熱管制冷背板技術(shù)在機(jī)房大功率機(jī)柜中的應(yīng)用研究開題報告

1、中國移動集團(tuán)級重點(diǎn)研發(fā)項目（含聯(lián)合項目）開題報告一、項目編號及名稱：熱管制冷背板技術(shù)在機(jī)房大功率機(jī)柜中的應(yīng)用研究二、項目組：三、課題背景和意義201boss機(jī)房位于山西移動樞紐樓2層，面積約550平方米，機(jī)房現(xiàn)有不同廠家的共7臺機(jī)房專用空調(diào)，空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)管上送風(fēng)、下回風(fēng)的送風(fēng)形式，各空調(diào)通過靜壓箱相互聯(lián)通，以支風(fēng)管將冷風(fēng)送至機(jī)架過道上方。現(xiàn)機(jī)房內(nèi)空調(diào)冷量已經(jīng)達(dá)到飽和甚至不足，全部空調(diào)均全負(fù)荷運(yùn)行，沒有冷量冗余，并且由于機(jī)房空間的限制，無法再增加新的傳統(tǒng)機(jī)房專用空調(diào)，這樣長期運(yùn)行，機(jī)房存在非常嚴(yán)重的安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場測定回風(fēng)溫度，ibm的p系列小型機(jī)出風(fēng)溫度明顯高于其他機(jī)組，且超出或接近ibm廠

2、家規(guī)定的溫度，已達(dá)臨界。如果靠近ibm機(jī)柜的一臺空調(diào)進(jìn)行停機(jī)維護(hù)時，其對應(yīng)的區(qū)域溫度立即攀升，六臺ibm機(jī)柜溫度甚至高達(dá)43，整個機(jī)房溫度也明顯上升。此時，必須在機(jī)房的此區(qū)域增加兩臺軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制空氣循環(huán)制冷，否則，環(huán)境溫度的升高將嚴(yán)重影響重要服務(wù)器的正常工作，局部過熱時間過長，服務(wù)器甚至可能會出現(xiàn)宕機(jī)，這將會導(dǎo)致計費(fèi)系統(tǒng)的嚴(yán)重事故。本項目創(chuàng)造性地將sis熱管制冷背板系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)房，結(jié)合自然冷源冷水機(jī)組組成一個高效、可靠、節(jié)能的制冷機(jī)組，采用sis熱管制冷背板系統(tǒng)，針對大功率機(jī)柜按需供冷，即可以有效地解決機(jī)房內(nèi)大功率機(jī)柜造成的局部熱點(diǎn)難題，又可充分地利用自然冷源進(jìn)行節(jié)能。由于熱管蒸發(fā)器安

3、裝在機(jī)房背板上，不占用地面空間，節(jié)省了機(jī)房空間。設(shè)備工作性能穩(wěn)定，故障率低，維護(hù)量小，經(jīng)濟(jì)及社會效益明顯，值得在全集團(tuán)進(jìn)行推廣。四、課題研究目標(biāo)本項目主要針對通信機(jī)房特別是idc機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房和bos計費(fèi)機(jī)房因采用大功率機(jī)柜發(fā)熱量大，從而造成機(jī)房局部過熱難題進(jìn)行研究，通過改善機(jī)房氣流組織，解決局部熱點(diǎn)問題；提高空調(diào)系統(tǒng)的利用效率，降低機(jī)房空調(diào)用電量，實現(xiàn)節(jié)能增效；探索機(jī)房高密度散熱技術(shù)，為集團(tuán)的高密度機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計提供參考。 五、課題研究內(nèi)容（包括研究總體框架、難點(diǎn)及解決方案、主要技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)等）5.1 研究總體框架1、本項目主要針對大功率機(jī)柜（單機(jī)柜5kw以上）發(fā)熱量大，造成機(jī)房局

