交换局、IDC）安装新风节能系统之前，应对机房自身条件、周围的地理环境、气候环境进行必要的勘查和论证。 (1) 理论上，大机房耗电量大，能耗集中，一个大机房的耗电量是接入网的几十倍甚至上百倍，如果能应用好新风系统，节能的直接效果会比接入网更明显。在某IDC机房的统计结果显示，空调一天的耗电量可达5000~10000kWh。如果节能比例能达到5%，就是250~500kWh，节电空间很大。 (2) 因为大机房（交换局、IDC）的设备工作环境要求更高，使得我们对新风系统的应用要求也更高，不仅要满足节能的要求，还对引入新风的洁净度，有害气体浓度有更高要求。甚至有时地区要求新风系统具有湿度调节功能。当冷空气湿度太低时，加湿装置将开始工作，提高冷空气的湿度，满足机房的湿度要求。当节能通风系统开始工作时，将联动机房原有的空调系统，停止其部分或全部制冷加湿功能。 6．实际使用案例 新疆电信试点采用新风系统 图6-1，图6-2中，该局试点采用了某公司的新风节能系统，此系统适合于大中型通信以上的局站。可以将室外的冷空气与室内空气混合后再送入，可以调节混风比；这样可以利用较低温度的室外冷源。 第 80 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-1 新疆电信某局采用的大中型新风节能系统 图6-2 新疆电信某局的新风节能系统送风管 第 81 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-3 新疆电信某局的新风系统的双层过滤网 图6-3中，新风节能系统设置两层过滤系统，上层的是粗效过滤网，下层是中高效袋状过滤网。建议有必要时测试空气的洁净度，保证新风系统不会对机房环境产生影响，同时建议过滤网设置成可重复使用，降低维护成本。 图6-4是新疆电信某接入网点采用的小型新风系统。 图6-4 新疆电信某接入网点采用的小型新风系统 第 82 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-5 新疆电信某接入网点新风系统的排风装置 图6-6 新疆电信某接入网点新风系统的进风口 第 83 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 从附表1可以看到，乌鲁木齐全年温度低于5℃的比率达到%，利用室外冷源进行节能有很好的应用前景。采用新风系统时关键要考虑新风对室内环境洁净度的影响，同时要考虑更换滤网的成本及维护方面的成本，建议对已安装新风系统的局站进行空气洁净度的测试，测试采用新风系统前后空气洁净度的变化情况；如果空气的洁净度满足机房使用的要求,那么采用新风系统有很好的使用前景。 北京电信IDC机房采用新风节能系统 北京电信对兆维IDC机房(如图6-7)进行空调节能改造试验，空调节能改造采取将室外新风冷源直接引入机房的方式，在机房内安装5台新风混风型节能系统，该机组采用4台风机，最大新风引入量为15000m³/h，同时安装3台大风量高余压湿膜加湿机组，该机组独立配置2台风机，风量为15000m³/h，加湿量每小时25公斤。加湿机即可补偿新风引入而造成的机房湿度低，并对部分回风降温。建立新风过滤室，对引入的新风统一净化处理后送至新风混风型节能空调，初级过滤采用板式多褶空气过滤器，二级使用亚高效为玻璃纤维袋式空气过滤器 ，保证引入机房新风灰尘粒子浓度达到A级（直径大于μm的灰尘粒子浓度≤350粒/升，直径大于5μm的灰尘粒子浓度≤3粒/升）。采用较大的过滤面积，使过滤器迎面风速控制在3米/秒，即提高过虑效率，降低风阻，同时降低新风引入电机功率。 图6-7 北京电信兆维IDC机房 新风节能设备安装如表6-1。 第 84 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表6-1 新风节能设备安装情况 设备型号 安装数量 机组风量 电功率 加湿量 体积(mm) FCX-150-A 5 15000 m3/h 6kW 1800×900×2000 FCX-150-B 3 15000 m3/h 3kW 45kg/h 1800×900×2000 新风节能设备在室外不同温度环境下节能分析如表6-2所示。 表6-2 新风节能设备不同温度环境下节能分析 室外新风新风节新风净节序新风新风风量 混风回风回风总送风量 温度冷量能电功率能电功率号 百分比(℃) (℃) 百分比(m³/h) (m³/h) (℃) (kW)(kW) (kW) 1 18 %18 22 %15000 15000 20 2 17 %17 22 %15000 15000 25 3 16 %16 22 %15000 15000 30 4 15 %15 22 %15000 15000 36 5 14 %14 22 %15000 15000 41 6 13 %13 22 %15000 15000 46 7 12 %12 22 %15000 15000 51 8 11 %11 22 %15000 15000 56 9 10 %10 22 %15000 15000 61 10 9 %10 22 %15000 13846 61 11 8 %10 22 %15000 12857 61 12 7 %10 22 %15000 12000 61 13 6 %10 22 %15000 11250 61 14 5 %10 22 %15000 10588 61 15 4 %10 22 %15000 10000 61 16 3 %10 22 %15000 9474 61 17 2 %10 22 %15000 9000 61 18 1 %10 22 %15000 8571 61 19 0 %10 22 %15000 8182 61 20 -5 %10 22 %15000 6667 61 21 -10 %10 22 %15000 5625 61 其节能原理是：利用室外环境天然低温冷源的新风空气与机房内回风空气混合，然后再送到机房达到消除室内余热的目的，并根据机房发热负荷的变化调节进风量，保证机房内的温度在要求的范围内；同时为补偿机房因引入新风后室内空气含湿量的降低，通过湿膜加湿器进行等焓加湿、降温，对机房内温度、湿度进行控制。在室外环境温度较低时，可以部分或全部取代传统机房专用空调工作，从而降低了能源的消耗。 新风系统的计算分析方法 室内空气温度低于室外温度并不代表新风节能系统一定能够运行，要看室内用电设备的发热量及室内外温度差及风量。如果不是在足够温度差的情况下开启新风系统，室内温度会很快上升，空调会频繁启动，这会给空调带来一定的伤害，降低空调的使用寿命。 2以广州市电信分公司某接入网机房为例：机房面积约80m，机房电源为艾默生系统第 85 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 (PS48600-213/50)，直流负载用电量66A×=，空调系统为两台三菱柜式空调（制冷量7500W×2=15000W），额定电功率为3270W×2=6540W，制冷功率远远大于用电设备的用电功率。以式6-1计算： Q=G××△T=ρ×V××△T 式(6-1) 式中，Q=×=3212W=(总显热)；（假设直流负载的耗电量90%转化为热量） G：空气流量，kg/s 3V：新风系统风量，式中V= 3 ρ：干空气密度， ：干空气的定压比热，kJ/kg·K。 △T=Q/(ρ×V×)= 度 从理论上说，只有室内外温度差大于度才能将这部分显热量带走。如果要将室内温度控制在25度，只能在室外空气温度低到22度通过排风扇才可能将室内的热量全部带走。 基站用室内一体化节能型空调 图6-8、图6-9所示是基站用室内一体化节能型空调是一种双冷源技术，它其实是新风系统与空调系统的一种结合，属于新风应用的一个实例，其原理是：当外界温度下降到能够满足室内热负荷要求时，通过微处理控制器使压缩机停止工作，并自动开启电动排气闸，引入外部冷空气进行室内环境温度的控制，以达到设计要求。此时，蒸发器风扇工作，压缩机及冷凝器风扇处于停止工作状态。因此，大大节省了能源。 图6-8基站用室内一体化节能型空调正常制冷功能 正常制冷条件下，电动排气闸关闭，压缩机、蒸发风扇、冷凝风扇处于正常工作状态。 “基站用室内一体化节能型空调”目前主要在中国移动基站应用较多，中国电信应用较少。在条件允许的地区，使用“基站用室内一体化节能型空调”可以节省20%～40％的空调电费，节能效益是较为可观的。 第 86 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-9基站用室内一体化节能型空调节能功能 7．小结 新风节能系统的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，依靠通风将室外低温空气引入到机房内，与机房内的空气相混合，降低室内空气的温度，同时通过正压将部分空气从排风口带走，实现降低机房内部温度的目的，减少空调的使用时间，达到节约电能的目的。延长了空调的使用寿命，间接为企业节约成本。 新风直接引入机房，可能会对机房环境产生影响，需要相应的技术措施保证机房的温度、湿度、洁净度满足通信设备运行需要。 第 87 页 共 157 页
附表1:中国不同地区温度情况统计表 全年总小时数/hr 占全年总时间比率/% 建筑热工主要城市 -5℃≤t≤20设计分区 t<-5℃ t>20℃t>25℃t≤5℃ 5℃≤t≤25℃-5℃≤t≤20℃t<5℃t<-5℃t>20℃t>25℃5℃≤t≤25℃ ℃ 佳木斯 4494 2912 1354 504 4326 3930 哈尔滨 4344 2811 1605 539 4258 3963 长春 4525 2553 1682 517 4010 4233 严寒 沈阳 4846 1729 2185 916 3508 4336 地区 呼和浩特 4907 2201 1652 612 3956 4192 乌鲁木齐 4264 2450 2046 940 3876 3944 西宁 6506 1587 667 156 3889 4715 大连 5668 685 2407 504 2905 5351 北京 5318 583 2859 1462 2595 4703 天津 5252 536 2972 1506 2641 4613 石家庄 5362 281 3117 1622 2496 4642 太原 5817 747 2196 845 2916 4999 寒冷 济南 5080 199 3481 1902 2081 4777 地区 西安 5765 71 2924 1503 2218 5039 银川 5696 1137 1927 742 3265 4753 兰州 6239 764 1757 720 3077 4963 拉萨 7716 480 564 38 2944 5778 郑州 5481 77 3202 1648 1972 5140
中国电信节能技术与应用蓝皮书 附表1:中国不同地区温度情况统计表（续） 建筑热工全年总小时数/hr 占全年总时间比率/% 主要城市设计分区 -5℃≤t≤20℃ t<-5℃ t>20℃t>25℃t≤5℃ 5℃≤t≤25℃-5℃≤t≤20℃t<5℃t<-5℃t>20℃t>25℃5℃≤t≤25℃ 上海 5071 0 3689 1841 1013 5906 南京 5279 12 3469 1919 1594 5247 杭州 合肥 5046 0 3714 1959 1531 5270 夏热 冬冷 武汉 4942 0 3818 2396 1150 5214 地区 成都 重庆 4806 0 3954 2049 51 6660 长沙 南昌 4843 0 3917 2258 712 5790 福州 夏热 广州 3026 0 5734 3445 5 5310 冬暖 南宁 地区 海口 1861 0 6899 4391 0 4369 贵阳 温和 地区 昆明 6849 0 1911 208 404 8148 第 89 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第9号 机房新风水帘过滤节能技术 1．概述 机房新风水帘过滤节能系统利用一年中的冬、春、秋三季室外气温相对较低的时段，室外相对低温的空气经水帘过滤处理后，使空气得到净化的同时，温度下降4～10℃，再通过风机将其冷风强制送入机房，使机房达到迅速降温的效果。 2．工作原理 如图2-1所示，机房新风水帘过滤节能系统由机房节能新风系统和空调联动智能控制系统组成，系统利用传感器监测室内外空气温湿度，当检测到室内外温差达到设定值时，新风系统开始工作。当室外温度过高时，新风系统停止工作，启动机房空调，以保持机房环境温度达到要求。 图2-1 机房新风水帘过滤节能系统原理 机房新风水帘过滤系统由机房节能控制模块、温度湿度变送器、进风设备单元和排风设备单元组成。机房节能控制模块、温度湿度传感器和电气控制箱组成温、湿度及空调联动智能控制系统，测量温度湿度，判断、控制新风系统和空调机的启停。进风设备和排风设备组成节能新风系统，引入室外冷空气，从而使得空调压缩机的启用时间大幅度减少，甚至无需开启空调，降低了电能的消耗。机房新风水帘系统新风过滤的具体结构如图2-2所示。 第 91 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-2 机房新风水帘过滤的具体结构 3．主要特点和优势 (1) 空气过滤。进风机过滤网采用湿膜，湿膜采用新型复合材料，能持续经受大量水流冲刷，使湿膜表面附的灰尘、昆虫等及时被冲刷并随水流排出机体，有效防止滤网脏堵。 (2) 无源/弱电控制。对空调、风机等新风设备采用弱电或无源控制，提高了新风设备的安全性。 (3) 火警保护。当烟感检查到机房火警时，为防止因风机和空调的工作，造成火势进一步扩大，模块会第一时间关闭空调和风机，并同时告警。此时需监控中心值班人员进行确认，联动功能即可恢复。 (4) 新风设备轮换工作。当室外温湿度低，无需开全部风机或空调时，可在设置空调或者风机轮换工作，进一步节能，并提高空调与风机使用寿命。 (5) 联机功能。机房节能控制模块具有独立运行的CPU，可独立运行，亦可通过多种传输途径（DCN、ADSL、PTSN、E1）与“新风节能监控系统”组网联机。 (6) 扩展性。机房节能控制模块预留了多个模拟量通道、开关通道和控制通道，可接入机房的其它重要数据，如监控电池电压、市电状态等，可用作重要局站和机房动力监控的第二路由。 (7) 智能化的断电自动启动功能。在断电恢复时，机组能自动启动，恢复原有工作模式。 4．注意事项及存在问题 (1) 室内温湿度变送器应安装在能反映整个机房实际温湿度的地方，不能安装在通信设备发热处； (2) 室外温湿度变送器的安装位置应与进风机同一处，须考虑到不被直晒； (3) 为防止部分机型的进风机出现“热风倒入”的情况，需安装进风阀； 第 92 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 (4) 定期对滤网进行检查清洗； (5) 根据机房电路分布的实践情况，选择合适的位置安装温、湿度智能控制系统。