摘要：組級控制，顧名思義，就是一組相同類型(或來自相同供應(yīng)商)的制冷設(shè)備用相同的控制方式進(jìn)行控制。比如一組CRAC或CRAH、一組冷水機(jī)組、一組冷卻塔或一組水泵。組級控制比設(shè)備級控制更先進(jìn)，而且可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心或擺放冷水機(jī)組的地方。組級別控制可以定制，以支持各種供應(yīng)商的設(shè)備，但可能會遇到非標(biāo)準(zhǔn)配置中的問題。

組級控制，顧名思義，就是一組相同類型(或來自相同供應(yīng)商)的制冷設(shè)備用相同的控制方式進(jìn)行控制。比如一組CRAC或CRAH、一組冷水機(jī)組、一組冷卻塔或一組水泵。組級控制比設(shè)備級控制更先進(jìn)，而且可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心或擺放冷水機(jī)組的地方。組級別控制可以定制，以支持各種供應(yīng)商的設(shè)備，但可能會遇到非標(biāo)準(zhǔn)配置中的問題。

優(yōu)點(diǎn)：

與設(shè)備級控制相比，組級控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：

·同一組中的冷卻裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)，以避免需求沖擊，這可以節(jié)省能源，特別是對于使用離散加濕器和加熱器的CRAC。·

·加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心制冷的可靠性，以應(yīng)對任何制冷單元出現(xiàn)故障。如果單個單元出現(xiàn)故障，在冗余冷卻單元處于“待機(jī)”狀態(tài)下，控制系統(tǒng)在冷卻單元出現(xiàn)故障時將“喚醒”。 或者如果所有單元都在啟動，包括冗余單元，則CRAH或CRAC風(fēng)扇將自動啟動以提供更多的冷卻能力， 請注意，如果單元具有VFD組件，則同時運(yùn)行所有單元更有效。 由于能量消耗與軸速度之間的立方關(guān)系，所有以較低速度運(yùn)行的單元都可以減少與關(guān)閉冗余單元相比的能量損失。

圖2 展示的是具有變頻風(fēng)扇，使用行距為600毫米的CRAH的節(jié)能的實例。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速會由于對制冷單元制冷需求的響應(yīng)而降低，通過將IT氣流需求與有效的組級制冷控制相匹配，功耗將隨著風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的降低而降低。這樣可以在數(shù)據(jù)中心的使用周期內(nèi)節(jié)約大量能源。當(dāng)然，由于機(jī)房、制冷單元冗余的設(shè)計及數(shù)據(jù)中心使用周期內(nèi)IT負(fù)載百分比的不同，所以節(jié)省的能源也會有所不同。

　　圖2

一些制冷設(shè)備(相同類型及相同供應(yīng)商)的設(shè)計可以通過將其連在一起并改變設(shè)置來支持組級控制，沒有額外費(fèi)用。但是，對于不同類型或來自不同供應(yīng)商的制冷設(shè)備而言，必須有定制的配置。

組級控制的局限性

組級別控制的總體局限性在于它只控制相同廠商的設(shè)備(例如CRAH或冷卻器或泵等)和設(shè)備。 組級別控制改善了類似設(shè)備組中的整體通信，但不支持不同設(shè)備類型的組之間的整體系統(tǒng)優(yōu)化。 例如，對于冷凍水系統(tǒng)，由于CRAH，泵和冷卻器之間沒有直接的聯(lián)系，組級控制不足以充分優(yōu)化系統(tǒng)效率。 因此，運(yùn)維人員手動更改這些設(shè)備中的設(shè)置，以最大限度地減少整體冷卻系統(tǒng)的能源，這是非常困難的。

具有風(fēng)冷DX系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，由于室內(nèi)和室外的制冷單元設(shè)計為一個系統(tǒng)一起運(yùn)行，所以組級控制足以實現(xiàn)高效的冷卻系統(tǒng)。要注意，通常要求制冷設(shè)備必須具有相同的類型和來自相同的供應(yīng)商。

采用組級控制的實例

圖3展示的是具有壓力控制系統(tǒng)的遏制通道的實例。這就是組級控制。壓差控制是傳統(tǒng)的△T控制的一種替代方式。壓差更精確而且對負(fù)載變化反應(yīng)更快。它可以監(jiān)測遏制通道內(nèi)外的壓力，并改善制冷單元和IT設(shè)備之間的氣流平衡。該方法可以防止制冷設(shè)備冷卻，同時通過積極應(yīng)對壓力變化實現(xiàn)節(jié)能及提高可用性。

　　Delta-pressure control logic:

① Pressure changes inside contained aisle

② Active Flow Control senses pressure changes.

