淺談數(shù)據(jù)中心空調(diào)機(jī)房群控及節(jié)能

洪宇翔（南京邁燕房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 江蘇 南京 210000）

關(guān)鍵字：設(shè)備選型；群控設(shè)置；節(jié)能

0 引言

隨著信息化社會(huì)高速發(fā)展，中國大力實(shí)施網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略、大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略和互聯(lián)網(wǎng)加行動(dòng)計(jì)劃，數(shù)據(jù)中心進(jìn)入了一個(gè)高速蓬勃的建設(shè)階段。數(shù)據(jù)中心是全球協(xié)作的特定網(wǎng)絡(luò)，用于在因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上傳遞，加速，展示計(jì)算，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)中心作為一個(gè)高耗能高精密的信息載體，需要全年制冷，能耗巨大，因此節(jié)能和穩(wěn)定成為數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，施工，運(yùn)維一個(gè)全生命周期的指導(dǎo)思想。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

南京市某數(shù)據(jù)中心，總建筑面積3.1 萬m2，地上8 層，地下2 層，擬建3300 個(gè)機(jī)柜，按照A 級(jí)機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)置5 臺(tái)離心機(jī)組（2 臺(tái)1000 冷噸低壓變頻，2 臺(tái)2200 冷噸高壓機(jī)組，1 臺(tái)1700 冷噸高壓機(jī)組），10 臺(tái)橫流開式冷卻塔，2 套冰蓄冷設(shè)備、4 臺(tái)板換及相關(guān)配套水泵。首期運(yùn)行1~3 層，二期運(yùn)行4~8 層。該項(xiàng)目位于長江中下游，冬季時(shí)間較短（全天溫度小于8.5℃時(shí)間），約45~60 天采用冷卻塔進(jìn)行全熱交換方式進(jìn)行空調(diào)制冷。

2 設(shè)備選型

空調(diào)系統(tǒng)主要用電設(shè)備為：空調(diào)機(jī)組、水泵、冷卻塔等，且數(shù)據(jù)中心空調(diào)機(jī)房用電約占項(xiàng)目整體用電負(fù)荷的25%，因此合理選擇設(shè)備至關(guān)重要?？照{(diào)機(jī)組采用離心機(jī)組，設(shè)置3 臺(tái)高壓機(jī)組和2臺(tái)低壓機(jī)組，其中1700 冷噸機(jī)組為備用機(jī)組。數(shù)據(jù)中心空調(diào)機(jī)組一年使用時(shí)間約10 個(gè)月，負(fù)荷相對(duì)比較固定，只有在過渡季節(jié)和早晚溫差會(huì)存在部分負(fù)荷變化，建議選擇一級(jí)能效空調(diào)機(jī)組。以1700 冷噸機(jī)組為例，本次選用1 級(jí)能效空調(diào)機(jī)組（COP 值6.4），而2 級(jí)能效空調(diào)機(jī)組（COP 值6.1），價(jià)差5%左右，經(jīng)測(cè)算大約3~5 年就可以收回投資成本?？照{(diào)機(jī)組電壓等級(jí)不同，機(jī)組啟動(dòng)方式有所區(qū)別，高壓機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行電流較小，建議采用電抗啟動(dòng)以節(jié)約造價(jià)；低壓機(jī)組啟動(dòng)電流大，建議采用變頻啟動(dòng)，減少對(duì)電網(wǎng)沖擊。

水泵主要涉及冷凍泵、冷卻泵和補(bǔ)水泵，功率比較大。本項(xiàng)目冷凍泵功率為：75KW、132KW、200KW；冷卻泵功率為75KW、160KW；補(bǔ)水泵功率為：2.2KW、37KW；其中冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔補(bǔ)水泵(37KW) 屬于持續(xù)負(fù)荷，是根據(jù)壓力、溫度調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，宜選用變頻控制、高能效電機(jī)。

冷卻塔是空調(diào)系統(tǒng)降低能效重要設(shè)備，夏季冷卻塔主要用于冷卻主機(jī)，在冬季采用全熱交換進(jìn)行空調(diào)制冷。該設(shè)備主要通過風(fēng)機(jī)運(yùn)行散熱，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率是根據(jù)冷卻水供回水溫差進(jìn)行變頻控制，特別是冬季能耗降低較為明顯，宜選用變頻控制、高能效電機(jī)。

3 群控設(shè)置及節(jié)能

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的效果很大程度上取決于群控的設(shè)計(jì)，因此理解設(shè)備原理及相關(guān)參數(shù)，領(lǐng)會(huì)暖通設(shè)計(jì)意圖，運(yùn)用自動(dòng)化控制方式，三者結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)群控系統(tǒng)人工智能。

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行基本邏輯

（1） 夏季系統(tǒng)啟動(dòng)順序：冷卻塔進(jìn)出水電動(dòng)閥—冷機(jī)的電動(dòng)閥—冷機(jī)冷凍及冷卻側(cè)進(jìn)入主管的切換電動(dòng)閥—冷卻水泵—冷凍水泵—冷卻塔風(fēng)機(jī)—冷機(jī)；系統(tǒng)停車順序：冷機(jī)—冷卻塔風(fēng)機(jī)—冷凍水泵—冷卻水泵—冷機(jī)冷凍及冷卻側(cè)進(jìn)入主管的切換電動(dòng)閥—冷機(jī)的電動(dòng)閥及相應(yīng)冷卻塔進(jìn)出水電動(dòng)閥。

