前沿拓展：

數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)的設(shè)備發(fā)熱量都比較大，制冷效果的好壞直接影響到機(jī)房的使用，但由于數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)不能有水，因此數(shù)據(jù)機(jī)房通常采用風(fēng)冷方式對機(jī)房進(jìn)行制冷。隨著網(wǎng)絡(luò)通信科技的飛速發(fā)展，目前大型數(shù)據(jù)機(jī)房的單機(jī)架耗電量已突破了4kW/ 架，風(fēng)冷式恒溫恒濕空調(diào)的單機(jī)容量及安裝數(shù)量也隨之不斷的增加。如今，用電能效（簡稱“PUE”，PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT 設(shè)備能耗，PUE 是一個比率，基準(zhǔn)是2，越接近1 表明能效水平越好）已經(jīng)成為國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心電力使用效率衡量指標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外先進(jìn)的機(jī)房PUE 值可以達(dá)到1.7，而我們國家的PUE 平均值則在2.5 以上。隨著國家綠色節(jié)能計(jì)劃的推出，對大型數(shù)據(jù)機(jī)房這樣的用電大戶提出了一個機(jī)房用電能效考核，因此，采用其它更加節(jié)能的制冷方式成為當(dāng)務(wù)之急。

據(jù)測算，采用水冷機(jī)組制冷雖然一次性投資較大，而且設(shè)計(jì)、施工比較繁瑣，但它的節(jié)能效果比較理想，一般能使大型數(shù)據(jù)機(jī)房的PUE 降到1.7 左右。因此在大型數(shù)據(jù)機(jī)房采用水冷機(jī)組進(jìn)行制冷勢在必行，如何根據(jù)機(jī)房內(nèi)設(shè)備的發(fā)熱情況來實(shí)時控制冷水機(jī)組的運(yùn)行對機(jī)房的運(yùn)行及節(jié)能都將非常關(guān)鍵。

1 水冷機(jī)組控制原理

現(xiàn)代工業(yè)過程對控制系統(tǒng)的要求已不局限于能實(shí)現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集和控制功能，還要求工業(yè)過程能長期在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。對于一個規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合、因素眾多的大型工程系統(tǒng)，要解決的不是一個局部最優(yōu)化問題，而是一個整體的總目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化問題，即生產(chǎn)過程的綜合自動化問題。總目標(biāo)函數(shù)不但包括產(chǎn)量、質(zhì)量等指標(biāo)，還包括能耗、成本等其他各類指標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的最優(yōu)化控制，大系統(tǒng)控制理論中引入了“分解”和“協(xié)調(diào)”的設(shè)計(jì)原則。本文結(jié)合開利冷水機(jī)組群控系統(tǒng)I- VU 對機(jī)房冷水機(jī)組群控進(jìn)行介紹（見圖1）。

2 I- VU 網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

I- VU 系統(tǒng)是開利公司應(yīng)用多年空調(diào)控制領(lǐng)域的先進(jìn)知識研發(fā)的冷凍機(jī)組能源效率管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以為用戶提供廣泛的舒適度、可操作性、空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)和能源管理為目標(biāo)，能夠涵蓋開利公司的冷水機(jī)組、非開利公司的機(jī)電設(shè)備及其它樓宇控制系統(tǒng)。I- VU 系統(tǒng)能夠保證能源管理系統(tǒng)的所有利益，允許用戶從使用的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)兩個角度來管理系統(tǒng)的能源消耗。機(jī)組按時間安排運(yùn)行、負(fù)荷分段卸載和加載等功能可以為用戶提供最高效的能耗管理。操作者可以在非常短的時間內(nèi)對系統(tǒng)故障報警做出反應(yīng)，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本系統(tǒng)能夠提供設(shè)備運(yùn)行時間和能耗量等數(shù)據(jù)，為用戶作能耗分析和系統(tǒng)決定提供有效的依據(jù)。

通過對溫度、相對濕度、室外空氣通風(fēng)量的精確控制來提升環(huán)境的舒適度。集中控制減輕了用戶的人工操作量，簡化排除故障的過程，這些將為用戶提供更加有效的設(shè)備管理。持續(xù)性的現(xiàn)場和遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)，有利于延長機(jī)組的壽命，降低設(shè)備的維護(hù)成本。I- VU 系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)，可靈活地適應(yīng)現(xiàn)場需求及后期項(xiàng)目的擴(kuò)展要求。依據(jù)I- VU 通訊網(wǎng)絡(luò)體系的策略，通過專用數(shù)據(jù)模塊可以實(shí)現(xiàn)與其它樓宇控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。

