商用中央空调辅助加热器控制方案 数据中心冷源的节能设计

水冷冷水机组的自然冷却

（2）水冷冷水机组间接自然冷却控制

该系统跟据室外温度和负载，由集中控制平台自动进行运行模式的切换，具体运转模式如下：

当室外温度不满足系统自然冷却模式或混合模式运行条件时，制冷系统将启动冷水机组压缩机制冷运行，为数据中心提供冷源。按照负载需求，机组自动调节压缩机制冷量输出。

当室外温度低于某设定温度，或低于室内设定温度一定值时，制冷系统将进入混合制冷模式。

此模式下压缩机按照负荷需求调节制冷量输出，自然冷却换热器提供的冷水继续为机房空调提供冷源，为机房提供部分冷量。混合模式在全年中所占比例较大，混合模式可以最大程度上减少压缩机运行的时间或减少压缩机制冷输出比例，从而达到节能的目的。

此模式下冷水机组压缩机不工作。冷却塔运行，风机根据需求调节转速，水泵（冷冻水泵及冷却水泵）持续运行，冷冻水在自然冷却换热器与冷却水交换热量，冷冻水温度降低，为室内侧精密空调提供冷源。室内侧精密空调，则按照智能备机管理模式运行，根据机房负荷需求调节EC 风机转速及冷液流量。

（3）水冷冷水机组间接自然冷却优势

水冷冷水机组间接自然冷却的应用，具备以下优势：

（4）冷却塔的冬季运行与配置

（5）水冷冷水机组应用间接自然冷却区域

自然冷却技术根据数据中心规模、所在地理位置、气候条件、周围环境、建筑结构、实施成本等选择自然冷却方式。

三、变频方案

数据中心在全年24小时不间断运行过程中，空调负荷及室外环境温度都在不断的变化，冷水机组将近99%的时间运行在非额定工况，只有1%的时间运行在额定工况。因此这给变频系统创造了节能空间。数据中心在应用变频系统时，建议冷水机组及对应的水泵和冷塔都可采用变频控制（系统示意图）。其中冷机变频主要由空调负荷或室外环境温度的变化实现节能；水泵变频由水系统流量或扬程的变化实现节能；冷却塔风扇变频由空调负荷或室外环境温度的变化实现节能。

水冷冷水机组的自然冷却

四、余热回收

数据中心在全年运行中，随着服务器等相关设备的不间断工作，将有大量的热量排出。空调系统为数据中心提供冷源的同时，也是一个良好的热源，通过余热回收技术，可为数据中心或周边建筑提供空调供热或者生活热水。

1、热回收机组应用

热回收机组在结构上比常规冷水机组增加了一个热回收换热器。夏天不需供热时，热回收机组开启常规制冷模式，蒸发器出冷冻水供数据中心制冷，冷凝器排出的热量通过冷却塔散热排向室外；冬天及过渡季节需要供热时，热回收机组开启热回收模式，此时蒸发器侧水温不变，机组的热量优先进入热回收冷凝器，满足供热需求。如果机组排热超出系统供热需求，可开启冷却塔辅助散热。

水冷型冷热源热回收机组示意图

风冷型冷热源热回收机组示意图

空气源热回收冷热联供示意图

水地源热回收冷热联供示意图

由于是在机组内部实现热回收，系统大大简化。冷热联供，12/7℃冷冻水和40/45℃热水时，一个kW的输入功率，能得到4kW供冷，同时得到5kW供热。冷热综合能效比在9左右，总体效率显着提升，基本是常规机组的双倍能效。

2、热回收机组优点：

3、热回收机组缺点：

五、热泵的应用

数据中心可以利用冷冻水回水或者冷却水回水作为低位热源商用中央空调辅助加热器控制方案，利用热泵机组进行制热，满足供热需求。夏天，热泵机组可开启制冷模式为办公等区域提供冷量；冬天及过渡季节，热泵机组可开启制热模式，为办公等区域提供供热。

热泵系统示意图

1、热泵机组优点：

2、热泵机组缺点：

六、蓄冷

蓄冷方案在数据中心应用主要有两个方面。一是保障数据中心的连续供冷，当系统断电或故障时，备用的柴油发电机组可以紧急启动提供后备电力，从柴油发电机组启动至稳定供电的过程一般需要3分钟。冷水机组在正常供冷过程中遇到停电故障时会进入故障保护状态，在电力供应恢复后，离心式冷水机组的压缩机导叶先恢复至正常开机的初始状态，再经过冷水机组控制系统对冷水循环水泵、冷却水循环水泵、冷却塔等相关部件进行巡检，并确认正常运行后，冷水机组才能正常启动，这段恢复冷水机组系统恢复正常供冷过程一般需要1～10分钟不等。在数据中心的设计中为了能很好地解决这一安全隐患，在空调系统中可通过设置蓄冷设施，储备备用冷量来解决这一问题。配置的蓄冷设施提供的持续供冷时间一般为10～15分钟。通过蓄冷系统继续提供冷量，保障数据中心能正常运行；另一方面是利用峰谷电价差商用中央空调辅助加热器控制方案，在电价低时蓄冷，在电价高时，关闭或少开空调制冷系统，优先使用蓄冷冷量，达到节省电费的目的。目前数据中心内主要应用是前者，利用峰谷电价差的蓄冷在商用建筑有一些应用，在数据中心应用很少，主要原因在于商用建筑晚间基本不需要制冷，同时晚间又是电价的谷底，所以可以利用低电价时段和此时闲置的制冷系统来制冷蓄冷，有较好的经济效益。但数据中心的热负荷全天比较稳定，晚间仍然需要冷量，所以如果要采用蓄冷，就需要比常规方案多配置一倍以上的制冷机组，蓄冷装置占地也非常庞大，经济效益较差。需要说明的是，利用电价差来降低电费的蓄冷方案，耗电量是比普通方案增加的，所以是节费不节能的方案。

另外，数据中心的空调冷负荷主要为机房内设备的散热负荷，在一天24小时中变化较小，属于一个稳定负荷。水蓄冷系统的冷水温度与原系统的空调冷水温度相近，可考虑直接使用，不需设额外的设备对冷水温度进行调整；水蓄冷系统控制简单，运行安全可靠，在出现紧急状况可及时投入使用，水蓄冷系统更能适合数据中心冷量备份的需求。

(本文节选自《数据中心冷源技术白皮书》)

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