数据中心AHU风墙系统与冷站BA系统的控制

(江苏达海智能系统股份有限公司, 上海 200433)

0 引 言

目前,我国数据中心最常用的自然冷却手段是利用室外空气某些时段的低焓值对机房内IT设备进行冷却。AHU风墙技术是一种新风自然冷却技术,当室外空气温度低于室内温度并且达到设计工况值时引入室外新风,将机房模块内热量带走,停止机械制冷或部分使用机械制冷,达到机房内温度降低的目的[1-2]。

数据中心所有节能措施的前提是安全,包括空气质量的保证和空调设备本身的安全。本文主要讨论风墙控制的逻辑,以保证风墙模式的合理应用和空调系统的可靠运行。

1 AHU风墙方式下制冷系统的BA控制模式

空气处理机组(AHU)风墙系统一般由进风单元、加湿单元、风墙单元、排风单元、回风单元和控制单元组成,控制系统内置4种运行模式:回风模式,新风模式,混风模式,AHU防冻混风模式。

采用AHU风墙技术的数据中心,每个数据模块内AHU风墙单元一般是通过N+X方式冗余配置,通过风墙群控控制器实现群控管理和控制,群控控制器采用1+1热备冗余配置。数据中心内所有机房模块的群控控制单元与数据中心的冷站控制单元连接,实现整个数据中心制冷系统的集成联动控制。群控控制器通过采集室内外环境参数,判断风墙系统的工作模式,每个数据模块内的风墙进风阀、机房回风阀、机房排风阀均由群控控制器控制,群控控制器对AHU单元的冷冻水阀、加湿、EC风机阵列组等进行控制,实现不同的工作模式(回风、新风、混风模式由群控控制器决定),并发出信号给冷站BA控制系统。冷站控制通过判断各模块群控控制器的信息,将冷站设备设定到相应的模式工况。在混风模式下,冷站BA系统根据蓄冷罐温度可以对风墙群控控制发出“防冻”需求,群控控制器在运行混风模式下切换进入防冻混风模式,强制风墙单元的电动水阀小流量开启,通过与机房内换热,小负荷给蓄冷罐加热,这样不会太多干扰到AHU风墙单元的控制。风墙系统的其他设备仍延续混风模式下运行状态,提高冬季寒冷天气下水系统设备的安全性[3-4]。

2 AHU风墙控制系统与冷站BA系统的信号指令交互

(1) 回风模式:风墙群控器自行确定模式,并发送给BA系统两个DO信号(回风模式准备、回风模式确认),此模式下AHU风墙系统全部利用冷盘管,采用机械制冷方式对室内空气进行降温。

(2) 新风模式:风墙群控器自行确定模式,并发送给BA系统两个DO信号(新风模式准备、新风模式确认),此模式下AHU风墙系统全部利用新风对室内空气进行降温控制。

(3) 混风模式:风墙群控器自行确定模式,并发送给BA系统两个DO信号(混风模式准备、混风模式确认),此模式下AHU风墙系统利用新风和回风混合对室内空气进行降温。

(4) 防冻混风模式:风墙群控器接收到BA系统进行防冻模式(对蓄冷加热)命令,这时AHU单元将阀门进行小开度设定,根据室内温度进行新风阀、回风阀调节控制(新回风反比例进行混风),通过混风(利用室内服务器热量)对冷盘管进行加热控制;排风阀调节控制,根据室内外压差调节排风阀开度。

3 冷站BA系统的控制策略

风墙群控器将运行模式通知BA系统,BA系统根据风墙群控器的模式进行冷水机组、循环水泵的监控模式切换,满足制冷模式的正常运行。

3.1 回风模式冷站监控

回风模式冷站监控流程如图1所示。

(1) 风墙群控器发出“准备进入回风模式”信号DO给BA系统,BA系统程序确认冷机系统可以启动,即发给风墙群控器“冷机系统准备启动”信号DO。

(2) BA系统命令冷机运行,空调泵运行,检测空调总管进出水温度、压力、流量,BA系统确认这些参数满足风墙群控器运行需求后发给风墙群控器“冷机系统正常运行”信号DO,风墙群控器开始按照回风模式运行。

图1 回风模式冷站监控流程

(3) 风墙群控器确认回风模式正常运行,发给BA系统风墙群控器“确认进入回风模式”信号DO。至此,回风模式切换完毕。

3.2 新风模式冷站监控

新风模式冷站监控流程如图2所示。

(1) 风墙群控器发出“准备进入新风模式”信号DO给BA系统,BA系统程序确认冷机系统可以关机,即发给风墙群控器“冷机系统准备停机”信号DO。

(2) BA系统命令冷机停止运行,空调泵延时停止运行,BA系统确认冷机、空调水泵停机后发给风墙群控器“冷机系统正常停机”信号DO,风墙群控器即开始按照新风模式运行。

(3) 风墙群控器确认新风模式正常运行,发给BA系统风墙群控器“确认进入新风模式”信号DO。至此,新风模式切换完毕。

图2 新风模式冷站监控流程

3.3 混风模式冷站监控

混风模式冷站监控流程如图3所示。

(1) 风墙群控器发出“准备进入混风模式”信号DO给BA系统,BA系统程序确认冷机系统可以关机(或已经处于关机状态),即发给风墙群控器“冷机系统准备关机”信号DO。

(2) BA系统命令冷机停止运行,空调泵延时停机运行(或已经处于关机状态),BA系统确认冷机、空调水泵停机后发给风墙群控器“冷机系统正常关机”信号DO,风墙群控器即开始按照混风模式运行。

(3) 风墙群控器确认混风模式正常运行,发给BA系统风墙群控器“确认进入混风模式”信号DO。至此,混风模式切换完毕。

3.4 防冻混风模式冷站监控

防冻混风模式冷站监控流程如图4所示。

(1) BA系统检测到蓄冷罐内温度低于设定报警值,对风墙群控器发出“防冻准备命令”信号DO。

图3 混风模式冷站监控流程

(2) 风墙群控器确认收到命令信号后即向BA系统发出“防冻模式准备”反馈信号DO,风墙群控器通知AHU控制单元低流量开启电动二通阀开度至设定值,确认电动二通阀已经开启到位,即向BA系统发出“防冻模式完成”反馈信号DO。

(3) BA系统开启空调泵,对蓄冷罐进行加热,检测到蓄冷罐温度达到设定要求后,取消风墙群控器防冻混风模式指令,命令空调水泵关机。至此,防冻(混风)模式切换完毕。

4 结 语

AHU风墙可以比较充分地利用室外空气的低焓值对IT设备进行冷却,除了空气净化处理外,对空调系统(包括AHU风墙水机组)运行模式进行控制,尤其是对蓄冷系统采取防冻保护,因此要对BA控制系统进行合理设计和管理。

图4 防冻混风模式冷站监控流程

[1]数据中心设计规范:GB50174—2017[S].

[2]数据中心制冷与空调设计标准:T/CECS487—2017[S].

[3]彭殿贞.绿色数据中心空调设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2015.

[4]刘秋新.暖通空调节能技术与工程应用[M].北京:机械工业出版社,2016.