数据中心水冷空调冷源系统的节能运行

数据中心水冷空调冷源系统的节能运行

发表时间：2019-07-09T11:55:41.747Z 来源：《电力设备》2019年第6期作者：张树江[导读] 摘要：空调冷源系统耗电在数据中心总用电量中占比接近一半。

（浙江当代发展建筑设计院有限公司浙江杭州 310000）摘要：空调冷源系统耗电在数据中心总用电量中占比接近一半。本文主要针对现有的数据中心空调冷源系统，通过对水冷系统经济运行模式的研究分析，提出了多种行之有效的节能运行策略，可显著地降低系统运行费用，同时为今后数据中心水冷系统的节能减排起到重要的示范作用。

关键词：数据中心；空调冷源系统；经济运行；节能引言

数据中心冷源自控系统对冷水机组等机电设备进行节能控制和能效管理。系统采用动态规划控制策略，采集系统的温度、压力、流量、电流等参数，自动调整运行参数，调度各设备到最佳运行点，最大限度节约系统运行能耗。同时，系统实时采集和记录各设备的能耗状况，对系统能耗进行动态计算和分析，并通过节能管理软件对历史数据进行分析，为优化系统运行策略和运行参数提供决策支持。 1双冷源系统的引入

1.1水冷型冷冻水系统

水冷型冷冻水系统是依赖冷却塔—冷冻机组—水冷精密空调的冷却水冷冻水双循环。在良好的设计和施工下，水冷系统非常可靠，并且可以通过串联或并联板式换热器进行冬季工况下的自然冷却。由于冷冻机组的技术限制，会发生“喘振”的情况，但近些年通过“大小机”的配置已经解决此类问题。当选择开示冷却塔时，冷却水回路为开示水循环，需要大量补水，意味着系统依赖于市政水源。

1.2.风冷型冷冻水系统

相对于水冷型冷冻水系统，风冷型冷冻水系统减少了冷却塔及冷却水回路，是依赖风冷型冷冻机组水冷精密空调的冷冻水循环。与水冷型冷冻水系统一样，在良好的设计和施工下，水冷系统非常可靠，并且可以通过串联或并联板式换热器进行冬季工况下的自然冷却。风冷型冷冻机组没有低负载“喘振”的问题，也不依赖于市政水源（因为没有冷却水回路，冷冻水回路又是闭式水循环）。然而，风冷型冷冻机组自身能耗要略高于水冷型冷冻水系统。

1.3冷却水系统

相对于水冷型冷冻水系统，冷却水系统减少了冷冻机和冷冻水回路，是依赖冷却水塔—水冷精密空调的冷却水循环。与前两个系统相同，在良好的设计和施工下，水冷系统非常可靠。当选择开示冷却塔时，冷却水回路为开示水循环，需要大量补水，意味着本系统依赖于市政水源。冬季工况下直接进行自然冷却，但是在夏季工况下，无法满足数据中心的全部制冷需求。

1.4风冷系统（直接膨胀式）

风冷系统是依赖蒸发—压缩—冷凝—膨胀的闭式制冷剂循环。每一台风冷精密空调均独立运行，互不影响。风冷系统不适用于大规模数据中心，且不能搭载水侧自然冷却。 2数据中心冷源自控系统控制方式与逻辑冷源自控系统控制逻辑一般涉及以下几个方面：机组加机、机组减机、机组保护功能、一次泵变频及台数控制、冷却塔控制、冷却水变流量节能控制、自然供冷FreeCooling控制及末端控制等。

2.1机组加机

当系统末端负荷增加，系统末端的压差会有相应的减少，控制系统接收到相应的压差变化，调节水泵的频率，增加一次变频泵的水量。由于离心式冷水机组能够接受40％～120％的水量变化（实际应用中推荐为50%），即一次水泵的流量可一直增加到120％，因此满足系统负荷增加的需求。同时由于离心机组能够锁定出水温度，当冷冻水量上升时，离心机组感应到水量的变化，此时离心机组根据自身负荷调节能力加载制冷负荷。当该台冷冻机的系统负荷上升到其电流百分比％FLA的95%时（可调），控制系统启动另外机组加机延时5min （可根据实际情况调整），在这启动延时期后，如果％FLA>90%，且K1>200（K1=（冷冻水出水温度-冷冻水出水温度的设定值）/0.0015），则说明单台机组和水泵的满载运行已不足以满足系统负荷值，且冷冻水出水温度不会稳定在设定值上，此时需要开启第二台机组。当确定需要加载冷水机组时，为了避免加载时由于水流波动造成保护性停机，需先将正在运行机组的制冷量降到额定制冷量的50%，调整旁通阀流量设定值，然后开启一台冷水泵，逐渐（2～3min）打开加载冷水机组的隔离阀，待隔离阀全开时，开启加载冷水机组，解除制冷量限定。

2.2机组减机

当系统负荷变小时，末端的压差增加，总的回水温度会相应降低，蒸发温度也降低。首先机组会降低自身的制冷能力来适应该变化，当已运行机组降低的制冷量总计达到单台机组的最大容量时，说明可以减少运行机组，让剩下的运行机组提高制冷量运行在较高负载工况下（由前面机组特性知道，机组在较高负载下可以有较好的能效比）。在不同的运行台数下，用以判断减少机组的％FLA是不同的。如果％FLA<减机的%FLA设定值，且K2>200（K2=（冷冻水出水温度的设定值-冷冻水出水温度）/0.0015）时，则说明可以减少机组来满足系统负荷值，冷冻水回水温度不会稳定在回水温度设定值上。这样选定需要停止的机组关闭，经过一定时间后，关闭其辅助设备。当频率降低到极限值时，程序控制继续卸载离心机组并关闭其相关附件。

2.3冷却塔控制

控制系统根据冷却塔出水温度自动控制冷却塔风扇的开启台数，尽量在允许的范围内降低冷却塔出水温度。根据冷却塔供水温度控制冷却塔开启台数，保证冷却水温度控制的准确性，冷却塔的风扇可轮流开启、自动排序、自动投入。冷却水塔水盘应有液位传感器监控以确保冷却塔内的冷却水水位。当水位开关监测到塔内液位低于或高于设定值时会发出报警信号，提示操作人员第一时间给出相应的解决措施。系统根据室外温湿度计算湿球温度Twet，而通过冷却塔通风换热冷却水供水温度可以达到Twet+Δt℃（通常取3℃的温差为参考值），故以Twet+Δt℃作为冷却水温度的控制设定值Tdcwt，尽量使冷却水供水温度达到或接近该设定值，系统同时对冷水机组的冷却水进水温度进行监视。

3以可靠为导向，且兼顾节能为前提

我们认为第四种