御水而行，点水成金

濒临秃头运维组

    萌新小运维

小Q同学，数据中心暖通系统通常有哪些节能措施呢？

小Q同学

哈哈。常见的措施有提高冷冻水温度、降低冷却水温度、降低水泵和风机的运行频率等。

    萌新小运维

以上的方法或多或少都听说过，但是大都是定性分析。至于每种方法具体可以节能多少？是否会按下葫芦起了瓢呢？

小Q同学

其实以上每一项措施背后都有强大的理论依据支撑。这样吧，今天我们通过定量分析来验证冷冻水泵变频运行的节能可行性吧。

╮(￣▽￣"")╭

01

水泵频率、流量、扬程、功耗的关系

电机转速公式：n=60f/p

其中f为频率；

p为电机极对数，比如四极电机的p=2；

n为电机同步转速

通过上述公式可知，电机供电频率f与转速成正比关系。

同时，由水泵的相似定律（the affinity laws）可知：

流量比例定律：Q1/Q2=（n1/n2)

扬程比例定律：H1/H2=(n1/n2)^2

轴功率比例定律：P1/P2=(n1/n2)^3

水泵转速与流量、扬程、轴功率的关系曲线如图1：

图1 水泵转速与流量、压力、功率关系曲线

（1）水泵转速和流量与频率成正比

（2）扬程与频率的平方成正比

（3）功耗与频率的三次方成正比

由此可以推导，若水泵的频率从50HZ降至30HZ，水泵流量将降低至60%，扬程降低至36%，功率降低至21.6%。

    萌新小运维

哦，明白了。但是纸上得来终觉浅，小Q同学可以用实际运行的数据来校验上述结论吗？

小Q同学

当然，我们以腾讯智维平台——Tnebula上的相关测点数据为例来验证吧。

02

数据校验

没有经过实际检验的理论难免让人心生怀疑。为了验证水泵功耗与频率的关系，为节能优化提供数据支撑，小Q同学从腾讯智维平台导出了相关测点数据，并进行了对比分析。

1）

腾讯华南某IDC_A数据分析

腾讯华南某IDC_A的年度PUE<1.3，可谓是一骑绝尘，荣获5A数据中心。该数据中心冷机电流百分比约为60%，冷冻水泵运行频率常年维持在27Hz，可谓是大胆前卫的低。但是降频真的能省电吗？让我们一起来查看2#冷冻泵的有功功率测点数据。

图2 冷冻水泵有功功率

从以上历史曲线和实时数据可知，冷冻泵运行在27Hz频率下，单台功耗仅有13.5kw。查看该机房设计资料可知冷冻泵的额定功率为90kw。

水泵频率从50HZ降至27HZ后，节能效果:

（1）实际运行数据：1-13.5/90=85%

（2）理论计算：1-（27/50）^3=84.3%

实际节能效果与理论计算高度吻合。

2）

腾讯某IDC_B数据分析

为了进一步强化大家对上述结论的印象，接下来我们以腾讯某IDC_B的数据为例，进一步分析。该数据中心运行2台离心冷水机组，负载率约为63%。2019年8月，该数据中心开展了冷冻泵降频运行优化，运行频率从39.5Hz降至34.5Hz。

表1 同一时间点变频前后数据对比

图3 2#冷冻泵功耗变化趋势（0值为待机状态）

水泵频率从38.44HZ降至34.46HZ后，单台水泵功率下降12kW:

（1）实际运行数据：12/32.8=36.58%

（2）理论计算：1-（34.46/38.44）^3=28%

综上可见，实际节能效果优于理论计算值。这是因为该机房冷冻水系统压差旁通阀处于开启状态。冷冻水频率降低后，压差旁通阀自动关小，旁通流量减小，大流量小扬程特性得到改善，水泵效率提升。

03

你问我答

    萌新小运维

水泵频率降低后，冷机的功耗会不会上升呢？

小Q同学

从表1的数据可以看出，水泵频率降低后，冷机蒸发压力从487.5kpa上升到500kpa。我们知道，冷机蒸发压力升高，冷机效率提升。因此，降低水泵运行频率，不仅不会增加冷机功耗，反而会降低冷机功耗。

    萌新小运维

水泵频率降低之后，末端空调的功耗会不会有变化呢?

小Q同学

答案是不会。因为末端的功耗取决于风机功耗，而风机功耗取决于冷热通道之间的温差设定。所以水泵频率与末端功耗没有关系。因此，降低水泵运行频率不会导致末端空调功耗上升。

小Q同学

当然，为了保证末端空调的最大制冷量不受影响，需要确保末端最不利环路的压差不小于末端空调最小压差。建议不小于60kpa。

    萌新小运维

既然降低频率能够起到那么显著的节能效果，那么通过多开水泵，单台水泵频率下降，总功耗会不会显著下降？

小Q同学

答案是不会。水泵功耗=水泵质量流量*扬程*效率。单纯多开水泵台数并不会改变系统的水流量和扬程需求。同时水泵开启台数大于冷机数量时，水泵流量和扬程特性曲线偏离设计值，水泵效率下降。因此，多开冷冻泵不节能。

04

课程要点总结

1）水泵运行功耗与频率的三次方成正比，冷冻水泵降频运行能够有效降低水泵运行功耗；

2） 冷冻水系统应当在保证冷机最小流量和末端最不利环路的基础上尽量降低冷冻泵的运行频率。主流冷机要求最小流量不小于50%额定流量，理论上，冷冻泵频率25HZ可保证冷机最小流量。

3）降低冷冻泵频率时，需关注末端最不利环路（水路最长，阻力最大的末端空调）的压差，建议不小于60kpa。为了保证系统运行安全，主流数据中心限定冷冻泵最小运行频率为30HZ。

4） 冷冻泵开启台数多于冷机台数并不节能，冷冻泵开启台数与冷机台数一一对应即可。

5）冷冻水泵频率百分比应当趋近冷机电流百分比。冷冻水泵频率百分比远高于冷机电流百分比的机房有较大的节能优化空间。

    萌新小运维

哇哦。谢谢小Q同学。后续可以介绍一下冷却水、冷冻水节能优化的分析与验证吗？

小Q同学

没问题。接下来，我们将推出冷却水、冷冻水节能优化分析与验证的专题。敬请期待哦！