一、制冷機(jī)組臺(tái)數(shù)控制通過對(duì)負(fù)荷側(cè)溫差及流量的測量，控制系統(tǒng)可獲悉總體的負(fù)荷需求，此時(shí)根據(jù)制冷機(jī)組的形式和特性，采用合理的臺(tái)數(shù)組合，可使多臺(tái)制冷機(jī)組的綜合能效達(dá)到最佳。以變頻離心式水冷機(jī)組為例，兩方面因素對(duì)臺(tái)數(shù)控制的邏輯存在影響。一是效率較高的工況分布于機(jī)組部分負(fù)荷的區(qū)間，二則為冷卻水溫的變化對(duì)機(jī)組特性曲線具有顯著的影響。 如下圖所示，運(yùn)行一臺(tái)機(jī)組的效率曲線與運(yùn)行兩臺(tái)的曲線，相交匯處（黑色圓點(diǎn)）即為增減臺(tái)數(shù)的最佳時(shí)機(jī)，同理可見兩臺(tái)增至三臺(tái)的切換點(diǎn)。而根據(jù)變頻離心機(jī)的特性，加機(jī)切換點(diǎn)通常低于額定輸出的90%。同時(shí)，隨著冷卻水溫度的降低，機(jī)組最佳能效的區(qū)間更加向部分負(fù)荷偏移，增減臺(tái)數(shù)的時(shí)機(jī)（黑色圓點(diǎn)）也顯著向左偏移, 加機(jī)切換點(diǎn)甚至低于70%負(fù)荷。 上述特性意味著，制冷機(jī)組的臺(tái)數(shù)控制邏輯，若能夠利用這兩個(gè)因素動(dòng)態(tài)地選擇增減機(jī)組的時(shí)機(jī)，則可發(fā)揮出潛在的節(jié)能空間。當(dāng)然，不同形式的機(jī)組，如風(fēng)冷、定頻、螺桿等，均具有各自的特性，或在系統(tǒng)中存在混合搭配的應(yīng)用，此時(shí)自控系統(tǒng)應(yīng)因地制宜的規(guī)劃臺(tái)數(shù)控制的邏輯，以提高設(shè)備效率，節(jié)約系統(tǒng)能耗。 冷水機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)控制圖 二、變頻風(fēng)扇及水泵的臺(tái)數(shù)控制具備變頻風(fēng)扇的冷卻塔以及變頻水泵，在數(shù)據(jù)中心冷源系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在控制此類機(jī)電設(shè)備時(shí)，除了根據(jù)被控對(duì)象進(jìn)行PID調(diào)速控制外，合理地增減臺(tái)數(shù)，也存在一定的節(jié)能空間。控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)設(shè)備廠家提供的效率曲線，在邏輯中定義頻率達(dá)低限后減少臺(tái)數(shù)，達(dá)高限后增加臺(tái)數(shù)。 三、低負(fù)荷運(yùn)行初期的節(jié)能控制數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷源于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多少，通常在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施完工后，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)會(huì)在一定時(shí)間里逐漸增加。而在初期階段，可能存在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量較少的一段時(shí)間。在這個(gè)時(shí)期，制冷系統(tǒng)的空氣側(cè)，可以通過與機(jī)房模塊或冷熱通道對(duì)應(yīng)的空調(diào)末端調(diào)整來滿足，而冷源側(cè)將面臨整體負(fù)荷較小，運(yùn)行1 1臺(tái)制冷機(jī)仍易進(jìn)入喘震區(qū)的問題。 在項(xiàng)目負(fù)荷低的初期，可以利用蓄冷罐來解決低負(fù)荷的問題，在控制和安全考慮周全后，有比較好的效果。從控制邏輯上，從1 1的主機(jī)備份關(guān)系，變?yōu)橹评錂C(jī)與蓄冷罐的備用關(guān)系。