精密空调接管 影响数据中心空调室外机散热的因素有哪些？怎么解决？怎么看这里

精密空调室外机散热影响因素

(1）室外机安装方法

由于数据中心的规划位置多为区域化和集中式，室外机安装多分布在楼层，放置在室外集中区。安装示意图分别如图1和图2所示。在首层或相邻楼层（建筑凹槽、设备夹层、避难层等）的狭小空间内，集中设置多位于建筑屋顶、塔台区域等。

对于安装在地板上的室外机，由于大部分机房后期扩建，安装空间内的室外空气密度过大，容易造成气流短路循环，或从机房排出的热风。下层设备容易被上层设备吸入，使冷凝器散热困难，导致系统高压停机，影响安全；如果地板上的室外机一侧靠墙，另一侧出风口，新风侧很容易被建筑物的外部装修（百叶窗等）挡住，容易造成进入冷凝器的空气不足。; 如果室外机排成一排，会导致进风竞争现象，而远离出风口的端部空间的风量会更小除湿机品牌，散热问题会更严重。鸟上树教育暖通设计老师杜。

对于设置在室外集中区域的室外机，由于建筑平台周围存在高女儿墙、散热空间不足等障碍物，夏季运行时室外机周围局部温度会升高，会影响冷凝器的热交换。严重时还会产生高压关断保护。

(2）户外操作条件

一般情况下，设备制造商标准室外冷凝器设定的室外环境温度为35℃。在全球变暖的气候条件下，我国不少地区夏季室外温度可达40℃以上。由于环境温度的升高，室外机的散热能力下降，冷凝温度升高。严重时会出现高压报警，导致空调系统无法正常工作。研究表明，室外机进风温度每升高1℃，空调系统的COP下降约3%。当进风温度超过45℃时，会严重影响空调系统的正常运行。

表1为不同冷凝温度下R22制冷剂理论制冷循环的热力学计算结果。虽然是单制冷系统（R22））的计算结果，但仍适用于直膨式制冷循环系统。由此可见，保证系统的冷凝温度在正常工作范围内，对于系统的改进是非常重要的。冷却效率和降低能耗具有非常重要的作用。

此外，由于夏季主导风向的影响，水平安装在同一楼层的室外机会增加室外机排风口的背压。特别是在高层建筑中，当室外环境风速较大时，室外机将难以排气，甚至可能被排气。出现回流现象，导致冷凝器冷却效率下降，甚至系统高压停机。

(3）室外冷凝器盘管污染等级

由于数据机房的特殊性，精密空调需要连续运行365d×24h。制冷系统长期运行，冷凝器盘管内壁自然会附着一层热阻油膜；另外，由于室外气候的影响，盘管的外部散热片较大。如果该区域积尘，或长时间日晒雨淋，盘管表面的散热翅片会不同程度腐蚀，导致冷凝器的热交换效率急剧下降，甚至散热效率下降40%除湿机厂家，最终导致机房。空调制冷量下降，室外风扇耗电量增加，

室外机散热不良对空调制冷系统的影响

(1）机组冷凝压力升高，压缩机耗电量增加，制冷效率降低

机房空调室外机散热不良，无法有效冷却制冷系统中的循环制冷剂，导致冷凝温度和冷凝压力升高，系统制冷循环偏离实际设计条件，进而导致制冷效率下降。图3是系统冷凝压力升高时制冷循环的压力和焓对比图。

从图3可以看出，当冷凝压力从P1上升到P2时，制冷量从h1下降到h2，压缩机功耗从h1上升到h2，导致系统制冷效率下降。

(2）系统液体过冷度无法保证，冷却系数降低

在实际制冷循环中，冷凝器的设计和选型往往是根据极端环境条件进行的，冷凝面积大于设计要求，人为造成一定程度的过冷。节流前液体的过冷度越大，节流后的干度越小，循环的单位制冷量越大，制冷循环的制冷系数越大。如图4所示，理论循环和过冷制冷循环的具体功相同，过冷循环的单位制冷量增加，制冷系数增加。

正常情况下，冷却空气通过冷凝器后的温升为5℃~10℃。如果冷凝器的进排气温差达到8℃~10℃，制冷系统保证3℃~5℃的温度就足够了。过冷。当室外机散热不足时，冷凝器进风温度过高，无法保证液体过冷，降低了系统的冷却系数。

(3）压缩机排气温度升高，冷冻机油老化，压缩机寿命缩短

由公式（1）可知，室外机散热不良容易导致冷凝压力升高，压缩机压力比（压缩机吸气与排气压力之比）升高）除湿机厂家，最终使压缩机偏离等熵，压缩程度增加，导致压缩机排气温度升高。

式中：T1、T2为压缩机吸排气温度，P1、P2为压缩机吸排气压力，k为工艺指标。

随着压缩机排气温度的升高，系统循环中冷冻机油的温度也会升高。冷冻机油在系统中长期高温循环会加速其碳化变质，降低润滑性能，造成部件严重磨损，从而缩短压缩机的使用寿命，严重时压缩机会烧坏。同时，碳化变质的润滑油容易附着在制冷系统中各换热设备盘管的内壁，导致其传热性能下降，降低空调制冷能力。 .