确保现有空调与机房新风水帘过滤节能系统工作的相互联动切换，达到最佳节能效果。 5．适用场合和条件 (1) 宜选择耗电量较大的机房。 (2) 宜选择在通风条件比较好，周围环境比较理想的机房。 (3) 不宜在灰尘比较大的公路、道路旁或灰尘比较大的工厂、厂房如水泥厂、建筑材料加工厂周围等安装新风节能系统。以保证更换滤网的周期大于30天。 (4) 不宜在湿度比较大的机房安装新风节能系统。 (5) 要有自来水源。 (6) 在北方应用时要注意防止水结冰。 6．实际使用案例 机房状况 江西赣州市局南门程控机房位于南门电信大楼，机房面积300㎡，（东西长25m，南北3宽12m）容积900m。机房内主要有北电交换设备、LSTP、小灵通设备、华为交换设备等，由于设备集中，运行过程中散发出大量的热量，配置了大功率的空调（8台10kW机房专用空调，平时需启动4台空调工作，炎热的夏季需同时8台空调投入运行）进行制冷降温来维持设备的正常运行，空调用电量大，营运成本较高。当地一年中大部分时间环境气温低于机房内的工作温度。根据上述情况，对该机房采用机房新风水帘过滤系统进行节能改造。 具体方案 根据机房的结构和实际需求，配置了4台高效通风节能主机，以确保机房温度控制在25 ~30℃之间。具体做法如下： 在二楼机房的北面窗口上方分别安装了4台功率的旋转式环保主机(主机风量：314000m/h，风压180Pa，确保机房换气次数达到45次/小时)，主机中使用高强度湿膜、湿膜机芯、双过滤系统、双泵不间断喷射冲洗、双速电机送风动能、专用维修接口、底盘自动清洗等先进技术，有效地解决了传统风机由于湿膜长期处于静止状态，易结垢造成湿膜透气性不断下降、除尘效果差、湿膜使用寿命短、维修不便等缺点。将净化降温后的空气经风机送入机房。主机用专用支架吊装固定在窗口上方飘檐处，风管及弯头根据施工的需求用镀板现场加工，保证密封美观，进风口相应配置专用电动风嘴加钢网在保证机组正常运行的同时，做到防鼠、防虫进入机房。 第 93 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-1 机房新风水帘过滤节能系统主机与风道 图6-2 机房新风水帘过滤节能系统效果图 图6-3 机房新风水帘过滤节能系统节能控制模块 第 94 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-4 机房新风水帘过滤节能系统实景图 7．小结 机房新风水帘过滤节能系统除具有新风引入系统的节能效果外，还可以解决空气过滤的问题，有效地保证通信机房的空气洁净度。 第 95 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第10号 机房新风热交换节能节能技术 1．概述 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，节能工作的重点是电能的节约。根据相关资料统计，通信机房空调的年耗电总量占整个机房设备（含机房空调）年耗电总量的50%左右。因此，在保证通信机房温度、湿度、洁净度等达到要求的前提下，如何有效减少空调使用时间，降低耗电量，成为目前节能工作的重要课题。 机房新风热交换节能技术以室外的自然环境为冷源，当室外空气温度低于室内温度一定程度时，通过相应的技术手段将室外新风与机房内空气进行热交换，把机房的热量带走，达到降低机房温度的目的，从而减少空调设备的使用时间，达到节约电能的目的。工作原理 热交换换热器把室外的自然环境作为冷源，当室外空气温度低于室内空气温度且达到一定程度时，通过热交换将机房内的热量带走，达到降低机房内部温度的目的。 新风热交换系统按换热器形式分两种：转轮式换热器（如图2-1）与板式换热器（如图2-2）。转轮式换热器的特点是换热器旋转，可同时进行热湿交换，静压损失一般较小，但有一定的交叉污染；板式换热器的特点是结构紧凑，设备相对简单，新风与机房内空气互不接触。 图2-1 转轮式换热器 第 96 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-2 板式换热器 转轮式换热器与板式换热器的换热效率相当，但板式换热器由于空气阻力较小，结构简单，成本较低，应用较为广泛。两种换热器的性能如表2-1所示。 表2-1两种换热器的性能 热回收装置种类换热效率（%） 阻力（Pa）板式换热器 40～80 50～250 转轮式换热器 60～85 75～500 本文主要对板式换热器进行介绍。 板式换热器是通过显热传热的方式，在室外温度较低时，利用室内外空气的温差传热，消除通信机房的显热量，在过渡季节或冬季部分替代或完全替代机房空调设备，实现通信机房空调节能。根据机房情况，换热器可以布置在室内，也可以布置在室外。换热器主要是由换热芯体、室内侧风机、室外侧风机、通风管道和智能控制系统等几部分组成。 通信设备通信机房A风机A室内风室外风风机室内风室外风出风口出风口进风口进风口A-A 图2-3板式空气换热器结构示意图 从室外的角度看，室外冷空气在室外侧风机的作用下从室外侧进风口进入装置本体，然第 97 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 后通过换热芯体进行换热，换热后的气体又从室外侧排风口排到室外；从室内角度看，室内热空气在室内侧风机的作用下由室内侧进风管进入装置本体，室内热空气通过换热芯体进行换热降温，降温后的空气再从室内侧排风管重新回到机房内。 图2-3为其结构示意图。 其中，板式换热器两侧空气进口段分别设置静压箱，保证两侧空气进入交换器后充分与换热合金接触。换热芯体内部分两组独立气体通道，分别通过室内和室外空气，由换热合金板完全隔离。 换热器内部结构图2-4 换热器内部工作结构图 换热器由金属外壳保护，防水防锈，美观大方。所有接口都用密封胶密封，严格保障整个装置的气密性。（图2-4是板式换热器内部工作结构图） 3．主要特点和优势 (1) 机房室内空气质量不受室外空气影响，可充分保证机房内洁净度和湿度要求。换热器采用隔绝式显热传热，室内外空气相互隔离，避免了室外空气对室内空气的污染，机房相对湿度、洁净度可充分保证。 (2) 运行维护方便。除风机外，无任何运动部件。换热器不易积尘，拆装清洗维护方便，可有效降低运维成本和运维工作量。 (3) 控制调节易于实现。根据室外空气温度的变化，通过风量调节，可满足机房负荷变化时的室内环境要求。 4．注意事项及存在问题 (1) 与直接引入新风系统相比，换热效率较低，需在室内外温差较大条件下才能有效实现机房降温。 (2) 通信机房节能技术改造应与机房原有空调系统有机结合，改造方案的通风方式和气流组织应结合原有空调系统加以确定，确保机房降温效果。送风参数、送风管道布置和运行控制应避免可能出现的结露问题，以保证机房设备安全。 (3) 应制定合理的运行控制方案，根据室内外温度变化情况合理确定空调设备、新风热交第 98 页 共 157 页 室外风出室内风入室外风入
中国电信节能技术与应用蓝皮书 换系统的启停控制，避免设备频繁启动。 5．适用场合和条件 (1) 外界环境温度和通信机房设定温度应有较大温差(建议在10℃以上)； (2) 适合在北方地区采用； (3) 室外环境不适合安装新风直接引入系统的地区。 6．实际使用案例 廊坊电信IDC机房用隔离式空气换热器 2008年2月河北电信公司对廊坊电信IDC一楼的数据中心机房进行节能改造，采用了河北某节能设备公司提供的隔离式空气换热器系统，现对换热器的实际节能情况进行测试分析。 机房节能改造概况 2此机房地面面积约483 m。通信设备布置率高。目前机房内安装有六台型号为CM100的空调,单台制冷量为，额定功率。 目前该机房安装有4台隔离式空气换热器，机房南北侧各两台，分别记为换热器1、换热器2、换热器3、换热器4，安装位置如图6-1所示，其性能参数如下： 33室内侧风机风量20000 m/h，风机功率 kW，室外侧风机风量27000 m/h，风机功率。在不同室外温度情况下测得四台换热器的换热量和换热效率见表6-1所示。 图6-1 机房结构示意图 第 99 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表6-1 换热器性能分析结果 换热器 t=18℃ t=12℃ ww换热器2 换热器3 换热器1 换热器4 换热量/kW 效率 /% 实际节能测试 (1) 测试方案 本次测试的主要目的是考察节能改造后换热器的实际应用效果（机房环境方面）以及在保证机房内温度情况下该换热器与空调相比的节电情况。测试仪器采用玻璃管温度计（最小刻度℃，量程0～50℃），4支。测试室内外测点温度、电表读数、记录换热器及空调开启情况。室内温度测点共3个，t1、t2、t3布置如图6-1所示，测点悬空布置于距地面处；室外测点1个，静置于室外空气中。（注：温度测点禁止贴墙或机柜布置。） (2) 测试步骤 ① 按图6-1布置温度测点。 ② 记录空调和换热器的开启情况。 ③ 在换热器或空调开启20分钟后，开始测量。记录测点温度、电表读数。 ④ 每间隔2小时测量一次，记录测点温度和电表读数。 为了计算换热器的节电效率，需要进行对比实验。可以在相似的温度条件下，只开启空调，然后按上述的步骤进行测试。 (3) 测试结果分析 11月份对该机房用换热器的节电情况进行了测试，现对其测试结果见表6-2，其中，11月12日和11月14日是只开空调的测试，其余是空调和换热器联合运行的测试。 表6-2 电信机房节电测试结果 测试时间 换热空室内测点温室内室换热器空调联合运单独用节电节电器开调度/℃ 温度外耗电量耗电行总耗空调耗量率/%启/开均值温/kWh 量电量电量/kWh台 启//℃度//kWh /kWh /kWh 台 ℃11月9日 1 5 25 28 24 26 14188 2580 2768 3650 882 24%11月10日 2 4 25 28 24 26 13360 2152 2512 3650 113831%11月12日 0 6 28 29 28 28 6 0 3650 3650 3650 0 0 11月13日 3 3 28 29 28 28 1908 2448 3650 120233%11月14日 0 6 27 28 28 28 3600 3600 3600 0 0 11月15日 3 3 29 30 28 29 1812 2352 3650 129836%11月16日 2 3 29 29 28 29 1680 2024 3650 162645%现对测试结果进行分析。由表6-2结果可知，随着室外温度的降低，合理开启换热器后，机房的节电量和节电率呈增长趋势。在单独运行空调的情况下，室外温度对空调耗电量的影响不大；当空调与换热器联合运行时，总耗电量随着室外温度的降低而减少。 第 100 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 由表6-2可知，空调关闭一台，换热器开启1台时的节电率为24%；若空调关闭两台，换热器开启2台，则节电率增加到31%。当室外温度13℃以下时，节电率保持在30%以上。 其它案例 (1) 2005年在黑龙江五个地市分公司安装100台智能换热器，并记录基站用电量数据，通过与往年基站用电量的比较，智能空气换热器全年平均有效使用时间在4390小时以上，平均节约电能在50%以上，节能总额约为万元。 (2) 2006年，黑龙江省十三个地市能满足智能换热器安装条件的基站应用1005台，节省空调运行费用约430万元左右。如图6-1所示。 (3) 在陕西、辽宁、广东进行过试用，其中辽宁联通试点后已安装400台换热器。 图6-1 机房新风热交换系统 (4) 江苏某局试用的新型智能换热器产品如图6-2。 第 101 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-2 新型智能换热器产品 通过室内室外两组完全隔离的循环进行热量交换,利用外部冷量达到室内散热的目的 ,并保证外部的空气不能进入室内。 7．小结 新风热交换系统只利用室外新风的冷量，室内空气通过换热冷却后再被送回室内，避免室外空气中的尘埃对基站内空气洁净度的影响，是一种较为理想的节能手段。 第 102 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第11号 乙二醇热交换节能技术 1．概述 空调用电占机房总用电的45%左右，存在较大的节能潜力。在确保机房温度符合其它设备正常运行要求的前提下，科学有效地降低空调用电，应成为通信机房节能的主要手段。 在各地的通信机房中应用乙二醇节能机组，利用自然冷源降温节约电能，投资综合效益高，节能可达空调全年耗电量的20%以上，且运行成本低、设备运行稳定、维护量小。 2．工作原理及结构特点 乙二醇热交换节能技术利用自然冷源降温节约电能。乙二醇节能系统与空调系统联动，当室外温度高时空调制冷，而当室外温度低到一定温度值时（如15℃以下）乙二醇节能系统工作并关闭空调压缩机，将室外的自然冷源的冷量带到室内实现制冷。系统结构及工作原理如图2-1、图2-2所示。 图2-1 乙二醇节能系统结构 第 103 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-2 空调、乙二醇节能系统联动工作示意图 3．主要特点和优势 (1) 乙二醇系统工作期间，空调压缩机将关闭，只有室内主风机启动，减少空调压缩机的耗电及磨损，延长压缩机使用寿命。 (2) 乙二醇机组独立工作不影响原有空调制冷系统。 (3) 进行乙二醇节能改造，不破坏机房维护结构，不影响机房外观。 4．注意事项及存在问题 (1) 乙二醇节能系统宜采用PPR管路，不会有内部腐蚀和外部氧化，管路不用维护。 (2) 乙二醇节能系统的水泵宜选用封闭电磁泵，不会渗漏。 (3) 乙二醇节能系统室内过滤网更换和原有空调一样。 (4) 乙二醇节能系统每年须添加少量乙二醇和水。 (5) 要保证室内外有足够大的温差，建议室内外温差至少有10℃。 (6) 乙二醇热交换可以有两种布局方法，一种是独立安装，另一种在原有空调风柜的蒸发器上方叠加(如图4-1)。在蒸发器上方叠加乙二醇热交换器可能会增加风阻，影响空调供风量及风压。建议乙二醇热交换系统最好独立安装，不会影响空调的正常运行。 第 104 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图4-1 乙二醇节能系统翅片盘管安装位置 5．