③ Active Flow Control adjusts cooling fans to balance with the IT airflow

② Active Response Controls ensure IT equipment is kept at the proper temperature

△壓力差控制原理：

① 通道內(nèi)壓力變化

② 主動流量控制檢測壓力變化。

③ 主動流量控制可調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇，以平衡IT氣流

④ 主動響應(yīng)控制確保IT設(shè)備保持在適當(dāng)?shù)臏囟?/p>

組級控制的另一個實例是在采用水冷方式制冷的機(jī)房對一組冷水機(jī)組、一組水泵(冷卻水和冷凍水)及一組冷卻塔的控制。直接數(shù)字控制(DDC)通常用于控制冷水機(jī)組、水泵及冷卻塔的運(yùn)行。DDC依次控制這些制冷設(shè)備的啟動和停止以確保系統(tǒng)的可靠性。DDC 還會收集像冷凍水供應(yīng)和返回時的溫度及質(zhì)量流率這樣的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以計算實際冷負(fù)載，優(yōu)化制冷設(shè)備的性能。

(備注：質(zhì)量流率指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的物質(zhì)的質(zhì)量。單位是kg/s千克/秒或kg/h千克/小時)

系統(tǒng)級控制可以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)中心內(nèi)不同的制冷子系統(tǒng)的運(yùn)行(即水泵和CRAH)。這與協(xié)調(diào)具有相同類型及供應(yīng)商設(shè)備的組級控制是不同的。例如，系統(tǒng)級控制可以協(xié)調(diào)室外柜機(jī)和室內(nèi)空氣處理機(jī)組之間的操作，來盡量降低能耗。而組級控制僅控制多個冷水機(jī)組或多個空氣處理機(jī)組，但是這兩個子系統(tǒng)之間卻是沒有通信。注意，系統(tǒng)級控制通常在來自同一供應(yīng)商的子系統(tǒng)之間進(jìn)行配置?？梢宰远x系統(tǒng)級控制,以支持來自不同供應(yīng)商的設(shè)備,但在非標(biāo)準(zhǔn)配置中可能會遇到問題。

系統(tǒng)級控制的優(yōu)勢

與設(shè)備級和組級控制相比，系統(tǒng)級控制具有以下優(yōu)勢：

·對于冷凍水系統(tǒng)來說，系統(tǒng)級控制全面地考慮冷卻系統(tǒng)并了解其動態(tài)，以最大限度地降低總的制冷能耗。

·無需人為干預(yù)的運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)換。例如，根據(jù)室外溫度及數(shù)據(jù)中心IT負(fù)載的情況，在機(jī)械制冷、部分節(jié)能模式制冷及全部節(jié)能模式制冷這幾種模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，來實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。這樣就不會有諸如IT送風(fēng)溫度的變化、組件應(yīng)力及模式間轉(zhuǎn)換造成的停機(jī)時間的變化。

·預(yù)制的系統(tǒng)級控制旨在處理各種不同運(yùn)行條件及在現(xiàn)場調(diào)試或驗證過程出現(xiàn)的無法測試的故障。確?？刂葡到y(tǒng)的有效性和可靠性。

系統(tǒng)級控制的局限性

建議將系統(tǒng)級控制用于具有冷卻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，冷卻系統(tǒng)包括冷凍水、直接換熱、間接換熱裝置、乙二醇DX系統(tǒng)。這四種冷卻方式通常由不同的子系統(tǒng)(即設(shè)備類型)組成。當(dāng)冷卻系統(tǒng)使用來自多個供應(yīng)商的設(shè)備時，總系統(tǒng)級需定制，并能夠根據(jù)季節(jié)切換冷卻模式。因此，使用系統(tǒng)級控制的主要原因在于避免不是設(shè)備不是來自同一供應(yīng)商，而出現(xiàn)的的兼容性與穩(wěn)定性方面的問題。

采用系統(tǒng)級控制的實例

圖4展示的是一個數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)級控制的配置，該數(shù)據(jù)中心具有冷水機(jī)組、行間水冷分配單元，其中，水冷分配單元用于不同的數(shù)據(jù)中心內(nèi)。該控制系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)整個數(shù)據(jù)中心內(nèi)的所有冷卻設(shè)備，最大限度的提高效率。

　　圖4

圖5顯示了由于圖4中討論的系統(tǒng)級別控制而導(dǎo)致的冷卻器效率提高。通過在負(fù)載低的條件下主動重置冷凍水溫度，從而實現(xiàn)節(jié)能。 請注意，在任何緊急情況下，這種優(yōu)化將切換到定期控制，以確保節(jié)能的冷卻可靠性。

　　圖5

還有另一個系統(tǒng)級別控制的例子，其中所有的冷卻組件，如壓縮機(jī)，風(fēng)扇，泵和熱交換器被設(shè)計和制造為單一的封裝系統(tǒng)，并在工廠中預(yù)制和驗證。

