摘 要:通過在信息機房部署精密空調(diào)控制系統(tǒng),讀取數(shù)據(jù)中心動力和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)中心實際負(fù)載和精密空調(diào)之間,搭建以空調(diào)控制系統(tǒng)為橋梁,實現(xiàn)機房恒溫恒濕精密空調(diào)工作狀態(tài)與IT設(shè)備實際負(fù)載相匹配,從而達到減小機房溫度波動范圍,提高空調(diào)效率的目的,最終實現(xiàn)降低機房PUE(Power Usage Effectiveness,能源效率指標(biāo)),滿足數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的要求,為現(xiàn)代化智慧醫(yī)院提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)支撐。
關(guān)鍵詞:精密空調(diào)控制系統(tǒng);機房節(jié)能;綠色節(jié)能
1 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)使用的現(xiàn)狀
我院北京西路院區(qū)新中心機房于2016年建成,機房按照GB 50174-2008的B級機房要求建設(shè),總面積為70平方米,按功能區(qū)域劃分可分成設(shè)備區(qū)、工作區(qū)、氣體鋼瓶區(qū)三個區(qū)域。兩路市電經(jīng)ATS輸入后,分別為兩臺80KVAUPS主機供電,系統(tǒng)采用“安-安”模式工作,可滿足兩小時供電要求。機房內(nèi)包含一臺30kW顯冷量的精密空調(diào)以及2臺5P大金空調(diào)(大金空調(diào)作為備用機)。新中心機房采用冷通道下送風(fēng)技術(shù)將冷風(fēng)直接送到封閉區(qū)域內(nèi),達到節(jié)能減排的作用。據(jù)估算,使用冷通道可將PUE從1.91降到了1.79。
當(dāng)前我院中心機房精密空調(diào)配置現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為,在設(shè)計時,機房空調(diào)所選配的制冷量是匹配機房IT設(shè)備滿負(fù)載的,且一般都會留有一定的冗余量,但在機房的實際運營中,機房的IT負(fù)載基本都是分批、分階段上架,很多機房運行多年仍舊處于較低負(fù)載下應(yīng)用,機房空調(diào)的制冷量長期過剩,存在大馬拉小車的現(xiàn)象,為使機房的溫度保持恒定,機房空調(diào)將頻繁的啟停(精密空調(diào)實際工作過程中,是采用壓縮機的“啟動-停止”來調(diào)節(jié)機房內(nèi)的溫度),引起機房溫度和濕度波動較大,也使精密空調(diào)的效率明顯降低,存在較大的能耗浪費。故而從綠色醫(yī)院、綠色數(shù)據(jù)中心的角度,通過改造精密空調(diào)從而降低能耗,將是我們下一步需要研究的課題。
2 精密空調(diào)控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造中的應(yīng)用
2.1 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心對精密空調(diào)的要求
醫(yī)院數(shù)據(jù)中心是醫(yī)療信息化的核心基礎(chǔ),醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定工作是醫(yī)療工作順暢的前提和先決條件,其中電力系統(tǒng)的保障和溫濕度的保障是數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定工作的重中之重,所以一般醫(yī)院數(shù)據(jù)機房的精密空調(diào)選型基本為雙壓縮機以及2臺空調(diào)“一用一備”的方式,但無論是雙壓縮機還是“一用一備”的精密空調(diào)配置,在實際應(yīng)用中,很少有雙壓縮機同時工作或“一用一備”兩臺精密空調(diào)同時開機的情況,所以就節(jié)減排而言并未增加機房實際的電量消耗。