4、部過熱難題，研究采用可利用自然冷源的高效分布式制冷模塊sis熱管制冷背板系統(tǒng)，來解決機(jī)房內(nèi)局部熱點(diǎn)問題。2、熱管冷源方式的監(jiān)測與研究，得出自然制冷模塊與冷水機(jī)組切換的室外溫度建議。3、 研究室內(nèi)冷劑管路長短對熱管制冷的影響，給出室內(nèi)循環(huán)冷劑管路允許使用的長度建議值和室外中間換熱器與室內(nèi)設(shè)備高度最小建議值.4、 通過理論分析計算與改造前后機(jī)房空調(diào)實際耗電量的變化，對節(jié)電量進(jìn)行統(tǒng)計，分析投資回收期。5.2 難點(diǎn)及解決方案1.室外機(jī)安裝位置：由于室外機(jī)平臺基本上已被機(jī)房專用空調(diào)室外機(jī)占滿，而熱管空調(diào)室外機(jī)的體積又比較大，只能安裝在樓頂、地面或其它空閑位置。2. 熱管中間換熱器與制冷背板之間管路的連接

5、：由于機(jī)房內(nèi)情況比較復(fù)雜，走銅管需要動火焊接，直接影響機(jī)房安全，所以采用高品質(zhì)的專用軟管來進(jìn)行連接。3. sis制冷背板的制作及安裝：由于是按需制冷，而每臺需降溫的機(jī)柜形狀又不同，所以制冷背板需要根據(jù)機(jī)柜的實際尺寸進(jìn)行訂制。4.sis制冷背板的安裝：sis制冷背板根據(jù)制冷量不同重量在幾十公斤，直接掛在機(jī)柜上可能不穩(wěn)定，所以在制冷背板下面設(shè)計安裝了兩個可以上下調(diào)節(jié)的萬向輪來做輔助支撐，有效地解決了重量支撐難題。5.3 主要技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)由于201機(jī)房中，小型機(jī)機(jī)柜發(fā)熱量較大，排風(fēng)溫度過高，嚴(yán)重影響了鄰近機(jī)柜的散熱條件，目前為解決局部熱點(diǎn)，采用的是在小型機(jī)機(jī)柜附近安裝兩臺4kw風(fēng)機(jī)，增加局部循

6、環(huán)風(fēng)量的方法。此方法能夠在一定程度上減輕了局部熱點(diǎn)的現(xiàn)象，但是噪音大，造成機(jī)房氣流組織混亂，又耗電。經(jīng)對現(xiàn)場情況分析，201機(jī)房的問題集中在如何解決多個10kw機(jī)柜高發(fā)熱的問題上，常規(guī)的增加空調(diào)、遠(yuǎn)距離送風(fēng)不能解決局部熱點(diǎn)問題，加風(fēng)機(jī)也是臨時解決措施，需采用有針對性的高熱密度制冷設(shè)備進(jìn)行冷卻。制冷背板前柜門針對這種情況，本次改造采用可利用自然冷源的高效分布式制冷模塊sis熱管制冷背板系統(tǒng)，將機(jī)房內(nèi)14個小型機(jī)機(jī)柜的背部柜門改換成sis熱管制冷背板，來解決機(jī)房內(nèi)14個小型機(jī)機(jī)柜的局部熱點(diǎn)問題。出風(fēng)23進(jìn)風(fēng)23圖1sis制冷背板工作示意圖圖2局部熱點(diǎn)位置示意圖，虛線框指示區(qū)域的114號機(jī)柜。（一）

7、 室內(nèi)部分采用“sis制冷背板”。 將小型機(jī)機(jī)柜的背門更換成“sis制冷背板”，使機(jī)柜排出的熱風(fēng)經(jīng)過背板降溫后，再排放到機(jī)房環(huán)境中，在不占用地面空間的前提下，徹底解決局部熱點(diǎn)問題。 圖3sis熱管制冷背板“sis制冷背板”內(nèi)充裝無毒、無腐蝕、不燃的氣態(tài)制冷劑，安全等級高，發(fā)生泄漏時，不會對機(jī)房內(nèi)的人員、設(shè)備產(chǎn)生危害。“sis制冷背板”采用柔性管路連接，安裝完畢后，可像機(jī)柜原柜門一樣自由開關(guān)，不影響機(jī)柜內(nèi)設(shè)備維護(hù)工作。（二） 室外部分室外部分采用“可利用自然冷源的冷水機(jī)組+熱管中間換熱器”。冷水機(jī)組為整個系統(tǒng)的冷源，并將冷量通過“熱管中間換熱器”傳遞至制冷劑中，由制冷劑輸送至“sis制冷背板”，

