对于数据中心这类常年高冷负荷的场所，水侧免费供冷(利用冷却水直接降温)是一种有效的节能措施。一般而言，自控系统会根据冷却水回水温度与冷冻水供水温度设定值的差值来判断是否可以启动免费供冷系统。由于冷却水回水温度取决于室外湿球温度及控制逼近度的设定值，因此免费供冷的节能效果与逼近度设定值密切相关。本文以某数据中心的实际负荷作为数据来源，分析了五个城市逼近度的设定值优化值。结果表明，对于室外湿球温度较低的地区，降低逼近度的设定值可以带来更高的节能率。但是对于其他地区，还需要考虑逼近度降低带来的对冷机及冷却塔能耗的影响，因此不能简单认为逼近度越低越好。本文阅读时间5分钟左右。
1.模型介绍
采用Dymola软件对水系统进行建模。模型的连接关系如图1所示，设备的名义参数及台数如表1所示，模型假设需求端负荷固定在kW。
图1.水系统的连接关系图
表1.设备名义参数表
设备
型号
名义参数
冷机
York
名义制冷量kW,名义COP6.63
冷冻泵
WiloSCP/
HA-/4
名义流量m3/h,名义扬程50m,名义功率98.5kW
冷却塔
马利
名义流量kg/s,名义风机功率74kW,名义供回水温差6℃
该系统有三种运行策略:(1)冷机运行模式，该模式与普通制冷模式相同，冷却侧水经过冷机流回冷却塔;(2)部分制冷模式，该模式下冷却水回水首先通过板换对冷冻水回水进行冷却，然后进入制冷机冷凝器；(3)免费供冷模式，该模式下冷机关闭，冷冻水完全通过冷却水进行降温处理。不同模式对应的对应的变量特征如表2所示。
表2.不同运行模式对应的变量特征
基于以上假设，对该模型在五个城市(南京，上海，石家庄，西安，西宁)的能耗进行了模拟。如果把完全使用冷机制冷作为比较的基准值，则得到了五个地区使用免费供冷分别对应的节能量，如图2所示。由图2可见，免费供冷可以显著降低系统能耗，且带来的节能率与免费供冷(包括部分免费供冷)的时长成正比。随着湿球温度由高到低变化，免费供冷时长逐步增加，节能率也逐步增加。当免费供冷时长从上海的不到小时增加到西宁的高于个小时时，节能率从13%上升到43%。
图2.系统节能率与免费制冷时长的关系
由于逼近度的选择对于免费制冷时长有影响，本文选取石家庄市，对在不同逼近度下冷机和冷却塔的能耗值进行了对比。对比结果如图3所示。由图可见，当逼近度从3℃增加到5℃时，随着冷却水回水温度的上升，冷机能耗不断上升，冷却塔能耗不断下降。有趣的是，能耗最高值虽然发生在逼近度5℃的位置，但能耗最低值却不是在逼近度3℃的位置，而是发生在4.5℃的位置。这一现象说明，降低逼近度带来的能耗节约有可能抵不上能耗损失。
图3.逼近度对冷机与冷却塔能耗的影响
为了进一步了解逼近度对能耗的影响，本文对五个地区逼近度对能耗的影响进行了研究，所得结果如图4所示。由图4可见，逼近度的设置可带来节能率1%-5%左右的变化。对于全年湿球温度较低的地区，逼近度确实越低越好；但对于其他地区，则存在逼近度的最优设置问题。
图4.不同地区逼近度对节能率的影响
以上结果说明，逼近度的选取会影响免费供冷系统供冷模式的切换，并带来1%-5%左右节能率的影响。最佳逼近度需要根据地区、冷机及冷却塔的特性等确定。
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以上内容可引用:J.Li,Z.Li*,H.Wang,AStudyofWet-bulbtemperatureandapproachtemperaturebasedcontrolstrategyofwater-sideeconomizerfree-coolingsystemfordatacenter,Proceedingsofthe11thISHVACConference,-.
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