一、制冷機組臺數(shù)控制通過對負荷側溫差及流量的測量，控制系統(tǒng)可獲悉總體的負荷需求，此時根據(jù)制冷機組的形式和特性，采用合理的臺數(shù)組合，可使多臺制冷機組的綜合能效達到最佳。以變頻離心式水冷機組為例，兩方面因素對臺數(shù)控制的邏輯存在影響。一是效率較高的工況分布于機組部分負荷的區(qū)間，二則為冷卻水溫的變化對機組特性曲線具有顯著的影響。 如下圖所示，運行一臺機組的效率曲線與運行兩臺的曲線，相交匯處（黑色圓點）即為增減臺數(shù)的最佳時機，同理可見兩臺增至三臺的切換點。而根據(jù)變頻離心機的特性，加機切換點通常低于額定輸出的90%。同時，隨著冷卻水溫度的降低，機組最佳能效的區(qū)間更加向部分負荷偏移，增減臺數(shù)的時機（黑色圓點）也顯著向左偏移, 加機切換點甚至低于70%負荷。 上述特性意味著，制冷機組的臺數(shù)控制邏輯，若能夠利用這兩個因素動態(tài)地選擇增減機組的時機，則可發(fā)揮出潛在的節(jié)能空間。當然，不同形式的機組，如風冷、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用，此時自控系統(tǒng)應因地制宜的規(guī)劃臺數(shù)控制的邏輯，以提高設備效率，節(jié)約系統(tǒng)能耗。 冷水機組開啟臺數(shù)控制圖 二、變頻風扇及水泵的臺數(shù)控制具備變頻風扇的冷卻塔以及變頻水泵，在數(shù)據(jù)中心冷源系統(tǒng)中應用廣泛。在控制此類機電設備時，除了根據(jù)被控對象進行PID調速控制外，合理地增減臺數(shù)，也存在一定的節(jié)能空間?？刂葡到y(tǒng)應根據(jù)設備廠家提供的效率曲線，在邏輯中定義頻率達低限后減少臺數(shù)，達高限后增加臺數(shù)。 三、低負荷運行初期的節(jié)能控制數(shù)據(jù)中心的負荷源于數(shù)據(jù)業(yè)務的多少，通常在數(shù)據(jù)中心基礎設施完工后，數(shù)據(jù)業(yè)務會在一定時間里逐漸增加。而在初期階段，可能存在數(shù)據(jù)業(yè)務量較少的一段時間。在這個時期，制冷系統(tǒng)的空氣側，可以通過與機房模塊或冷熱通道對應的空調末端調整來滿足，而冷源側將面臨整體負荷較小，運行1 1臺制冷機仍易進入喘震區(qū)的問題。 在項目負荷低的初期，可以利用蓄冷罐來解決低負荷的問題，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的主機備份關系，變?yōu)橹评錂C與蓄冷罐的備用關系。即當蓄冷罐蓄冷量充足時，由蓄冷罐承擔負荷，至蓄冷罐剩余儲能接近當前較小IT負荷所需的15或30分鐘緊急供應量時，將之視為系統(tǒng)負荷的一部分，另制冷機組支持IT負荷的同時為它沖冷，此時制冷機組能也工作在較高出力狀態(tài)。 更嚴重的情況，若當前IT負荷低至一臺制冷主機的20%，即便采用上述方法主機仍可能進入喘震區(qū)。此時只能放棄備份關系，輪換使用主冷主機和蓄冷罐進行制冷。即當蓄冷罐蓄冷量充足時，完全依靠蓄冷罐放冷支持IT負荷，而當蓄冷罐剩余儲能接近當前較小IT負荷所需的15或30分鐘緊急供應量時，啟用制冷主機。此時較小的IT負荷與需要充冷的蓄冷罐的整體需求，將適合由一臺制冷主機運行在較高出力下進行制冷，其能效亦較高。以此邏輯進行交替，可渡過這一時期。 在上述過程中，蓄冷罐的放冷與充冷速度需要進行一定的控制，這需根據(jù)系統(tǒng)結構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行控制。 四、制冷機組出水溫度控制IT負荷所能接受的溫濕度范圍，是一個較寬的范圍，用戶將根據(jù)所采用的IT設備，以及ASHRAE TC9.9的指引，對風側設備的出風溫度進行設計。而風側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提高其能效。如設計冷凍水供水12度，則有機會提升至13度。但其過程，不僅僅是對制冷機組控制屏下達出水溫度設定值這么簡單，因供水溫度的變化，亦將影響自然冷卻模式，以不同的目標進行工作和室外條件判斷，牽涉多個邏輯模塊。需要系統(tǒng)級的節(jié)能策略進行部署，因其復雜性，對運維人員的工作能力和判斷能力都有更高的要求。 