8、實現(xiàn)機(jī)房內(nèi)無水進(jìn)入，從而保證了該改造系統(tǒng)安裝、施工時，不影響機(jī)房內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行和人員的正常工作，系統(tǒng)運(yùn)行時，也不會給機(jī)房帶來安全隱患。“可利用自然冷源的冷水機(jī)組”：在氣溫炎熱時段，采用高效制冷模式運(yùn)行；在過渡季節(jié)、寒冷季節(jié)采用自然冷源模式運(yùn)行，充分利用自然冷源降低制冷能耗，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)制冷，節(jié)能運(yùn)行。（三）智能監(jiān)控系統(tǒng)sis熱管智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)控整個sis熱管制冷背板系統(tǒng)各個部件的運(yùn)行狀態(tài)：（1） 風(fēng)機(jī)、泵、冷機(jī)、制冷劑等狀態(tài)的實時監(jiān)控，發(fā)生故障時自動發(fā)出“告警”，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)；（2） 智能調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行，保證全顯熱換熱；（3） 智能協(xié)調(diào)高效主動制冷模塊、自然冷源模塊的運(yùn)行狀態(tài)，使兩個模塊運(yùn)

9、行無縫接合。（四）改造方案室內(nèi)部分的藍(lán)色管路為背板連接的柔性管路，中間無接口接駁，充分保證密封性能。柔性管路分為兩組，一組從天花板上走，另一組從地板上走。柔性管中充裝制冷劑。根據(jù)機(jī)房及機(jī)柜的勘察情況，本項目選用“sis熱管制冷背板”型號為“siscrd08” 圖4sis熱管制冷背板改造示意圖室外部分為“熱管中間換熱器”和“自然冷源冷水機(jī)組”，其中“自然冷源冷水機(jī)組”中使用防凍水，在氣溫-2550均能正常運(yùn)行。熱管中間換熱器安裝在機(jī)房西墻上，自然冷源冷水機(jī)組安裝在一層接待大廳的樓頂上。（五）方案的主設(shè)備配置清單設(shè)備名稱方案簡介：a 消除局部熱點(diǎn)b “風(fēng)冷”自然冷源自然冷源模塊風(fēng)冷自然冷源模塊高效

10、主動制冷模塊制冷量：120kw×1臺sis熱管制冷背板8kw×14個熱管中間換熱器40kw×3個智能監(jiān)控系統(tǒng)1套總制冷量112kw表1 改造方案主設(shè)備配置清單（六）節(jié)能效果測算1、原空調(diào)系統(tǒng)用電量分析：空調(diào)系統(tǒng)各項用電量計算如下：a風(fēng)機(jī)功耗室內(nèi)風(fēng)機(jī)功耗=總制冷量/12=41.7kw為緩解機(jī)房局部熱點(diǎn)現(xiàn)象，機(jī)房內(nèi)安裝了兩臺4kw的落地風(fēng)機(jī)，功耗=4kw×2=8kw原機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)風(fēng)機(jī)總功耗=41.7kw+8kw=49.7kwb制冷功耗制冷功耗=空調(diào)冷負(fù)荷/cop=309.7kw/3=103.2kwc加濕功耗加濕功耗=機(jī)房空調(diào)冷負(fù)荷×10%

11、15;100%=178.9kw×10%×100%=17.9kw2、安裝“sis熱管制冷背板”后，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的用電量分析：d sis熱管背板系統(tǒng)”室外部分功耗制冷時段：6540小時，功耗35kw自然冷源時段：2220小時，功耗3.3kw室外部分用電量=制冷時段用電量+自然冷源時段用電量 =35kw×6540小時+3.3kw×2220小時=23.6萬度/年改造后:機(jī)房空調(diào)年平均功耗=空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)功耗×空轉(zhuǎn)率+制冷功耗+加濕功耗 =353.8kw/12×(1-178.9kw/353.8kw)+59.6kw+17.9kw =92.1kw機(jī)房

