KAPACITETSSTYRET VS. ON/OFF- STYRET AC- & DC-AIRCONDITION TIL ELEKTRONIKKØLING

Transkript

1 KAPACITETSSTYRET VS. ON/OFF- STYRET AC- & DC-AIRCONDITION TIL ELEKTRONIKKØLING EHSAN B. HAGHIGHI PhD, Thermal Specialist Dantherm Cooling AB CHRISTIAN SAKSTRUP SENIOR PROJECT MANAGER, ELECTRONICS DANTHERM COOLING A/S ORLA LANG SØRENSEN SENIOR MECHANICAL ENGINEER DANTHERM COOLING A/S

2 hvidbog KAPACITETSSTYRET VS. ON/OFF-STYRET AC- & DC-AIRCONDITION TIL ELEKTRONIKKØLING HVAD DU HAR BRUG FOR AT VIDE - I KORTE TRÆK Denne hvidbog sammenligner tre typer aircondition i en test udført under realistiske forhold: DCairconditioner, kapacitetsstyret. DC-airconditioner, on/off-styret. AC-airconditioner, on/off-styret. i Testdesign: periode: 14 dage, varmebelastning: 800 W, sætpunkt: 25 o C, parametre: strømforbrug og temperaturudsving, testede enheder: Dantherm AC- og DC-airconditionere, on/off- og kapacitetsstyret Resultater: den kapacitetsstyrede DC-airconditioner viste et væsentligt lavere strømforbrug og lavere temperaturudsving end de andre testede enheder. Registreret strømforbrug i hele testperioden: DC-airconditioner, kapacitetsstyret = 62 kwh DC-airconditioner, on/off-styret = 74 kwh AC-airconditioner, on/off-styret = 131 kwh 1. INDLEDNING Airconditionere er et almindeligt valg til bortledning af overskudsvarme i Telecom-teknikhuse, -kabinetter og -aflukker på grund af deres præcise og effektive køleevne. I nogle tilfælde ses brugen af en AC-airconditioner som den oplagte mulighed på grund af de tilgængelige strømkilder. I andre vælges en AC-airconditioner af økonomiske grunde. DC-airconditionere byder imidlertid på større muligheder med hensyn til energibesparelser og driftsstabilitet i svage elnet, især når de er kapacitetsstyrede. Alligevel synes industrien stadig at foretrække AC-aircondition - selv når DCaircondition er en bæredygtig mulighed. Denne hvidbog behandler forskellene mellem AC- og DC-aircondition i forhold til on/off- kontra kapacitetsstyret køling. Derudover præsenteres resultaterne af en test foretaget under realistiske forhold for at illustrere de undersøgte teknologiers funktioner og understøtte relaterede konklusioner omkring strømforbrug og temperaturstabilitet.

