通信机房用空气换热器的性能测试与分析

点击：2160 日期：[ 2014-04-26 22:00:18 ]

通信机房用空气换热器的性能测试与分析鲍玲玲 1，王景刚 1，张明杰 1，荆秋英 2 （1.河北工程大学，河北邯郸，056038；2.邯钢炼铁部，河北邯郸，056015）摘要：对用于通信机房的空气换热器性能进行了的实验研究，在大量实验结果的基础上，得出了该换热器的换热性能和压降等情况；分析了实验结果，认为该换热器具有良好的热工性能和换热效果，在应用中是可行的，值得推广的节能技术。关键词：通信机房；空气换热器；换热性能中图分类号：TU83 文献标识码：B 文章编号：1006- 8449（2008）02- 0071- 03 0 引言通信机房是通信系统的重要组成部分，其内部温湿度和洁净度等环境参数不仅直接影响着通信设备的可靠运行和使用寿命，更关系到通信的顺畅与安全[1]。机房的空调降温、空气净化及其运行管理始终是通信维护部门的工作重点之一。通信机房的空调系统具有以下特点[2]：设备散热量大、散热量集中。湿量主要来自工作人员及渗入的室外空气，散湿量很小，因此空调送风焓差小，风量大；通讯设备全年不间断高负荷运行，即使在冬季，也可能存在需要供冷的情况，因此运行周期较长，空调的耗能大。在目前能源状况较为紧张的形势下，能源的有效利用和节能成为通信机房设计中必须考虑的问题之一。为适应以上背景，研制开发了通信机房空调节能的替代品—空气换热器，目前有下列两种方式：1）自然通风新风系统，当室外空气温度较低时，直接将室外低温空气送至室内，为室内降温；当室外温度高，不足以带走室内热量时，则开启空调。其缺点：自然通风新风系统直接引入室外的空气，机房环境将受外界的影响。因此如何保证机房的温度、湿度、洁净度等满足通信设备的要求是一个需要探讨的问题。2）热交换新风系统，采用隔绝换热方式。只将室外新风作为冷源带走热量，室外空气并不直接进入室内；室内空气通过换热冷却后再被送回室内。鉴于自然通风新风系统的缺点，本文主要研究了热交换式新风系统的空气换热器（以下简称空气换热器或换热器）。 1 空气换热器的工作原理空气换热器的本体由换热芯体、室内侧风机、室外侧风机三个主要部分构成，还包括金属保护外壳以及送风管道等附件。换热器内部由 100 块平薄铝板压制而成，单块铝板面积为 495×495（mm2），总换热面积为 495×495×98（mm2）。换热器外部包有金属外壳。接口和接缝处用密封胶密封。换热器两侧空气进口段分别设置静压箱。两侧均选用轴流风机，风机型号 JH315B 型，额定电压 240V，额定风量 1680m3/h，额定功率 303W。空气换热器利用室内外温差使室内外两侧气体进行热量交换[3]，从而降低室内温度，参见图 1。从室外侧的角度看，室外空气在室外侧风机的作用下从室外侧送风口进入装置本体，然后通过换热芯体进行换热，从室外侧排风口又被排出至室外；从室内侧的角度看，室内空气在室内侧风机的作用下由室内侧送风管进入装置本体，然后通过换热芯体进行换热，再由室内侧回风管重新回到机房内。 2 实验测试内容及方法本实验对以下几个方面的性能进行了实验研究：空气换热器的换热效率、传热系数；换热量随风量和换热温差的变化规律以及换热器阻力随风量的变化规律。实验温度测点布置见图 2。实验温度测点共 10 个，其中 T1、T2、T3、T4、T5 用于测量室内温度值，Tw用于测量室外温度值，Tn1、Tn2 用于测量换热器室内侧进出口空气温度，Tw1、Tw2 用于测量换热器室外侧进出口空气温度。压力测量的工具是毕托管和斜管微压差计。压力测点 4 个[4]，布置见图 3，P1、P2 用于测量换热器室外空气侧全压值，静压值和动压值，并且可以测量换热器室外空气侧的阻力。P3、P4 用于测量换热器室内空气侧全压值，静压值和动压值，并且可以测量换热器室内空气侧的阻力。 3 实验结果分析[5，6] 3.1 热交换效率随风量的变化热交换效率是衡量换热器热交换完善程度的重要指标，也是换热器设计优化的重要依据。图 4a）给出了换热效率随风量的变化关系，从图中可以看出随着风速的增加，换热效率逐渐降低。这主要是因为，随着风速的增加，空气在换热器中停留时间相对缩短，造成冷、热空气在热交换器中还没有进行充分的能量交换即被排出，从而引起了换热效率的下降。实测结果表明，换热器热交换效率在额定风量条件下为 0.58～0.62，达到了目前国内空气换热器性能的先进水平，通过对换热器结构的进一步优化，其热交换效率可进一步得到提高。 3.2 换热量随风量和温差的变化换热量与风量和室内外温差之间的关系是通信机房空气换热器设计和风机选配的基本依据。