3 數(shù)據(jù)中心冷水機(jī)組群控系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)中心選用3 臺19XR 機(jī)組、4 臺冷凍水泵、4 臺冷卻水泵、9 臺冷卻塔風(fēng)機(jī)、1 臺免費(fèi)板換、流量計(jì)、全自動加藥裝置、真空脫氣罐、蓄冷罐、附屬閥門；通過使用I- VU 控制系統(tǒng)，建立一套完整的中央空調(diào)控制系統(tǒng)。

I- VU 控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將冷水機(jī)組和外圍設(shè)備，包括冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔綜合成一個系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多臺冷水機(jī)組的集中群控，同時將冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔納入聯(lián)鎖管理。與系統(tǒng)相連接的監(jiān)控計(jì)算機(jī)為冷水機(jī)組的集中群控提供人機(jī)界面，通過該界面，可了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，各冷水機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)及主要運(yùn)行參數(shù)，可參與冷水機(jī)組的集中群控管理。另外，系統(tǒng)所有內(nèi)部參數(shù)均可以轉(zhuǎn)換成符合BACnet IP 的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，然后通過其通訊端口傳送至其它控制系統(tǒng)的智能終端，并實(shí)現(xiàn)單向數(shù)據(jù)傳輸。

4 數(shù)據(jù)中心冷水機(jī)組群控系統(tǒng)控制特點(diǎn)

根據(jù)能效和設(shè)備性能提供最優(yōu)設(shè)備運(yùn)行組合和優(yōu)化每臺冷水機(jī)組負(fù)荷分配，提供智能控制算法以便最大限度的根據(jù)負(fù)載需求實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，合理控制冷水機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)高效節(jié)能運(yùn)行。綜合考慮系統(tǒng)冷凍水供水溫度設(shè)定值偏差與系統(tǒng)負(fù)荷變化趨勢，防止過量機(jī)組負(fù)載的發(fā)生。例如，當(dāng)冷凍系統(tǒng)剛開始起動時，冷凍水管內(nèi)的水溫較高，若無此功能，系統(tǒng)會錯誤地顯示比實(shí)際所需更大的冷負(fù)荷需求。實(shí)現(xiàn)各臺冷水機(jī)組及水泵的運(yùn)行時間均衡，根據(jù)要求自動切換機(jī)組的運(yùn)行次序，累計(jì)每臺機(jī)組運(yùn)行時間，自動選擇運(yùn)行時間最短的機(jī)組，使每臺機(jī)組運(yùn)行時間基本相等，以延長機(jī)組使用壽命。對冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，并在設(shè)備損壞時自動啟用備用設(shè)備，并且具備斷電恢復(fù)后自動啟動的功能。全面顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和主要參數(shù)，具有故障報警、報告及故障診斷信息的功能。專用用戶界面軟件具備局域網(wǎng)通訊能力，提供嚴(yán)密的安全等級及操作權(quán)限，能夠設(shè)置不同權(quán)限級別的操作密碼。整個系統(tǒng)具有自動存儲檔案數(shù)據(jù)及記錄的功能，按照使用要求保存歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且能夠根據(jù)需要自動編制冷水機(jī)組管理報告。全面數(shù)據(jù)傳送至BAS 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樓宇集中式控制，并可接受BAS 系統(tǒng)發(fā)出的開關(guān)冷機(jī)指令、冷凍水出水溫度和運(yùn)轉(zhuǎn)電流限制修改指令。

5 數(shù)據(jù)中心空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

冷水機(jī)組由Chiller SystemManager（CSM）冷水機(jī)組系統(tǒng)管理控制器來管理，水泵、冷卻塔等設(shè)備由I- VUM系列控制器及擴(kuò)展I/O 模塊來管理。

根據(jù)項(xiàng)目需求在各類管道上（包括空調(diào)冷水供水管、空調(diào)冷水回水管、空調(diào)冷卻水供水管、空調(diào)冷卻水回水管、冬季板換冷卻水供水管、冬季板換冷卻水回水管、空調(diào)膨脹管、空調(diào)冷卻塔補(bǔ)水管）安裝溫度傳感器、壓力傳感器、管道式流量傳感器、室外溫濕度傳感器、液位開關(guān)、開關(guān)型電動蝶閥、電動調(diào)節(jié)閥、流量開關(guān)、自力式壓差控制閥、溫度計(jì)、壓力表、流量計(jì)等儀器儀表設(shè)備。

與調(diào)節(jié)。運(yùn)行狀態(tài)，故障報警。監(jiān)測每臺機(jī)組冷凍水供/ 回水溫度，冷卻水供/ 回水溫度，蒸發(fā)器壓力，冷凝器壓力，蒸發(fā)器制冷劑溫度，冷凝器制冷劑溫度等機(jī)組內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)。冷凍水總管溫度監(jiān)測。監(jiān)測冷凍水旁通的壓差，控制調(diào)節(jié)旁通閥開度。流量監(jiān)測、能量監(jiān)測。