（2） 冬季運(yùn)行模式相對(duì)簡(jiǎn)單，取消冷機(jī)，調(diào)整為板換進(jìn)行換熱，其它順序與夏季基本相同。在實(shí)施過程中，需依據(jù)暖通設(shè)計(jì)圖紙以及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行延遲啟動(dòng)，一般設(shè)置延遲時(shí)間5~10秒，具體需在模擬運(yùn)行和聯(lián)機(jī)試運(yùn)行中確定。

3.2 設(shè)備切換及加減機(jī)功能

為使水泵、空調(diào)機(jī)組、冷卻塔壽命周期利用最大化，利用等壽命運(yùn)行原則，采用軟件程序記錄設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，選擇運(yùn)行時(shí)間短的設(shè)備作為下一次啟動(dòng)對(duì)象以達(dá)到延長壽命的目。這樣設(shè)計(jì)方式相對(duì)簡(jiǎn)單，從長遠(yuǎn)看，選擇隨機(jī)時(shí)間切換比固定時(shí)間切換程序和邏輯上簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。對(duì)于空調(diào)冷負(fù)荷比較固定時(shí)，設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)切換功能，建議當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長設(shè)置提示要求半自動(dòng)和手動(dòng)切換機(jī)組。設(shè)備加減功能：合理分配負(fù)荷，加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行效率，延長設(shè)備壽命周期。以冷水機(jī)組為例：大部分冷水機(jī)組采用的加減機(jī)組方式是以供回水溫差計(jì)算制冷量，來確定是否需要加減機(jī)組。這樣做法理論上合理，但是溫度傳感器自身存在誤差以及使用老化的問題，因此隨著時(shí)間推移將影響制冷量準(zhǔn)備性，影響加減機(jī)組設(shè)置。該項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組為離心式空調(diào)機(jī)組，采用變頻或?qū)Я魅~片調(diào)節(jié)空調(diào)制冷量，機(jī)組的最佳工況為30%~90%，并根據(jù)機(jī)組自帶控制柜采集運(yùn)行效率參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在設(shè)備最佳工況范圍外運(yùn)行10min 以上后自動(dòng)加減載機(jī)組。該方式數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，但需要廠家開放部分協(xié)議。冷卻塔一般采用多模塊機(jī)組，數(shù)據(jù)中心冷卻塔數(shù)量較多，采用設(shè)備運(yùn)行效率參數(shù)加減設(shè)備的邏輯關(guān)系比較復(fù)雜，所以采用冷卻水供水溫差階梯范圍確定加減功能。

3.3 變頻控制

變頻是節(jié)能的主要手段，但是不合理的變頻將產(chǎn)生安全事故。冷卻水泵和冷卻塔補(bǔ)水泵適合采用變頻控制，而冷凍泵變頻控制的節(jié)能效果一般。以冷凍泵為例，空調(diào)機(jī)組制冷量根據(jù)供回水溫差調(diào)節(jié)，冷凍泵運(yùn)行需滿足最不利壓力確保揚(yáng)程無余量。最不利點(diǎn)若在頂層，冷凍泵采用設(shè)計(jì)揚(yáng)程和流量工作，接近工頻運(yùn)行；若在其它層，最不利點(diǎn)壓力發(fā)生變化，將采用變頻調(diào)整葉輪轉(zhuǎn)速滿足最不利點(diǎn)的壓力，因此僅在數(shù)據(jù)中心初期冷凍泵變頻會(huì)產(chǎn)生節(jié)能效果。最不利點(diǎn)在樓層末端，采集此處節(jié)點(diǎn)信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，穩(wěn)定較差，需折算泵出口壓力，即出口壓力=工作壓力+末端靜壓力+水力損失。

3.4 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控及處理

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控主要目的是對(duì)設(shè)備故障一個(gè)預(yù)控過程。大部分項(xiàng)目都會(huì)對(duì)設(shè)備溫度、流量、壓力、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)生與預(yù)設(shè)值不符時(shí)將自動(dòng)報(bào)警，出線嚴(yán)重偏離將自動(dòng)或手動(dòng)方式退出，并啟動(dòng)備用機(jī)組，而傳感器件和電動(dòng)閥僅限于對(duì)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控。本次增設(shè)對(duì)傳感器和電動(dòng)閥電源監(jiān)控，每層設(shè)置專門電源控制箱，監(jiān)控出線開關(guān)電源狀態(tài)，減少傳感器和電動(dòng)閥失電對(duì)群控系統(tǒng)的影響。電源控制箱同時(shí)具備手自動(dòng)關(guān)閉電動(dòng)閥功能，在群控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)候，可以進(jìn)行就地切換?？照{(diào)機(jī)房輔助用電（冷凍泵、冷卻泵、群控用電）采用UPS 供電，所以本項(xiàng)目將UPS 和電池運(yùn)行狀態(tài)載入群控平臺(tái)，防止出現(xiàn)UPS 故障導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)癱瘓。在樓層設(shè)置電動(dòng)閥門和壓力傳感器，若樓層空調(diào)出現(xiàn)爆管或者影響其他樓層將通過自動(dòng)或者手動(dòng)立刻切除閥門。設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控具備預(yù)警功能，只有詳細(xì)了解設(shè)備參數(shù)，全面加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，方可提高空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

綜上所述，只有合理設(shè)備選型，理解設(shè)備原理及參數(shù)，領(lǐng)會(huì)暖通設(shè)計(jì)意圖，運(yùn)用自動(dòng)化控制理論，才能加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心空調(diào)機(jī)房群控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果。