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        技術
        2023/6/30 21:58

        數據中心水蓄冷智能化運行研究分析

        C114通信網  

        一、立項背景

        從數據中心誕生之日起,節約電能,追求PUE的下降就成為一個重要的課題。我國電力供應中電價峰谷負荷差大的現象促進了蓄冷空調系統的發展。本文主要討論在原有持續供冷蓄冷罐的基礎上,利用自控技術,實現數據中心制冷系統智能化運行,實現整個數據中心制冷系統水蓄冷的高效管理與監控,通過系統優化調整,提升制冷設備的運行效率、利用峰谷電價差來降低數據中心運行費用,從而達到節能減排,降低PUE的目的。

        保定數據中心暖通系統采用的是冷凍水型集中供冷模式,主要由10KV高壓離心冷水機組+板式換熱器+冷卻塔系統的形式構成。在室外安裝兩個600m3立式蓄冷罐,蓄冷罐為整體系統提供15分鐘后備冷源。

        圖1 數據中心制冷系統

        三、蓄冷原理分析

        立式蓄冷罐利用斜溫層原理,采用分層式蓄冷技術,充分利用蓄水溫差,輸出穩定溫度的空調用冷水。當放冷時,圖1, 隨著冷水不斷罐子的進水管抽出和熱水不斷從罐子的出水管流入,斜溫層逐漸下降。

        圖2:蓄冷罐釋冷

        反之,當蓄冷時,隨著冷水不斷從進水管送入水罐和熱水不斷從出水管被抽出,斜溫層不斷上升。

        圖3:蓄冷罐沖冷

        四、詳細技術內容

        設計思路

        在保證重要等級數據機房不間斷供冷的前提下,蓄冷罐作為數據機房應急冷源,在保障數據中心服務器設備等運行安全的前提下,通過蓄冷罐削峰填谷,從而降低系統運行費用,達到節電、節水、節材、降耗的應用效果。

        當地電價政策

        蓄冷空調系統的本質在于時間上的轉移,即將冷量的制備時段從用電高峰期轉移到用電低谷期因此,當地峰谷電價差越大效果越明顯。經調研我們知道,數據中心的電費收取方式是商業用戶兩部制或單一制分時電價,具體電費繳納方案如表 1所示。

        五、主要技術創新點

        打破傳統空調系統采用人工監測、操作和管理的模式,利用冷機自控系統對整個制冷系統水蓄冷進行有效管理與監控,提升了整個制冷系統的運行效率和安全穩定性。

        方便快捷、控制靈活

        冷機群控系統中,蓄冷罐的蓄冷、釋冷、故障,全部可自動化運行檢測,一鍵操作,運維人員也可根據需要自行切換工作模式。

        自動蓄冷:當蓄冷罐平均溫度>蓄冷罐設定溫度15℃時,延時30S,進入蓄冷模式。同時,冷凍泵供回水壓差設定點自動調整為滿足蓄冷模式時的設定壓差。

        自動釋冷:條件1:每個冷站可用冷機運行臺數之和≤1;條件2:A、B分集水器平均溫度的最大值大于釋冷溫度設定值16度(釋冷溫度設定值可調)。同時滿足上述兩個條件,系統釋冷。

        BA群控系統蓄冷罐控制界面

        保障制冷系統穩定安全運行

        打破傳統空調系統采用人工監測、操作和管理的模式,BA群控冷機群控系統可依據根據系統運行工況,實現自動控制閥門狀態,進行蓄冷罐釋冷負荷進行優化分配,制定出最優的運行策略,從而達到蓄冷罐穩定安全運行。

        系統高效節能運行

        依托制冷系統智能化運行可將蓄冷罐蓄冷時間設置為夜間自動蓄冷,利用電網峰平谷的不同時段電價差異可以實現蓄冷罐蓄冷節能增效。

        蓄冷罐蓄冷與不蓄冷時,相關制冷設備的耗電量對比如下表所示,經過計算對比,一次蓄冷過程耗電量約為2000kW·h。

        六、結論

        運用智能化手段對制冷系統水蓄冷進行合理的綜合控制,系統根據空調負荷預測的結果及電價政策對當天的制冷負荷與蓄冷罐釋冷負荷進行優化分配,制定出最優的運行策略,極大程度提高了制冷系統的運行效率和穩定性。另外,依托制冷系統智能化運行可將蓄冷罐蓄冷時間設置為夜間自動蓄冷,利用電網峰平谷的不同時段電價差異可以實現蓄冷罐蓄冷節能增效,估算下來每個月可節省電費約2000元,每年可節約電費2.5萬元。

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