由图 4b）可看出在相同温差下随着换热器室外侧风量的增加，换热量逐渐变大；见图 5，当风量一定时，随着室内外温差的变大，换热量也逐渐增加。理论上说，在其它条件不变的情况下，由换热量计算式可知，换热量与室内外温差成正比，因此随着内外温差的增加，换热量 Q增大，实验结果与理论很好地吻合。 3.3 压降随风量的变化换热器阻力损失随风量的变化关系是换热器风机选择的基础数据，实测的换热器压降随风量的变化关系见图 6a）。由图 6a）可以看出，随着风量的增加，换热器冷侧的压力损失也随之增大。这是由于随着风速的增加，换热器的阻力也增大，从而造成其损失增大。在风量为 1500m3/h 条件下，换热器压降为 31.5Pa。 3.4 传热系数随风量的变化换热器传热系数的测试结果见图 6b），可以看出传热系数随风量的增加而增加，在风量为 1500m3/h 条件下，换热器传热系数为 43W（/m 2K）。 3.5 不同室外侧进风温度时室内侧出风温度的变化表 1 给出了在换热器冷、热侧风量为 1580m3/h、室内发热量为 7000W条件下，室内侧风出口温度随室外侧风进口温度的变化。由表 1 可看出，在换热器风量及室内发热量一定的情况下，室内侧风出风温度随室外侧风进风温度的增高而升高。 4 结语通过测试可知，该换热器具有较好的热工性能和阻力特性。热工性能方面，该换热器换热效率最高可达 0.62，随着测试风量的增加，换热效率有所下降，但仍可维持在 0.58 以上，达国内先进水平。在测试温差和相应风量下换热器的最大换热量接近 8kW，随着测试风量和室内外温差的改变，换热量呈规律性变化，最小换热量也大于 4.5kW。能够满足通信机房换热量要求。换热器的传热系数在测试风量和温差下介于 20￣55W（/m?2K），换热器在额定工况下表现出良好的传热性能。在阻力方面，测试表明其阻力呈现规律性变化，随着测试风量的增加，阻力也不断地增加，但始终低于 35Pa。适用于通信机房，在室外温度低于机房内设计温度时，应用本项目研发的空气换热器，可部分或完全替代机房空调设备的运行。尤其在北方地区，除夏季以外，全年其余时间，均可使用该产品单独运行或与空调设备联合运行。我国通信事业发展迅速，通信机房空调设备运行能耗已成为制约通信企业运营成本的重要因素，通信机房空调节能市场需求前景广阔。该产品一方面可有效减少机房空调运营成本，另一方面，也可减少机房空调设备投资，具有较高经济效益和社会效益，极具市场发展潜力。在继续优化换热器结构，进一步提高换热器性能的同时，应加快该产品的市场推广和应用，促进通信行业空调节能技术进步。参考文献： [1]中国移动通信企业标准 QB- W- 004- 2006，基站节能系统技术规范 - 智能换热器部分[S]. [2]李浙，田国庆. 浅谈程控交换机房的空调设计[J]. 制冷空调与电力机械，2006，23（1）：51￣53. [3]侯福平. 通信机房空调系统节能技术探讨[J]. 通信电源与机房空调的安全节能，2006，（6）：20￣21. [4]张子慧. 热工测量与自动控制[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2000. 83￣88. [5]杨世铭，陶文铨. 传热学[M]. 第三版. 北京：高等教育出版社，1998. 324￣338. [6]周飚. 管翅式换热器性能及结构综合优化的热设计方法[D]：[硕士学位论文].广州：华中科技大学，2004. [3]CHUNG- SHU PAN，etc. Thermal comfort and energy saving of a personalized PFCU air- conditioning system[J]. Energy and Buildings， 2005，37：443￣449. [4]GAONAIPING，NIUJIANLEI. CFDstudyon micro- environment around human bodyand personalized ventilation[J]. Building and Environment， 2004，39：795￣805. [5]端木琳，舒海文，杜国付. 工位空调送风气流微环境评价[J]. 暖通空调，2004，34（12）：7￣9. [6]杜国付. 工位空调末端装置送风性能的数值模拟[D]. 大连：大连理工大学，2003.17￣20. [7]魏润柏，徐文华. 热环境[M]. 上海：同济大学出版社，1994. [8]荆有印，等. 隔断式风机盘管工位空调系统气流组织与微环境评价 [J]. 暖通空调，2006，6：18￣23.

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