浅谈数据中心空调机房群控及节能

2019-11-28洪宇翔南京迈燕房地产开发有限公司江苏南京210000

建材发展导向 2019年24期

洪宇翔（南京迈燕房地产开发有限公司江苏南京 210000）

关键字：设备选型；群控设置；节能

0 引言

随着信息化社会高速发展，中国大力实施网络强国战略、大数据战略和互联网加行动计划，数据中心进入了一个高速蓬勃的建设阶段。数据中心是全球协作的特定网络，用于在因特网网络基础设施上传递，加速，展示计算，存储数据信息。数据中心作为一个高耗能高精密的信息载体，需要全年制冷，能耗巨大，因此节能和稳定成为数据中心空调系统设计，施工，运维一个全生命周期的指导思想。

1 项目简介

南京市某数据中心，总建筑面积3.1 万m2，地上8 层，地下2 层，拟建3300 个机柜，按照A 级机房标准设计。空调系统设置5 台离心机组（2 台1000 冷吨低压变频，2 台2200 冷吨高压机组，1 台1700 冷吨高压机组），10 台横流开式冷却塔，2 套冰蓄冷设备、4 台板换及相关配套水泵。首期运行1~3 层，二期运行4~8 层。该项目位于长江中下游，冬季时间较短（全天温度小于8.5℃时间），约45~60 天采用冷却塔进行全热交换方式进行空调制冷。

2 设备选型

空调系统主要用电设备为：空调机组、水泵、冷却塔等，且数据中心空调机房用电约占项目整体用电负荷的25%，因此合理选择设备至关重要。空调机组采用离心机组，设置3 台高压机组和2台低压机组，其中1700 冷吨机组为备用机组。数据中心空调机组一年使用时间约10 个月，负荷相对比较固定，只有在过渡季节和早晚温差会存在部分负荷变化，建议选择一级能效空调机组。以1700 冷吨机组为例，本次选用1 级能效空调机组（COP 值6.4），而2 级能效空调机组（COP 值6.1），价差5%左右，经测算大约3~5 年就可以收回投资成本。空调机组电压等级不同，机组启动方式有所区别，高压机组启动和运行电流较小，建议采用电抗启动以节约造价；低压机组启动电流大，建议采用变频启动，减少对电网冲击。

水泵主要涉及冷冻泵、冷却泵和补水泵，功率比较大。本项目冷冻泵功率为：75KW、132KW、200KW；冷却泵功率为75KW、160KW；补水泵功率为：2.2KW、37KW；其中冷冻泵、冷却泵、冷却塔补水泵(37KW) 属于持续负荷，是根据压力、温度调整泵的转速，宜选用变频控制、高能效电机。

冷却塔是空调系统降低能效重要设备，夏季冷却塔主要用于冷却主机，在冬季采用全热交换进行空调制冷。该设备主要通过风机运行散热，风机运行效率是根据冷却水供回水温差进行变频控制，特别是冬季能耗降低较为明显，宜选用变频控制、高能效电机。

3 群控设置及节能

数据中心空调系统运行的效果很大程度上取决于群控的设计，因此理解设备原理及相关参数，领会暖通设计意图，运用自动化控制方式，三者结合才能实现群控系统人工智能。

3.1 系统运行基本逻辑

（1）夏季系统启动顺序：冷却塔进出水电动阀—冷机的电动阀—冷机冷冻及冷却侧进入主管的切换电动阀—冷却水泵—冷冻水泵—冷却塔风机—冷机；系统停车顺序：冷机—冷却塔风机—冷冻水泵—冷却水泵—冷机冷冻及冷却侧进入主管的切换电动阀—冷机的电动阀及相应冷却塔进出水电动阀。

（2）冬季运行模式相对简单，取消冷机，调整为板换进行换热，其它顺序与夏季基本相同。在实施过程中，需依据暖通设计图纸以及设备运行参数进行延迟启动，一般设置延迟时间5~10秒，具体需在模拟运行和联机试运行中确定。

3.2 设备切换及加减机功能

为使水泵、空调机组、冷却塔寿命周期利用最大化，利用等寿命运行原则，采用软件程序记录设备运行时间，选择运行时间短的设备作为下一次启动对象以达到延长寿命的目。这样设计方式相对简单，从长远看，选择随机时间切换比固定时间切换程序和逻辑上简单，稳定性高。对于空调冷负荷比较固定时，设备无法实现切换功能，建议当设备运行时间较长设置提示要求半自动和手动切换机组。设备加减功能：合理分配负荷，加强设备运行效率，延长设备寿命周期。以冷水机组为例：大部分冷水机组采用的加减机组方式是以供回水温差计算制冷量，来确定是否需要加减机组。这样做法理论上合理，但是温度传感器自身存在误差以及使用老化的问题，因此随着时间推移将影响制冷量准备性，影响加减机组设置。该项目空调机组为离心式空调机组，采用变频或导流叶片调节空调制冷量，机组的最佳工况为30%~90%，并根据机组自带控制柜采集运行效率参数进行设置，在设备最佳工况范围外运行10min 以上后自动加减载机组。该方式数据准确度高，稳定性好，但需要厂家开放部分协议。冷却塔一般采用多模块机组，数据中心冷却塔数量较多，采用设备运行效率参数加减设备的逻辑关系比较复杂，所以采用冷却水供水温差阶梯范围确定加减功能。

3.3 变频控制

变频是节能的主要手段，但是不合理的变频将产生安全事故。冷却水泵和冷却塔补水泵适合采用变频控制，而冷冻泵变频控制的节能效果一般。以冷冻泵为例，空调机组制冷量根据供回水温差调节，冷冻泵运行需满足最不利压力确保扬程无余量。最不利点若在顶层，冷冻泵采用设计扬程和流量工作，接近工频运行；若在其它层，最不利点压力发生变化，将采用变频调整叶轮转速满足最不利点的压力，因此仅在数据中心初期冷冻泵变频会产生节能效果。最不利点在楼层末端，采集此处节点信号传输距离远，稳定较差，需折算泵出口压力，即出口压力=工作压力+末端静压力+水力损失。

3.4 设备运行监控及处理

设备运行状态监控主要目的是对设备故障一个预控过程。大部分项目都会对设备温度、流量、压力、电流、电压等参数进行监控，发生与预设值不符时将自动报警，出线严重偏离将自动或手动方式退出，并启动备用机组，而传感器件和电动阀仅限于对开关状态监控。本次增设对传感器和电动阀电源监控，每层设置专门电源控制箱，监控出线开关电源状态，减少传感器和电动阀失电对群控系统的影响。电源控制箱同时具备手自动关闭电动阀功能，在群控系统出现故障时候，可以进行就地切换。空调机房辅助用电（冷冻泵、冷却泵、群控用电）采用UPS 供电，所以本项目将UPS 和电池运行状态载入群控平台，防止出现UPS 故障导致空调系统瘫痪。在楼层设置电动阀门和压力传感器，若楼层空调出现爆管或者影响其他楼层将通过自动或者手动立刻切除阀门。设备运行监控具备预警功能，只有详细了解设备参数，全面加强监测，方可提高空调系统的稳定性。