精密空调冷却水系统运行优化与能耗控制方法研究
精密空调冷却水系统的运行优化是数据中心节能降耗的重点领域。冷却水系统的能耗在数据中心总能耗中占比可观，优化运行策略可以节省大量电费支出。冷却水系统的核心设备包括冷却塔和冷却水泵以及冷机三大部分，各自的能耗占比和运行特性不同需要针对性地优化。
冷却塔的能耗优化方向是风机转速的变频控制。冷却塔的风机根据冷却水的回水温度变频调速，出水温度设定值在一定范围内时风机降速运行节约电能。变频风机的节能效果在部分负荷工况下非常显著，风机转速从额定转速降低到百分之八十时风机能耗可以节省约百分之五十。冷却塔出水温度的设定值在室外湿球温度较低时适当降低提高冷机的冷凝效果降低冷机能耗。但出水温度并非越低越好，过度降低出水温度风机需要高速运行增加风机能耗而且出水温度过低时冷机的冷凝压力过低可能导致冷机无法正常工作。最优的出水温度设定值在冷机功耗和冷却塔风机功耗的交叉点上运行总能耗最低，这个交叉点随着室外湿球温度的变化而移动。
冷却水泵的能耗优化主要通过变频调速和台数控制实现。冷却水泵的扬程和流量按照设计工况的最大需求选型，但数据中心的实际运行负荷很少达到设计最大值。通过变频器将水泵的转速降低到与实际负荷匹配的水平可以有效降低水泵功耗。水泵功率与转速的三次方成正比，转速降低百分之十水泵功耗降低约百分之二十七。水泵的台数控制策略根据冷却水系统的总流量需求自动启停冷却水泵的台数。多台并联运行的水泵在低流量需求时停掉一台泵让剩余的泵在效率更高的流量区间运行，总功耗比所有泵都在低流量低效区运行时更低。冷却水泵变频需要考虑的最小流量限制和最小转速限制问题，水泵转速低于一定值时流量不足以带走电机热量导致电机过热。冷机的冷却水进水流量低于规定的冷机最小流量时冷机保护停机，因此水泵变频的调节范围受到冷机最小流量的限制，设定水泵的最低转速时预留足够的流量冗余防止冷机因冷却水流量不足而停机保护。
冷机群的运行策略优化同样不可忽视。大型数据中心通常配置多台冷机采用群控系统统一调度。冷机群的优化控制策略根据负荷需求动态调整冷机的开启台数和单台冷机的负载率。冷机在百分之七十到九十的负载率范围内运行时能效最高，低于百分之五十负载率时能效显著下降。因此当总的制冷负荷低于一台冷机满负荷的一定比例时只运行一台冷机让其在高效区间运行，关闭多余的冷机避免多台冷机都在低负载低效区运行。冷机的加减机策略还要考虑冷机的启停间隔时间限制，冷机停机后需要等待一段时间才能再次启动避免频繁启停对压缩机造成损坏。冷机的运行台数和负载率根据冷却水出水温度和室外湿球温度等外部条件的变化动态调整。在室外湿球温度较低的季节冷机的冷凝压力低冷机在满足负荷的情况下可以降低运行台数。优化后的冷却水系统综合能效比冷却水系统的总功耗与总制冷量的比值相比优化前降低约百分之十五到二十五，对应数据中心的PUE值下降零点零几到零点一之间，长期运行带来的电费节省非常可观。
