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電信機房空調變頻節(jié)能改造方案

一、概述

電信機房是電信運營的樞紐，作為保證電信機房設備運行環(huán)境的機房空調極為重要。電信機房空調在配置時均按機房最大熱負載選定的，且留有余量。由于季節(jié)、晝夜的變化，實際空調熱負載在絕大部分時間內遠比設計負載低，由于機房空調原有的溫度調節(jié)方式是一種能耗調節(jié)方式，存在較大的能量浪費。機房空調開機時間長，只要機房設備在運行，機房空調都必須開機，全年節(jié)能總量相當可觀。

在國家節(jié)約電能政策的大環(huán)境下，加上電信行業(yè)競爭的加劇，對運行成本的控制呼聲越來越高，對機房空調進行節(jié)能改造，節(jié)約運行成本勢在必行，而變頻節(jié)能目前是最適合空調的一項節(jié)能技術，因此推廣機房空調變頻節(jié)能改造對電信機房的經濟運行意義重大。

二、電信機房空調改造系統(tǒng)要求

1 輸入電壓：380V（-15%~+15%）；

2 環(huán)境溫度： 0℃~35℃ ；

3 環(huán)境濕度： 35%~70%；LWL

4 防塵要求：無特殊防塵要求；

5 防雷要求：無防雷要求（電信大樓統(tǒng)一考慮）；

6 電磁環(huán)境：與電信機房運營環(huán)境（包括電磁環(huán)境在內）很好的兼容。要求通過郵電部門的相關測試；

7 高可靠性，故障率低，故障時可隨時切換至備用系統(tǒng)；

8 較好的節(jié)能效果，經濟性好。

三、阿爾法電信機房空調專用變頻器特點

阿爾法公司是一家專業(yè)研發(fā)制造變頻器產品的公司，產品已廣泛應用在各個行業(yè)，該公司以優(yōu)質的產品及完善的服務滿足客戶的需求。阿爾法電信機房空調專用變頻器為該公司在原通用產品的基礎上歷時兩年研發(fā)出來的專用產品，完全擁有自己的知識產權。經過汕頭電信局、湖北荊州電信局試用證明效果良好，已通過廣東省電信總局專家組論證通過，現已向全國推廣。

1 產品特點說明

a 采用32bit高速高精度電機控制專用CPU

b 自主知識產權，內置多項專有技術

c 完善的故障保護及管理功能

d 在線監(jiān)視及在線參數修改，調試使用方便

e 內置PI調節(jié)器可用于溫度的控制。

f 通過EMC測試，運行更穩(wěn)定、更可靠

g 內置工/變頻切換電路

h 嚴格的品質管理體系造就一流的品質

i 內置磁環(huán)在主電路上構成的共模電感對共模干擾有較好的抑制作用外，可以很好的抑制變頻器對外的射頻干擾。

j 變頻器針對電信行業(yè)的特殊要求設計，輸入交流電抗器和輸出變頻專用濾波器的使用使變頻器對電網的諧波污染和輸出的諧波含量都有很大的降低。

2 變頻器內部結構框圖如下所示

三、節(jié)能原理

1 電信機房空調的配置往往大于實際所需制冷量（考慮機房的擴容需要及可靠性要求，在設計時有較大的設計余量），而由于環(huán)境溫度、機房設備的投入量等因數的變化必然使所需的制冷量在較大的范圍內變化。圖1示出一般空調熱負載率變化的情況：

圖1    熱負載變化率曲線圖

2 電信機房空調每臺一般由兩臺壓縮機組成，根據各機房情況配有二至五臺不等的電信機房專用空調，空調運行時原系統(tǒng)的調節(jié)模式為以電子膨脹閥節(jié)流制冷劑以及壓縮機起停作溫度調節(jié)。由于節(jié)流調節(jié)是一種能耗調節(jié)，壓縮機起停本身耗能，此種能耗調節(jié)模式對空調壓縮機的節(jié)能運行非常有限；

3 另外，節(jié)流調節(jié)有一定的范圍，壓縮機在一小時內的起動停止的次數又是有限的，因此原溫度調節(jié)方式對溫度的控制很不準確，動態(tài)響應速度慢，會出現過調再回調的情況，機房內實際溫度呈波浪形變化，為了滿足機房運行溫度要求，空調系統(tǒng)的溫度設定需按照最低限來設定。

由上可知：

機房空調原系統(tǒng)對溫度的調節(jié)不僅有一定的弊端，還存在較大的能量浪費。

4 變頻改造的必要性

a 變頻節(jié)能改造后，將原系統(tǒng)設定溫度調至高于機房允許的上限溫度，原空調系統(tǒng)幾乎不節(jié)流與啟停壓縮機，溫度調節(jié)靠變頻控制系統(tǒng)調節(jié)。由溫度傳感器不但采樣機房內實際溫度，根據設定溫度與傳感器反饋進行PID閉環(huán)控制，動態(tài)調節(jié)空調壓縮機電機轉速，從而調節(jié)空調的制冷量，使壓縮機的制冷量與熱負荷變化達到最佳匹配，壓縮機很少有啟停，可以對溫度實現較為準確的控制。

b 變頻器控制系統(tǒng)在調節(jié)空調制冷量的同時可以很方便的控制空調的輸入功率；另外變頻控制系統(tǒng)可以對空調的制冷量進行無級平滑的調節(jié)，從而對溫度的控制能力大大增強，可以對溫度實現較為準確的控制，系統(tǒng)設定的溫度可以接近上限，空調運行能耗降至最低。

