数据中心暖通空调水冷系统节能控制优化策略探讨

数据中心暖通空调水冷系统节能控制优化策略探讨

 ,黄维

 广州施杰节能科技有限公司 510640

摘要：当前大型数据中心暖通空调的能耗问题受到了社会广泛关注，据统计数据中心IT设备能耗消耗占电能消耗总量的50%，暖通系统次之，位居第二约占40%，作为长期以来耗能严重的大户，要选择更加节能的控制系统，一方面是实现暖通设备的应用性能提高，另一方面是降低电力能源消耗，同时还可统筹生态效益。

关键词：数据中心；暖通空调；水冷系统；节能控制

前言：数据中心暖通空调水冷系统具有供冷时间长，送风稳定，显热大的特点，基于数据中心的电能消耗情况寻找一种更加科学有效的暖通空调水冷系统节能控制方案，可减少能源大批量浪费的问题。结合当前数据中心空调水冷系统改造情况来看，目前还存在着一定问题，还需继续提升技术水平，保障系统功能稳定。

1冷源系统节能控制技术分析

本案例数据中心共四层，空调数量为633台，其中冷水供/回水设计温度区间在13-19℃，整个暖通空调系统主要依托送风温度控制水阀开度水平，能源消耗量比较大，而且又属于老建筑工程改造，工程量非常大。根据案例数据中心运行统计的数据分析得知，当前系统运行冷量与实际需求并不相符，远远超出了实际需求，机房冷通道运行过载，每周报警频次在1000以上，送风温度更严重每周报警频次在2000以上，不仅造成了能源的大量损耗，而且还增加了工作人员的工作难度，不利于保证系统功能的稳定。

1.1控制逻辑

在数据中心运行中，暖通系统需要通过制冷进而快速地实现楼体内部降温，为了达到以上标准同时满足节能控制的优化效果。本次案例研究将使用传感器对数据展开观察，记录系统的运行状态及变动情况，通过传感器感测信号，可以控制执行多种逻辑指令，从而一定程度上能够缓解能源消耗过大的问题。传感器内置的信息系统可以辨识多种指令，将信号可直接递交给执行器，当传感器敏锐地识别到其运行情况发生变化后，即可对整体设备进行良性调节，使其进入到下一个循环之中，其控制逻辑如图1所示。

图 1 冷凝系统节能控制技术的控制逻辑

1.3节能技术分析

本案例中数据中心的空调数量较多，超过了600台，通过对暖通冷水调节系统的调查确定整个系统的耗能巨大，为提升其节能效果必须要关闭大量主机，以使单台冷源机的最大冷却时间逐渐调试地加大，直至冷却温度达到系统最低温度的95%以上，此时可以定冷凝主机的制冷功能存在缺陷，不仅能耗没有减少，而且制冷效果还没有达到理想状态，室内温度仍然小于每单位体积所需要冷却量。

这时为达到假定要求，需要打开多个冷源主机，直到室内温度达到需要的制冷温度，通过节能技术的应用此时冷源主机的出水温度在恒定状态，如果通过温度传感器测定装置发现冷源主机的制冷量小于原本的预设值，那么可以验证冷源主机所产生的冷量大于数据中心所需要的制冷需求量。

加开另一台冷源机的同时也可以减少冷源机出水温度来起到减少负载的作用,此时如果是主机的出水温度偏低则能够增加末端的传热温度,从而实现了温度上的控制，可有效提升暖通系统的传热效果，整个过程需严格执行设计标准，这样才能提升数据验证的准确性。如果制数据中心冷源主机的出水温度在正常允许的区间内，装置的制冷量就可以超过95%，如果出水温度超过了最低预设值，就可以考虑减小出水温度设置区间，当出水温度设定值低于某恒定数值,或者小于该值时,出水温度一定比较高,在这种情况下启动另一台冷源主机，可以有效解决暖通空调水冷系统长时间高负荷运行的问题，从而能够降低电能损耗[1]。

2新风系统的节能控制技术

2.1控制逻辑

借助新风系统控制室内温度对于降低能耗可以产生一定效果，在空调系统运行期间，当新风被送到室内房间后，可实现降低室内温度的效果，进而能够降低暖通系统的耗冷量。基于新风系统的节能控制架构与其他节能技术不同的是，在室内外温湿度传感器，是将室内外温湿度作为可调节的信号传递至控制逻辑系统中，调节器接收到信号后与中心室规定的标准进行对比，根据存在的差值情况发出控制调节指令，执行器根据指令要求执行，以完成循环，等到运行一段时间内后，需再次进行数据上的对比，并确定参数是否发生了变化。

2.2节能控制技术

假设数据中心外部的温度达到30℃，在数据中心运行的过程中，新风系统可以维持室内温度恒定，在关闭主机的情况下，可以承担其室内冷负荷，当室内温度偏低时，需要引入更大的风量，由此可以降低暖通系统电能消耗。考虑到外部环境温度是持续性变化的，因此水冷系统中的水量采用连续调节的控制办法。如果新风系统不承担室内冷负荷，需根据控制器逻辑指示把新风系统送入特定房间内,所以送风的效率极高,但此时如果控制系统采取连续调节控制的方式,那么并不会最大程度地降低能源消耗，所以坚持节能第一的原则，最终采用风量通断控制的方法，将新鲜的室外空气输送到室内[2]。

3末端系统节能技术

3.1控制逻辑分析

根据数据中心电能消耗的特殊性，空调末端系统借助传感器进行室内环境数据的采集，如温度、湿度等，可控制逻辑系统可以将室内温度环境转变为信号发送到调节器，调节器再根据传输信号输出值与定值比较，进而可判断出输出数据中心的室内温度是否超过预设值，如果超过则需要考虑调试的策略，以保障系统平稳安全运行。为保证控制逻辑始终能够执行操作，在系统运行一段时间后，需要再次采集室内温度信息，并合理地运用温度调节器对室内温度情况进行调控，

以达到良性循环的工作状态，在减少能耗上具有很好的效果，有利于实现可持续发展的目标。

3.2节能改造效果

基于该案例的具体情况，在研究过程中采用了“空调处理机组+风口末端”的节能技术，目前，数据中心的空调机组运行发挥的功能是调节水量与风量，通过控制阈值及控制逻辑，进而可以达到降低室内温度的效果。因为末端系统发挥的功能已经实现了室内降温，因此无需再开设数据中心所有的空气机组，这种状态下能够有效降低系统能源消耗。若是采用风量通断控制的办法，那么在机组关闭的那一段时间，短期内会造成室内气流阻滞，此时即便是对水量进行调节也不能改变室内温度下降的情况，经过试验验证表明数据中心暖通空调水冷系统运行中可操作进行节能调节的只有3种模式，具体如表1所示。

表 1 数据中心暖通水冷系统的三种节能控制模式

结论：综上所述，新经济发展背景下，要想实现各行业的持续性发展，必须要加强生态化建设。当前数据中心的暖通空调系统的应用需要消耗带量的能源，造成了严重的电能损耗与浪费，不利于实现建筑项目的节能化。因此在工程改造中就此问题，需要对暖通空调系统进行节能性设计，以减少能源消耗。

参考文献：

[1]王清江.数据中心暖通空调水冷系统节能控制优化分析[J].节能与环保,2022(09):41-43.

[2]张春朋.数据中心暖通空调水冷系统节能控制优化及应用[J].暖通空调,2020,50(12):50-53.