2021数据中心科技成果奖二等奖——自适应自然冷却节能技术 

2021年11月,在上海隆重召开“2021数据中心科技成果奖”颁奖仪式,对获奖单位和个人进行表彰。


吉林省农村信用社联合社和紫光华山科技服务有限公司联合申报的自适应自然冷却节能技术荣获二等奖。

2021数据中心科技成果奖二等奖——自适应自然冷却节能技术(图1)

2021数据中心科技成果奖二等奖——自适应自然冷却节能技术(图2)

科技成果介绍


基于自动控制的节能型自适应风冷自然冷却制冷技术:首先由干冷器、末端精密空调形成独立控制系统,为保证热交换气流,单台干冷器内部风机同步调速,根据室内空调制冷需求,实现智能PID调速,保证室内空调稳定运行。同时,采用机房温度-外界温度双向测定技术,用以区别环境季节,在不同环境季节拥有不同PID调速加速度。系统能在三种不同的气候条件下自适应地管理机组的运行,大大降低运行成本,做到第一步系统级节能。


夏季:机组采用风冷乙二醇制冷系统运行压缩机制冷。


过渡季节:采用混合制冷模式,乙二醇制冷剂可以直接用于自由节能制冷,制冷剂回路和乙二醇回路同时制冷,减少压缩机的能量消耗。


冬季:采用自然冷却,单独使用(节能型)乙二醇制冷系统就足以驱散室内的全部热荷,压缩机不工作,干冷器的可调速风机调节转速到100%来提供一定温度的冷水至室内机房,延长了自然冷却时间,节能效果最显著。


在以上自适应制冷基础上,同时引入自动控制系统,通过采集干冷器的运行状态直接联动对应的循环水泵启停;启动后设定初始频率,水泵频率调节则通过冷冻水供回水总管实现温差,为系统提供最节能的动力。


为保证精密空调系统整体控制逻辑的完整性,在启停顺序方面,考虑所有管路的电动阀门和电动水泵的逻辑控制进行辅助,当收到干冷器运行信号之后,同时开启对应电动阀门。电动阀门开状态信号根据水泵频率进行自动控制,自动控制流量再次提升节能效力。当干冷器停止运行,关阀关泵,降低不必要的电能和流量消耗。


实际应用情况


本项目空调共配置13台干冷器联动机房内80台空调室内机,分为三组,两组干冷器组(每组5台干冷器)分别联动二、三层主机房区空调室内机,另外一组干冷器组(3台干冷器)联动配电室、电池室等机房辅助区域的室内机。根据室内外热负荷需求,室内机与干冷器具备耦合联动关系,定制研发的总控柜根据干冷器出口的水温传感器,管理干冷器的风扇转速PID调节和激活的干冷器数量,并向数据中心BMS系统提供数据,实现自适应制冷模式切换制冷。


(1)夏季:室外环境温度23℃以上,机组采用乙二醇制冷系统运行压缩机制冷。


(2)春秋季:室外环境温度2-22℃,采用混合制冷模式,乙二醇制冷剂可以直接用于自由节能制冷,制冷剂回路和乙二醇回路同时制冷,减少压缩机的能量消耗。


(3)冬季:室外环境温度2℃,采用自然冷却,压缩机不工作,干冷器的可调速风机调节转速到100%来提供一定温度的冷水至室内机房,延长了自然冷却时间,节能效果最显著。


干冷器运行支持主备轮询功能,实现启用/停用热备模式,在联控箱内也可远程修改。每台干冷器8台风机,有最低转速保护,可本地/远程修改该最低转速。为保证热交换气流,单台干冷器内部8台风机同步调速,根据内机冷凝需求,做智能PID调速,保证内机稳定运行。同时,通过机房温度-外界温度之间的温差区别环境季节,不同环境季节拥有不同PID调速加速度。


当机房热负载逐渐减小,内机制冷量需求逐渐下降时,干冷器首先调整每台干冷器风机转速,整体降速实现节能减耗,降至最低转速干冷器再逐渐减少台数,最低仍会有1台干冷器工作。当内机全部停止,干冷器运转台数为0。


当机房空调开启,外机干冷器开启,当机房热负载逐渐加大,干冷器以最小转速不变,加载干冷器台数至最大,再整体调速至最大,直至满载。


项目配套13台变频循环水泵和42台电动阀门,配合自动控制系统完成二次控制。根据干冷器的运行状态联动对应的循环水泵启停,启动后初始频率为30赫兹;水泵频率调节通过冷冻水供回水总管温差实现。通过水泵频率的采集,调节电动阀门开启状态信号。


考虑到冬季防冻问题,在冬季模式下,自动控制系统还具备防冻功能,当检测到室外冷冻水管温度低于设定值时(设定值为-15℃),系统发出冷冻水低温报警信号,开启对应区域电动阀门,水泵保持30赫兹运行,干冷器不启动;高于设定值-13℃后关阀关泵。


基于自动控制的节能型自适应风冷自然冷却制冷系统实现了风冷节能理念,在国内此应用落地较少,设计理念较为先进,为风冷节能系统在东北高寒地区的节能应用提供了较高的借鉴意义。


关于申报单位


吉林省农村信用社联合


吉林省农村信用社联合社成立于2004年5月20日,经省政府授权,对全省农村信用社履行“服务、指导、协调和行业管理”职能。现辖39家农村商业银行、13家县联社;1,700多个服务网点,26000余名员工,是省内网点最多、服务范围最广、支农力度最大的地方金融机构。


紫光华山科技服务有限公司


紫光华山科技服务有限公司拥有数据中心最高等级的设计和施工“双甲”资质,专注于数据中心全生命周期的专业服务。注册资金1亿元。公司业务范围覆盖数据中心咨询、设计、实施、验证、运维等全生命周期服务。主要为大型政企、银行、保险、互联网公司及大型国企提供服务。过去的10年,服务了超过400个数据中心,建筑面积超过300万平方米,是业界唯一同时为BAT互联网巨头提供设计服务的厂商,也为四大国有银行、上交所、深交所等众多金融客户提供了专业的服务。