獨(dú)孤九劍第八劍

本系列第二章講述了如何通過氣流組織和表冷器選型，選擇適當(dāng)?shù)臏囟葋硖岣吖┧疁囟?。本系列第三章講述了不同的氣流組織對末端設(shè)備功率的影響，如何來優(yōu)化末端設(shè)備的功率。本系列第四章講述了如何實(shí)施和運(yùn)營大溫差系統(tǒng)（國內(nèi)相關(guān)資料可以參考《中國數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)年度發(fā)展研究報告 2020》P124中的相關(guān)數(shù)據(jù)）。本系列第五章講述了如何選擇冷水機(jī)組，保證冷水機(jī)組的高效運(yùn)行。本系列第六章講述了目前自然冷源利用過度季節(jié)使用缺陷及海外項目對應(yīng)的解決方案。本系列第七章講述了如何結(jié)合全年氣象參數(shù)，來綜合評價空調(diào)的節(jié)能性。

本系列第八章重點(diǎn)講述在全年52個周內(nèi)不同氣象參數(shù)下，空調(diào)冷源系統(tǒng)該如何進(jìn)行尋優(yōu)和調(diào)優(yōu)。

下圖1為北京地區(qū)全年日干球溫度統(tǒng)計圖。從圖中可以看出，全年氣象參數(shù)變化很大。但是數(shù)據(jù)中心運(yùn)行有如下特點(diǎn)：

• 全天冷負(fù)荷變化率比較小，一般峰值與波谷負(fù)荷值不會超過20%，很難影響到系   統(tǒng)制冷單元組數(shù)的運(yùn)行。

• 全天室外濕球溫度變化比較小，一般很難影響到系統(tǒng)模式的運(yùn)行。

圖1：北京地區(qū)全年日干球溫度統(tǒng)計值

對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心冷源系統(tǒng)，有以下四個簡單方面的尋優(yōu)。在尋優(yōu)過程中，為了保證末端系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不調(diào)整以下兩個參數(shù)：

• 不提高系統(tǒng)供水水溫，提高供水水溫后，會提高末端冷通道溫度，造成末端溫度波動。

• 不降低整個系統(tǒng)的壓力值，保證末端設(shè)備有足夠流量。

以數(shù)據(jù)中心典型制冷系統(tǒng)示意圖如下所示，在冷凍側(cè)保持不變的情況下，僅僅能調(diào)整設(shè)備有冷卻側(cè)的冷卻塔、冷卻水泵及制冷單元的組數(shù)，其余調(diào)整空間不是很大。

一、單體尋優(yōu)

目前完成的單體設(shè)備尋優(yōu)主要發(fā)生在冷卻塔尋優(yōu)上，冷卻塔尋優(yōu)有如下兩個條件需要滿足：

• 室外濕球溫度大于20℃

• 冷卻塔的負(fù)載率大于60%

當(dāng)冷卻塔負(fù)載率大于60%時，可以適當(dāng)開啟備用冷卻塔，增加冷卻塔散熱模塊，來降低冷卻塔單風(fēng)機(jī)能耗。

如上表所示，某冷卻塔在22℃濕球溫度時，其冷風(fēng)比隨著負(fù)載率降低而升高。但當(dāng)濕球溫度降低時，其趨勢和濕球溫度比較高時，并不一致，需要根據(jù)實(shí)際冷卻塔的型號和流量均勻度來判斷。

二、組合尋優(yōu)

對于冷凍水系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，夏季組合尋優(yōu)的特定環(huán)境需要穩(wěn)定如下幾個參數(shù)：

• 室外濕球溫度保持不變。

• 冷水機(jī)組冷量保持不變。

• 冷凍側(cè)流量保持不變。

夏季組合尋優(yōu)過程中，調(diào)節(jié)量為冷卻水流量，在增大冷卻水流量過程中，會有如下變化：

• 冷卻水溫度會降低，冷卻塔散熱能力變大。

• 冷卻水泵流量會增加，冷卻水泵功率增加。

• 冷水機(jī)組功率降低。

如下圖所示，尋找到冷卻塔風(fēng)機(jī)功率+水泵功率+冷水機(jī)組= 功率min

對于某數(shù)據(jù)中心采用850RT機(jī)組，在室外濕球溫度18.8℃，通過改變冷卻水泵流量，來分析夏季組合尋優(yōu)過程中，特定濕球溫度下，最佳冷卻水泵流量值。

從上表可以看出，冷卻水流量逐步增加過程中，三者功率之和會逐步降低。當(dāng)冷卻水泵功率繼續(xù)增加，其三者之和會增加，形成一個拋物線曲線，其主要原因如下：

• 冷卻塔散熱能力隨著冷卻水流量增加而增加。增加冷卻塔流量，冷卻水出水溫度會降低。

• 冷水機(jī)組在50~80%負(fù)載區(qū)間內(nèi)，冷水機(jī)組功率隨著冷卻水的降低有明顯升高。

• 當(dāng)冷卻水流量大于額定冷卻塔流量時，冷卻水流量增加對冷卻水出水溫度的影響開始降低，冷卻水泵功率上升值會大于冷水機(jī)組功率下降值。

三、跨界尋優(yōu)

對于過度季節(jié)而言，可以通過增加制冷單元組數(shù)，增加制冷單元的組數(shù)，會帶來如下影響：

• 冷卻塔和板式換熱散熱面積變大

• 單臺冷卻塔負(fù)荷降低，逼近度降低，可利用自然冷源的時間變成長

同樣以某數(shù)據(jù)中心采用850RT機(jī)組為例，在室外濕球溫度10℃，通過增加制冷單元組數(shù)，可以增加自然冷源使用時間，提高系統(tǒng)COP值。

如上表所示，當(dāng)室外濕球溫度10℃，需要進(jìn)入混合制冷模式，可以通過增加制冷單元組數(shù)來降低冷卻水溫值，可以延遲冷水機(jī)組開啟時間，此時系統(tǒng)COP值會有明顯提升。

四、風(fēng)水聯(lián)動尋優(yōu)

當(dāng)冬季冷卻塔風(fēng)機(jī)頻率降低30HZ以下時，可以通過降低冬季冷卻水溫來降低整個管網(wǎng)系統(tǒng)冷凍水流量，形成大溫差、小流量系統(tǒng)，從而可以降低整個冷凍水泵功率，提高系統(tǒng)cop值。

如上表所示，在冬季室外濕球溫度低于0℃時，通過降低系統(tǒng)冷凍水溫度，可以明顯降低系統(tǒng)流量，從而降低水泵功率。水泵功率降低值比冷卻塔功率上升值大，系統(tǒng)cop值有明顯降低。

數(shù)據(jù)中心冷源AI系統(tǒng)，整體而言，通過1~2年數(shù)據(jù)收集，對于系統(tǒng)模型進(jìn)行修正，最終通過遺傳算法，能夠得到不同工況下設(shè)備的最佳運(yùn)行參數(shù)值，達(dá)到降低系統(tǒng)能耗的目標(biāo)值。

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