动态焦点:数据中心水蓄冷智能化运行研究分析

一、立项背景

从数据中心诞生之日起，节约电能，追求PUE的下降就成为一个重要的课题。我国电力供应中电价峰谷负荷差大的现象促进了蓄冷空调系统的发展。本文主要讨论在原有持续供冷蓄冷罐的基础上，利用自控技术，实现数据中心制冷系统智能化运行，实现整个数据中心制冷系统水蓄冷的高效管理与监控，通过系统优化调整，提升制冷设备的运行效率、利用峰谷电价差来降低数据中心运行费用，从而达到节能减排，降低PUE的目的。

保定数据中心暖通系统采用的是冷冻水型集中供冷模式，主要由10KV高压离心冷水机组+板式换热器+冷却塔系统的形式构成。在室外安装两个600m3立式蓄冷罐，蓄冷罐为整体系统提供15分钟后备冷源。

(资料图片仅供参考)

图1 数据中心制冷系统

三、蓄冷原理分析

立式蓄冷罐利用斜温层原理，采用分层式蓄冷技术，充分利用蓄水温差，输出稳定温度的空调用冷水。当放冷时，图1， 随着冷水不断罐子的进水管抽出和热水不断从罐子的出水管流入，斜温层逐渐下降。

图2：蓄冷罐释冷

反之，当蓄冷时，随着冷水不断从进水管送入水罐和热水不断从出水管被抽出，斜温层不断上升。

图3：蓄冷罐冲冷

四、详细技术内容

设计思路

在保证重要等级数据机房不间断供冷的前提下，蓄冷罐作为数据机房应急冷源，在保障数据中心服务器设备等运行安全的前提下，通过蓄冷罐削峰填谷，从而降低系统运行费用，达到节电、节水、节材、降耗的应用效果。

当地电价政策

蓄冷空调系统的本质在于时间上的转移，即将冷量的制备时段从用电高峰期转移到用电低谷期因此，当地峰谷电价差越大效果越明显。经调研我们知道，数据中心的电费收取方式是商业用户两部制或单一制分时电价，具体电费缴纳方案如表 1所示。

五、主要技术创新点

打破传统空调系统采用人工监测、操作和管理的模式，利用冷机自控系统对整个制冷系统水蓄冷进行有效管理与监控，提升了整个制冷系统的运行效率和安全稳定性。

方便快捷、控制灵活

冷机群控系统中，蓄冷罐的蓄冷、释冷、故障，全部可自动化运行检测，一键操作，运维人员也可根据需要自行切换工作模式。

自动蓄冷：当蓄冷罐平均温度>蓄冷罐设定温度15℃时，延时30S，进入蓄冷模式。同时，冷冻泵供回水压差设定点自动调整为满足蓄冷模式时的设定压差。

自动释冷：条件1：每个冷站可用冷机运行台数之和≤1；条件2：A、B分集水器平均温度的最大值大于释冷温度设定值16度（释冷温度设定值可调）。同时满足上述两个条件，系统释冷。

BA群控系统蓄冷罐控制界面

保障制冷系统稳定安全运行

打破传统空调系统采用人工监测、操作和管理的模式，BA群控冷机群控系统可依据根据系统运行工况，实现自动控制阀门状态，进行蓄冷罐释冷负荷进行优化分配，制定出最优的运行策略，从而达到蓄冷罐稳定安全运行。

系统高效节能运行

依托制冷系统智能化运行可将蓄冷罐蓄冷时间设置为夜间自动蓄冷，利用电网峰平谷的不同时段电价差异可以实现蓄冷罐蓄冷节能增效。

蓄冷罐蓄冷与不蓄冷时，相关制冷设备的耗电量对比如下表所示，经过计算对比，一次蓄冷过程耗电量约为2000kW·h。

六、结论

运用智能化手段对制冷系统水蓄冷进行合理的综合控制，系统根据空调负荷预测的结果及电价政策对当天的制冷负荷与蓄冷罐释冷负荷进行优化分配，制定出最优的运行策略，极大程度提高了制冷系统的运行效率和稳定性。另外，依托制冷系统智能化运行可将蓄冷罐蓄冷时间设置为夜间自动蓄冷，利用电网峰平谷的不同时段电价差异可以实现蓄冷罐蓄冷节能增效，估算下来每个月可节省电费约2000元，每年可节约电费2.5万元。

关键词：