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濒临秃头运营组（8）  萌新小运维 老斯基，冷却泵变频设计可以实现节能吗？ 小Q老斯基 对比我们此前介绍的冷冻泵变频节能分析，相信大家心里隐约有一些答案。  萌新小运维 但有人说冷却水泵降频会使冷机功耗增加，得不偿失，是这样的吗？ 小Q老斯基 别着急，今天我们将通过理论计算以及实际运营数据来综合分析。  可滑动屏幕查看对话哟    序言 冷冻水系统节能优化是个系统工程，牵一发而动全身，一个参数的变化可能引发其它参数的连锁变化。因此经常有人对节能措施的实际效果提出质疑。 和冷冻水泵一样，冷却水泵的功耗与频率的三次方成正比。毫无疑问，在部分负荷情况下，冷却水泵变频运行可以大大降低水泵的功耗。但冷却水流量的下降，会导致冷机冷凝压力上升，从而增加冷机的功耗。因此有人提出，冷却水泵应该定频运行。 然而，冷却水泵变频运行是否节能，要看是冷却水泵节省的功率大还是冷机增加的功率大。本篇将通过理论计算和腾讯智维平台数据对冷却水泵变频节能效果进行论证。 知其所以然 水泵的频率、流量、压力、功率遵循相似定律（The affinity laws）。即流量与频率成正比，压力与频率的平方成正比，功率与频率的三次方成正比。 ——知识点 由以上关系可知，水泵频率从50Hz下降到f后，流量将降低为f/50。根据水的比热容公式Q=MCp▽T（Q为散热量，M为质量流量，Cp为水的比热容，▽T为冷却水进出水温差）。冷凝器的散热量不变，水的比热容不变，温差与质量流量成反比，因此冷凝器进出水温差上升为▽T2=50/f*▽T1。 冷却塔出水温度由室外湿球温度决定，流量变小后，冷却塔完全可以维持原有设定出水温度，所以冷凝器进水温度不变。冷凝器出水温度增加（50/f-1）*▽T1。只要冷凝器进出水温差不超过设计温差，冷凝器的换热效率不会有太大变化，因此可以认为冷凝器小温差不变（这点会通过数据验证，冷凝器小温差=冷凝饱和温度-冷凝器出水温度）。因此，降频后冷凝饱和温度与冷凝器出水温度上升一致，为（50/f-1）*▽T1。根据相关研究，冷凝温度每上升1℃，冷机功耗平均上升约2%~3%。 下面我们以腾讯华南某IDC为例：单台冷却水泵额定功率75kW，冷机制冷量800RT，设计冷却水供回水温差5℃。根据以上计算推导，可以得出不同负荷下，冷却水泵变频带来的系统收益。   Theoretical calculation 冷却泵变频节能理论计算
 主要结论：
实践是检验真理的唯一标准 根据上一章节的理论计算分析，冷却水泵变频综合节能效果明显。那么实际运行情况是否与理论分析一致呢？2020年3月24日，腾讯华南某IDC一期实施了冷却水泵变频节能，为数据分析提供了很好的应用案例。 实施节能前，机房运行2台800RT冷机，冷机负载率约为65%，冷却水泵满频运行。如图1所示，3月24日到4月4日，冷却水泵逐步从50Hz下降到38Hz。从图2曲线可知，水泵功耗从75kw下降到33kw，节省42kw，与理论计算结果完全匹配。 图1 冷却水泵频率 图2 冷却水泵功耗 从腾讯智维平台中导出3月23日至4月5日的测点数据。节选零点时刻附近的数据如下： T-Nebula 腾讯智维平台测点数据
切换时间均选择当天凌晨00:00左右 从上表可以看出，随着冷却水泵频率下降，冷却水进出水温差呈上升趋势，与计算结果相符。冷凝器小温差变化较小，小于0.3℃，与理论假设相符。 3月23日至28日，室外气温较稳定，冷凝器进水温度维持在25℃左右，频率从50Hz下降到42Hz，冷凝饱和温度上升约0.5℃，与计算结果较接近，冷机负荷无明显上升趋势。3月29日以后，由于气温下降，冷凝器进水温度下降，冷机负载率明显下降。 该数据中心二期在4月3日也实施了冷却水泵变频节能。该机房两台冷机负荷率均为60%。如图3，冷却水泵频率从50Hz下降到38Hz后，水泵功率从48kW下降到21kW，与理论计算一致。如图4，小温差基本上维持不变。冷机功耗未见明显上升，维持在60%上下。 图3 冷却水泵功率 图4 冷却水泵变频运行对1#冷机运行参数的影响 综上所述： 在冷机部分负荷工况下，冷却水泵变频运行，综合节能效果显著。 Tips 01 部分负荷下，冷却水泵变频运行可显著降低冷却水泵运行功率； 02 冷却水泵降频运行，冷却水供回水温差上升，冷凝饱和温度上升，冷机功耗上升； 03 冷机功耗的上升远比冷却水泵下降的功率小，系统总能耗下降；冷机负载率越低，节能效果越明显； 04 冷却水泵应当根据冷却水供回水温差进行变频调节，使冷却水温差与设计值一致； 05 应当设置冷却水泵最小运行频率（建议30Hz），确保满足冷机最小冷却水流量要求，同时避免冷却塔流量过低导致冷却塔效率下降； 06 变频过程关注冷凝器饱和温度，避免冷凝器饱和温度上升过大。
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