数据中心中央空调水泵变频节能改造方案

刘伟航

摘要：随着近年来数据中心蓬勃发展，其面临巨大的能耗问题也日益突出，因此在数据中心建设运维中更多地考虑高效率、低能耗的问题。本文通过分析当前数据中心空调系统能耗情况，提出空调水泵变频改造的方案，并结合改造实际情况论证其可行性和经济效益。

关键词：数据中心；空调系统；水泵变频；节能减排

据工业和信息化部于2014年发布的《关于2011年以来我国数据中心规划建设情况的通报》：255个在规划建设的IDC的设计PUE平均为1.73，同时，据行业估计，美国的IDC行业耗费了其国内发电量的2%，中国的IDC行业耗费了本国发电量的1.5%，是典型的“电老虎”。因此，革新IDC设计模式、降低IDC能耗和运营成本，已经成为数据中心行业相当现实和迫切的课题，同时也是一个影响国家产业转型升级、实现国家可持续发展的关键课题。中央空调系统作为数据中心的专用制冷设备，承担着调节机房环境温湿度，保障IT设备稳定运行的重任，同时也是主力耗电设备之一（约占总体能耗的30%-40%）。因此，开展中央空调节能改造，即确保机房供冷正常，又可减少能耗、压缩电费成本，创造双赢的局面。

1中央空调节能控制原理分析

节能控制系统由温度传感器，变频调速器，PLC控制器等部分组成。通过对制冷主机负荷的随时监测，经信号处理，并将此信号送入PLC控制器中，向变频调速器输出控制信号，调整水泵电机转速，使流量始终与负荷相配备。淤控制系统都采用温差及最高温度控制的原理。于在冷冻水和冷却水供水干管和回水干

管、集水器和分水器或者对空调系统有特殊要求的客户的末端等处分别安装温度传感器，用以检测系统整体的实际负荷和各负荷区的实际负荷。盂中央空调出厂时冷冻水系统设计出、回水温度为7益和12益，温差为5益，冷却水系统设计出、回水温度为37益和32益，温差为5益，实际运行时大部分实际出、回水温差比较小，水泵变频节能控制是根据需要设定系统的正常工作温差，并给出最高和最低的运行水温差，在此范围内，可以随时进行调节运行所需温差。同时控制冷冻水回水最高温度，冷却水出水最高温度，如冷却水出水温度过高，与冷却水进水温差又大，说明主机冷却效果不好，此时需增大冷却泵变频频率，加大冷却水泵转速；反之，温差变小则降低频率，减慢冷却水泵转速。当系统实际负荷增加时（末端风机盘管和新风机组热交换量大），温差增大，同时冷冻水回水温度增大，则提高冷冻泵变频频率，加大冷冻水泵转速；反之，温差变小则降低频率，减慢冷冻水泵转速。

2中央空调水泵变频改造设计思路

考虑到投资成本和实际运用效果，本次对南方某数据中心中央空调的冷冻水泵进行变频改造（图1、2、3），利用温度传感器、数模转换模块、控制模块、变频器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，根据冷冻水的供回水温差、压力，以温控为主、压力流量为辅，利用变频技术在线调整水泵电机的转速，在满足机房制冷的需求下使冷冻水泵做出相应调节，以达到节能目的。方案设计关键点如下：

1）综合考虑在不同空调冷负荷情况下空调主机和变（工）频冷冻水泵开启情况，控制策略应使冷冻水水泵具备自动和人工两种模式下启动、轮换和停止功能，确保空调系统供冷充足、节能高效。

2）本次使用变频节能装置的最低频率应满足每栋机楼最远端机房空调（或供水最不利端）扬程及流量要求，因此需有效地布放温度和压力传感器，制定控制策略以及设置相关阀值，确保整栋机楼供冷正常。

3）每台变频器控制的装置可以人工或自动选择在工频模式和变频模式下运行，即在变频模式故障时可自动转为工频运行。

4）变频器控制系统并联在现有启动控制系统上，两者间有电气连锁及机械连锁，当变频器启动某一台水泵工作的同时，相应的旧启动主电路将被切断，禁止其启动工作，反之亦然。

图1中央空调水泵变频配置方案

图2变频水泵供电改造方案

图3冷冻水泵变频控制方案

3中央空调水泵变频改造效益分析

此数据中心空调系统配置4台中央空调主机，（1300R*3+800RT*1），冷冻水泵6台（75kw*4+55kw*2），实际运行1300RT主机1台、冷冻水泵1台，系统冗余量较大。变频改造前后节电情况如表1所示，测试时间为2017年8月2日。

根据本期变频改造完成后的实测数据，在当前机楼负荷下变频水泵较原水泵功耗下降约53%，并且机房末端供冷不受影响，节能效果理想。按全年将一半时间2台冷冻水泵变频运行，一半时间3台冷冻水泵变频运行，以每台冷冻水泵运行时平均频率可降至45Hz计算，本次变频改造每年节约电费约为35万元，预计一年收回投资成本，效益可观。

4结语

本次数据中心中央空调水泵变频改造在不影响空调系统正常供冷的前提下，通过对冷冻水泵进行有效控制，实现水泵的变频节能、高效运行。

参考文献

[1]海尔中央空调智慧节能解决方案,对话数据中心高峰论坛[J].机电信息,2017(28):3.

[2]薛安生.浅析购物中心中央空调选型安装及管理策略[J].科技资讯,2015,13(29):249-250.

[3]何其振.数据中心中央空调水泵变频节能改造方案的探讨[J].科技与企业,2016(03):217+219.