即當(dāng)蓄冷罐蓄冷量充足時(shí)，由蓄冷罐承擔(dān)負(fù)荷，至蓄冷罐剩余儲(chǔ)能接近當(dāng)前較小IT負(fù)荷所需的15或30分鐘緊急供應(yīng)量時(shí)，將之視為系統(tǒng)負(fù)荷的一部分，另制冷機(jī)組支持IT負(fù)荷的同時(shí)為它沖冷，此時(shí)制冷機(jī)組能也工作在較高出力狀態(tài)。 更嚴(yán)重的情況，若當(dāng)前IT負(fù)荷低至一臺(tái)制冷主機(jī)的20%，即便采用上述方法主機(jī)仍可能進(jìn)入喘震區(qū)。此時(shí)只能放棄備份關(guān)系，輪換使用主冷主機(jī)和蓄冷罐進(jìn)行制冷。即當(dāng)蓄冷罐蓄冷量充足時(shí)，完全依靠蓄冷罐放冷支持IT負(fù)荷，而當(dāng)蓄冷罐剩余儲(chǔ)能接近當(dāng)前較小IT負(fù)荷所需的15或30分鐘緊急供應(yīng)量時(shí)，啟用制冷主機(jī)。此時(shí)較小的IT負(fù)荷與需要充冷的蓄冷罐的整體需求，將適合由一臺(tái)制冷主機(jī)運(yùn)行在較高出力下進(jìn)行制冷，其能效亦較高。以此邏輯進(jìn)行交替，可渡過這一時(shí)期。 在上述過程中，蓄冷罐的放冷與充冷速度需要進(jìn)行一定的控制，這需根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為二次泵或一次泵的不同，來考慮具體使用水泵流量差或是閥門進(jìn)行控制。 四、制冷機(jī)組出水溫度控制IT負(fù)荷所能接受的溫濕度范圍，是一個(gè)較寬的范圍，用戶將根據(jù)所采用的IT設(shè)備，以及ASHRAE TC9.9的指引，對(duì)風(fēng)側(cè)設(shè)備的出風(fēng)溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)。而風(fēng)側(cè)的工況和水盤管的換熱能力，將劃定冷凍水的溫度范圍。在這一范圍下，較高的冷凍水供水將幫助制冷主機(jī)提高其能效。如設(shè)計(jì)冷凍水供水12度，則有機(jī)會(huì)提升至13度。但其過程，不僅僅是對(duì)制冷機(jī)組控制屏下達(dá)出水溫度設(shè)定值這么簡單，因供水溫度的變化，亦將影響自然冷卻模式，以不同的目標(biāo)進(jìn)行工作和室外條件判斷，牽涉多個(gè)邏輯模塊。需要系統(tǒng)級(jí)的節(jié)能策略進(jìn)行部署，因其復(fù)雜性，對(duì)運(yùn)維人員的工作能力和判斷能力都有更高的要求。 五、二次泵轉(zhuǎn)速控制二次泵的控制目標(biāo)是維持系統(tǒng)不利點(diǎn)壓差值，但不利點(diǎn)的位置具體應(yīng)設(shè)于何處，且設(shè)定值大小多少為宜，都影響著系統(tǒng)的表現(xiàn)和節(jié)能性。動(dòng)態(tài)平衡閥的應(yīng)用能夠一定程度上減輕不利點(diǎn)位置選擇的難度，但我們依然很難保證IT機(jī)房不存在熱點(diǎn)，也很難保證操作人員不會(huì)用調(diào)高壓差設(shè)定值的方法來簡單的解決問題。為解決這樣的問題，利用所有末端（精密空調(diào)或空氣處理機(jī)）的閥門開度，對(duì)系統(tǒng)壓差設(shè)定值進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，是一項(xiàng)值得嘗試的策略。當(dāng)然，其前提是控制系統(tǒng)可以獲得所有末端的開度信息。實(shí)施這項(xiàng)方法后，當(dāng)機(jī)房存在熱點(diǎn)時(shí)（即有部分空調(diào)末端的閥門已100%打開，卻仍不能滿足局部IT負(fù)荷），控制邏輯將小幅提高系統(tǒng)壓差設(shè)定值。而當(dāng)大部分閥門開度較低時(shí)（即多數(shù)通道負(fù)荷不高），控制邏輯可以小幅降低系統(tǒng)壓差設(shè)定值，進(jìn)而減少水泵功耗。 六、風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)節(jié)能控制采用IT設(shè)備的入口溫/濕度，而非回風(fēng)溫/濕度，作為控制精密空調(diào)或空氣處理機(jī)的依據(jù)。在冷熱通道未做隔離的IT機(jī)房，經(jīng)服務(wù)器風(fēng)扇排出的熱風(fēng)不一定能夠全部成為回風(fēng)，而有一部分與送風(fēng)發(fā)生混合。