四、系統(tǒng)構成框圖及控制原理：

1 系統(tǒng)的框圖如圖所示：

a 系統(tǒng)采用ALPHA電信機房空調專用變頻器作為核心控制單元，內部精確的軟件算法保證可靠和出色的性能。

b 變頻器的起動和停止信號由控制控制系統(tǒng)的PLC來給定，變頻器的輸出直接控制空調壓縮機。

  c 變頻器通過安裝在空調系統(tǒng)回風口的溫度傳感器的輸出信號作為溫度反饋；實時監(jiān)控室內溫度的變化調節(jié)運行頻率，以達到溫度恒定和節(jié)能的目的。

系統(tǒng)結構說明：

l        針對目前電信空調使用變頻器主要在改造項目上，所以系統(tǒng)的構成按照如下原則：在保證系統(tǒng)性能上的基礎上，盡可能的保留原來系統(tǒng)的設備。

l        系統(tǒng)有工頻、變頻切換功能。保證當變頻器故障時，系統(tǒng)能方便的切換到工頻供電狀態(tài)。

2 控制原理

a 當回風口溫度高于設定溫度時，經變頻器內置PI運算后，控制變頻器輸出頻率升高，從而控制空調壓縮機的運行速度加快，增加壓縮機單位時間的制冷量，機房內溫度降低；

b 當回風口溫度低于設定溫度時，經變頻器內置PI運算后，控制變頻器輸出頻率降低，從而控制機房空調壓縮機的運行速度變慢，減少壓縮機單位時間的制冷量，使機房內溫度升高；

c 通過這種自動調節(jié)方式來保持機房內的溫度保持在設定值。系統(tǒng)參數可以在實際運行中調整，使系統(tǒng)控制響應趨于完整，例如可以在不同的季節(jié)給定不同的溫度值，既節(jié)能又能更好機房對工作環(huán)境溫度的要求。

d ALPHA電信機房空調專用變頻器內置PI調節(jié)，溫度傳感器即時檢測回風口的溫度并轉化為4-20mA電流信號，直接送入變頻器模擬電流輸入口，設定給定溫度值、PI參數值。

e 空調恒溫控制系統(tǒng)在運行時，時常會遇到環(huán)境溫度較低時，機房內的溫度低于設定溫度，當溫度傳感器檢測到回風口溫度已經較長時間低于設定溫度，該專用變頻器具有可以使空調壓縮機暫停工作的休眠功能，變頻器輸出頻率低于其下限時，但實際回風口溫度還低于所設定的溫度，工作一定時間后，變頻器進入休眠狀態(tài)停止工作；當回風口溫度高于所設定值時，變頻器被喚醒，重新進入PI調節(jié)狀態(tài)，“休眠確認時間”變頻器內置，當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時間如小于休眠確認時間td時，即td

六、用戶受益

1 延長設備使用壽命，減少系統(tǒng)維護量。變頻節(jié)能改造后，空調壓縮機采用軟啟動且大大減少了壓縮機的啟停次數，延長了壓縮機的使用壽命。

2 變頻節(jié)能改造后空調制冷量能動態(tài)平滑調節(jié)，系統(tǒng)響應速度快，溫度控制精度高，穩(wěn)定性好。

3 節(jié)能效果顯著，經濟效益可觀。

變頻節(jié)能改造后節(jié)能效果顯著，根據不同的季節(jié)及熱負荷，節(jié)電率在15%-40%之間。

附件1：

汕頭電信局機房空調變頻節(jié)能改造運行測試報告

一 系統(tǒng)說明：

汕頭電信分公司于2004年6月份采用ALPHA電信機房空調專用變頻器開始進行變頻節(jié)能試改造，7月份變頻設備投入使用，使用至今空調系統(tǒng)和變頻設備未出現異常情況。該機房空調配如下：

共配置三臺恒溫恒濕空調機組，二用一備，由廣東吉榮空調設備公司生產，每臺機組壓縮機均為兩臺。其中二臺機組壓縮機功率為7.5KW，一臺機組壓縮機功率為11KW。改造時每臺空調機組加裝一臺ALPHA電信機房空調專用變頻器。

根據廣東省全年平均氣溫分布情況，測試階段選擇在全年環(huán)境平均溫度最高的時間，平均大約是30℃，空調機組的運行效率是在93%以上，即節(jié)能效果最差的時間段進行測試，運行測試數據如下表：

實際測試結果：

由上數據可知機房專用空調變頻節(jié)能改造在熱負荷率最高時節(jié)電率平均也達到23%左右，預測機房空調變頻節(jié)能改造平均節(jié)電率在30%以上。