适用场合和条件 按气温情况将中国分五类地区，严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温暖地区、夏热冬暖地区，从图5-1乙二醇机组理论年运行时间柱状图可以看出即使在夏热冬暖的南方地区，可以使用乙二醇机组的理论年运行时间也有1598个小时，在北方可以使用接近6000个小时。 图5-1 乙二醇机组理论年运行时间柱状图 全国各地在15℃以下温度情况统计如表5-1所示。运行乙二醇机组，理论上可以得出第 105 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 一个大概的应用节能比例。 表5-1 全国各地温度情况统计 地域 全年15℃ 占全年小时数理论年节能比例 以下小时数 （%） （%） 黑龙江 哈尔滨 吉林15 长春58 辽宁 沈阳5350 河北 石家庄4449 5 天津563 天津4 山西 太原5170 2 山东 济南4244 江苏76 南京40 上海 上海3700 河南4271 郑州 安徽00 蚌埠40 湖北 武汉3606 浙江684 杭州3 江西3403 南昌 湖南 长沙3829 4 福建395 福州2 广东.3 广州1598 7 广西537 南宁1 贵州 贵阳3861 4 重庆3296 沙坪坝 四川2 成都360 云南 昆明3583 陕西363 西安4 宁夏3 银川573 内蒙古 海拉尔5765 6．实际使用案例及测试情况 陕西某IDC机房应用情况 陕西地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，市区年平均温度℃，最冷月1月平均气温－℃，最热月7月平均气温℃，全年无霜期232天。 机房情况 安装地点：陕西某IDC楼机房。机房面积：288平方米；IDC机房设备现用电（不含空第 106 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 调）：290kW（2007年11月21日测量，约为机房装满设备用电量的2/3）。IDC机房装满设备用电（不含空调）：433kW。 空调配置：LIEBERT/CM100七台，制冷量89×7=623kW，上送风，下回风。 乙二醇节能系统基本配置 方案一：室内换热器制冷量100kW七台，室外封闭冷却塔一台，水泵，管道，控制器等。如图6-1。 冷却塔乙二醇循环机组PLC控制器水泵室内乙二醇翅片盘管冷却塔10----20组 图6-1 室外机使用冷却塔连接示意图 方案二：室内换热器制冷量100kW七台，室外换热器制冷量110kW七台，水泵，管道，控制器等。如图6-2。 图6-2 室外机使用换热器连接示意图 武汉某IDC机房应用情况 武汉市有着典型的亚热带湿润季风气候特点，年平均气温~℃，全年无霜期在211至272天之间，这种气象条件利于乙二醇节能系统的使用与推广。机房所在地区的地理第 107 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 情况：属暖温带半湿润大陆性季风气候，无霜期一般在240天左右， 乙二醇节能机组可以工作120天左右。 武汉市某电信公司IDC，机房内设备及发热量情况： 26楼IDC机房，面积约600mm，共计9个电源柜，12个列配线柜，1个中心配线柜，198个服务器机柜，发热功率大约为600kW。 25楼IDC机房：面积约600mm，共计11个电源柜，15个列配线柜，2个中心配线柜，3个网络柜，223个服务器机柜，发热功率大约为670kW。 该IDC采用封闭冷却塔，按表1全国各地温度情况统计得知，武汉市交换机房乙二醇循环制冷的工作时间4363小时，全年工作时间 %。 空调配置及乙二醇节能系统基本配置：6楼IDC机房：按机房内现共有15台制冷量为万大卡的机房专用空调计算，则现有总制冷量为万大卡。5楼IDC机房：按机房内现共有15台制冷量为万大卡的机房专用空调计算，则现有总制冷量为万大卡。 在现有的专用空调上安装乙二醇节能机组，每层楼的IDC机房将分别安装15套。其具体安装方式为：鉴于现在机房内走线、空调送风方式为“上走线、下送风”，市内换热器将加2装在空调机的上方。室外要求有15～25m的设备安装场地，要求通风良好，如平台、楼顶等。每个换热器有2根直径为5cm的PPR管路与室外机组相连接。 按武汉所处地理位置乙二醇节能系统年工作120天，节能比例为20%，则年节约电能为： 6楼IDC机房：600×24×365×20%=1051200度。 5楼IDC机房：670×24×365×20%=1173840度。 哈尔滨应用情况 哈尔滨年温度曲线如图6-3、图6-4所示，以哈尔滨示范站5月份一天实测数据为例，室外温度低于12℃启动乙二醇机组，可以发现一天需要启动压缩机制冷的时间不到全天的1/3。 图6-3 哈尔滨年温度曲线图 第 108 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-4 哈尔滨某示范站乙二醇节能系统5月份一天实测数据 空调加装乙二醇机组改造对照实测结果如表6-1所示。 表6-1空调加装乙二醇机组改造对照实测结果 项目 海洛斯34UA 加装乙二醇节能系统备注 (kWh) 的海洛斯空调 (kWh) 空调压缩机日功耗21636 室外风机日功耗 加湿器日功耗 室内风机日功耗 单台日总功耗 单台年总功耗 年节约35478 百分比100% % 年节能率% 由表6-1可见节能效果良好，节能率达30%，单机年节能万度，经济效益良好，预计2年即可收回投资。 7．小结 在室外气温较低的情况下，利用乙二醇节能系统，通过水泵的运转，由乙二醇液体将室内的热量传送到室外冷凝器，再由室外冷凝器将热量散发出去。由于乙二醇节能系统工作时空调压缩机停止工作，而水泵功率比空调压缩机的功率小很多，所以能起到节能降耗的作用。同时室内外的空气不会混合，又可以保证室内环境的清洁。 第 109 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第12号 空调冷媒控制器节能技术 1．概述 空调和制冷设备是工业与民用领域的高耗能设备，空调冷媒控制器是一个控制制冷压缩机冷媒回路的机械型冷媒控制器。在保证制冷压缩机运行可靠性的前提下，通过冷媒循环状态控制的优化，达到制冷压缩机节能的效果。 2．工作原理 “空调冷媒控制器节能技术”应用流体力学原理（重力，速度，漩涡和制冷剂紊流），同时结合热力学，实现了降低压缩机消耗、提高制冷量并最终提高机组能效的作用。 核心原理是：气容和特殊的结构产生高速稳定的湍流，减少管壁边界层和闪蒸汽，使换热面积和换热效率增加，压缩机出口压力降低，提高了空调制冷机组制冷效率（COP值），达到节能的效果。如图2-1、图2-2所示。 图2-1 空调冷媒控制器工作原理 第 110 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-2 空调冷媒控制器安装示意图 下面结合工作原理详细说明空调冷媒控制器的作用。 (1) 空调冷媒控制器的功能相当于一个储存器，增加了冷凝器的散热空间，提高冷凝容量和效率，降低冷凝压力，从而减低了压缩机的运行功率。 (2) 制冷剂以一定的角度进入空调冷媒控制器的顶部附近并产生涡流。在涡流的作用下，温度较低的部分被推挤到涡流中心，而温度较高的部分被推挤到边缘。同时，涡流增加了制冷剂的流动速度，增加制冷剂内部的扰动，从而通过表面散热效果得到加强。 (3) 空调冷媒控制器在顶部形成一个热气区，用于存放气体，起到缓冲器的作用。空调冷媒控制器的口径比冷凝器管道粗，制冷剂进入空调冷媒控制器后速度降低，从冷凝器带过来的气体存放在热气区，确保制冷剂经过空调冷媒控制器的子冷却后含气泡更少，提高蒸发器的效果。热气区还可吸收来自外界的干扰、压力冲击，从而保证压缩机的平稳运行，减低压缩机的运行功率。 (4) 涡流减少了管路中层流的边界层，冲洗管道，去除附着在表面的油，这些油有隔热作用，去除后可以提高热传递效率。 (5) 空调冷媒控制器起到汽液分离的作用。制冷剂穿过膨胀阀，涡流使得汽液制冷剂产生分离，起到主要吸热作用的液相制冷剂沿管壁流动，气相制冷剂处在管路中心，从而提高蒸发器换热效率。蒸发器盘管温度降低，从而增加了对于空气的热传导能力。 制冷空调机组安装空调冷媒控制器后可以达到以下效果。 z 提高散热能力 z 降低排气压力 z 降低压缩比 z 压缩机运行更平稳 z 降低压缩机运行电流 第 111 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 z 提高制冷量 z 提高空调能效比（COP） z 延长压缩机寿命 3．主要特点和优势 (1) 高安全性：不改变空调的结构；不涉及机房、风道和通信设备的任何改动；不改变室内空气的成分、风量、温湿度、气流组织。 (2) 免维护：机械产品，不耗电，不易损坏。不含任何化学添加剂，无运动部件和磨损，基本不需维护。 (3) 占用空间很小：设备占用空间小，可安装在室外，也可安装在室内或机柜里。 (4) 与冷媒介质无关：各种冷媒例如R22、R134A、氨等的空调制冷机组，均可加装使用。 4．注意事项和存在问题 (1) 本技术不适用于离心式压缩机； (2) 改造项目需要在机房现场进行铜管焊接作业； (3) 安装时要注意空调冷媒控制器的高度位置与空调设备的协调。 5．适用场合和条件 适用范围：螺杆机组、活塞机组（水冷风冷均可）、涡旋机组，即相应的中央空调、风冷热泵、精密空调、专用空调、工业制冷机等。 6．实际使用案例 合肥通用机械研究所第三方测试 2008年10月由提供上海电信一台在用机房专用空调，供合肥通用机械研究所做第三方测试评估。 测试用空调 加拿大产ATLAS机房专用空调，型号：PEC113 RA，技术参数（24℃/50%RH）：如表6-1。 表6-1加拿大产ATLAS品牌机房专用空调技术参数 空调型号 PEC113 RA 名义制冷量（总冷量/显冷量） 压缩机型号和数量 谷轮ZR47涡旋压缩机一台 蒸发/冷凝热交换形式 风/风 空调尺寸 长/宽/高(mm) 545/834/1950 空调待机能耗 测试过程中的相关数据 测试过程中的相关数据如表6-2。 第 112 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 表6-2测试过程中的相关数据 项目 单位 改造前 改造后 进风干球温度 ℃ 进风湿球温度 ℃ 出风干球温度 ℃ 出风湿球温度 ℃ 出风静压 Pa 室外干球温度 ℃ 室外湿球温度 ℃ 大气压力 Pa 电压 V A相电流 A B相电流 A C相电流 A 功率因数 % 3风量 m/h 待机功率 kW 报告内容说明 (1) 测试结果如图6-1和图6-2所示。 图6-1测试结果表1 第 113 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-2测试结果表2 测试结论 当没有采用空调冷媒控制器时，最好工况的整机能效比，采用空调冷媒控制器后，最好工况的整机能效比，整机能效比提高%。 以上能效比的增加值，都是在实验室状态两种最佳值对比，实际节能改造项目过程中，改造前的绝大多数空调的运行状态并不处于最佳状态，而改造后会达到最佳状态。 湖北黄石电信案例 (1) 运行数量：6套系统； (2) 运行期限：16个月； (3) 节能效果：根据不同季节，测试的压缩机节能率为14%~19%，环境温度越高节能效果越明显； (4) 安全性和维护性：安全性很高，无任何维护量。 图6-3 黄石电信实例图片 湖南长沙电信案例 (1) 运行数量：4套系统； (2) 运行期限：5个月； 第 114 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 (3) 节能效果：根据不同季节，测试的压缩机节能率为16%~20%，环境温度越高节能效果越明显； (4) 安全性和维护性：安全性很高，无任何维护量。 图6-4 长沙电信实例图片 上海电信， (1) 运行数量：2套系统； (2) 运行期限：4个月； (3) 节能效果：根据不同季节现场测试压缩机节能率为16%~20%，环境温度越高节能效果越明显； (4) 安全性和维护性：安全性很高，无任何维护量。 图6-5上海电信实例图片 陕西西安电信 (1) 运行数量：2套系统； (2) 运行期限：个月； (3) 节能效果：连续双机切换测量16天，现场测试整机节能率平均为14%； (4) 安全性和维护性：安全性高，无任何维护量； 第 115 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-6 西安电信实例图片 黑龙江哈尔滨移动 (1) 运行数量：4套系统； (2) 运行期限：6个月； (3) 节能效果：根据不同季节，压缩机节能率为%~21%，环境温度越高节能效果越明显； (4) 安全性和维护性：安全性很高，无任何维护量。 图6-7 哈尔滨移动实例图片 北京信息产业部数据机房 (1) 运行数量：2套系统； (2) 运行期限：5个月； (3) 节能效果：连续测试5个月，整机平均节能率为%，环境温度越高节能效果越明显； (4) 安全性和维护性：安全性很高，无任何维护量。 第 116 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-8 信产部数据机房实例图片 7．小结 “空调冷媒控制器节能技术”应用流体力学原理（重力，速度，漩涡和制冷剂紊流），同时结合热力学，通过特殊的结构产生高速稳定的湍流，减少管壁边界层和闪蒸汽，使换热面积和换热效率增加，压缩机出口压力降低。可以提高空调制冷机组制冷效率（COP值），降低压缩机消耗，提高制冷量并最终提高机组能效的作用。 第 117 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第13号 中央空调水处理技术 1．概述 中央空调循环水系统一般分为三部分，即冷却循环水系统、冷冻水系统、采暖水系统。循环冷却水多为开式，冷冻水与采暖水为封闭式。目前，高层建筑的冷冻水与采暖水多为同一系统，在夏季走冷冻水，在冬季走采暖水。这三套循环水系统各有特点，但存在同一问题：结垢、腐蚀和生物粘泥，如不进行适当的处理，势必会引起管道堵塞，腐蚀泄漏、传热效率大为降低等一系列问题，影响整个空调系统的正常工作。 综合起来看，中央空调水系统的用水分为三类，即未经过任何处理的自来水、软化水和去离子水。水对设备主要产生影响的因素分别为碱度、PH值、Cl离子、氧含量等。自来水因地区不同而水质变化较大，在水的循环过程中，硬度和碱度是造成结垢的主要因素，而Cl离子、低PH值、溶解氧是造成腐蚀的罪魁祸首。在自来水中这两种危害同时存在，只是2+2+由于水质差异，危害的主副性有所区别；相对腐蚀而言，结垢性离子Ca、Mg、碱度为+-保护性离子，软化水正是由于去除了这些离子，增加了Na、Cl等腐蚀性离子，从而加重了设备的腐蚀，所以说软化水虽然避免了结垢问题，却加重了腐蚀，这种现象会随着时间推移而显露出来。