精密空调安装高差的技术解决方案
文/河南省电力公司 冯琳蔚

[摘 要]：在某电子计算机机房建设项目中，采用风冷精密空调，由于精密空调的室外
机与精密空调室内机安装距离超长，向上垂直落差有40米，水平距离100米，总冷媒管
路长140米。我们在此讨论一下，如何在该项目中很好的解决这个管路超长的问题。

[关键词]：精密空调 储油湾 超长管路 冬季启动 单向阀

      某电子计算机机房内的IT设备，发热量很大，空调机组要常年24小时不停的运行。该机房采用风冷型精密空调，其优势是直接利用室外的自然空气进行散热，不必利用其他媒介进行中间热交换（不需花费冷却介质费用），运行费用、维护成本比乙二醇冷却方式的要低。风冷型机组室内外机组的运行比较独立，因此可靠性较高。
      该机房的精密空调循环系统的室外冷凝器位于大厦的17层北侧室外平台上，室内机组位于三层核心机房，向上垂直落差有40米，水平距离100米，总冷媒管路长140米。此长度已经超出精密空调的常规要求，一般室内外机的垂直高差最好不能超过25米，总冷媒管路长不能超出60米左右。如此超长的安装距离，主要考虑如何解决以下两个技术难题：一是排气管道的回油问题；二是超长管路冬季启动问题。
1. 排气管道的回油问题解决方案
      解决排气管回油问题的真正关键技术是保证制冷系统回路的冷冻油顺利循环和防止冷凝器在压缩机停机时液态制冷剂反向流入排气管。精密空调室外机管路在每向上爬升3层楼，垂直落差10米左右时，在排气管上增设U形储油湾，并向制冷系统中补充足够的冷冻油。室内机之压缩机的排汽管在穿过3-17层的管井垂直向上爬升时，每隔两层就安排一个储油弯。保证制冷系统的排气径标准配置（ 2 8 m m ） ， 回液管缩小一档（
9mm）。

1）制作“U”
      弯的两个目的：一是当制冷系统停机时，超长垂直向上的排气管管壁油膜会全部向下流淌至最底端并囤积起来，会影响冷冻油的正常循环，并且下次开机时，过多的液态冷冻油还会影响压缩机排气压力的正常建立。设置储油弯后，分段收集短管路管壁上的油膜（油量减小了），并且利用U弯底部因储油而通径减小，系统运行时此处的制冷剂流速会增加，利用高流速带走U弯处所囤积的冷冻油，保证冷冻油的正常循环。二是在‘U’弯处进
行垂直铜管重量缓冲处理，起到垂直超长管路自身重量的缓冲分解作用。
2）“反U”弯的设置：
      在冷凝器的进汽汇集管处安装一个“反U弯”，其目的是防止压缩机停机时冷凝器中
的制冷剂液体反向回流到排气管管中，影响压缩机的下一次开机。
      为了能够进一步了解“反U弯”（或者称：防反冲弯）的工作原理，下面详细阐述
其运作过程。如图为示意图：

A 点为冷凝器进气管口端， 静压为p 1， 动压为mv12/2；
B点为室内机回液管电磁阀上端（针对流动方向而言），静压为p2，动压为mv12/2；
？P=（p1+ mv12/2）-（p1+ mv22/2）；
？P为沿程阻力
      如果高压P1值在1.6MP以上，冷凝器在室内机之上，氟里昂气态密度是液态密度的4%，气液管之间因重力引力作用会增加系统循环推动力（每垂直向上爬10米高，约增加1kgf/cm的推动压力，）消除了“沿程阻力”对全系统的全压影响（全压=静压+动压）。故从理论上讲，如果做好油路循环处理，制冷管路向上爬升越高，沿程阻力会越小，为了保证制冷系统的正常运行，我们在选液管直径时缩小一档（由标准的22降低为19mm档），目的是人为增大液体的流速（即增大管路的沿程阻力）来满足整个制冷回路的压力平衡。
      另外， 液态的动压比气态的大得多， 即m v 12 /2>>mv22/2，当B点处的电磁阀突然关闭时，动压“巨变为零”（动压全部转变为静压），而同时A点处的动压是“缓慢转变为零”，相应的静压不会很快增大，总体来说，B点静压大于A点静压。另外，气态的压缩性比液态要好，给“由于B点的静压高”而引起的反向流动提供了可能性。尤其是长管路，该反冲现象会表现的更加明显。
      正因为出现了“反冲”现象，如果冷凝器内的液态制冷剂充足，液态制冷剂会反向回流至压缩机排气管内，等下次压缩机开机时，高温的压缩机排气加热气管中的液态制冷剂，并使得其迅速膨胀（液态气态），短暂性堵塞排气管，导致短暂性压缩机排气不畅，高压迅速升高达到报警点，随至出现高压警报。所以在A点处必须加装一个向上的20cm高的“防反冲弯”。

2. 超长管路冬季启动解决方案
      超长管路冬季启动问题的解决办法是在制冷剂回液管路进入室内机之前安装一个单向阀和一个储液器。在超长管路系统中，由于管道大部分在机房外敷设，如果压缩机在停止运行过长，管道里的制冷剂慢慢与大气温度平衡，郑州冬季室外最冷可达-11℃，相对R-22制冷剂的饱和压力为1.5bar(表压)，这时如果压缩机启动，高压压力太低，使得进入膨胀阀的入口压力达不到开启要求，蒸发器的供液量严重减少，导致蒸发器蒸发压力降低，出现低压报警。长此以往，压缩机曲轴箱的冷冻油会因压力偏低而起沫带到制冷系统中，导致压缩机润滑效果降低，直至压缩机损坏。为了解决这一难题，在超长管路系统中，增加了一个单向阀和一个8升的储液罐，并且要求该装置安装在机房内，如下图所示。

      单向阀的功能是当制冷系统长时间停机，保证储液罐里的制冷剂的压力不会随室外气温低而降低。另外，单向阀的还有一个作用，当压缩机冷启动时，由于室外管路的压力比储液罐低，单向阀关闭，阻止制冷剂向室内机组侧流动，这样一来，压缩机排出的高温高压制冷剂气体能够快速把冷凝器的压力整体提升到理想值。如果没有该单向阀，压缩机在向室外排气的同时会有制冷剂流向室内机组侧，相对来说高压建立要慢得多。储液罐的体积选择根据制冷系统压缩机排量计算出来的，根据设备相关参数计算出储液器的容量。由于储液罐在机房内，温度可以在22℃左右，罐里的压力最低不会低于机房温度所对应的饱和压力值（大约8.5bar表压），储液罐的功能是保障下一次压缩机启动时，向膨胀阀提供足够的压力和液体量，保障蒸发压力不会降得太低。

3. 结论
      经过相应技术修正后，精密空调机组的各项性能参数均在设计要求范围内，压缩机的吸排气压力运行平稳，压缩机的冷冻油循环正常，制冷效果没有出现明显衰减现象。经过一段时间的连续运行考验，所有精密空调设备没有出现质量问题，这从实践上证明了精密空调安装的解决方案对非常规工况的高适应性。