冷凍水泵：啟停控制，變頻反饋。運(yùn)行狀態(tài)，故障報警，手自動狀態(tài)，變頻控制。

冷卻水泵：啟停控制，變頻反饋。運(yùn)行狀態(tài)，故障報警，手自動狀態(tài)，變頻控制。

冷卻塔：啟停控制，冷卻塔進(jìn)水管的電動蝶閥開關(guān)控制。運(yùn)行狀態(tài)，故障報警，手自動狀態(tài)，蝶閥狀態(tài)反饋，冷卻水總管溫度監(jiān)測。

本項(xiàng)目共分四個系統(tǒng)：冷凍系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自由冷卻系統(tǒng)及其他系統(tǒng)。輸入/ 輸出共280 點(diǎn)，其中開關(guān)量輸出（DO）40點(diǎn)，包括風(fēng)機(jī)水泵或設(shè)備啟停、電加熱器啟停、風(fēng)門開關(guān)。模擬量輸出（AO）12 點(diǎn)，包括閥門調(diào)節(jié)、水泵調(diào)速、冷凍機(jī)設(shè)定。開關(guān)量輸入（DI）132 點(diǎn)，包括風(fēng)機(jī)水泵啟停狀態(tài)、風(fēng)機(jī)水泵故障狀態(tài)、風(fēng)機(jī)水泵手自動狀態(tài)、電加熱故障狀態(tài)、電加熱開關(guān)狀態(tài)、閥門開關(guān)狀態(tài)、液位開關(guān)狀態(tài)、冷凍機(jī)組監(jiān)控信號。模擬量輸入（AI）96 點(diǎn)，總出水水溫、總回水水溫、供回水壓差、流量測量、冷凍機(jī)組監(jiān)控信號、風(fēng)機(jī)或水泵電流、水泵變速反饋、閥門或風(fēng)門開度、室外溫度、室外濕度。

7 數(shù)據(jù)中心冷水機(jī)組管理的控制特點(diǎn)

通常制冷機(jī)臺數(shù)的控制，一般BAS 的控制是通過計(jì)算冷量，即總水量×供回水溫差，得出末端的冷量多少。但是其缺點(diǎn)是誤差很大。

①因?yàn)楸O(jiān)測流量有±15％的誤差（如果安裝的不恰當(dāng)，誤差更大—流量傳感器有很嚴(yán)格的安裝要求與精度要求），因此通常計(jì)算出來的冷量的誤差會超過15％。I- VU 系統(tǒng)擁有專為冷水機(jī)組研制的CSM冷水機(jī)組系統(tǒng)管理模塊，可對每臺冷機(jī)進(jìn)行全面的監(jiān)測與管理，CSM內(nèi)部優(yōu)化程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，決定開啟制冷機(jī)臺數(shù)；除了保證供水溫度外，制冷機(jī)的制冷量也參與增加或減少臺數(shù)的策略，因此在制冷的控制效果比其他控制系統(tǒng)更優(yōu)良、更節(jié)能、更專業(yè)。

②一般BAS 加機(jī)的策略是當(dāng)冷量比末端小時便需要加機(jī)，運(yùn)行機(jī)組保持原運(yùn)行狀態(tài)，加載機(jī)組的負(fù)載逐步上升，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。這樣常常需要長時間的溫度波動與溫度接近。CSM管理系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是加卸載管理，當(dāng)系統(tǒng)需要增多一臺機(jī)組制冷，它不止光啟動后備狀態(tài)機(jī)組，而是同時發(fā)出指令給正在運(yùn)行的機(jī)組，將其制冷負(fù)荷至平均負(fù)載，然后2 臺機(jī)組同時上載，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這樣可以最快程度的達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定，使供水溫度達(dá)到波動最小，同時也平衡機(jī)組使用壽命，減低電網(wǎng)突增的負(fù)荷，最大限度達(dá)到節(jié)能作用。

8 冷水機(jī)組加載和卸載的流程

①增加制冷需求Additional Cooling Required - ACR 加載的流程。當(dāng)以下各項(xiàng)要求a~d 均能滿足時，才進(jìn)入機(jī)組加載程序。

a.當(dāng)前運(yùn)行的機(jī)組有足夠的時間由0%負(fù)載至接近100%負(fù)載。

b.當(dāng)ACR 溫度傳感器所測的冷凍水供水溫度，高于當(dāng)前的冷凍水供水溫度設(shè)定點(diǎn)與一個可調(diào)整的溫度偏差值相加后的所得值。