如某空调系统应用软化水一年就出现腐蚀穿孔现象，可见软化水腐蚀性很强。去离子水相对地说既去除了结垢因素，也去除了腐蚀因素，但实际上去离子水中虽然不存在结垢性离子和腐蚀性离子，但却并未除去水中的溶解氧，初始时，腐蚀速度较慢，有一个逐渐加速过程，最终会导致同前两种水一样的红水现象（封闭式系统）。 2．工作原理 中央空调循环冷却水处理 中央空调循环冷却水基本使用自来水。过去，由于水系统结垢和腐蚀造成机组功能下降、使用寿命降低、能耗增加。为改变这种状况，水磁化器被引入中央空调水系统。实践证明，使用这种设备处理能力有限，不成功的报导很多。上世纪80年代中期在工业的冷冻水系统引入工业循环冷却水处理技术后非常成功，这就是循环冷却水化学水处理技术。该技术是向水中投加水质稳定剂——包括分散剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂等。是通过化学方法，使水2+2+中结垢型离子稳定在水中，其原理是通过螫合、络合和吸附分散作用，使Ca、Mg稳定地溶于水中，并对氧化铁、二氧化硅等胶体也有良好的分散作用，是目前空调水处理使用最为普遍的一种方法，也是在空调循环水处理中应用面最广、技术最成熟的一种方法，实践证明是有效而经济的方法。冷却水化学水处理技术包括以下几种处理方法。 缓蚀阻垢处理 第 118 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 过去使用以聚磷酸盐为主体的缓蚀剂，但是，如果冷却水系统在水高浓缩倍数下进行，由于磷酸盐会大量附着在金属的表面上，反而引起结垢的危害，并且，聚磷酸盐会水解生成正磷酸盐，生成磷酸盐垢。磷酸盐和聚合物类阻垢剂的复合药剂出现后，即使冷却水被高度浓缩，仍能充分发挥缓蚀和阻垢效果。最近几年来新的合成药剂不断出现，效果越来越好，具体的使用与水质条件有关，浓度一般为100ppm左右。 粘泥的处理 粘泥是水中藻类和细菌类增殖后，与从大气中洗涤出的灰尘等杂质构成的具有粘着性的软泥质的物质，这些粘泥物在管壁会影响水的流速、流量，附着在换热器管壁就要影响热交换能力，另外还会造成微生物对金属器壁的腐蚀，所以必须进行杀菌，粘泥抑制剂一般使用杀生剂。通常，杀生剂为氧化型与非氧化型杀生剂轮流交替使用，以防菌藻产生抗体。由于空调水系统多处于闹市区，人员集中，杀生剂使用要求较高，首先要求无味并对人体无毒且杀菌效果好，如氯气就不能在空调系统中使用。 水质管理 (1) 浓缩倍数管理 对空调循环冷却水系统来说，贮水量相对循环量的数值小，因为空调冷却水设备的运行负荷往往变动较大，外界环境变化也大（如昼夜温差、湿度等），即使进行一定的强制排污，冷却水的浓缩倍数仍在变化，甚至变化较大。所以现场控制难度较大，因此，在水处理时，为了使冷却水的水质指标维持一定的范围，需要建立自动浓缩和加药管理系统。 由于水浓缩时，水中的各种离子随之浓缩，而电导正是反映水中离子浓度多少的数值，浓缩倍数与电导的增长基本上成正比，当水浓缩一倍时，电导率提高～倍，所以一般采用浓缩倍数为3时水的对应电导率作为控制值，电导仪与电磁阀相联，同时与自动计量泵相联，当水浓缩倍数过高时，则电磁阀启动进行排污，同时加药泵启动，补入相应的被排污水带走的药量。 自动化的采用，使空调冷却水循环系统管理大为简化，实现了现场无人操作，只需每月进行一次或两次取样分析，适当调整控制条件，使现场操作准确无误，为进行化学水处理提供了很好的条件。 (2) 药剂浓度的管理 平时，水处理药剂若不维持在一定浓度上，则不能充分发挥效应。而过量加药造成经济上的浪费，因此，加药要及时适量。目前，空调水系统加药一般分为两类，一是采用自动加药装置；二是根据计算量而采用连续滴加方式，这种方式也可保证水中药量浓度在有效范围内。 (3) 日常监测 最重要的水质管理是掌握补水和冷却水的水质，而且要把防患于未然的对策作为基本措施。但由于空调水系统一般现场不具备分析条件，一般都委托有关单位进行分析，由于采用自动化管理，所以监测分析可半月或每月进行一次，以便发现问题及时调整。 第 119 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 腐蚀监测，采用现场挂标准试片，每月或两月测定一次。 冷冻水处理 冷冻水是将冷量输送到各个空间的主要载冷工质，就冷冻水系统的构成而言，冷冻水分为密闭式和非密闭式，非密闭式又分为部分敞开式和喷淋式两种类型。中央空调冷冻水系统多为密闭式。 冷冻水的特点 与一般循环冷却水相比较有以下几个特点： (1) 浓缩倍数基本保持不变。密闭式冷冻水系统在循环过程中，由于不与空气接触，没有蒸发，所以水量基本上没有损失。部分敞开式冷冻水系统仅是冷水池敞口部分暴露于空气之中，与空气之间的交换量很少，可以忽略不计，故在循环过程中几乎没有水量损失。带有喷淋装置的冷冻水系统，夏季在循环过程中有特殊的吸湿现象，即在循环过程中没有水量损失，反而因空气中的水蒸气进入系统而使系统中的离子浓度低于补充水。由于这种现象在某些地区引起冷冻水变化较大，也是药量损失的主要因素，应引起重视，采取相应措施。而在冬季由于对空气起增湿作用冷冻水有一定的浓缩。 (2) 水温比较低，一般在1℃到20℃之间变化，大多数在6℃到12℃之间。 (3) 水处理药剂为一次性投入，为了保证药剂的有效性，在指定的周期内排污换药。 (4) 冷冻水对设备的危害主要是腐蚀，常因腐蚀原因出现红水现象。 (5) 一般来说，贮水量与循环水量要小些。 腐蚀机理 冷冻水系统因其水量基本保持不变，水中钙、镁离子不因循环而增加，所以结垢趋势并不严重。系统主要存在的问题为溶解氧腐蚀，碳钢在水中由于形成微电池而引起腐蚀。 氢氧化亚铁极易氧化成红棕色的铁锈，这是冷冻水出现红水的主要原因。在敞开式和喷淋式系统中，由于系统部分暴露于空气中或与空气直接接触，系统中溶解氧的含量比较充足；在密闭式冷冻水系统中，溶解氧会因腐蚀的发生而迅速消耗，变得不充分。但这些系统仍会有少量的溶解氧存在，主要是通过阀门、管接头、泵的压垫漏进来的。此外，冷冻水系统虽然补充水很少，但溶解氧也会随着补充水的加入而带入系统中。所以溶解氧是造成冷冻水系统腐蚀的主要原因。 伴随着氧化铁的腐蚀机理，另一种腐蚀循环反应也同时发生。就是去离子水或软化水腐蚀，一旦形成腐蚀反应，还有一个加速过程而这种腐蚀在氧的存在下是一个往复连锁反应。这是因为钙、镁、碱度对腐蚀而言为保护性离子，而软化水与去离子水正是去除了这些离子，所以在某些用户出现设备一年就穿孔腐蚀现象，从水处理方面讲，密封式系统严禁使用去离子水或软化水。另外Cl离子等腐蚀性离子也参加了反应且腐蚀因素较多，未经加药处理的冷冻水系统腐蚀会很严重。 药剂的选择 第 120 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 根据冷冻水上述的主要腐蚀原因，分别对铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钼酸盐、锌盐及有机酸、硫脲、硫醇、唑啉等药剂进行对比实验，因其中铬酸盐严重污染环境、亚硝酸钠的致癌原因而弃置不用。磷系、硅系、钼系三类复配药剂在缓蚀方面均取得了良好的效果，挂片腐蚀率远远低于国家标准。硅系复配药剂虽然效果好、价格便宜，但因易生成硅垢且不易去除，使用时应慎重。钼系复配药剂缓蚀效果好，且冷冻水中药量损失不大，经济上可以接受。如表 2-1所示。 表 2-1 挂片腐蚀率对比测试表 -1编号 配方 挂片 预膜 腐蚀率/mm·a现象 1 磷系 碳钢 1 有 表面轻微腐蚀 复配药剂 碳钢775 2 无 表面少量腐蚀 不锈钢 无 未检出 光亮 铜.0017 有0 表面颜色乌暗 2 硅系 碳钢20 3 有 表面轻微腐蚀 复配药剂 碳钢0237 4 无0. 表面轻微腐蚀 不锈钢 无 未检出 光亮 铜 无 表面颜色乌暗 3 钼系 碳钢009 5 有 表面轻微腐蚀 复配药剂 碳钢.0006 6 无0 表面轻微腐蚀 不锈钢 无 未检出 光亮 铜 无 未检出 光亮 4 空白 碳钢.1080 7 有0 表面少量腐蚀 碳钢8 无 表面均匀腐蚀 不锈钢 无 表面颜色乌暗 铜 无 表面颜色乌暗 磷系与钼系药剂相比，钼系主要以吸附膜、沉淀膜原理缓蚀，其效果可以使碳钢腐蚀率小到几乎测不出来，其缺点就是用量较大，复配药剂用量大于2000ppm，成本较高；而磷系药剂主要加入除氧剂等多种形式进行缓蚀，用量较小，一般为500ppm左右，成本低些，但效果不如钼系配方。 近几年，国家工业水处理工程技术研究中心，针对冷冻水和采暖水系统的特点，开发出一种新型的低钼药剂TS－52706，用量为100～500ppm，碳钢腐蚀率几乎为零，其阻垢环蚀效果非常优秀，专门适用于密闭系统。 冷冻水处理药剂损失 如果冷冻水系统本身密闭性不强，在某些接口及泵处有泄漏现象，药量随之流失。一般情况下，损失的药量占总药量的1％～10％。但在某些系统，泄漏带走的药量为主要损失；因为冷冻水系统贮水量相对较小，某些系统一年回补好几次药，甚至每月都补。系统本身要吸附一些药剂，其损失量很小，约占总药量的1％左右。在某些带有喷淋装置的冷冻水系统中，由于吸湿作用，系统水量增加而发生溢流造成药剂损失。使用磷系配方，因除氧剂的消耗而必须定时补药，周期为1～2月／次。 加药方式 冷冻水药量损失较小，但为了保证药剂在水中的有效性，须人为地进行有规律的排污、第 121 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 补水、加药。目前，对冷冻水中加药的间隔时间还未见报道，这里介绍几种方法。 (1) 根据水质检测结果不定期加药。 (2) 连续加药：即连续地小量排水与补水，同时连续加药。 (3) 定期加药：即每隔一定时间，换水加药。因换水会带走大量的冷量，故此方法一般采用部分排水补水进行，也有采用隔几个月换掉部分冷冻水、补充部分药剂的方法。 (4) 自动控制加药：现场可通过仪器反映冷冻水的电导率、排污量等来控制加药。还有更先进的方法是通过反映药剂中示踪离子含量的仪器来控制加药。这种方法的优点是现场操作方便，节省人力物力，节省药剂。但此类仪器价格较高，所以仅在大型中央空调系统中使用。 采暖水处理 采暖水是指通过锅炉加热或蒸汽热交换器而使水加热然后进行循环使用的热水系统。在空调系统中，采暖水与冷冻水系统常使用同一管程，只是使用时间不同，夏季为冷冻水，冬季为采暖水，同样，二者都属于密闭系统，所以相似之处甚多；本文着重点放在与冷冻水不同之处。 采暖水的特点 (1) 浓缩倍数不变，为密闭式循环系统； (2) 水温较高，一般在80℃左右。 (3) 水处理药剂为一次性加入，并且有高温不分解的特点； (4) 采暖水根据水质不同，结垢与腐蚀性重点不同，由于水温较高，两种危害同时存在，也常因腐蚀出现红水现象。 (5) 一般采暖水如果无泄露等现象，首先结垢，因结垢性因素不再补入，而溶解氧不断通过各种途径进入，致使腐蚀严重，使用去离子水时，这一现象尤为严重。 腐蚀机理 与冷冻水基本相同，只是水温较高，这一趋势有所加强。同时，由于有垢层的出现，又会出现垢下腐蚀的现象。 药剂的选择 选择药剂时，既要考虑防腐蚀，又要考虑防结垢，并且药剂具有耐高温性，无机磷与锌盐就不宜在热水中使用。 采暖水的阻垢缓蚀剂也以钼酸盐系列为主；钼酸盐在高温不分解，并无环境污染之忧。一般与羧酸-磺酸盐、磷酸酯等复配，用复配药剂量在1500～2000ppm左右。 3．主要特点和优势 中央空调水系统在运行过程中会有大量水垢、淤泥、铁锈等腐蚀产物和藻类尘物粘泥产生，这些污垢沉积在换热器铜管表面，严重影响中央空调的制冷效果和使用寿命，因此我们需要在中央空调冷却水系统和冷媒水系统定期投加各种水处理药剂如缓蚀阻垢剂、分散剂、杀菌剂，使水中的结垢性离子稳定在水中，防止结垢、微生物、藻类生成，并起到控制腐蚀、第 122 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 保护中央空调机组的作用。此方法是目前工业循环水处理、中央空调水处理使用最为普遍的一种方法，实践证明了是有效又经济的方法。 中央空调水处理对改善中央空调制冷效果、节约能源，抑制设备腐蚀，机组使用寿命具有现实意义和实用价值。 中央空调清洗及水处理的意义 (1) 由于水中钙、镁、盐类物质的存在，空调水系统不可避免的会结生各种水垢，因水垢的导热系数是碳钢的％，油垢、藻类、粘泥的导热系数仅是碳钢的％，当空调水系统结生污垢后，使机组传热性能恶化，排气压力增大，制冷效率下降，从而导致能源浪费，运行维修成本增加，结垢严重时还会使主机高压断开保护，直接影响机组正常运行。 (2) 水垢使水中溶解氧浓度与垢下金属面的氧浓度产生浓度差，从而形成氧浓度差电池，使垢下金属不断腐蚀。同时微生物粘泥也会对金属产生腐蚀，腐蚀的结果会大大增加系统的运行维修费用，缩短设备使用寿命，严重时可使主机提前报废。 (3) 根据空调系统结尘水垢和氧腐蚀故障，必须定期清洗除垢和日常水质处理。通过安全有效的化学清洗可达到安全正常运行，显著提高制冷量或供暖效率的目的。清洗后系统运行成本、电、油、气耗量大幅度降低。缓蚀阻垢，防腐预膜后保护了主机及管网不受腐蚀．不再结生水垢，延长机组的使用寿命。 中央空调水处理后的效果 (1) 明显改善制冷效果，减少事故发生：中央空凋水处理可杀菌灭藻，去除污泥，使管路畅通，水质清澈。同时提高中央空调冷凝器，蒸发器的热交换效率，从而避免了高压运行，超压停机现象，提高了冷冻水流量，改善了制冷效果，换热器进出的温度差提高,系统安全高效运行。 (2) 大幅度节约能源，减少成本：由于沉积物的存在会大大降低热交换器的效率，电力消耗增加。一台冷水机组，冷凝器热交换效率降低致使冲凝压力升高将导致压缩机的功耗明显增加，制冷系数大大降低。 (3) 保护设备，延长使用寿命：中央空调水处理可以防锈、防垢，避免设备腐蚀、损坏，特别经预防处理后，使设备使用寿命延长一倍。投入缓蚀剂以后，可以使设备系统腐蚀速度下降90％，消除冷媒水系统“黄水”现象。 (4) 大量节省维修费用：未经水处理的中央空调，会出现设备管路堵塞、结垢、腐蚀、超压停机甚至发生故障。如：运行系统因腐蚀泄露，产生溶液污染，则需要更换热装置和溶液，中央空调主机维修费一般需要20~50万元。中央空调水处理后，即可减少维修费用，又可延长设备使用寿命，为用户创造更好的经济效益。 (5) 环保排放、有益健康：中央空调清洗和缓蚀阻垢，杀菌灭藻水处理后，水质清澈，还能杀灭空凋水中对人体危害极大的军团菌，使中央空调所供的冷暖气清新、安全，有利于使用者的身体健康。 第 123 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 4．注意事项及存在问题 在冷水机组中空调水系统水侧的水垢、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。