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单元式空调系统解决方案

2015-05-06 11:00:43 阿尔西 已读
工作原理
单元式空调系统是目前数据中心广泛使用的一种制冷与空调方案,它的特点是由室内机和室外机组成,单个系统本身自带1~2套压缩机直接蒸发式制冷系统,无需其他系统提供冷源,机房电子设备的发热由机房专用空调室内机吸收,再通过该机房专用机的室外装置将热量排向大气,又会根据冷凝器与大气环境换热的方式不同,分为风冷型系统和水冷型系统。在该系统中,也可以配置自然冷却节能装置。 
 
风冷型单元式空调系统的特点
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目前大部分数据中心都采用风冷型单元式空调制冷方案,这种解决方案具有制冷设备配置简单、方便,安装与施工周期短、总体设备投资小、维护简单方便、无水系统等优点,它配置独立的室外风冷冷凝器,自带冷源,适合无冷却水和冷冻水的场合。
但风冷系统对于室外机的安装位置要求较高,由于机房空调压缩机安装在室内机部分,所以应尽量避免负高差(即室外机低于室内机),因为负高差会严重影响压缩机的回油,如果回油不畅会造成压缩机烧毁等恶性事故,另外,室外机与室内机的正高差也不能过大,过大的高差会造成系统制冷能力的严重衰减,如果管路过长,阻力过大还会引起压缩机过载从而损坏压缩机。
而风冷型单元式机房专用机组由于多种原因(例如:机房面积大、机房位于大楼的中央、大楼外墙不便于安装室外机等),特别是改造与增容项目之中,又经常会出现长距离与高落差的安装情况。此时,应针对各种不同的安装现场情况,有针对性地采取正确的管路设计方法,为此,阿尔西集团结合多年的工程经验总结出了一整套行之有效的解决方案,并申请了专利。
阿尔西长距离高落差解决方案
室外机安装时会遇到的极端情况无非就正高差和负高差两种,针对这两种情况,阿尔西集团分别给出了相应的解决方案:
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室外机在高位时的管路连接方式图
图注:
1、空调机组;
2、远地安装风冷冷凝器;
3、排气管路;
4、液体管路;
5、存油弯,在上长管路中一般每隔5m安装一个;
6、附加储液器,安装于空调机外部,带维护阀门及安全阀,当制冷剂管路长度大于25~30m时安装;
7、液体管路电磁阀,当制冷剂管路长于10m时,安装该部件。
当管路直径加大时,有助于降低制冷管路的阻力,保证制冷性能,不过有可能造成排气带油速度不足,尽管在上升管路上安装有存油弯也不能保证回油。所以,在加大管路直径时要小心,一般来讲排气上升管路的最小制冷剂流速不能小于3.5m/s。
那么,如果室内外机之间高差过大(例如:30米,甚到50米以上)时如何处理?一种解决方案是改用水冷式机组来避免回油问题。然而也会遇到无法安装水冷式机组的情况,这时可以考虑安装“油分离器”的解决方案,参见下图:
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实际上,安装了油分离器后,有时仍不能完全解决回油问题,还需要采取一些其它的措施,需要考虑一系列非常细节的方面,并采取相应的解决方案。受篇幅所限,在此不做详述。
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室外机在低位时的管路安装方式图
图注:
1、空调机;
2、远置式风冷冷凝器;
3、排气管路;
4、液体管路;
5、止回阀;
6、安装于机器外部的附加储液器,带维护阀门及安全阀,该阀门应尽可能靠近空调机组;
7、液体管电磁阀,当管路连接长度超过10米时选用。
图中,安装储液器的目的,是为了使制冷剂在进入膨胀阀之前可能出现的气体收集在储液器的上部。另外还有一个目的就是,当室外机过低时,压缩机刚启动时,由于制冷剂液体处于低位,在上升管路中没有液体,因此液体到达膨胀阀前,制冷系统低压侧会出现短时的低压运行情况,安装该储液器后,即可避免这种现象发生。
一般来讲,室外机的安装位置与室内机相比低得不是很多(4米以内)时,不需采取特别的处理措施,超过5米时,应小心,特别是当水平管路较长时。保险起见,应经过计算后确认。当上升管路的压力降(可按每米0.09bar计算)与液体管路总阻力之和大于1bar时,必须加储液器。不过,这也要视具体情况而定:如果冷凝器足够大,制冷剂冷凝后,其过冷度较大并且机器内部的储液器容积足够大时,也可以不安装附加储液器。
水冷型单元式空调系统的特点
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诚如以上风冷型单元式空调系统特点中介绍,当室内外机之间高差过大(例如:30米,甚到50米以上)时,在满足冷却水系统安装条件的前提下,阿尔西集团提出了另一种解决方案,可以通过风冷型改水冷型机组来解决压缩机回油困难的问题,另外,当室外环境温度超过35℃时,水冷冷凝效果要由于风冷冷凝,一般说来对空调系统整机能效比会有5~10%的提高,而且在高纬度地区,如三北地区,在室外温度较低时,如低于5℃时,可以通过增加室内风机盘管末端,利用冷却水系统进行自然冷却,减少原有机房空调系统压缩机工作时间,减少故障率,降低制冷系统总能耗,较风冷型单元式空调系统会有10~30%能耗的节省。
水冷型较风冷型来说,在系统方面更加复杂,对冷却水水质要求较高,需要定期维护冷凝换热器,而常见的冷凝换热器主要有两种,一种是板式换热器,它的特点是体积小、换热密度大,可以直接安装在机房空调室内机内部,但维护不方便,一旦形成脏堵,只能更换;另一种是壳管式换热器,它体积较大,只能安装在机房空调室内机外部,但维护较为方便,可以通过打开端盖和排污口等定期清洗,保证换热器换热效果,而且对于防水要求较高的机房可以通过集中安装在其他房间实现冷却水与机房的隔离。
另外,阿尔西集团还研制出了高效翅片式空气-水热交换器——干式冷却器,配有低噪音无级风量调节风机,主要用于水冷型机房专用空调代替冷却塔对循环冷却水进行冷却降温。可保持冷却水系统内的水质清洁,避免在使用冷却塔的情况下因清洁保养不及时在板式冷凝器内形成脏堵或积存过多的污垢,从而降低冷凝器的散热效果,影响机房专用空调机组的正常运行。