五、二次泵轉速控制二次泵的控制目標是維持系統(tǒng)不利點壓差值，但不利點的位置具體應設于何處，且設定值大小多少為宜，都影響著系統(tǒng)的表現(xiàn)和節(jié)能性。動態(tài)平衡閥的應用能夠一定程度上減輕不利點位置選擇的難度，但我們依然很難保證IT機房不存在熱點，也很難保證操作人員不會用調高壓差設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（精密空調或空氣處理機）的閥門開度，對系統(tǒng)壓差設定值進行動態(tài)修正，是一項值得嘗試的策略。當然，其前提是控制系統(tǒng)可以獲得所有末端的開度信息。實施這項方法后，當機房存在熱點時（即有部分空調末端的閥門已100%打開，卻仍不能滿足局部IT負荷），控制邏輯將小幅提高系統(tǒng)壓差設定值。而當大部分閥門開度較低時（即多數(shù)通道負荷不高），控制邏輯可以小幅降低系統(tǒng)壓差設定值，進而減少水泵功耗。 六、風系統(tǒng)相關節(jié)能控制采用IT設備的入口溫/濕度，而非回風溫/濕度，作為控制精密空調或空氣處理機的依據(jù)。在冷熱通道未做隔離的IT機房，經服務器風扇排出的熱風不一定能夠全部成為回風，而有一部分與送風發(fā)生混合。因此，回風溫度與送風溫度的差ΔT有所減小，而非我們所設計，此時若用以控制精密空調（或空氣處理機），將致使錯誤的估計需求負荷。此外，相互臨近的精密空調單元之間，雙方的回風有機會混合在一起，即雙方的溫濕度控制對這個區(qū)域同時存在影響。當其中一臺單元提供更多的冷量時，可能迫使另一臺逐漸減小輸出，此消彼漲，最終導致不平衡的狀態(tài)。在IT設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、水側自然冷卻間接自然冷卻形式下，將熱交換器與水冷制冷機組串聯(lián)的設計，逐漸被廣泛采納。在這種系統(tǒng)結構下，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安全運行的情況下，盡量利用室外資源。 IT機房的環(huán)境溫度設計，將決定冷源系統(tǒng)的供水溫度設計，再根據(jù)熱交換器和冷卻塔的換熱效率，便可推算進入完全自然冷卻的室外條件。例如，冷凍水12度供水，計入熱交換器的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)境能夠達到完全自然冷卻之前，當熱交換器可以提供低于冷源系統(tǒng)回水溫度（例如18度）時，即可運行部分自然冷卻模式。位于冷水機組上游的熱交換器將承擔一部分負荷。室外環(huán)境是否能支持這一條件，也同樣是通過對室外環(huán)境的監(jiān)測來判斷的。 因此，控制系統(tǒng)應設置室外溫濕度傳感器，并計算出室外濕球溫度，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過多的制冷輸出，而使冷水主機溫差過小，進入喘震區(qū)；2）在部分自然冷卻模式下，進入冷水主機冷凝器的冷卻水溫過低時，應調整其流量，保證機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，控制邏輯應考慮室外氣候變化的規(guī)律，使系統(tǒng)不會頻繁進入再退出完全自然冷卻模式，而避免主機頻繁啟停對其自身造成的傷害。 在三個不同的模式下，冷卻塔的風扇轉速服務于不同的參考點，這需要系統(tǒng)級的控制策略進行協(xié)調。在完全自然冷卻時其最終目標是穩(wěn)定的、符合設計的冷凍水供水溫度；在部分自然冷卻時，是安全的、避免制冷主機負荷過低的板換冷凍水出水溫度；而在電制冷模式下，是當前室外濕球條件下盡可能低的冷卻水溫度（依據(jù)典型的設備規(guī)格計算，盡力使用冷卻塔風扇所消耗的能源，較之所降低的冷卻水為冷水主機帶來的節(jié)能量，后者更多。當然亦可通過平臺級的節(jié)能策略根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析后再進行優(yōu)化）。 （文章摘自《數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)節(jié)能技術白皮書》，如需購買或轉載請發(fā)送留言至本公眾號，將有工作人員與您聯(lián)系）   |
|
|