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。 水处理不当可能会对空调水系统管道造成损坏，建议请专业水处理公司对空调水系统进行专业保养维护。 表 4-1是水垢对制冷机性能影响，从表 4-1可看出，水垢热阻对制冷机性能影响很大。 表 4-1水垢热阻对制冷性能影响 水垢层水垢 换热器 换热量溴化锂冷水机组 压缩式冷水机组 厚度 热阻系数 传热系数增减情冷却水冷冻水机组总冷却水冷冻水机组总2Δ RF (W/) 况（％）侧增减侧增减增减制侧增减侧增减增减制2(mm) （ 制冷量制冷量冷量制冷量制冷量冷量（％）（％）（％）（％） （％）（％）0 0 3880 129 108 106 114 3326 114 104 103 107 2915 100 100 100 100 100 100 100 2331 80 92 98 1942 90 1664 68 5．适用场合和条件 随着中央空调的发展和特殊工艺要求的增加，中央空调水处理已成为工业水处理中的重要领域。中央空调水处理技术适合于有中央空调系统运行的大型通信局站，只要有水系统就适合采用。 6．实际使用案例 中央空调水处理技术应用非常广泛，现在大部分安装有中央空调系统的通信局站都会进行水处理，但空调系统水处理技术性较强，水处理不当可能会对空调水系统管道造成损坏，建议请专业水处理公司对空调水系统进行专业保养维护。 7．小结 空调水处理的必要性主要有以下三点： (1) 延长管线和设备的使用寿命，如果在主要管线和设备上发生的泄露时，或在敷设管道上发生了泄露时，更换维修，不但要花费较大的费用，而且，在实施时存在着许多困难。空调系统水处理的必要性就在于使管线和设备达到设计的使用寿命； (2) 节能，当结垢和腐蚀产生锈垢堆积物，都会导致传热效率下降，为达到设定效果，必须加大能量消耗同时还会造成缩短设备的使用寿命，在敞开式循环水系统中，采用水处理技术还会节省大量的补充水； (3) 创造稳定的工作环境，保证中央空调系统稳定正常运行。 第 124 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第14号 太阳能光伏供电技术 1．概述 人类对太阳能的利用已有悠久历史，早在两千多年前的战国时期，人们就已经懂得用金属做成的凹面镜聚集太阳光点火，以后发展到使用玻璃放大镜聚光取火。那么太阳的能量是从哪里来的呢? 太阳是离地球最近的一颗巨大而灼热的星球，它的直径是地球直径的109倍，质量为地球的33万倍。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳位于太阳系7中心。太阳表面温度大约为5 700℃，中心温度高达约2×10℃，压力约为2 000多亿大气压。由于太阳内部温度极高、压力极大，物质早已离化而呈等离子态；不同原子核的相互碰撞引起一系列核子反应，其中类似于氢弹爆炸的热核反应是太阳能量的主要来源。太阳的能量是176向四面八方辐射的，每秒钟投射到地球上的能量约为×10J，相当于6×10吨标准煤。11形象的比喻就是地球每天从太阳那里获得5 000多亿吨标准煤（×10吨标准煤）。按目15前的发电水平可转换成电量×10kWh。遗憾的是，人类目前还没有能力将如此巨大的能量全部转换成电能。现在人们利用光伏发电技术已可以将少量的太阳能转换成电能并储存2起来。地球海平面上的光照标准峰值强度为1kW/m。 图1-1所示的是地球上的能流图。从图1-1可以看出，地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的矿物燃料（如煤、石油、天然气等），从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。所以，广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 6图1-1 地球上的能流图（单位10MW） 第 125 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 2．工作原理及主要供电类型 工作原理 在太阳光照射下，一些特定的半导体内会产生自由电荷，这些自由电荷定向移动和积累并产生一定的电动势，可以向外电路提供电流。这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应，它是制造太阳能电池的物理基础。 最早用于制造太阳能电池的半导体材料是晶体硅。直到目前为止，它仍然是用于制造太阳能电池的主要材料。以晶体硅材料为基础生产的太阳能电池（包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池）仍占据着主导地位，被广泛地用于各类光伏发电系统中。以晶体硅为例，介绍太阳能电池的基本原理。它也可以作为了解其他太阳能电池工作原理的基础。 晶体硅太阳能电池的基本结构如图2-1所示。用扩散法在P型硅衬底上形成N型层，制成大面积PN结，再用真空蒸发法或化学沉积法在N型层上面淀积金属栅作为正面欧姆接触电极，在整个背面淀积金属作背面欧姆接触电极，就形成了一个晶体硅太阳能电池。为了减少光反射损失，一般再在整个上表面覆盖一层合适的减反射膜，从两面的金属接触电极上引出电极引线，便是一个单片太阳能电池。光照的上表面为一层N型层，称为顶层；基片材料为P型层，称为基区。 太阳能电池的基本原理是光生伏特效应，如图2-2所示，用适当波长的光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的PN结上时，在一定条件下，光能被半导体吸收后，在导带和价带中产生非平衡载流子——电子和空穴。由于PN结势垒区存在较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴，或者产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴。在内建静电场的作用下，它们向相反方向作漂移运动，结果使P区电势升高，N区电势降低，PN结两端形成光生电动势，这就是PN结的光生伏特效应。由于光照产生的非平衡载流子各向相反方向漂移，从而在内部构成自N区流向P区的光生电流，在PN结短路情况下构成短路电流密度；在开路情况下，PN结两端建立起光生电势差V，也即开路电压。如将PN结与外电路接通，只要光照不停止，就会不断地有电流流0过电路。 图2-1 晶体硅太阳能电池的基本结构 第 126 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-2 太阳能电池的基本原理图 太阳能光伏发电系统的主要供电类型 一块太阳能电池组件构成了一个发电单元，在阳光下接上负载就可以对外供电。太阳能光伏发电的一大优点就是光电阵列的模块化，可以根据需要组合成小至几瓦、几十瓦的小系统，大到几百千瓦甚至兆瓦级的电站。由于光伏发电受气候影响大，要保证通信系统的电源供应，太阳能组件就必须和蓄电池、控制器、逆变器等组成光伏发电系统。从结构特征上看，太阳能光伏发电系统可以分为三种基本类型：独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。 独立运行光伏发电系统 独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，其系统结构如图2-3所示。它主要用于无电网的边远地区及人口分散地区。由于必需配置蓄电池储能装置，所以整个系统的造价较高。 虽然光伏发电的成本仍然较高，但由于其可靠性高、维护费用低以及资源丰富、分布广泛，光伏发电技术在广大边远地区、无电地区以及人口分散的地区得到了广泛应用，在这些地区使用的光伏发电系统都属于独立运行系统。 图2-3 独立运行的光伏发电系统框图 图2-3所示的独立运行系统可以有两种派生类型。一种是容量很小的小型光伏电源，由于容量较小，系统可省去逆变器，负载则需要选用直流负载，如直流灯等。另一种则是直接连接系统，即逆变器和蓄电池都省去不用，直接将光电阵列同负载连接，向负载供电。这要求负载同光电阵列的输出匹配相当好，或者负载对供电的稳定性和保证率没有什么要求。 第 127 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 并网型光伏发电系统 在有公共电网的地区，光伏发电系统一般与电网连接，即采用并网运行方式，这要求逆变器具有同电网连接的功能，其结构框图如图2-4所示。并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元。由于蓄电池在存储和释放电能的过程中，伴随着能量的损失，而且，蓄电池的使用寿命通常仅为5~8年，报废的蓄电池又将对环境造成污染，所以，省去蓄电池后的光伏系统不仅可以大幅度降低造价，还可以具有更高的发电效率和更好的环保性能。 但即使这样，光伏系统的发电成本仍然会比电网中电力的发电成本高许多，必须由政府制定一些相关政策和法规，准许将多余电力回馈给电网，并在价格上给予一些优惠。 图2-4 并网运行的光伏发电系统框图 混合型光伏发电系统 混合型光伏发电系统如图2-5所示，即在系统中增加一台备用发电机组（在有供电线路时也可以采用市电）。当光电阵列发电不足或者蓄电池容量不足，所储存的电量已经耗尽时，可以启动备用发电机组。它既可用来直接给交流负载供电，又可通过一台整流器给蓄电池补充充电。 图2-5 混合型光伏发电系统框图 在混合系统中，还可以由两种可再生能源发电技术构成混合系统。最常见的是风／光互补系统，这主要是因为风力资源和太阳光资源常常具有较好的互补特性。没有太阳的时候经常有风，没有风的时候常常有太阳。由于这种互补特性，风／光互补发电系统较之单一发电系统有着供电稳定性和保证率高的优点，系统的光电阵列容量和蓄电池容量也可以设计得低一些，使得整个系统的成本下降。 通信用的光伏发电系统通常也是混合型光伏发电系统。例如,某通信用光缆中继站的配电第 128 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 系统就是一个混合型光伏发电系统，如图2-6所示。 图2-6 某电信用光缆中继站的混合型配电系统 3．主要特点和优势 太阳能是一种可再生能源。从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电转换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下优点： （1）可靠。在恶劣的环境和气候条件下，光伏发电系统很少产生故障，因此光伏系统经常用在要求供电可靠性很高的场合。 （2）耐用。目前，绝大多数太阳能电池组件的生产技术都足以保证使太阳能电池的性能至少10年不下降，太阳能电池组件可以发电25年或更长的时间。 （3）维护费用低。在远离城镇的边远地区，为了维护或修理常规发电设备，需要将材料和人员运送到很远的地方，其费用很高。光伏系统只需周期性进行检查以及很少的维护工作，维护费用比常规发电系统少得多。 （4）无需燃料费用。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。理论计算太阳尚可维持数十亿年之久。光伏系统不需要燃料，从而免去了购买、运输和储存燃料的费用。 （5）无噪声污染。光伏系统运动部件很少，基本没有噪声。 （6）安装组件积木化。光伏系统便于用户根据自己的需要选择和调整发电系统的容量大小，安装灵活、方便。 （7）安全。光伏系统不使用易燃的燃料，只要设计合理和安装适当，系统具有很高的安全性。 （8）自主供电。离网运行的光伏发电系统具有供电的自主性和灵活性。有些用户采用光伏发电的原因就是欣赏该系统独立于公用电网的自主性。 （9）非集中电网。小型分散的光伏发电站可减少由于公用电网故障给用户带来的不良第 129 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 影响及危害。 （10）高海拔性能。在高海拔地区，随着日照的增强光伏系统的输出功率将增加，使用光伏发电非常有利。相反，由于空气稀薄，在高海拔地区使用柴油发电机时工作效率降低，机组的实际输出功率减少很多。 4．注意事项及存在问题 2（1）能量能流密度低。太阳光照射到地球的能量能流密度低，最大只有1kW/m，太阳能光伏发电要占用巨大面积。 （2）日照不稳定。日照强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响，不能维持常量，系统获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。 （3）初期投资高。由于太阳能电池生产成本高，光伏发电系统的初期投资大大增加，而独立运行的光伏系统使用蓄电池储能，进一步增加了系统建设费用和运行成本。因此，在设计时必须对光伏系统进行经济性评估和多种方案比较。 （4）需要储能装置。为了保证夜间或某一时间用电，光伏发电系统需使用蓄电池储能；蓄电池组增加了系统成本、规模和维护工作量。 （5）系统效率较低。目前，太阳能电池的能量转换效率较低，蓄电池充放电时有能量损失，加之系统传输损耗等，使光伏发电系统的总体效率不高。 5．适用场合和条件 太阳能光伏供电系统适合于日照时间长且供电保障不够完善地区的重要通信局站。 6．太阳能电源系统实际使用案例 太阳能电源系统在青海某电信公司维护实例及使用情况 太阳能和市电组成的供电系统如图6-1所示。 图6-1 太阳能通信电源系统方框图 第 130 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 太阳能设备的主要技术指标 (1) 太阳能电池极板主要技术指标,如表6-1所示。 2① 最大输出功率：最大输出功率与入射光强（mW/cm）成正比。 2② 开路电压与短路电流：开路电压随入射光强（mW/ cm）增强而增加，并很快趋向饱2和，短路电流随入射光强（mW/cm）、电池受光面积成正比。 ③ 温度特性：当温度每上升1℃时，输出功率以%～%的速率递减，同时电池短路电流增加。 ④ 光谱特性：入射光波长为～μm时，太阳能电池输出功率最大。 表6-1 某品牌太阳能电池极板主要参数 型 号 SP55 SP70 SP75 硅片形式 单晶 峰值功率（Wp） 55 70 75 系统电压（V） 12 6/12 6/12 额定电流（A） 额定电压（V） 短路电流（A） 开路电压（V） 长度（mm） 1293 1200 宽度（mm） 329 527 深度（mm） 34 34 重量（kg） (2) 太阳能极板方阵的安装 太阳能电池方阵的安装有固定方式、手动跟踪太阳光方式和自动跟踪太阳光方式三种形式。如果采用手动式，需要根据太阳光的角度定时调整光接收角。