Google数据中心PUE——笑傲江湖的独孤九剑（七）

独孤九剑第七剑

破剑式：破解诸般暗器，须得先学「听风辨器」之术，击开敌手发射来的种种暗器， 以敌手打来的暗器反射伤敌。

本系列第二章讲述了如何通过气流组织和盘管设计，选择适当的温度来提供水温度。本系列第三章讲述了不同气流组织对末端设备功率的影响，如何来优化末端设备的功率。本系列第四章讲述了如何实施和运营大温差系统（国内的相关资料可以参考《中国数据中心冷却技术年度发展研究报告 2020》P124）中相关数据。本系列第五章讲述了如何选择冷水机组，保证冷水机组高效运行。本系列第六章讲述了目前自然冷源利用的过度季节使用缺陷及海外项目对应的解决方案。

本系列第七章重点讲述如何结合全年的气象参数，来全面评价冷冻水系统相关技术的综合应用效果。

下图1为北京地区全年日干球温度统计图。从图中可以看出，北京地区全年的干球温度波动很大，全年气象参数会影响到如下相关核心指标：

• 自然冷源的利用时长。
• 冷水机组的工作效率：气温越低，冷水机组工作效率越高。
• 冷却塔的功率：冬季冷却塔风机功率有明显降低。

图1：北京地区全年日干球温度统计值

对于水冷系统而言，湿球温度的影响比干球温度的影响更加直接。全年能耗计算过程中，需要详细统计全年的湿球温度值来计算不同工况下的系统能耗，下图2为中国三大地区的气候湿球温度小时数统计值：

图2：广州、北京、上海的全年湿球温度与小时数的统计表

针对目前国内的常用工况，海外项目的整体的工况优化如下：

• 冷通道的温度，国内外基本保持不变，维持在23~25℃温度。
• 空调末端：增加空调末端的换热面积。

  1、可以提高供水温度，从典型的15℃提高至18~20℃。

  2、可以提高供回水温差，从典型的6℃提高至8~10℃。

  3、降低空调自身风阻力，降低末端风机功率。

  4、降低末端空调水阻力，从原来的5~8米降低值3~8米。

• 降低空调系统的服务半径，降低水泵的输送距离。

下图3为相关的数据中心空调系统的优化示意图：

图3：数据中心空调系统优化示意图

以目前数据中心常用的4220Kw（1200RT）制冷单元为例，其主要设备的能耗如下表所示：

序号	设备名称	典型系统设备参数	优化系统的设备参数
1	变频离心冷水机组	制冷量：4220Kw，冷却水进出水21/15℃，冷冻水进出水32/38℃，功率639Kw;COP值6.6；蒸发器，冷凝器水阻85Kpa。	单台（共2台）制冷量：2110Kw，冷冻水进出水28/20℃，冷却水进出水32/38℃，单台功率285Kw;COP值7.4；蒸发器，冷凝器水阻50Kpa。
2	末端 精密空调	单台制冷量：100Kw，配置40台，每台功率6Kw；单台风量25000m³/h;机组阻力70Ka，机组总功率240Kw。	单台制冷量：100Kw，配置40台，每台功率4Kw；单台风量25000m³/h;机组阻力45Ka，机组总功率160Kw。
3	开式 冷却塔	循环水量700m³/h，风机功率60Kw；夏季进出水温度38/32℃（湿球30℃）；冬季进出水温度18.7/13.5℃（湿球6℃）	单台（共2台）循环水量260m³/h，风机功率30Kw；夏季进出水温度40/32℃（湿球30℃）；冬季进出水温度25.5/18.5℃（湿球6℃）
4	冷冻水循环水泵	流量610m³/h,扬程44米；功率110Kw	单台流量230m³/h,扬程35米； 功率30Kw（共2台）
5	冷却水循环水泵	流量700m³/h,扬程38米；功率110Kw	单台流量260m³/h,扬程28米； 功率30Kw（共2台）
6	板式 换热器	换热量：4220Kw，一次侧流量700m³/h,进出水18.7/13.5℃;二次侧流量600m³/h,进出水21/15℃，阻力5米	单台(共2台)换热量：2110Kw，一次侧流量260m³/h,进出水25.5/18.5℃;二次侧流量230m³/h,进出水28/20℃，阻力4米

根据上表设备能耗数据，结合数据中心所在地全年的气象参数，可以计算出系统不同设备在不同湿球温度下的功率值和能耗值，从而统计出制冷系统全年的CLF值。

下表为北京地区 4220Kw（1200RT）制冷单元对应主要耗能设备在典型工况，部分湿球温度下能耗参数计算表：

对典型工况进行优化后，下表为北京地区 4220Kw（1200RT）制冷单元对应主要耗能设备在优化工况，部分湿球温度下能耗参数计算表：

备注：由于全年温度值较多，本表仅列出了部分温度参数下，数据中心空调系统各个设备对应的参数及能耗计算值。

综合计算制冷单元中冷水机组、水泵、冷却塔、末端精密空调的全年功耗，然后除以制冷单元全年的制冷量，可以计算出不同地区空调系统在不同工况下的全年制冷系统，其计算值下表：

空调工况	北京地区	上海地区
典型工况	0.20	0.23
优化工况	0.12	0.14

从上述计算可以得出：对于典型工况下的运行工况，进行适当优化，空调系统能耗有明显降低。数据中心优化后的冷冻水系统与间接蒸发AHU系统相比PUE值如下表所示：

空调系统类型	北京地区	上海地区
典型冷冻水空调系统	1.29	1.32
优化冷冻水空调系统	1.22	1.24
间接蒸发AHU空调系统	1.21	1.23

备注：其中供电及其他的因子按照0.1计算。

从上述计算结果分析，当对数据中心冷冻水空调系统各个设备进行适当优化后，通过完善控制系统来提高系统稳定性，增强系统流量、温差、和冷量之间耦合，可以明显降低空调系统的能耗，其全年能耗水平与间接蒸发AHU空调系统基本相当。