因此，室外机散热不良，对空调系统的部件和机房的安全运行都极为不利。同时，在夏季高温条件下，也增加了机房运维人员的维护时间和成本。如果人员检查不到位或问题处理不及时，可能会导致系统故障报警，严重时可能发生机房服务器高温关机事故。因此，改善室外机的散热条件具有重要意义。

解决方案

(1）布局方案优化

CFD 仿真技术是目前业界用于仿真和优化热管理解决方案的最佳方法。工程中多台室外机集中布置精密空调接管，室外机排风沿周围障碍物（墙壁、装饰格栅等）形成热叠加效应，造成设备散热不良的现状，采用CFD仿真技术对空调室外机周围的热环境进行仿真，根据仿真结果优化设备布置方案。

室外机布置方案的优化主要包括以下几种形式：

1）外机搬迁：场地条件允许的情况下，将空间内的部分空调外机移至有效连接距离内的其他位置，将大容量机组放置在外区，增加外机布置空间之间，使室外机分散安装，保证排风顺畅。

2）优化建筑出风口结构：对于被立面装饰结构遮挡的室外机，将立面换气百叶改为格栅出风口，格栅出风口通风面积不小于70%降低通风阻力；有条件的情况下，可直接拆下室外机出风口盖板，加强空气流通，充分利用自然风为室外机进行热交换。

3）安装方式：水平安装受限时，室外机可垂直堆叠，分层安装，错层安装，减少气流短路。

(2）加强室外机散热

室外机布局方案的优化只是改善通风条件，能达到的散热效果比较有限。因此，需要采用其他技术手段来达到加强散热的目的。目前，机房空调改造中加强室外机散热的常用方案主要有喷水、雾化喷淋、湿膜换热等技术手段。

1）喷水主要用于夏季高温季节。是目前最传统的方法。成本低，见效快，具有一定的节能效果。但耗水量大，长期使用喷水会造成室外机散热片腐蚀老化，降低机组寿命。因此，本方案主要作为空调室外机降温的应急措施，保证机组正常运行。

2）雾化喷雾冷却是将软化水加压，利用雾化喷嘴将自来水完全雾化，产生3m～10m的细小液滴，吸热降温冷凝器周围环境，减少室外空气污染。机器进风温度与恒焓加湿降温相近。喷淋系统主要由外部供水系统、喷水冷却系统和控制系统组成。外部供水系统包括水处理系统、供水泵、调节阀和管道系统。系统原理图如图5所示。

雾化喷淋系统通过水处理系统降低自来水中的Ca2+、Mg2+等元素，减少冷凝器散热片表面水垢的产生；此外精密空调接管，雾化水从液态到气态的物理相变所吸收的汽化潜热很远。吸热远超过水温升，热交换大大提高，可在短时间内将冷凝器进风口空气局部冷却2℃~5℃。与常规喷水系统相比，耗水量少，几乎没有失水。目前广泛应用于中小型机房改造，节能效果显着。

3）湿膜换热是一种非接触式换热系统，主要由接水盘总成、湿膜总成、供水系统、补水系统和控制系统组成。图 6 显示了器件结构的原理。其冷却原理类似于封闭式冷却塔。水箱中的低温自来水通过循环水泵送入湿膜装置顶部的配水管。热交换，水分子蒸发吸热，有效降低了冷凝器进口处的进气温度。热交换后的高温水通过底部出水管返回水箱，形成闭环，不浪费水资源。

实践证明，湿膜换热系统预冷后，室外机进风温度可降低4℃～10℃，有效降低精密空调机组的冷凝温度，大大降低了整个机组在夏季高温环境下的能效衰减率。. 由于水雾不与翅片直接接触，该方案解决了喷水、雾化喷雾中冷凝器翅片氧化腐蚀的问题，还可以达到提高冷凝换热效率的效果。对于室外机集中安装或散热不良的机组，可大面积应用。

(3）系统改造

上述方案并没有改变原有的制冷系统，也不能彻底解决室外机大规模布置造成的局部热岛效应问题。系统改造方案主要包括风冷冷凝器水冷改造和室外机风道系统改造。

1）风冷式冷凝器水冷改造是在原有风冷空调系统的基础上，串联一组水冷管壳式冷凝器。改造后的空调系统以水冷为主，风冷系统作为辅助冷凝器。系统改造原理如图7所示。先进的冷媒冷凝器，再到管壳式换热器，可实现由低到高的逐级换热，充分发挥两者的换热能力.