因青海省大部分机房由于受各种条件的限制，目前均采用固定式安装，如图6-2、图6-3所示。 太阳能电池极板由于安装在室外，风沙雨雪雷雹自然因素和防盗、防破坏等人为因素都要考虑，既便于维护，又避免上述情况的发生而影响设备的正常运行。 图6-2 青海省某电信分公司太阳能电池极板方阵图 第 131 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-3 太阳电池极板方阵连接示意图 太阳能控制器 控制器的日常维护：应定期检查其工作状况，进行性能测试，定期校正各项参数。表6-2是某品牌太阳能控制器设置表。 表6-2 某品牌太阳能控制器设置表 设置项目 出厂设置 最大提升电压 提升梯度电压 通道使用数 4 最大浮充电压 最小浮充电压 控制设置 浮充转提升电压 50V 蓄电池最高电压极限 温度补偿 0mV/℃ 状态转换延时 1分 显示屏关闭温度 0 显示对比度 100 低电压负载开路 负载再接通 负载设置 延时时间 180S 蓄电池低电压告警 波特率 2400 远端监控 站址 根据现场设置 第 132 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-4 太阳能控制器工作原理 四川某电信运营商工程案例分析 图6-5 工程案例现场 项目背景 某电信运营公司准备在四川凉山、阿坝、甘孜地区“村村通”工程太阳能供电系统，该项目主要由广东珠江电信有限公司进行现场勘测、工程设计及安装。 第 133 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 负载基本情况 (1) 卫星电话终端（每部）峰值电流：1000mA。 (2) 卫星电话终端（每部）待机电流：≦200mA。 (3) 卫星电话终端（每部）工作电压范围：＋44～＋54Vdc（典型值：+48Vdc）。 (4) 卫星电话终端配套电话计价器电流：250mA。 (5) 卫星电话终端配套电话计价器工作电压：＋12Vdc。 (6) 负载总计：2个卫星电话终端 + 1个电话计价器。 (7) 负载（每部）每天累计工作（通话）时间：2小时。 (8) 负载（每部）每天累计待机时间：22小时。 (9) 太阳能蓄电池后备时间：3天 系统配置分析 供电系统原理图 根据上述供电设备要求，“村村通”太阳能基站配置如图6-7。 光伏电池板PV Module太阳能控制柜Solar Control Box直流负载DC Load(48V)蓄电池(48V)Battery． 图6-6 太阳能供电系统原理 供电系统主要组成部分 表6-3 供电系统主要组成 序号 名称 型号 数量 容量 1 光伏电池板 KC80-01 4块 320W p2 胶体蓄电池 DFS12-100AH 1组 100AH/48V 3 太阳能电源控制柜SCR4830-05 1台 30A/48V 第 134 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 设备环境要求 z 海拔高度： ≤5000m； z 环境温度： -40～45℃ z 工作温度： －45～85℃（室外设备）；－5～40℃（室内设备） z 相对湿度： ≤95％（25℃） z 供电系统抗风： 12级台风 z 地震烈度： 8度 蓄电池 系统蓄电池的后备时间为3天。由于通信设备的工作电压为：44～54Vdc，考虑到太阳能供电系统工作特性及工作电压范围，取太阳能供电系统的蓄电池电压为48V。通话时负载约为48W，每天工作时间为2个小时，每天消耗能量为48W×2H=96WH；计价器是24小时工作的，每天消耗能量为12V××24H=72WH；待机时间消耗的功率为×48=，每天待机时间为22小时，每天待机时间消耗的能量为：待机电流×22=；所以负载（2个卫星电话终端 + 1个电话计价器）每天的总平均消耗能量为：(96WH+)×2+72WH= 系统总负载所需的蓄电池容量为 总平均消耗×3后备天数48系统电压C== ×放电深度温度系数经过取整后，蓄电池的容量应为100AH/48V，取4只 DFS12-100的胶体蓄电池组成100AH/48V蓄电池组，蓄电池实际容量为100AH/48V。 计算依据 从表6-4及图6-7上可以看到，只要在6月份产生的能量满足负载总消耗，则全年其他月份均能满足要求。根据6月份的能耗需求配置4块KC80-01（80W）的光电板即能满足要求。其他月份计算的结果如表6-4所示，可见在全年的各月份中，系统都能满足负载的全天候正常工作要求，而且还能适当延长通话时间。 光伏电池板方阵在不同的月份平均每天日照、光伏电池板方阵产生的能量以及负载消耗的能量如表6-4。 表6-4 光伏通信站太阳能系统能量表 月份 平均每天日照峰值 光板平均每日产生平均每日消耗产生－消耗比 （小时） （WH） （WH） （WH） 1月 2月 3月 4月 5月 第 135 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 全年光板产生（kWh） 376 全年负载消耗（kWh） 251 月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月光电板平均每日产生平均每日消耗产生－消耗图6-7 光伏通信站太阳能系统能量图 光伏电池板的安装 光伏电池板安装一般有落地安装和架空安装，两种安装方式如图6-8所示，具体安装方式根据现场情况决定。 图6-8 光伏电池板安装 太阳能电源控制柜 太阳能控制柜是光伏系统的核心部分，主要包括控制器、防雷设备、配电单元等部分。而控制器又是整个控制柜的核心，主要的功能是对蓄电池组的管理，控制器通过投入和切断太阳能电池方阵的输入，可以实时地对蓄电池进行充电管理，使蓄电池的寿命延长。系统具有良好的输入输出防雷设备，有良好的电磁兼容性，可以与其它通信设备安装在同一机房内，第 136 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 既节省了空间，又减少了传输损耗。 太阳能供电系统总体配置 (1) 某运营商“村村通”工程设备配置如表6-5。 表6-5工程设备配置表 序号 设备名称 设备型号 规格 单位 数量1 太阳电池组件 KC80-01 功率:80W；输出电压：12V；多晶硅 块 2 2 钢结构支架 N2 N2座地安装支架，每架安装2块光电板 副 1 包括板间连线、端头、防水头、50米铠3 电缆电线及辅材 SA 套 1 2装电缆、30米16 mm地线、汇线盒等 室内安装,尺寸：宽×深×高：450×2504 系统智能控制柜 SCR1230-05×550mm；包括控制器、避雷器、浪涌套 1 吸收器、配电单元等 胶体蓄电池 DFS12－150150AH/12V(12V单体)×1；含电池电缆 组 1 5 铅酸蓄电池 AGM12－150150AH/12V(12V单体)×1；含电池电缆 组 1 7．小结 太阳能分布广泛，可自由利用，取之不尽，用之不竭，是人类最终可以依赖的能源。而光伏发电技术是太阳能利用技术中最具发展前景的方式之一。它具有无污染、无噪声、安全可靠、故障率低、维护简便、建设周期短等优点。它是今后可替代化石燃料的战略性能源，又是目前边远地区能源供应的一种有效的补充。随着化石燃料的逐渐消耗，太阳能光伏发电技术越来越显示出其重要性和发展潜力。 第 137 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第15号 风力发电技术 1．概述 风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源，以其蕴藏量巨大、可以再生、分布广泛以及没有污染等优势而在各97国发展迅速。全球的风能约为×10MW，其中可利用的风能为2×10MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国可开发利用的风能资源为亿kW，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上，新疆、内蒙至东北和东南沿2海两大主风带有效风能密度大于200W／m ，有效风力时间在70% 以上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，更加适宜利用风力资源进行能源补充。因此，在节约能源的国际大环境下，积极发展风力发电是社会发展的必然趋势，也将对人类发展起到极其重要的意义。 2．工作原理 风力发电简单来说，就是把风能转变为电能，是风能利用最基本的一种方式。按照风力发电系统电能供给方式可以分为离网型风力发电系统和并网型风力发电系统两种。 离网型是指20kW以下的、独立在通信领域应用主要是离网型风力发电系统运行、用蓄电池储能的小型风力发电机组，通信用的风力发电系统都是离网型风力发电系统，如图2-1所示。 并网型风力发电系统是指常规电网风力发电机组，一般发电机组的额定功率均比较大。这种运行方式是采用同步发电机或异步发电机作为风力发电机与电网并联运行，并网后的电压和频率完全取决于电网。无穷大电网具有很强的牵制能力，也具有巨大的能量吞吐能力。并网后的风力发电机必须具有并网和解列控制，只有当风力发电机电压频率与电网一致时才能并网，当风力发电机因风速太小而不能输出电能时，就会从电网解列。 第 138 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图2-1离网型风力发电系统 离网型风力发电系统的主要部件包括： (1)风力发电机组(简称风电机组)：与公共电网不相连，可独立运行的风力发电机系统。 (2)耗能负载：持续大风时，用于消耗风电机组发出的多余电能。 (3)蓄电池组：由若干台蓄电池经串联组成的储存电能的装置。 (4)控制器：系统控制装置，主要功能是对蓄电池进行充电控制和过放电保护，同时对系统输入、输出功率起到调节与分配作用，以及系统赋予的其他监控功能。 (5)逆变器：将直流电转换为交流电的电力电子设备。 (6)直流负载：以直流电为动力的装置或设备。 (7)交流负载：以交流电为动力的装置或设备。 为提高风电系统的供电可靠性，可设置柴油发电机组作为系统的备用电源和蓄电池组的应急充电电源。 离网型风力发电系统构成如图2-2所示，其基本原理就是通过风力机将风能转化为机械能，从而带动发电机发电，然后经过整流器得到稳定的直流电供给直流负载，直流电再通过逆变器输出三相交流电，供给三相交流负载。 风力发电机组独立运行是一种比较简单的运行方式，但由于风能的不稳定性，为了保证基本的供电需求，必须根据负载的要求采取相应的措施，达到供需平衡。对于l0kW以下的小型风电机组，通信行业主要采取风力发电机配以蓄电池储能的独立运行方式，如图2-2所示。 第 139 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 耗能负载 风力发电机组控制器 逆变器 交流负载 蓄电池组直流负载 图2-2 离网型风力发电系统组成框图 对于1kW以下的微型机组一般不加增速器，直接由风力机带动发电机运转，后者一般采用低速交流永磁发电机；1kW以上的机组大多装有增速器，发电机则有交流永磁发电机、同步或异步自励发电机等。经整流后直接供电给直流负载，并将多余的电能向蓄电池充电。在需要交流供电的情况下，通过逆变器将直流电转换为交流电供给交流负载。风力机在额定风速以下变速运行，超过额定风速后限速运行。 对于容量较大的机组(如20kW以上)，由于所需的蓄电池容量大，投资高，经济上不是很理想，所以较少采用这种运行方式。 3．主要特点和优势 与其他发电技术相比，风力发电具备如下特点： (1) 风能是一种可再生能源，它取之不尽，用之不竭，同时是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。 (2) 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，已是一种安全可靠的能源。风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电。若计及煤电的环境保护费用与交通运输的费用，则风电的经济性将优于煤电。 (3) 投资规模灵活，土建、安装建设工期短。 (4) 安全：风电系统不需要易燃的燃料，只要设计合理和安装适当，系统具有很高的安全性。 (5) 非集中电网：小型分散的风力发电站可减少由于公用电网故障给用户带来的不良影响及危害。 4．注意事项及存在问题 (1) 在进行选址设计之前，应汇集及测量当地风能资源、其他天气及地理环境数据，包括每月的风速、风向数据、年风频数据、每年最长的持续无风时数、每年最大的风速及发生月份、韦布尔（Weble）分布系数等，了解当地是否适合采用风力发电系统。 (2) 需要储能装置：为了保证系统供电的连续性和稳定性，风电系统需使用蓄电池储能，蓄电池组增加了系统成本、规模和维护工作量。 第 140 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 (3) 需要定期维护、检修：风力发电机组旋转运动部件多，因此与太阳电池组件相比，风力发电机组定期维护、检修的工作量较大。 (4) 系统效率较低：风力发电机的风能利用率较低，蓄电池充放电时有能量损失，加之系统传输损耗等，使风力发电系统的总体效率不高。 5．适用场合和条件 (1) 风能资源较为丰富的地区； (2) 市电资源缺乏的偏远山区、海岛等地区； (3) 其他出于节能考虑的利用可再生能源的通信基站、视频监控点、接入网点等场合。 6．实际使用案例 目前，风力发电系统的应用主要还是在大型风力场并网使用，通信用的单一离网型风力发电系统的应用相对较少，一般来说，离网型风力发电系统都是与太阳能发电系统构成风光互补供电系统应用，因此，具体的实际使用案例，可以参考《中国电信节能技术蓝皮书》系列的《第16号 风光互补供电系统》。 7．小结 在利用可再生能源方面，风力发电系统的技术和应用已经相当成熟和广泛，建议在响应国家节约能源的号召下，在风能资源较为丰富的地区积极推广应用风力发电系统。 第 141 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第16号 风光互补供电技术 1．概述 一般来说，由两种或两种以上的能源组成的供电系统，称为混合能源系统。由于风力或光伏发电系统均受到外部条件的影响，仅靠独立的风力或光伏发电系统经常会难以保证系统供电的连续性和稳定性，因此，在采用风力或光伏发电技术为通信局站供电时，往往采用风光互补发电系统来进行相互补充，达到连续、稳定供电的目的。 2．工作原理 风光互补供电系统，即光伏－风力互补供电系统，由风力发电机组、太阳电池方阵、控制器、支撑结构（塔架）、耗能负载、蓄电池组和逆变器以及负载构成,如图2-1所示。 