12、空調(diào)年用電量=機(jī)房空調(diào)平均功耗×8760小時=92.1×8760=80.7萬度/年“sis熱管背板系統(tǒng)”年用電量=室外部分用電量+室內(nèi)部分用電量=24.8萬度/年改造后201機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)總用電量=機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)用電+sis熱管制冷背板系統(tǒng)用電=80.7萬度/年+24.8萬度/年=105.5萬度/年對比改造前機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)用電量，則：改造后的理論節(jié)能效果= 改造前用電量改造后用電量 =138.5萬度/年105.5萬度/年=33萬度/年理論節(jié)電率33/138.5×100%23.8%機(jī)房平均電價按0.8元/度計算：投資回收期 = 100萬元/26.4萬元=3.79年3、實際

13、節(jié)能效果要通過對制冷背板運(yùn)行前后機(jī)房空調(diào)耗電量進(jìn)行統(tǒng)計分析才能得出六、專利檢索情況sis制冷背板技術(shù)通過國家專利局實用新型專利審核，名稱為一種機(jī)柜節(jié)能散熱背板系統(tǒng)，專利號zl 2010 2 0594405.x, ，專利權(quán)人北京納源豐科技發(fā)展有限公司。七、已有的研究工作積累和取得的研究成果針對機(jī)房局部過熱難題，我公司在前幾年采用“冷通道全封閉變風(fēng)量精確送風(fēng)方案”進(jìn)行治理，在靜壓箱和風(fēng)管間加裝一臺1500立方/h的軸流風(fēng)機(jī)，通過靜壓箱將冷風(fēng)送到鋁合金風(fēng)管，風(fēng)管安裝在靜壓箱的正下方，通過風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的牽引下讓不同流量的冷風(fēng)直接送到高發(fā)熱機(jī)柜柜后門，并在安裝了一個全封閉隔熱的門背罩，形成了一個全封閉的制

14、冷通道，在后門上加裝了兩個720立方/h軸流風(fēng)機(jī)，來增大冷卻風(fēng)量。軸流風(fēng)機(jī)功率的大小由設(shè)備的散熱量來確定，可做到不同設(shè)備用不同冷風(fēng)量來精確送風(fēng)降溫，解決了機(jī)房局部高溫的難題。403機(jī)房軟交換設(shè)備的進(jìn)風(fēng)溫度由28度降到24度，設(shè)備出風(fēng)溫度由39.4度降到35.6度，效果明顯。但是精確送風(fēng)只能解決5kw以下的機(jī)柜發(fā)熱，5kw以上的機(jī)柜還需采用其它方法來解決。八、本課題的創(chuàng)新點(diǎn)和專利點(diǎn)一、創(chuàng)新點(diǎn)：1) 采用sis熱管制冷背板技術(shù)并并應(yīng)用在機(jī)房，在省內(nèi)是首創(chuàng)，在國內(nèi)也處于領(lǐng)先地位。 2) 由于熱管蒸發(fā)器安裝在機(jī)房背板上，在不占用地面空間和機(jī)房空間的情況下,針對大功率機(jī)柜按需供冷，可有效地解決局部熱點(diǎn)。

15、 3) 安全等級高：由于是制冷劑輸送至“sis制冷背板”，實現(xiàn)機(jī)房內(nèi)無水進(jìn)入，消除了水患。4) 能效比高節(jié)能效果明顯：熱管技術(shù)被動換熱無需壓縮機(jī)，內(nèi)外溫差為5即可高效工作，由于不使用壓縮機(jī),并且采用自然冷卻技術(shù),自然冷源利用率高，系統(tǒng)的輸入功率為同等制冷量空調(diào)的五分之一，能效比高達(dá)10以上（常規(guī)空調(diào)能效比為2.5左右）。二、專利點(diǎn)：1) 熱管制冷背板高溫自動彈開的結(jié)構(gòu)設(shè)計。2) 管路接口制冷劑泄漏監(jiān)測方法。九、 外部合作伙伴委托方案 本項目由我公司與北京納源豐科技發(fā)展有限公司合作開發(fā)，我公司購買納源豐公司產(chǎn)品與技術(shù)，共同制定機(jī)房改造方案，不涉及核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)。十、預(yù)期研究產(chǎn)出10.1 研究