圖6顯示了間接空氣節(jié)能系統(tǒng)的系統(tǒng)級控制示例。 該控制系統(tǒng)也可以視為設(shè)備級控制。

包括預(yù)制系統(tǒng)級控制及子系統(tǒng)的解決方案，可以節(jié)省大量時間(編程和測試)并提供比定制的解決方案更可預(yù)測的操作。在緊急情況下，系統(tǒng)級控制系統(tǒng)還可以防止空氣換熱器內(nèi)部空氣冷凝，最大限度增加節(jié)能模式運(yùn)行時間，降低運(yùn)營成本以及確保制冷的有效性。

　　圖6

控制級是將數(shù)據(jù)中心全部功能整合到一個公共網(wǎng)絡(luò)中，它可以控制數(shù)據(jù)中心內(nèi)的一切，從HVAC(加熱，通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié))、電梯及照明系統(tǒng)到安全、應(yīng)急電源及防火系統(tǒng)。注意，在控制級控制中，數(shù)據(jù)中心的制冷設(shè)備是由組級或系統(tǒng)級控制進(jìn)行控制的。因此，從冷卻系統(tǒng)的角度來看，不能說控制級是比系統(tǒng)級控制或組級控制更先進(jìn)的。

在本文中BMS是用來描述控制級控制的。BMS可以控制建筑機(jī)械的基礎(chǔ)設(shè)施(如果系統(tǒng)控制沒有到位)，提供對設(shè)備的實時監(jiān)控，并積極管理冷卻性能。通過打開附加設(shè)備，打開閥門或增加氣流以保持冷卻能夠?qū)υO(shè)備的冷卻負(fù)載或設(shè)備故障的變化做出反應(yīng)。

控制級控制的優(yōu)勢

與設(shè)備級、組級及系統(tǒng)級控制相比，控制級控制具有以下優(yōu)勢：

·監(jiān)測電力和冷卻系統(tǒng)的狀態(tài)和性能：BMS能夠監(jiān)測整個配電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)中所有系統(tǒng)、設(shè)備，一直到IT服務(wù)器，都可以進(jìn)行監(jiān)測。·分析基礎(chǔ)架構(gòu)組件的依賴性和相互關(guān)聯(lián)的性質(zhì)：在異常情況下，BMS可幫助運(yùn)營商快速評估事件發(fā)生的主要原因是什么，并采取行動保持電力和冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

與數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商進(jìn)行有效的溝通：BMS可以在正確的時間向正確的人員提供正確的上下文和可操作的信息，以確保通過事件記錄，通知和報警發(fā)生基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)更改或事件時，對事件有全面的了解。

·與其他基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)共享信息：BMS可以與其他基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)(如電力監(jiān)控系統(tǒng)(EPMS)和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)管理系統(tǒng)(DCIM))共享和接收狀態(tài)和報警信息，并且還可以通過 應(yīng)用程序編程接口(API)將信息作為數(shù)據(jù)庫，Web服務(wù)和報告進(jìn)行托管，可幫助IT經(jīng)理了解電氣和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況。

采用控制級控制的局限性

當(dāng)考慮采用控制級控制或BMS控制時，數(shù)據(jù)中心需要考慮到設(shè)備、監(jiān)控及控制組件等許多方面的問題。

·若數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)全部采用BMS管理、控制，可能會非常困難，并且費(fèi)用也會很高。通常將設(shè)備級、組級即系統(tǒng)級控制結(jié)合起來管理整個數(shù)據(jù)中心的BMS或采用控制級控制。

·可以根據(jù)具體設(shè)施進(jìn)行專門的控制和設(shè)置，需要大量時間投入各個設(shè)備之間的編程和通信。

·整體設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)攻擊可能會使數(shù)據(jù)中心面臨風(fēng)險。 為了盡量減少這種風(fēng)險，數(shù)據(jù)中心通常與設(shè)施的其余部分?jǐn)嚅_連接。

采用控制級控制的實例

圖7展示的是采用BMS的實例。

為了對數(shù)據(jù)中心設(shè)計的設(shè)備，組，系統(tǒng)和設(shè)備級別控制之間的選擇做出有效的決策，本節(jié)將比較四個級別與數(shù)據(jù)中心設(shè)計人員和操作員通常識別的各種標(biāo)準(zhǔn)。 請注意，如果數(shù)據(jù)中心具有系統(tǒng)級別控制，它將具有組級別和設(shè)備級別控制，因為它們是系統(tǒng)級別控制的基礎(chǔ)。

　　結(jié)論

有效的制冷控制能夠最大限度地提高制冷量、簡化制冷管理、消除熱點(diǎn)、確保能夠滿足溫度的SLAs要求、降低運(yùn)營成本及提高數(shù)據(jù)中心的可用性。