因此，回風(fēng)溫度與送風(fēng)溫度的差ΔT有所減小，而非我們所設(shè)計(jì)，此時(shí)若用以控制精密空調(diào)（或空氣處理機(jī)），將致使錯(cuò)誤的估計(jì)需求負(fù)荷。此外，相互臨近的精密空調(diào)單元之間，雙方的回風(fēng)有機(jī)會(huì)混合在一起，即雙方的溫濕度控制對(duì)這個(gè)區(qū)域同時(shí)存在影響。當(dāng)其中一臺(tái)單元提供更多的冷量時(shí)，可能迫使另一臺(tái)逐漸減小輸出，此消彼漲，最終導(dǎo)致不平衡的狀態(tài)。在IT設(shè)施的入口前安裝溫濕度傳感器，并用以控制冷源末端，可避免上述情況出現(xiàn)，令制冷系統(tǒng)的效率顯著改善。 七、水側(cè)自然冷卻間接自然冷卻形式下，將熱交換器與水冷制冷機(jī)組串聯(lián)的設(shè)計(jì)，逐漸被廣泛采納。在這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，系統(tǒng)的制冷模式可分為電制冷、部分自然冷卻，以及完全自然冷卻。切換不同模式的原則是在不影響主機(jī)安全運(yùn)行的情況下，盡量利用室外資源。 IT機(jī)房的環(huán)境溫度設(shè)計(jì)，將決定冷源系統(tǒng)的供水溫度設(shè)計(jì)，再根據(jù)熱交換器和冷卻塔的換熱效率，便可推算進(jìn)入完全自然冷卻的室外條件。例如，冷凍水12度供水，計(jì)入熱交換器的2度溫差和冷卻塔的4度換熱，則室外濕球溫度需低于6度方可選擇完全自然冷卻模式。在室外環(huán)境能夠達(dá)到完全自然冷卻之前，當(dāng)熱交換器可以提供低于冷源系統(tǒng)回水溫度（例如18度）時(shí)，即可運(yùn)行部分自然冷卻模式。位于冷水機(jī)組上游的熱交換器將承擔(dān)一部分負(fù)荷。室外環(huán)境是否能支持這一條件，也同樣是通過對(duì)室外環(huán)境的監(jiān)測來判斷的。 因此，控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置室外溫濕度傳感器，并計(jì)算出室外濕球溫度，用以控制在不同模式間的切換。值得注意的是：1）在部分自然冷卻模式下，應(yīng)避免熱交換器置換出的冷凍水溫迫近系統(tǒng)供水溫度，即避免熱交換器承擔(dān)過多的制冷輸出，而使冷水主機(jī)溫差過小，進(jìn)入喘震區(qū)；2）在部分自然冷卻模式下，進(jìn)入冷水主機(jī)冷凝器的冷卻水溫過低時(shí)，應(yīng)調(diào)整其流量，保證機(jī)組能夠維持正常工作；3）在部分自然冷卻和完全自然冷卻的臨界處，控制邏輯應(yīng)考慮室外氣候變化的規(guī)律，使系統(tǒng)不會(huì)頻繁進(jìn)入再退出完全自然冷卻模式，而避免主機(jī)頻繁啟停對(duì)其自身造成的傷害。 在三個(gè)不同的模式下，冷卻塔的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速服務(wù)于不同的參考點(diǎn)，這需要系統(tǒng)級(jí)的控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)。在完全自然冷卻時(shí)其最終目標(biāo)是穩(wěn)定的、符合設(shè)計(jì)的冷凍水供水溫度；在部分自然冷卻時(shí)，是安全的、避免制冷主機(jī)負(fù)荷過低的板換冷凍水出水溫度；而在電制冷模式下，是當(dāng)前室外濕球條件下盡可能低的冷卻水溫度（依據(jù)典型的設(shè)備規(guī)格計(jì)算，盡力使用冷卻塔風(fēng)扇所消耗的能源，較之所降低的冷卻水為冷水主機(jī)帶來的節(jié)能量，后者更多。當(dāng)然亦可通過平臺(tái)級(jí)的節(jié)能策略根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析后再進(jìn)行優(yōu)化）。 （文章摘自《數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)白皮書》，如需購買或轉(zhuǎn)載請(qǐng)發(fā)送留言至本公眾號(hào)，將有工作人員與您聯(lián)系）   |
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