c.運(yùn)行機(jī)組的負(fù)載大于某個設(shè)定值(一般為90%~95%)。

d.運(yùn)行冷水機(jī)組的溫度降低速率小于0.5/min。

機(jī)組加載流程：當(dāng)以下各項(xiàng)要求e~g 均能滿足時，新冷水機(jī)組立即啟動。

e.新冷水機(jī)組啟動的延遲時間已經(jīng)結(jié)束（延遲時間可以設(shè)定）。

f.新冷水機(jī)組禁止運(yùn)行的命令未激活。

g.新冷水機(jī)組沒有處于出錯，斜坡加載或處于斷電重起階段。

②減少制冷需求Reduce Cooling Required- RCR 卸載的流程。當(dāng)以下各項(xiàng)要求a~c 均能滿足時，才進(jìn)入機(jī)組卸載程序。

a.目前運(yùn)行的機(jī)組臺數(shù)多于一臺。

b. 運(yùn)行機(jī)組的平均負(fù)載小于某個設(shè)定值(一般為65%~69%)。

c.當(dāng)RCR 溫度傳感器所測的冷凍水供水溫度，小于當(dāng)前的冷凍水供水溫度設(shè)定點(diǎn)與一個可調(diào)整溫度偏差值的0.6 倍相加后的所得值。

機(jī)組卸載流程：當(dāng)以下要求d 能滿足時，設(shè)定機(jī)組馬上停機(jī)。

d.機(jī)組停機(jī)的延遲時間已經(jīng)結(jié)束（延遲時間可以設(shè)定）。

9 數(shù)據(jù)中心冷卻塔風(fēng)機(jī)控制流程

①根據(jù)冷水機(jī)組開機(jī)要求，開啟對應(yīng)冷卻水泵，冷卻塔開始工作；

②冷卻塔風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行由各自冷卻塔回水溫度決定，通過冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停以維持冷卻水回水溫度設(shè)計(jì)值（假設(shè)為32℃）；

③系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測冷卻水回水溫度，計(jì)算實(shí)際值與設(shè)計(jì)值的差Δt（實(shí)際值- 設(shè)計(jì)值）；

④控制系統(tǒng)將保證在冷卻塔工作時維持低速風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行；

⑤當(dāng)溫度上升，Δt> 設(shè)定溫差的75%時，開啟冷卻塔風(fēng)機(jī)；

⑥當(dāng)溫度下降，Δt< 設(shè)定溫差的50%時，停止冷卻塔風(fēng)機(jī)。

10 數(shù)據(jù)中心機(jī)組循環(huán)啟停順序

為平衡冷凍機(jī)的使用時間，使每臺機(jī)組保持基本一致的運(yùn)行時間以延長機(jī)組壽命，冷機(jī)群控系統(tǒng)為用戶提供了一個循環(huán)冷凍機(jī)啟停順序的程序，可在操作平臺自定義循環(huán)周期，即用戶可自定義冷凍機(jī)的循環(huán)方式及循環(huán)時間。

11 數(shù)據(jù)中心機(jī)組斷電重起策略

①群控系統(tǒng)的DDC 設(shè)備由UPS 供電，系統(tǒng)內(nèi)部的電動閥門都采用220V 供電，由DDC 控制柜內(nèi)的UPS 電源一路供電。

②市電斷電時，系統(tǒng)必須提供群控系統(tǒng)一個通斷信號，表征系統(tǒng)斷電；柴油發(fā)電機(jī)供電時，系統(tǒng)提供群控系統(tǒng)一個通斷的反饋信號，表征系統(tǒng)通電。

③斷電后，電動閥門維持通電前的狀態(tài)，以保證系統(tǒng)狀態(tài)。同時啟動應(yīng)急狀態(tài)的程序。

④柴油發(fā)電機(jī)供電后，DDC 得到反饋狀態(tài)，將同時發(fā)送命令給2 臺冷水機(jī)組，對應(yīng)的一次冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)。

⑤冷水機(jī)組接到DDC 命令后進(jìn)入開機(jī)程序。

a.啟動開始，開啟冷水泵（5s）

b.開啟冷卻水泵（5s）

c.水流驗(yàn)證（30s）檢查冷水溫度，檢查導(dǎo)葉是否閉合，啟動油泵，控制冷卻塔風(fēng)扇（50s）

d.油壓差驗(yàn)證（30s）

e.壓縮機(jī)開啟至電流降至運(yùn)行電流值（30s）

從冷水機(jī)組接到DDC 開機(jī)命令至啟動過程完成總共需最短時間為2 分30 秒。2 分30 秒后，群控系統(tǒng)再發(fā)送命令給2臺冷水機(jī)組，對應(yīng)的一次冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)。

本文來源于互聯(lián)網(wǎng)，作者：奚偉東。暖通南社整理編輯。

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