图2-1 风－光互补供电系统 (1)太阳电池方阵：指在金属支架上用导线连在一起的多个太阳电池组件的集合体，太阳电池方阵产生负载所需要的电压和电流。 (2)风力发电机组：与公共电网不相连、可独立运行的风力发电机系统。 (3)耗能负载：持续大风时，用于消耗机组发出的多余电能。 (4)蓄电池组：由若干台蓄电池经串联组成的储存电能的装置。 (5)控制器：系统控制装置，主要功能是对蓄电池进行充电控制和过放电保护，同时对系统输入输出功率起到调节与分配作用，以及系统赋予的其他监控功能。 (6)逆变器：将直流电转换为交流电的电力电子设备。 (7)直流负载：以直流电为动力的装置或设备。 (8)交流负载：以交流电为动力的装置或设备。 根据太阳能和风能资源的不同，在光伏－风力互补供电系统中，光伏与风力发电容量的配置不同，主要有以下几种类型： (1)光伏－风力互补供电系统。光伏发电为主，风力发电为辅，适合于太阳能资源非常丰富、风能资源仍可利用的地区。 第 142 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 (2)风力－光伏互补供电系统。风力发电为主，光伏发电为辅，适合于风能资源非常丰富、太阳能资源仍可利用的地区。 (3)带有备用柴油发电机的风力－光伏－柴油机互补供电系统(简称风－光－柴互补系统)，如图2-2所示。风－光－柴互补系统适合以下两种情况：①太阳能和风能虽然比较丰富，但互补性欠佳的地区，如个别月份太阳能和风能均不能满足负载要求；②太阳能和风能互补性很好，但太阳能和风能资源总量仍感欠缺的地区。当系统以光伏发电为主时，也可称为“光伏－风力－柴油机互补供电系统(简称光－风－柴互补系统)。 图2-2风－光－柴油混合供电系统原理框图 3．主要特点和优势 和风力或光伏独立运行发电系统相比，风光互补供电系统有比较优越的特点，具体表现在以下几个方面： (1) 利用风能、太阳能的互补特性，同时利用太阳能和风能发电，因此对气象资源的利用更加充分，可实现昼夜发电。在合适的气象资源条件下，风光互补供电系统可提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。 (2) 单位容量的系统初期投资和发电成本均低于独立的光伏发电系统。如果太阳能与风能资源互补性好，在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。 (3) 在太阳能、风能资源比较丰富且互补性好的情况下，对系统的部件配置、运行模式及负荷调度方法等进行优化设计和匹配后，可以基本上由风－光系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油发电机等，这样可获得较好的社会效益和经济效益，从某个方面来说，这对节约能源起到非常好的效果。 4．注意事项及存在问题 (1) 在进行选址设计之前，应汇集及测量当地风能资源、太阳能资源、其他天气及地理环境数据，包括每月的风速、风向数据、年风频数据、每年最长的持续无风时数、每年第 143 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 最大的风速及发生月份、韦布尔（Weble）分布系数等；全年太阳日照时数、在水平表面上全年每平方米面积上接收的太阳辐射能、在具有一定倾斜角度的太阳光电池组件表面上每天太阳辐射峰值时数及太阳辐射能等；当地在地理上的纬度、经度、海拔高度、最长连续阴雨天数、年最高气温及发生的月份、年最低气温及发生的月份等，了解当地是否适合采用风光互补供电系统。 (2) 根据当地风能资源、太阳能资源，确定风力发电及太阳能发电所分担的供电份额，合理配置风光互补供电系统。 (3) 风光互补供电系统的投资较大，对推广应用存在一定困难。 (4) 风光互补供电系统与单一风力发电系统或光伏发电系统相比，系统设计较复杂，对系统的控制和管理要求较高。 (5) 由于风光互补供电系统存在着两种类型的发电单元，与单一发电方式相比，增加了维护工作的难度和工作量。 5．适用场合和条件 (1) 风能资源、太阳能资源均较为丰富的地区； (2) 市电资源缺乏的偏远山区、海岛等地区； (3) 出于节能考虑，可利用可再生能源的通信基站、视频监控点和接入网点等场合。 6．实际使用案例 项目背景 某电信运营公司在某海岛安装一个主要覆盖旅游景区通话的基站，如图6-1。 图6-1 基站风－光互补系统实景 第 144 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 负载基本情况 站内设备主要有RBS2206设备2台，900兆，G型，每台设备12个载波；微波1台；METRO-500的SDH设备一台；两台匹变频空调，轮流使用。 （1）基本负载情况分析 RBS2206基站（12/12载波）的功率为4600W（，24V），采用直流24V供电，24小时不断电工作；微波设备最大峰值功率为200W, METRO-500的SDH设备功耗为130W，采用直流24V供电，24小时不断电工作；空调为匹（采用1＋1冗余配置）即平均功率1200W， 采用220V供电，24小时不断电工作。 蓄电池后备时间：48小时。 设备安装地点：根据太阳能资源和风能资源分布可以确定在岛上某个最佳位置。 （2）实际负载情况分析 RBS2206（12个载波，900兆，G型）的数据为，峰值功率：1880W，平均功率：1000W，最低功率：860W。其工作电流大致在35～55A(即938～1474W)。 负载确定 综合以上对负载的分析，现取RBS2206（12个载波，900兆，G型）设备的单台日平均功率1000W，2台设备的总平均功率1000×2=2000W。 微波设备峰值功率是200W，平时工作的情况主要维持在持续功率工作情况，持续功率为160W，按峰值功率:平均功率＝1:3的比例，折算成日平均功耗为170W。 METRO-500的SDH设备功耗为130W 由于2台RBS2206、1台微波和1台METRO-500的SDH设备都是利用DC/DC由48V变换为24V工作电压，其转换效率取85%。因此以上4台设备在48V输入端的等效总功率为: 2000+170+130=2700W 空调负载由逆变器提供电源，其交流端平均消耗功率为1200W，考虑到逆变器不是在满负载条件下工作，取逆变效率80％比较符合实际情况。则其在48V输入端的等效功率为: 1200=1500W 由于在不同月份，空调的工作方式不尽相同，在温度较低的月份其消耗电量较小，在温度较高的月份其消耗电量较大，具体的取用比例由下面内容中的“计算依据”说明。 (1) 系统配置分析 根据上述供电设备要求，该基站配置如图6-2所示。 第 145 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 图6-2 风－光－柴互补供电系统原理图 (2) 设备环境要求 z 海拔高度：≤2000m z 环境温度：-10～45℃ z 工作温度：+5～40℃ z 相对湿度：≤85%（40℃±2℃） z 供电系统抗风：12级台风 蓄电池容量配置 按基站的重要程度，整个系统的后备工作时间要能达到3天的时间，但根据现场气象情况分析，现场光能和风能此消彼长，光照较差的日子风力较强，风力较差的日子阳光较强，没有阳光也没有风的天气极为少有，而光能和风能同时不能利用的情况是台风加阴雨的天气，完全无阳光而风能无法利用的日子不多于2天，取蓄电池后备时间2天计算。 计算蓄电池容量取平均功率计算，因此总的负载平均功率为： 2700+1500=4200W 系统总负载所需的蓄电池容量为： 4200×1×24后备天数48负载电压C==2625AH 放电深度经过取整后，蓄电池的容量应为3000AH/48V，取2组1500 AH/48V蓄电池，蓄电池实际容量为3000 AH/48V。 取用此配置的蓄电池，其实际后备时间为： 3000×=天 420024× 太阳电池组件、风机和油机 第 146 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 选取离安装地点最近的气象站数据作为计算依据，利用供电系统容量的计算软件进行分析，若要维持负载全天候24小时运行，光伏电池板和风机的容量选择如表6-1所示。 表6-1 光电板－风机－柴油发电机规格及数量 光伏电池板型号 KC80-01(80W) 数量 136块 风机型号 CEL－R（10kW） 数量 1台 柴油发电机 15kVA 数量 1台 （1）计算依据 空调实际运行情况为： 11、12、1、2、3、4月份按40％功率运行； 5月份按50％功率运行； 6、7、8、9、10月份按70％负荷运行。 空调负载功率由逆变器提供，因逆变器不是在满负载条件下工作，取逆变效率80％。 从表6-2（风－光－柴互补能量表）及图6-3（风－光－柴互补能量图）上可以看到，只要在7～8月份两个月产生的能量总和满足负载总消耗，则全年其他月份均能满足要求。根据7～8月份总的能耗需求及风机产生的总能量配置136块KC80－01（80W）的光电板即能满足要求。其他月份计算的结果如表6-2所示，可见在全年的月份中，系统总体上较好地满足负载的全天候正常工作要求。 （2）选用当地气象台所测得的气候资料配置分析 据当地气象局提供的当地近10年的月平均风速，及该局的气象专家针对该岛风机安装地点实际情况提供的平均风速修正系数。以风－光互补计算软件分析，得出风－光互补系统不同的月份平均每天日照、风速情况下的能量表。 表6-2 风－光互补能量表 平均 光板平均平均 风机平均平均每天平均 产生－消月份 每天日照 每天产生每天风速每天产生产生总和每天消耗 耗比 （h） （Wh） （m/s）（Wh） （Wh） （Wh） （Wh） 1月 37943 98500 136443 75741 60702 2月 31232 96200 127432 75741 51691 3月 27274 60700 87974 75741 12233 4月 36566 43300 79866 75741 4125 5月 44826 34200 79026 79341 -315 6月 52914 36400 89314 86541 2773 7月 59023 30000 89023 86541 2481 第 147 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 8月 52742 26000 139283 86541 -7799 9月 51881 60700 112581 86541 26040 10月 56613 84100 140713 86541 54172 11月 53172 100700 153872 75741 78131 12月 41987 113800 155787 75741 80046 全年光板产生（kWh） 16613 全年风机产生（kWh） 23865 产生总和（kWh） 40478 全年负载消耗（kWh） 29398 20000015000010000050000012345678910112光板平均每天产生风机平均每天产生平均每天产生总和平均每天消耗图6-3 风－光－柴互补能量图 根据气象局的资料：该岛一年之中春季4～5月的阴雨天较多；6～8月气温较高、风力较低。在4～8月可能会出现系统的发电量不足，蓄电池的放电深度达到80%的情况。则需要开启油机充电一天，平均每年充电次数为5次。 DC/AC逆变器 现场的交流负载为两台互相备用的空调，所以空调的正常耗电功率为1200W,但是考虑到空调在开机的瞬间其冲击电流较大，而且空调的工作时间决定了可能会有多次开关机的可能性，所以一般的逆变器不能符合要求，现采用持续输出功率3000VA的SMIU3000E逆变器来对两台空调供电。 DC/DC变换器 由于系统中的蓄电池电压为48V，为了能使24V的直流工作负载能正常工作，采用由珠江公司自行开发的SMDC0702型号DC/DC变换器，将48V直流变换为24V直流电压为负载供电。SMDC0702为模块化设计，支持并联及热插拔工作，每个模块输出功率为700W，现取用8台SMDC0702模块总输出功率为5600W。 AC/DC整流系统 第 148 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 由于系统中的蓄电池电压为48V，现采用PRS1004H型AC/DC整流系统，将柴油发电机交流电变换为DC48V直流电压为负载供电和给蓄电池充电，整流模块为SMPS1004H，每个模块输出电流为30A/48V，现取用6台SMPS1004H模块总输出电流为180A/48V。 监控模块选用CU2000H。SMPS1004H、CU2000H为模块化设计，支持并联及热插拔工作。在蓄电池放电深度达到80%时，需启动柴油发电机24小时。 远程无人监控功能 图6-４ 系统结构示意图 系统主要由三部分组成： ① 上层监控主机：组态软件完成整个系统的数据处理、分析以及网页发布等各种功能； ② 中间层智能监控模块和通信传输模块：完成对现场数据的采集并通过GPRS Modem和上位监控主机通信； ③ 现场传感器：将非智能设备数据转换为标准的干接点信号和标准的带电电信号（0～5V或4～20mA）接入智能监控模块。 7．小结 在利用可再生能源方面，风光互补供电系统的技术和应用已经相当成熟和广泛，建议在风能资源和太阳能资源较为丰富的地区积极推广应用风光互补供电系统。 第 149 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第17号 中央空调主机变频技术 1．概述 能源的高效利用，关系到社会的可持续发展，节能是一个永恒的话题。电信企业节能工作的开展有其行业的特点，因空调设备的耗电比例较大，空调节能技术的应用往往起到事半功倍的效果，根据美国空调制冷学会（ARI）统计，空调设备80%的时间在额定负荷的70%以下运行。而电信企业空调的设计安装余量更大，一年中大部分（至少有80%以上）时间均在小于或等于建筑物设计负荷的60%以下运行。通过在中央空调主机应用变频技术，可以将这种设计、安装存在的富裕量进行有效调节，改善空调的运行工况，使空调大部分处于良好的工况下，提高空调的工作效率，达到节能的目的。 2．工作原理 中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。制冷压缩机组通过压缩机将制冷剂(冷媒介质如R134a、R22等)压缩成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后，再被送到冷凝器中去恢复常压状态，以便冷媒在冷凝器中释放热量，其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与大气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用。 