16、成果：熱管制冷背板技術(shù)在機(jī)房大功率機(jī)柜中的應(yīng)用研究報告10.2 標(biāo)準(zhǔn)成果：熱管制冷背板安裝調(diào)試規(guī)范。10.3 專利成果：1、熱管制冷背板高溫自動彈開的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2、管路接口制冷劑泄漏監(jiān)測方法。10.4 試驗成果：1、熱管制冷背板運(yùn)行前后機(jī)柜進(jìn)出風(fēng)溫度對比測試報告。 2、熱管制冷背板運(yùn)行前后空調(diào)節(jié)能效果測試報告。十一、課題研究分工無。十二、項目研究計劃進(jìn)度階段一：時間：2012年1月1日至1月22日工作內(nèi)容：項目啟動，主要包括以下工作建立項目組織結(jié)構(gòu)，確定改造方案，明確分工； 階段二： 時間：2012年2月15日前結(jié)束。工作內(nèi)容：合同簽訂。通過該項工作，明確合作雙方職、權(quán)、利的關(guān)系，確定系統(tǒng)整

17、體工作時間。階段三：時間：2012年3月20日前。工作內(nèi)容：方案實施。階段四：時間：2012年4月30日前。工作內(nèi)容：設(shè)備測試及完善。階段五：時間：2012年5月30日前。工作內(nèi)容：改造方案驗收、總結(jié)。十三、項目關(guān)鍵技術(shù)決策點(diǎn)及完成時間計劃項目關(guān)鍵決策點(diǎn)決策點(diǎn)簡要描述研究完成時間計劃方案確定制定切實可行的改造方案2012.1.22方案實施安全可靠地完成改造方案2012.3.20設(shè)備測試及完善對已完成的改造方案進(jìn)行測試及完善2012.4.30改造方案驗收完成改造方案的驗收工作2012.5.30十四、項目企業(yè)績效貢獻(xiàn)情況預(yù)測項目對企業(yè)績效貢獻(xiàn)的量化路徑圖項目特征指標(biāo)（pav）指標(biāo)名稱項目應(yīng)用前指標(biāo)

18、現(xiàn)狀值：pavc項目應(yīng)用1年后指標(biāo)預(yù)期值：pave1此項目帶來的指標(biāo)變動量：pav企業(yè)特征指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)及生產(chǎn)類（eav-ps）指標(biāo)名稱項目應(yīng)用前指標(biāo)現(xiàn)狀值（eavc）項目應(yīng)用1年后指標(biāo)預(yù)期值（eave）此項目應(yīng)用帶來的指標(biāo)變動量（eav）空調(diào)耗電量146.4萬度電（201機(jī)房）113.2萬度電（201機(jī)房）33.4萬度電（201機(jī)房）企業(yè)績效指標(biāo)（epv）指標(biāo)名稱項目應(yīng)用前指標(biāo)現(xiàn)狀值：eavc項目應(yīng)用1年后指標(biāo)預(yù)期值：eave此項目應(yīng)用帶來的指標(biāo)變動量：eav營運(yùn)收入營運(yùn)支出資本開支注：1） 填寫各項指標(biāo)數(shù)值時，請在數(shù)值后一并填寫指標(biāo)數(shù)值的度量單位（如rmb萬元、萬人、%等）和指標(biāo)數(shù)值對應(yīng)的應(yīng)用范圍（如xx地市、x省全省、31省全網(wǎng)等）。2） 項目特征指標(biāo)是本項目應(yīng)用后產(chǎn)生的主要可量化成效，最多不超過3個。如傳輸災(zāi)難性設(shè)備故障搶修系統(tǒng)項目應(yīng)用的可量化直接成效表現(xiàn)為“縮短故障處理時間”，此即項目特征指標(biāo)。其eavc為××小時，其eave為××分鐘，其eav=eave eavc。3） 企業(yè)特征指標(biāo)是本項目應(yīng)用后對企業(yè)生產(chǎn)（產(chǎn)品及服務(wù)）和經(jīng)營（市場及財務(wù)）帶來的可量化成效，分為“網(wǎng)絡(luò)及生產(chǎn)類（eav-ps）”和“市場及財務(wù)