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数据中心暖通空调的风扇组件将如何提高能效

发表日期:2018/5/31 10:11:21 来源:中国制冷与空调网 评论 总点击量:

正确地选择HVAC(供热通风与空气调节)设备中使用的风扇组件仍然是提高数据中心冷却效率战略的首要考虑因素。而不断更新的风扇技术和风扇效率指南,表明选择风扇组件的方法将随着数据中心需求而不断发展。

近年来,随着电子换向(EC)风扇技术的出现,数据中心内的气流管理得到了更好的改善,该技术可在降低能耗水平下实现相同或更好的气流性能,并可通过更精确的风扇速度控制来匹配实际热负荷。


电子换向离心鼓风机和轴流风机现在是精密空调(CRAC)和机房空气处理(CRAH)装置的标准组件,以及由领先的精密冷却设备制造商所生产的空气冷凝器。


一段时间以来,离心式鼓风机和轴流式风机一直是暖通空调行业的主要设备,因为它们具有驱动大量空气的能力。在离心设计中,位于中心毂或轴周围的叶片从风扇旋转方向向外和向后弯曲。进入轴的空气被惯性或离心力加速并相对入口方向偏转90度。这产生了适用于行内冷却和室内冷却应用的稳定强劲的气流。轴流风机与轴平行地回旋空气,用于驱动大量低压空气。轴流式风机在大型冷凝机组和冷水机组中很常见。通常这些风扇和鼓风机安装在外部框架上,便于安装到HVAC(供热通风与空气调节)设备中,并将振动降至最低。


数据中心精密冷却设备中使用的空气流动产品(如组件风扇和鼓风机)可按三种不同的产品类别进行分类:


第一代:一种以固定速度运转的通风产品,由交流电机供电,通过选择正确的皮带轮尺寸可调节至固定速度,并且由皮带驱动。这种解决方案需要更多的润滑,因为其活动的部件最多。


第二代:由变频器(VFD)控制的直接驱动交流电机。这是一个显着的改进。变频器(VFD)是额外的成本,但是,原有的电机解决方案可以用来加速风扇的控制。选择变频器(VFD)硬化电机或使用轴接地环可以避免在速度控制过程中损坏电机,这非常重要。在没有使用变频器(VFD)的紧急情况下,建议在60 Hz下为所需工作点选择合适的电机转速,以便运行系统。在确定管道系统尺寸时,应考虑电机在正常供电频率下的转速。


第三代:电子换向(EC)风扇解决方案。这是一个直接驱动设置,具有无需维护的额外好处。电子换向(EC)风机和鼓风机内置电子元件,可将交流输入电源(单相或三相,200V-480V,50/60Hz)电子整流为直流电,以实现有效的速度控制。电机是外转子型。电机通过0-10VDC信号、PWM或ModBUS进行控制。EC产品产生的气流量与传统交流电相同,但功耗较低。由于数据中心的暖通空调设备全年运行,并且热负载可能会波动,因此在适当的时间提供准确的冷却量可以显着节省电能。


采用电子换向(EC)风扇的好处


自20世纪80年代中期以来,电子换向(EC)技术实际上已经出现,数据中心运营商已经实现了节省能源成本的投资回报率。


其他优点包括降低噪音和降低运营成本,因为没有需要更换的风扇和皮带,也不会像皮带驱动系统那样积累垃圾或灰尘污染物。


电子换向(EC)风机和鼓风机的效率提高和节能效果取决于风机的选择。风扇制造商通常会向OEM厂商提供其各种产品的气流、压力、功率曲线,这些公司提供的越来越强大的风扇选择软件使得在所需工作点比以往更容易选择正确的风扇。


世界上只有少数制造商提供电子换向(EC)风扇解决方案。全球领先的风扇和热管理提供商台达公司在台湾和中国大陆建立了大型研发和制造工厂,现在已经进入了欧盟市场,加强了持续创新,同时降低了产品的市场成本。


风扇调节的空气是否有变化


虽然欧洲的能源相关产品指令(ErP 2015)已??经强制要求严格遵守商业和工业HVAC设备中使用的风扇效率指导原则,但美国的这些产品迄今为止还没有达到欧盟政府法规的要求。然而,这一潮流即将改变。


美国能源部(DOE)预计美国数据中心的能耗约有一半将用于制冷,并预计将在2020年推出风机效率法规,以帮助减少商用和工业建筑物的HVAC系统能耗。


美国能源部已经公布了风机驱动的商用制冷设备和吊扇的能源合规期限。然而,在商用和工业HVAC设备中寻址组件风扇却带来了一系列独特的挑战。


美国国家标准协会(ANSI)与美国暖通、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)和照明工程学会(IES)2013年度提出的风扇效率标准和代码试图为风扇分配效率等级,使用从美国国际空气运动及控制协会(AMCA)借用的术语和标准。


然而,这种方法并非没有缺点。由于它仅在最高效率的运行点测量风扇的性能,因此不会考虑风扇在设计或工作点的实际性能、应用程序的规定气流和静态压力。


因此,美国能源部力求根据工作点最大风机功率输出建立美国联邦法规,由美国国际空气运动及控制协会(AMCA)开发的新风机效率指数(FEI)可用作风机能量比较的基准工具。暖通空调设备制造商必须在最终规则公布后的两年合规窗口内遵守最低新风机效率指数(FEI)值的规定。


风扇标签的变化也是讨论的一部分。这将使风扇用户能够轻松识别、比较和选择适合其特定应用的最佳风扇解决方案。


除型号和序列号外,建议的风扇标签要求包括设计流量和已知设计点压力、FEI额定值、最大转速,以及风扇完整性能图。


美国国际空气运动及控制协会(AMCA)最近宣布发布ANSI/AMCA标准208-18,宣布风扇效率指数(Fan Efficiency Index,FEI)取代各种能源规范和标准中引用的前风扇效率等级系统。


由于提高效率仍然是数据中心所有者和运营商的首要任务,风扇技术显然将在数据中心设计人员和暖通空调专家采用的策略中发挥着重要作用,可以满足预测需求,同时满足日益增长的数据需求。


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