任何系統(tǒng)或設(shè)備的增加不應(yīng)降低原系統(tǒng)的穩(wěn)定性,尤其是控制系統(tǒng)的加入,精密空調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略是整個控制系統(tǒng)的核心,必須始終遵循渦旋壓縮機的性能特點,通過檢測調(diào)速對壓縮機的泄露損耗、動渦盤摩擦損耗和氣體流動損失的模塊化節(jié)點參數(shù)檢測,分析結(jié)果為渦旋壓縮機的多變效率隨轉(zhuǎn)速而變化,轉(zhuǎn)速對多變效率、摩擦損耗影響極小,尤其是流動損失占渦盤總功耗不到萬分之一。同時壓縮機長期運行在變工況的條件下,保證其在較寬的轉(zhuǎn)速范圍使機器正常運轉(zhuǎn)并具有較高的效率。所以在一定程度上對空調(diào)因散熱問題導(dǎo)致的故障率高和單臺空調(diào)冷量過剩,都有較大的緩解作用。并且配置精密空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)后,對壓縮機進行軟啟動和運行的無級調(diào)節(jié)冷量,可以有效減少壓縮機的啟停次數(shù),延長壓縮機壽命,根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整精密空調(diào)系統(tǒng)運行模式或工藝參數(shù),逐步逼近系統(tǒng)最優(yōu)運行點。
2.2 控制系統(tǒng)工作原理
機房精密空調(diào)本身是一個完整的制冷系統(tǒng),各設(shè)備及介質(zhì)間的相互關(guān)聯(lián),相互影響關(guān)系,比較復(fù)雜。根據(jù)制冷系統(tǒng)的壓焓圖分析,空調(diào)蒸發(fā)溫度升高、冷凝溫度下降,可以有效提高空調(diào)的效率。精密空調(diào)控制系統(tǒng)正是基于這一規(guī)律,通過技術(shù)手段,有效的提高了空調(diào)的蒸發(fā)溫度、降低了冷凝溫度,從而實現(xiàn)提高空調(diào)效率,降低空調(diào)能耗的目的[2]。
精密空調(diào)控制系統(tǒng)需要安裝在機房空調(diào)邊,對空調(diào)本身改動較小,主要是在壓縮機與室內(nèi)風(fēng)機的電氣主回路上增加一套空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。根據(jù)空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機類型,若為AC風(fēng)機(交流風(fēng)機,風(fēng)機一般是獨立工作,不受壓縮機控制)時,需要把壓縮機與室內(nèi)風(fēng)機的進線電源拆除,接進空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動力進線,空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動力出線接回空調(diào)壓縮機與室內(nèi)風(fēng)機的供電回路;若為EC風(fēng)機(Embedded Controller,嵌入式控制器),僅需把壓縮機的進線電源拆除,接入空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動力進線,空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的動力出線接回空調(diào)壓縮機的供電回路;同時,把監(jiān)測空調(diào)運行狀態(tài)的信號線接入空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng),完成空調(diào)的改造實施,空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)不更改空調(diào)原控制系統(tǒng)的接線、控制方式,以保證系統(tǒng)增加后不影響原精密空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
當(dāng)精密空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)監(jiān)測到溫濕度傳感器溫度值(溫濕度傳感器主要檢測空調(diào)的回風(fēng)溫度,一般可通過讀取動力環(huán)境檢測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)或者在控制系統(tǒng)新增溫濕度傳感器實現(xiàn))和空調(diào)本身的設(shè)定溫度值接近時,說明空調(diào)工作處于熱負(fù)荷較低的狀態(tài)。此時通過降低壓縮機的運行轉(zhuǎn)速,使單位時間內(nèi)通過冷凝器和蒸發(fā)器的冷媒流量下降。從而降低冷凝溫度和提高蒸發(fā)溫度,穩(wěn)定和提升送風(fēng)的溫度精度,達到提升制冷效率、降低壓縮機功耗的效果,最終達到綠色節(jié)能的目的。
精密空調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)機房空調(diào)回風(fēng)的實際運行溫度,判斷機房冷量的實時需求,控制精密空調(diào)降低壓縮機轉(zhuǎn)速。根據(jù)壓縮機功率、轉(zhuǎn)速公式:
