Google数据中心PUE——笑傲江湖的独孤九剑（四）

独孤九剑第四剑

破鞭式：破解诸般长索、短鞭、三节棍、鍊子枪、铁链、渔网、飞锤、流星种种软兵刃

第三篇文章讲述了Google数据中心采用顶置空调，降低了模块内热损失及送回风阻力，大大降低了末端空调的功耗。本章（第四篇）主要讲述Google数据中心如何来降低水泵的功率。

水泵有效功率为水泵的扬程、质量流量、重力加速度三者的乘积：

Ρe=ρgQH

ρ:泵输送液体的密度

g:重力加速度

H:水泵的扬程

Q:水泵的流量

泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用P表示：

P=Ρe/η

其中η值为水泵效率，一般取值为0.75~0.88之间。

从水泵轴功率计算公式来看，影响到水泵功率的主要为水泵扬程、流量和效率三个方面。根据空调系统换热量公式:

Q=cm∆t

Q：系统的换热量

c：水的比热

m：系统的质量流量

∆t：系统的换热温差

从上述三个公式综合分析，在空调系统换热量一定情况下，系统流量和系统换热温差成反比，换热温差越大，系统的流量越小，对应的水泵功率也会越小。

基于数据中心空调系统的特点，笔者参与海外数据中心项目，对于空调水泵功率的优化，做了如下优化设置：

• 冷冻水系统：冷冻水温差由国内5℃~7℃换热温差，调整到8℃~10℃ 换热温差。在相同的空调负荷下，冷冻水泵的能耗可以降低约25%~30%。

•  冷却水系统：冷却水温差由国内的5℃~6℃，调整为8℃换热温差。在相同空调负荷下，冷却水泵能耗可以降低约30%。

系统阻力优化：

• 尽量让冷冻站与冷却塔贴近布置，降低冷却水系统沿程阻力。冷冻站放置于屋顶或布置为单层建筑。

• 降低独立运行空调系统的规模。尽量将空调系统小型化、模组化，降低冷冻水的输送距离。

• 使用制冷量比较小的冷水机组，通过增大冷水机组换热器来降低设备局部阻力。

• 增大末端空调机组换热面积，降低水流量和水阻力，从而降低末端机组局部阻力。

各个设备的阻力优化值如下图所示：

通过优化系统和设备的阻力，以及降低系统流量，将水泵能耗降低至原有设备能耗的50%，大大提高系统能效水平。

采用大温差的成本分析：

对于目前数据中心常规6℃温差的冷冻水而言，其空调系统各个部分的成本组成如下图所示：

由于数据中心管路和阀门有大量冗余，其管道阀门成本接近系统成本的40%。采用大温差系统，可以明显降低管路和阀门系统的成本，项目整体成本可以降低。

但是采用大温差系统，如果空调系统末端设备类型太多，如房间级空调、列间空调、顶置空调、风墙空调，空调形式和空调阻力差异太大，会造成空调末端水力不平衡，设备流量偏差太大，给运营造成比较大风险。

所以目前比较大型的数据中心，若末端空调形式太多，一般冷冻水供回水温差设计值都偏小（5~6℃），空调末端形式比较少、系统规模偏小的冷冻水系统，一般采用大温差系统（8~10℃）。

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