中央空调系统的制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的，且再留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，能量的浪费是显而易见的。故节约低负荷时压缩机系统和水系统消耗的能量，具有很重要的意义。而用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态，通过在电机上加装变频器则可解决该问题，还可实现自动控制。变流量控制技术始于1999年，伴随着自动控制技术、信息技术、变频调速技术和计算机技术、特别是软件工程技术的发展及应用产品的成熟，在空调系统中以变流量运行方式替代传统的定流量运行方式已成为大势所趋。上述这些技术的系统集成可以实现对传统的空调系统各个环节进行智能化控制，从而达到变流节能的目的。 第 150 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 3．主要特点和优势 中央空调系统主机应用变频技术主要具有下列几方面的优势，以离心式主机为例说明。 提高部分负荷性能指标 冷水机组运行在部分负荷工况时，通常恒速离心机通过调节导流叶片开度来调节机组输出冷量，最高效率点通常在80%～90%负荷，当负荷降低时，单位冷量能耗增加较显著。而变频离心机采用自适用控制逻辑，同步调节电机转速和导流叶片开度来调节机组输出冷量，最高效率点在40%～50%负荷，而且负荷降低，单位冷吨能耗增加缓慢。而电信机楼中央空调系统为了保证其安全运行，往往要求负荷率低于80％，多数时间会在40%～50%，因此可见，变频离心机比较适合电信机楼中央空调系统。 另一方面，变频离心机配置的滤波系统是符合IEEE592-1992（电气与电子协会）标准的变频装置滤波系统。滤波系统的引入提高了机组的功率因数，提高了机组效率。 提高机组可靠性 配置变频驱动装置的离心机组，在低负荷状态运行时，同时调节导流叶片开度和电机转速，调节机组运行状态，可控制离心机组迅速避开喘振点，避免喘振对机组的伤害，确保机组运行安全。 恒速离心机通常配置星三角启动器，一次启动电流高达满负荷电流的200%~250%，二次启动电流甚至可能高达满负荷电流（FLA）的500%，而变频离心机的变频驱动装置对机组实现软启动，启动电流不会超过机组满负荷电流（FLA）的100%，减少了设备的电流冲击，冷水机组没有启动时间间隔的限制，机组可频繁启停，可最大限度地节能，最大限度地提高冷冻水出水温度的控制精度。同时，启动电流降低，延长设备寿命。 降低运行噪音 变频离心机大部分时间运行在部分负荷工况，低转速运行，降低了电机噪音，且降低冷媒的排气速度，气流噪音降低。400冷吨冷水机组现场测试的结果表明：30%负荷状态下运行时，变频驱动离心机组的噪音相比恒速离心机组降低8dB。 4．注意事项及存在问题 (1) 理论上说变频器可以运用在中央空调系统的主机，但现实中空调主机使用变频器时，虽然可以灵活调节压缩机的工况，减少功耗，但压缩机还受到温度、压力等多种因素影响，也会自动进行功率调节，因此使用变频器能否取得满意的节能效果还需要进一步验证。 (2) 离心式主机的变频运行可能存在低频振荡点，从而增大机械磨损，导致缩短主机寿命，应特别引起注意。 (3) 由于变频技术的核心原理为高频脉宽调制技术，使用大功率变频器相当于增加了一个大谐波源，它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，在采用变频技术时应特别引起注意。所以建议机组装变频驱动装置时安装滤波器。 5．适用场合和条件 第 151 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 离心式主机变频技术适合用于有一定制冷余量的中央空调系统。一般来说，主机变频节能技术应用在热源负荷变化大的环境节能效果会好一些，电信机楼的热源负荷主要来自设备发热，属于负荷变化比较小的环境，因此电信机楼应用主机变频节能技术带来的好处可能没有其他应用环境大。电信综合大楼包含有办公室和通信机房，日夜负荷变化较大，应用中央空调系统主机变频技术是比较好的选择。 6．实际使用案例 广州电信公司天河电信大厦及马场机楼两个枢纽机楼分别采用有约克离心式机组如表6-1、表6-2所示。系统特点是两处均根据大楼的使用要求配置了大小负荷两档冷水主机，并从可靠性考虑留有充分备用机组；由于电信设备运行的温湿度要求需要全年每天24小时对大楼不间断供冷，设备运行时间长，并且要求负荷调节范围大。空调水系统均已作变频节能改造，水泵功耗能够根据水系统的负荷相应变化。 表6-1 天河电信大厦约克离心式机组 机组型号 数量 制冷量 离心机3 YKQCQBH35CVC 900冷吨 螺杆机YSFCFBS55CMC 3 550冷吨 表6-2 马场机楼约克离心式机组 机组型号 数量 制冷量 离心机YKCFCFQ75CLF 2 500冷吨 螺杆机YRWCWAT2550A 2 300冷吨 基于上述条件，离心机组主机变频改造有以下优点。 (1) 加大了离心机设备的负荷调节范围，增加了系统调节能力，增强了系统供冷可靠性； (2) 变频技术的应用能大大降低空调系统的运行能耗，由于系统运行时间长，节能的投资回报高，投资回收期短； (3) 离心式压缩机为速度型压缩机在低冷却水温度的部分负荷是优于螺杆机的，增加变频装置后，只要优先使用变频设备，就能起到更优的节能效果。 7．小结 恒速离心冷水机组通过关闭导流叶片来回馈低负荷或低的冷凝器进口水温，主要通过控制制冷剂的流量，达到减少能耗的目的。但是，由于叶片一直处于关闭状态，会产生摩擦损耗，使功效下降，实际节能量受到一定限制。 主机变频离心冷水机组通过监测多个操作条件：冷冻水温度、冷冻水设置温度、蒸发器与冷凝器的压力、导流叶片的位置，以及马达的转速，控制离心机组呈现不同的工作特性，加上利用智能容量控制逻辑决定最佳的马达转速和导流叶片的位置，测定离心机组的喘振点，从而实现效率最大化和能耗最小化。 第 152 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 第18号 机房专用空调主机变频技术 1．概述 中国电信作为大型电信运营商企业，机房空调的能耗占整个电信机房能耗45％左右。本文主要论述了机房专用空调主机变频技术的工作原理、主要特点和优势，提出了机房专用空调主机变频系统应用时应注意的事项和适用的条件和场合。并提供了实际使用的案例。 通过改变机房专用空调的主机频率调整压缩机功率进行变频节能，实现空调压缩机软启动，提高了空调压缩机低频运转时的能效，达到节能的目的。同时也改善空调压缩机的机械冲击强度。 2．工作原理 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变频器大部分是电压型变频器，即采用交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源按照一定的电压/频率比（即V/F曲线）输出交流电源以供给电动机，不同的负载按照不同的电压/频率比，以获得更好的控制特性。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。主电路如图2-1所示。它由交-直变换电路、直-交变换电路和能耗制动电路组成。 Ss RsRc1 VD1C1VD3VD5VD9VD7VD11V5V3 V1R SUdRc2T C2V4V2V6VD2VD6VD4VD8VD10VD12 图2-1 “交-直-交”变频器的主电路 WVU机房专用空调主机变频节能技术通过改变频率调整压缩机功率，因此，应用了变频技术的空调机一方面降低了开关（压缩机启/停）损耗，由于它的压缩机不会频繁开启，会使压第 153 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 缩机保持稳定的工作状态，这可以使空调整体达到节能的效果。同时，这对噪音的减少和延长空调使用寿命，有相当明显的作用。另一方面提高了低频运转时的能效。在空调行业多种节能技术的应用中，变频技术是当前有效的节能技术，应该成为空调节能技术的主流发展方向。 三相异步电动机转速公式为： n=60f/p(1-s) 式（2-1） n：异步电动机转速。 f：异步电动机输入电源频率。 p：异步电动机极对数。 s：转差率。 由式（2-1）可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。变频调速器就是改变异步电动机供电频率的一种电力电子装置。 3．主要特点和优势 变频空调器除了室内温度波动小之外，另外一个明显的好处就是压缩机起停次数少。由于空调器也即压缩机在起动阶段电流很大，通常是正常工作电流的两倍以上，容易造成压缩机绕组的损坏，延长压缩机的使用寿命有一定好处， 由于实现机房温度的较精确的控制，同时变频器在一个较宽的范围内实现功率调节，变频器的负载是压缩机的时候，输出功率和压缩机转速的关系如下： P=T×n 式（3-1） P:压缩机轴功率。 T:压缩机转矩 n:压缩机转速 电信机房空调压缩机是一种恒转矩负载，其输出的功率和输入电源的频率是成线性关系，可以通过调节压缩机输入电源的频率来调节制冷量达到节能的目的，同时避免压缩机的频繁启动。 4．注意事项和存在问题 (1) 通信机房精密空调变频节能改造时，要确保空调系统的安全性。变频系统必须具备发生故障时自动切换到工频的功能。同时空调系统的风机和控制电路应保持原来的供电模式。 (2) 变频器会使输入电流的谐波含量加大。通过在变频器输入侧安装电抗器、滤波器可以很好的解决该问题，但会增加成本。 (3) 变频器的输出侧电源输出波形为高频脉冲组成的方波，输出电压有效值225V，脉第 154 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 冲毛刺尖峰电压达800V，这类毛刺尖峰对压缩机马达线圈绝缘没有负面影响，但对稳压、钳位电子器件有一定影响。 (4) 变频器本身是有一定的功率消耗的，如的变频器，功率损耗大概为200W左右，占整个空调的用电量的3％左右。这部分虽然数值不大，但会使变频空调器的节能效果受到一些负面影响。 (5) 由于电信机房空调变频改造前后均采用三相异步电动机，同时变频器输出的高次谐波对压缩机的铁耗增加很小，所以可以忽略不计。 (6) IGBT快速的开通/关断可能带来很强的共模干扰（共地线干扰），电信机房空调变频器改造首先应该注意电磁兼容的问题。由于电信机房的特殊要求和变频器本身是一个强烈的干扰源，在使用中要求严格地按照设备的要求进行接线，接地的接法和接地点的位置应严格按照设备的要求进行。 (7) 为了保证变频器输出的共模干扰电流有较好的回流路径，应严格按照图4-1所示要求接地。 UV压缩机WPE屏蔽层 图4-1 压缩机接线图 说明：和屏蔽层连接到保护地线上，要求连接可靠，同时连接线尽可能的短而粗。 芯屏蔽线的黄、绿、红分别接U、V、W；黄绿线接地。 5．适用场合和条件 主机变频技术适合用于有一定制冷余量的空调系统。一般来讲，主机变频节能技术应用在热源负荷变化大的环境节能效果会好一些。 6．实际使用案例 中国电信汕头分公司机房精密空调变频节能改造方式 在每一台机房专用空调机上加装一套变频控制系统，可实现一台变频器控制一台压缩机工作。 变频系统根据空调回风口的温度采集数据与空调机之间实现闭环全自动控制。机房目标第 155 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 温度设定由变频系统设置，空调回风口的温度采集数据送至变频系统，通过变频系统内部PID调节器进行运算后输出相应的频率，控制空调压缩机的运行速度。变频系统的输出从50Hz（工频）～20Hz（变频系统进入休眠状态）。同时变频系统具备故障自动切换到工频的功能。改造系统图（双压缩机系统）如图6-1所示。 差模/共模浪涌吸收装置1变R1S1频T1器 1输入交流电抗器1铁氧体磁环1KM3QA1铁氧体磁环2差模共模浪涌吸收装置2变R2S2频T2器KM4 2输入交流电抗器1铁氧体磁环3KM6QA2KM5U2V2W2主电路输入输出端子铁氧体磁环4 图6-1改造系统图 运行情况 2006年汕头第三季度空调节能改造工程，共对22个通信机房，52台机房专用精密空调机进行节能改造。本次工程改造涉及面广，改造空调类型多，工程在2006年12月全部竣工投入使用。使用至今空调系统和变频设备未出现异常情况。 变频节能运行测试情况及效果评估 (1) 变频器的输入侧电源品质表明变频供电时，其电压总体谐波THDU很小，3％左右，符合电力系统标准，且与平时工频供电时基本一致；其电流总体谐波THDI有25％，比平时工频供电时增加了20个百分点，但与其它通信电源设备，如六脉冲UPS设备、开关电源设备的THDI值基本相同。若要进一步减低电流谐波含量，必须额外加装有源滤波装置。变频供电时功率因数比市电直供时下降了3％，对电力总功率因数影响很小。 (2) 变频器的输出侧电源输出波形为高频脉冲组成的方波，输出电压有效值225V，脉冲毛刺尖峰电压达800V，这类毛刺尖峰对压缩机马达线圈绝缘没有负面影响，但对稳压、钳位电子器件有一定损坏影响。由于精密空调主机节能系统变频器只对压缩机供电，不对空调内电子设备供电，因此没有破坏稳压电路的危险。 (3) 变频器变频供电时输出电压、电流在空调地线上产生的杂散电流与用50Hz直通供电时产生的杂散电流基本相同，均处于比较小的幅值。对比50Hz供电与变频供电状态，空调设备、监控系统均没有出现被干扰现象。 第 156 页 共 157 页
中国电信节能技术与应用蓝皮书 (4) 变频器变频供电时在交换机房信号线上产生的感应电压与用50Hz直通供电时产生的感应电压基本相同，均处于比较小的幅值。对比50Hz供电与变频供电状态，交换系统均没有出现被干扰现象。 (5) 由于变频工作时，压缩机是采用软启动模式，能有效地减少压缩机冲击电流。变频器变频供电时压缩机表面温度与用50Hz直通供电时相比，发热温升还小一些。 (6) 本次改造的机房专用空调机未出现压缩机或控制电路损坏现象。未发现变频设备对交流供电系统、机房环境和地线系统的干扰。节能效果基本在20％左右。 7．小结 通信机房空调系统节能改造，不能片面降低标准和忽视安全，而应在保证空调设备安全运行的前提下，以提高能源利用率和综合效益为主要途径。主机变频技术适合用于有一定制冷余量的空调系统。主机变频节能技术应用在热源负荷变化大的环境节能效果会好一些。 第 157 页 共 157 页
拟文部门：网络运行维护事业部 会签部门：综合部、网络发展部、技术部。 中国电信集团公司综合部 2008年12月23日印发