3 hvidbog 2. BAGGRUND FOR SAMMENLIGNENDE UNDERSØGELSE Airconditionere er et almindelig valg til bortledning af overskudsvarme i Telecom- og elektronikkølingsindustrien på grund af deres præcise og effektive køleevne. Til nogle formål er AC-aircondition det ideelle valg. Til andre byder en DC-baseret løsning på flere fordele. Fælles for valget af den ene eller den anden løsning er ofte faktorer, som ikke kan påvirkes, fx placering og tilgængelige strømkilder. Men i dele af elektronikkølingsindustrien er der en tendens til at vælge AC-aircondition på trods af, at DC-aircondition også er en mulighed. Hovedårsagerne hertil er ganske enkelt pris og tilgængelighed. Blandt dem, som vælger DC-baserede aircondition-løsninger, er der en tendens til at foretrække on/off-styring, som kendes fra AC-baserede løsninger. Tilbage står muligheden for kapacitetsstyret DC-aircondition, som er et forholdsvis uudforsket område indenfor elektronikkøling på trods af denne teknologis styrker i forhold til at opretholde stabile temperaturer og skabe energibesparelser. 3. TESTMÅL OG -DESIGN Formålet med denne undersøgelse er derfor at klarlægge og illustrere forskellen mellem at bruge on/off-styret AC-aircondition, on/off-styret DC-aircondition og kapacitetsstyret DC-aircondition i forhold til strømforbrug og temperaturforskelle. Undersøgelsen er baseret på realistiske tests af tre identiske aflukker (se fig. 1), som blev afkølet af tre forskellige aircondition-løsninger (se. tabel 1). Sætpunktet for indetemperaturen var 25 o C og til at efterligne varmeudvikling fra ICT-udstyr blev to 400 W elektriske AC-varmeenheder (800 W i alt) installeret i hvert aflukke. For hver installation blev temperaturen i aflukket og indblæsnings temperaturen (fra aircondition-enheden), strømforbrug og kompressorens omdrejningshastighed registreret hvert minut i 14 dage. 3.1 DRIFTSINDSTILLINGER 3.2 SAMMENLIGNELIGHED Fig. 1: Testaflukker. Dimensioner: 2,25*1,75*0,9 m. Vægtykkelse: 60 mm. En konstant indvendig varmebelastning (se afsnit 3) og varierende udetemperaturer er fælles for alle tre aflukker. De tre airconditionere blev alle aktiveret, når indetemperaturen steg til over sætpunktet. De to testede airconditionere, som var on/off-styret, blev aktiveret med 100 % blæser- og kompressorhastighed. Den kapacitetsstyrede airconditioners blæser og kompressor kørte uafbrudt og blev styret i forhold til kølebehovet. For at sikre sammenlignelighed er testen udelukkende baseret på Dantherm-airconditionere med samme kølekapacitet (se tabel 1). Under henvisning til afsnit 3 skal alle tre enheder bortlede den samme varmebelastning på 800 kw. Køletype Model Kølekapacitet (W) Strøm AC-airconditioner, on/off-styret Dantherm AC-airconditioner * 230 V 50 Hz DC-airconditioner, on/off-styret Dantherm DC-airconditioner * 48 V DC DC-airconditioner, kapacitetsstyret Dantherm DC-airconditioner * 48 V DC *ved 35 C inde/35 C ude Tabel 1: Testenhedens egenskaber

4 hvidbog 4. TESTRESULTATER De data, der er vist i tabel 2, repræsenterer hele testperioden (se tabel 2) Køletype Strømforbrug (kwh) Indeks AC-airconditioner, on/off-styret DC-airconditioner, on/off-styret DC-airconditioner, kapacitetsstyret Tabel 2: Strømforbrug i de 14 dage testen varede. 4.1 Registrerede temperaturer og omdrejningstal Fig. 2-5 repræsenterer et tidsrum på 24 timer af testperioden. Registrerede vejrdata i perioden: oc. T-aflukke Co T-aflukke Co Fig. 2: Temperaturer for indblæsningsluft / aflukke for AC on/off. Fig. 3: Temperaturer for indblæsningsluft / aflukke for DC on/off. T-aflukke Co Fig. 4: Temperaturer for indblæsningsluft / aflukke for DC kapacitetsstyret Testenhed Fig. 5: Kompressorhastighed for alle enheder Indblæsnings temperatur Aflukketemperatur Kompressorens omdrejningshastighed AC-airconditioner, on/off-styret 8-24 C C DC-airconditioner, on/off-styret C C DC-airconditioner, kapacitetsstyret C C Tabel 3: Registreret temperatur og kompressorhastighed i 24 timer af testperioden.