P=Pm(np/nm)3
得知,壓縮機功率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。同時在負(fù)載一定的情況下,頻率與轉(zhuǎn)速成正比,與功率為3倍的關(guān)系。頻率越高,轉(zhuǎn)速就越高,功率也提高。相反頻率降低時,壓縮機轉(zhuǎn)速降低,而功率卻為原功率的1/3??梢娋芸照{(diào)控制系統(tǒng)具有較高的節(jié)能效率。
在精密空調(diào)控制系統(tǒng)后端的物流連接區(qū)域內(nèi)應(yīng)配置選擇開關(guān),選擇開關(guān)由控制系統(tǒng)獨立控制或者手動控制。當(dāng)選擇開關(guān)切換至原模式位置時,系統(tǒng)切換至原模式運行,此時精密空調(diào)控制系統(tǒng)停止工作,由原精密空調(diào)獨立工作,空調(diào)的所有控制由空調(diào)自身控制器完成。當(dāng)選擇開關(guān)切換至節(jié)能模式位置時,系統(tǒng)切換至節(jié)能模式運行,此時節(jié)能柜根據(jù)空調(diào)的回風(fēng)溫度,自動調(diào)節(jié)空調(diào)的冷量輸出。當(dāng)精密空調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時,選擇開關(guān)將自動切換至原模式運行時。
2.3 節(jié)能效果分析
精密空調(diào)控制系統(tǒng)完成節(jié)能改造后,顯性的變化主要包括以下三方面:
(1)空調(diào)耗電功率明顯下降。改造前,空調(diào)制冷量與機房IT設(shè)備熱負(fù)載的不平衡,導(dǎo)致空調(diào)壓縮機頻繁停機,由于機房溫度波動幅度大,也會導(dǎo)致空調(diào)的電加熱頻繁啟動,引起較大的能耗浪費;改造后,可以有效減少壓縮機停機及電加熱的啟動次數(shù),能耗得到有效利用,空調(diào)效率得到提高,耗電量明顯下降,平均每小時可降低3.5千瓦的功耗。(2)機房溫度更穩(wěn)定。因制冷空調(diào)制冷量大于機房設(shè)備IT負(fù)載,空調(diào)將通過停止壓縮機的方式,必然導(dǎo)致機房溫度波動,正常為設(shè)定點的±3℃;通過控制系統(tǒng)的介入控制,制冷量根據(jù)實際熱負(fù)載自動調(diào)節(jié),機房溫度更穩(wěn)定,波動幅度為±0.5℃,實現(xiàn)冷熱平衡。(3)中心機房更加綠色環(huán)保。經(jīng)估算,按照我院北京西路院區(qū)中心機房UPS16%的負(fù)載量,完成精密空調(diào)控制系統(tǒng)改造后,PUE值可從1.79降低至約1.65。我院中心機房精密空調(diào)平均每小時可降低3.5千瓦的功耗,每年大約可為我院節(jié)約2.7萬元的電費。
3 結(jié)束語
使用精密空調(diào)控制系統(tǒng)既能使中心機房的溫度更加穩(wěn)定,也達到了節(jié)能環(huán)保的目的,還產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效應(yīng),相信隨著中心機房內(nèi)新設(shè)備的陸續(xù)啟用,控制系統(tǒng)的作用會更加明顯。目前國內(nèi)在中心機房內(nèi)使用精密空調(diào)控制系統(tǒng)的案例還不多,綜合以上的分析我認(rèn)為精密空調(diào)控制系統(tǒng)是值得大力推廣的。
隨著綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心概念的深入人心,建設(shè)具有節(jié)能環(huán)保特色的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)貫穿于數(shù)據(jù)中心項目的全生命周期,針對數(shù)據(jù)中心能耗大戶的制冷系統(tǒng),已經(jīng)普遍應(yīng)用的如改進送風(fēng)方式、冷熱通道布局、冷熱通道隔離、室外自然冷源引入、雨水應(yīng)用等技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮很大的作用,相信精密空調(diào)智能控制系統(tǒng)必然會為智慧醫(yī)院、綠色醫(yī)院的建設(shè)添磚加瓦,為醫(yī)療信息化的物理基礎(chǔ)提供有力保障。
文章來源:精密空調(diào) http://www.rongguina.cn/
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