資料中心水側自由冷卻節能效果探討
來源：資料中心最佳實踐2018-10-11 10:18資料中心的蓬勃發展所帶來的除了大資料的便捷，同時也帶來了巨大的電能消耗。據美國媒體歷時一年多的調查發現，全球各大網站僅資料中心的用電功率，就相當於30個核電站的供電功率，可以說資料中心絕對是一個名副其實的巨大“電老虎”。大家都知道，資料中心耗電中，空調的耗電佔了40%，所以，對於資料中心的空調系統，專家們想了很多節能方式，其中就包括製冷系統的自由冷卻。其他的都不多說，今天就僅針對水側自由冷卻中的預冷模式，發表一下自己的一些看法。
板換串接示意圖
板換並聯示意圖
眾所周知，串聯板換的節能效果比並聯板換的節能效果更佳，今天就針對一些理論值進行計算，論證一下節能效果的比較。
做過資料中心暖通設計的工程師們會對系統中的裝置引數進行一些理論上的假設，以便於進行裝置的選型及其他計算，本文也對一些裝置進行部分理論上的假設：
板換冷凍水和冷卻水側逼近度假設為1.5℃;
過渡季冷塔出水溫度與室外溼球溫度逼近度假設為5.5℃;
假設水泵，冷機等裝置在不同工況下(引數相差不大)效率近似不變;
末端負荷按滿載計算。
以某雲資料中心為例，供回水溫度為15/21℃，冷機、板換、冷塔、水泵(冷凍水一次泵，冷凍水二次泵，冷卻水泵)各4臺，均為3+1冗餘配置。
其中冷機為變頻離心冷機，單臺製冷量850RT，電功率498kW;
冷凍水一次泵流量470m3/h，揚程20m;
冷卻水泵流量555m3/h，揚程35m。
預冷模式下，串聯板換架構中的冷凍水會同時經過冷機及板換，冷卻水也同時經過冷機及板換;並聯板換架構的混水預冷模式由於控制的複雜性，在國內極少使用，故本文假定並聯架構不考慮預冷模式。
以上分析可見，串聯板換架構預冷模式下，冷凍水和冷卻水泵均會增加一部分揚程，用以克服串接的板換的區域性阻力，揚程的增加勢必會增加一部分水泵的功耗。
根據水泵功率計算公式(GB19762-2007)：
按照串接板換增加5m區域性阻力損失計算，串接板換與不串接板換相比，冷凍水泵和冷卻水泵單臺的輸入功耗增加值分別為：8kW，9.5kW。(根據水泵高效區內效率基本不變，假設水泵效率維持在80%左右)，冷凍水泵及冷卻水泵各3臺正常執行，水泵總能耗增加為52.4kW。
根據能量計算公式：
其中：Q-製冷量，單位為kW;
c-比熱容，單位為kJ/kg*k;
m-水流量，單位為kg/s;
供回水溫差，單位為℃;
以北京為例，室外溼球溫度在8~14℃範圍內的時間為1413h，經過逐時的能量計算疊加，每年預冷過程中可以節約冷機冷量6792MWh，按照冷機COP值恆定為6計算，每年可至少節約冷機電能1132MWh(據某廠家選型報告，變頻離心冷機隨著負載率的降低，COP值升高)，去掉水泵增加的能耗52.4*1413=74MWh，依然可以節約電能1058MWh。以此可見，串聯板換確實是有一定的節能效果。