5 hvidbog 5. SAMMENFATNING OG KONKLUSIONER 5.1 AC-aircondition, on/off-styret Testen viser, hvordan det on/off-styrede AC-airconditionsystem genererer en stabil indvendig indstillingstemperatur med en stor mængde køling i løbet af tilsvarende korte aktiveringsperioder (se fig. 2 og 5 + tabel 3). Med andre ord er temperaturudsvingene store, og den indstillede temperatur nås hurtigt. Fig. 5 illustrerer kompressorens driftslogik, aktiveret on/of ved 100% for denne enhed 5.2 DC-aircondition, on/off-styret Det on/off-styrede DC-airconditionsystem genererer en stabil indvendig indstillingstemperatur med lavere temperaturudsving end det on/off-styrede AC-airconditionsystems (se fig. 3 + tabel 3). Som anført i afsnit 5.1 illustrerer fig. 5 i samme grad kompressorens driftslogik, aktiveret on/off ved 100 % for denne enhed. 5.3 DC-aircondition, kapacitetsstyret Resultaterne for det kapacitetsstyrede DC-airconditionsystem viser nøjagtig samme indetemperaturområde som de to andre enheder - et godt bevis på de tre testede teknologiers ensartede effektivitet (se fig. 4 + tabel 3). Det interessante ved disse endelige testresultater er imidlertid indblæsningsluftens temperatur, som for den kapacitetsstyrede enhed varierer betydeligt mindre end de to andre enheders (se tabel 3). Dette er en klar påvisning af resultatet for kapacitetsstyret kompressor og blæserhastighed. Fig. 5 illustrerer, at kompressorens omdrejningstal reguleres i forhold til det tilstedeværende kølebehov. Dette betyder, at kompressoren kører stabilt ved nøjagtig den hastighed, der kræves for at opretholde kølesætpunktet, undtagen i en begrænset periode, hvor der er brug for ekstra køling. I den begrænsede periode, hvor omdrejningshastigheden for denne enhed øges, er det tydeligt, at hverken kompressor eller blæsere kører på fuld hastighed. Resultatet af denne driftsindstilling er mere stabile temperaturer og et betydeligt lavere strømforbrug, hvilket er illustreret i tabel konkluderende bemærkninger Formålet med denne undersøgelse var at klarlægge forskellene mellem tre forskellige, lige effektive airconditionsystemer, dog med forskellige strømkilder og kontrolstrategier for såvidt angår de undersøgte parametre for temperaturudsving og strømforbrug. Testresultaterne understøtter klart påstanden om, at kapacitetsstyrede DC-airconditionere genererer meget større besparelser end on/off-styrede DC-airconditionere og traditionelle AC-airconditionere. I en test over 14 dage under realistiske forhold anvendte DC-airconditioneren (kapacitetsstyret), DC-airconditioneren (on/off-styret) og AC-airconditioneren (on/off-styret) henholdsvis 62, 74 og 131 kwh til at køle identiske aflukker og varmebelastninger. Dette er en maksimal forskel i strømforbrug på mere end 100% (se tabel 2 indeksering), hvilket betyder væsentlige energibesparelser og reduceret slid på kompressor og blæsere. Endelig er DC-aircondition generelt et mere energivenligt og sikkert valg i ustabile elnet. Det konkluderes, at kapacitetsstyret DC-aircondition skaber større besparelser og øget stabilitet indenfor telekommunikation og elektronikkøling i omgivelser, der er ideelle for DC, sammenlignet med de beslægtede teknologier i denne undersøgelse.

6 DANTHERM COOLING UDVIKLER OG FREMSTILLER DRIFTSSIKKER, ENERGIEFFEKTIV VARMEBORTLEDNING TIL ELEKTRONIKKØLEINDUSTRIEN DANTHERM COOLING ER DEN FORETRUKNE PARTNER INDEN FOR ELEKTRONIKKØLING OG FØRENDE GLOBAL LEVERANDØR AF LØSNINGER TIL KLIMASTYRING Copyright 2015, Dantherm cooling holding A/S Alle rettigheder forbeholdes. Ingen del af denne publikation må gengives, distribueres eller overføres i nogen form eller på nogen måde, herunder fotokopiering, optagelse eller anden elektronisk eller mekanisk metode, uden forudgående skriftlig tilladelse fra udgiveren, undtagen i tilfælde af korte citater indeholdt i kritiske anmeldelser og visse andre ikke-kommercielle anvendelser, som er tilladt i henhold til lov om ophavsret.