对空调系统进行水冷改造，不仅解决了原有风冷系统散热不良的问题，还降低了压缩机因散热不良而导致的能耗。同时，原风冷系统可作为备用辅助冷却装置，提高新增冷凝系统的安全性。除了达到节能效果外，机房空调系统的安全性也得到了提升。

2）优化室外机风道系统的一般做法是安装封闭的隔板或导流罩，增加室外机的导风管，将狭窄空间内的热风导流到室外户外; 或为某些室外机使用轴。流风机的强制对流增加了室外机的通风量，降低了冷凝器的排气阻力。该方案主要针对多台室外机集中放置在同层阳台或夹层中。需要根据现场情况制定解决方案，适用范围小。

节能分析

以海南某机房室外机水冷改造为例，对室外机散热问题的解决方案进行节能分析。该机房共安装了6台风冷机房空调，设备已运行5年以上。从以往的运行情况看，由于海口夏季气温较高，冷凝器的通风散热效果并不理想，主要是压缩机在夏季排气。气压高，压缩机能耗大，能效低，高压保护易影响正常安全运行。设备信息表如表2所示。

(1）水冷改造后压缩机节能分析

由于原风冷系统通风散热不良，夏季冷凝器散热片腐蚀老化，压缩机排气高压达到约（约21公斤/厘米）。kg/cm)，查看F-22的压焓图，夏季压缩机的功耗会降低15%~20%，原理见R22压焓图（图8）@ >）。

假设机组室内蒸发器工况相同，均为5.5 bar，对比不同冷凝工况下压缩机的耗电量：

A点为压缩机吸入工况：5.5 bar（绝压），A点焓值=410 kJ/kg。B点为水冷工况，压力机高压为17bar（绝压），B点焓值=445kJ/kg。C点为空冷工况，压力机高压为22bar（绝压），C点焓值=440kJ/kg。

在水冷条件下，单位质量R22制冷剂所消耗的压缩功=hB-hA=440-410=30kJ/kg。

在空冷条件下，单位质量R22制冷剂所消耗的压缩功=hC-hA=445-410=35kJ/kg。

水冷式压缩机与原风冷式压缩机功耗对比：(30/35)×100%=85%.

水冷改造后，压缩机夏季用电量可降低至原来的85%，比原来的风冷减少15%。

夏季空调压缩机在风冷条件下功率约为9千瓦，改水冷后可节省约1.35千瓦。夏季时间按 90 天计算。水冷改造后，一台压缩机可节电1. 35 × 24 × 90 = 2916 kW·h，如果压缩机在夏季同时运行，80%的系数，年总节电6 台空调和 12 台压缩机的功率为 2916 × 12 × 80% = 27993 kW·h。

(2）原风冷系统水冷改造后的节能分析

原机一台室内机配备两台独立风冷冷凝器，六台空调配备12台风冷冷凝器。消费信息如表3所示。

从表3可以看出，水冷系统比风冷节电5.5kW，因此改造后年总节电5.5×24×360=47520 kW· H。

综合以上计算分析可知，本项目室外机水冷系统改造后，6台空调年节电约47520+27993=75453千瓦·小时。散热问题的解决对于机房的节能和机房设备的安全都有很大的贡献。

综上所述

综上所述，目前的风冷机房空调大多存在室外机散热不良的问题，不仅影响整个数据中心的安全运行，还会造成一定的能源浪费。因此，针对该问题提出以下解决方案：

1）室外机布局方案优化：通过CFD仿真模拟室外机热环境，有针对性地优化方案，如设备安装形式、室外机位移、建筑出风口结构优化等。这个方案只是单一的改善通风条件，能达到的散热效果比较有限，需要根据现场情况进行调整。

2）加强室外机散热条件：通过喷水、雾化喷淋、湿膜换热等技术手段，使室外机进风温度和机组冷凝温度达到减少，提高了机组的运行效率。在这种方案中，喷水会消耗大量的水，会对冷凝器翅片造成腐蚀。一般作为应急措施，雾化喷涂和湿膜换热技术降温效果好，改造成本低，可局部大规模应用。

3）系统改造：通过风冷冷凝器水冷改造和室外机风道系统改造实现。其中，风冷式冷凝器的水冷改造不仅改善了冷凝条件，而且大大提高了机房空调系统的安全性。风管系统的改造需要根据现场情况制定方案，只适用于一些特定的场所。

最后，通过水冷系统改造的节能效益分析可以看出，改善室外机散热对数据中心的节能效果显着。因此，针对数据中心精密空调室外机的散热问题，需要根据项目特点综合比较各种方案的性能。可行性、改造成本和合理化的适应性改造。

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