数据中心的冷源系统全年不间断运行，尽管在全部投入运行后，其负荷侧的需求相对恒定，但制冷机机组的效率及能耗，同时与冷却侧条件休戚相关。因此，如何令制冷机组在很宽的工况范围下保持高效，以及如何利用室外自然冷源减轻或免除制冷主机的电耗，实现节能效果，便是冷源自控系统的重要工作目标。

1、自控系统节能考量

自控系统的架构要求源于对安全性的考虑，本章节是以冷源系统节能为主题，故对此部分只做概括性的描述，而将重点放在自控系统于节能控制功能上的要求。

BA系统应为分布式智能系统。所谓分布式，即要求根据设备的功能划分尽量使系统做到模块化，避免过于集中的控制设备和逻辑程序，从而提高可用性。首先从软件逻辑上，应将整体控制流程分解为数个可独立运转的子流程，再从硬件上配合各个子流程而布置可独立运行的控制器。以便在任意一套控制器失效时、工作站失效时，或网络中断时，其它控制器均能继续运转自身所负责的子流程，而不受影响或影响程度最低。同时允许在日后运维过程中，可以禁用局部功能，而卸载设备，实现不间断整个系统运行的情况下对机电设备设施进行维护保养或升级改造。

整体控制逻辑也包括子流程之间的关联，在编写时应尽量减少相互之间的调用和交叠。必不可少的重要交互信息，应考虑通讯传输上的备份。

2、控制制冷机组运行于高效区

正如前述，数据中心长期运行制冷机组，全年内可经历很宽的室外环境的变化。而这些变化对制冷主机的供冷能力以及运转效率有很大的关系，因此自控系统须侦测这些变化，而动态地选择台数组合，使多台机组的综合效率最优。

以普遍应用的变频离心水冷机为例，在冷冻水供水温度不变的情况下，降低进入蒸发器的冷却水温度，将减轻压缩机负担，带来较高能效。如下图所示，随着冷却水温度从32C降至20C，其最大制冷量发生了较大的提升，且最佳能效区间也更加趋向较低的负荷百分比。这意味着制冷机组的台数控制，不能依靠一个静态的冷量值或机组电流百分比限值进行增减，而须根据冷却水的变化动态地考虑制冷机组的最大制冷量，并动态地选择加减机的时机，使多台组合的综合效率最高。

普通商用建筑的负荷侧变化明显，在夜间及过渡季制冷需求很低，甚至可停用制冷机组。故其效率曲线只在很小的范围内变化，不具备上述节能空间。因此，上述特性和对控制系统的要求，是数据中心与众不同之处。

机组制冷量与冷却水温度的关联示意图

3、在部分自然冷却模式下合理分配主机与板换的输出

在板换与制冷主机并联的系统中，不存在两者混用的部分自然冷却模式，因此本节主要针对板换位于主机上游的串联模式作考虑。而在此模式下，进入制冷主机蒸发器的水温将低于所设计的系统回水温度。

随着室外冷却资源的增加，BA系统可以进一步降低冷却水温度，这意味着板换供冷量愈增，而制冷主机制冷量递减。此时若简单地按照主机电流百分比作为增减台数的依据，则可能错误地忽略板换的冷量输出，发生减机操作。BA系统应根据两者总体的制冷量，考虑匹配整个制冷需求。

室外湿球温度持续降低，将迫使位于上游的板换承担更多的负荷，换言之制冷机组可能进入小负荷喘震区。为避免这类现象，BA系统应通过限制板换冷冻侧的出水温度来控制板换与主机的供冷量分配。具体则需根据所采用的制冷机组特性，控制冷却塔风扇转速及台数，进而控制板换二级测的出水温度，以限定制冷机组蒸发器进出水温差。避免主机喘震的同时降低冷却塔功耗。

4、在部分自然冷却模式下对制冷主机的保护

在进入完全自然冷却模式之前，部分自然冷却模式过程中，随着室外温度的降低，即便冷却塔风扇也随之逐渐减少至停止，但依然会有较长的一段时间，进入制冷主机冷凝器的冷却水温度是低于主机正常工况下所能接受的冷却水温度的。而设计的系统冷冻水供水温度越低，这种工况所持续的时间越长，且程度越厉。

如果置这种情况而不理，则会影响制冷主机建立蒸发器和冷凝器间的压差，而造成停机保护。为此，除了在选择制冷主机时需要考虑它所能接受的最低冷凝器进水温度外，从控制逻辑上采用变流量的冷凝器进水，也是一种手段。具体则首先需要实时监测蒸发器冷凝器间的压差，在冷却水温较低的情况下，通过控制进出冷凝器之间的旁通阀开度，减少进入冷凝器的水流量，使冷凝器处于低温低流量状态，以维持压差能够达到其设定值。最终使制冷主机持续工作，直至达到进入完全自然冷却的标准。

5、避免制冷主机频繁启停

在控制制冷机组运行台数时，以及在部分自然冷却和完全自然冷却模式直接切换时，都涉及到这一问题，即应该避免过于敏感的控制条件，减少主机频繁启停的可能，从而起到延长机电设施寿命的作用。

BA系统台数控制的逻辑中，当负荷侧需求超越加减机切换点时，不应立即执行台数增减的命令，而应在设定的时间周期内观察这一超越现象的趋势，在确定负荷的增长趋势后再进行控制输出。同理，当室外湿球温度超越完全自然冷却模式的切换点后，亦不可直接转换模式，而应考虑温度趋势甚至近期的天气特征后方才执行，而从保证启用或停用制冷主机后数个小时内不会再度改变。

6、变频冷冻泵的节能空间

无论采用二级泵或是一级泵变频的系统，BA系统将控制水泵转速及台数，以维持稳定的系统压差。但是该压差设定值的大小是否合理，却影响着系统的节能表现，但又经常被忽略。

从数据中心运行初期的少数机房，至全部机房被启用，在其过程中系统阻力不断变化。维持系统总管路的压差值（压差变送器通常被安装于总管路供回水），并不能代表末端水阀前后压差保持不变。若设定的压差值偏小，则可能无法满足部分负荷较大的机房或冷热通道；若设定值偏大，虽然各处不再出现热点，但也牺牲了能耗。

这部分节能空间，可以通过对压差设定值进行动态优化来挖掘。其前提是令BA系统获得所有末端阀门的开度信息。若监测到大部分阀门处于较低开度，则说明压差值偏大，有机会将该设定值减小。反之若大部分阀门处于高开度，甚至有部分阀门常置于%开度，则可判断压差值设定偏低，应增大之。BA系统可考虑上述动态调节，对变频泵进一步节能做出贡献。

另一方面，监测所有末端阀门的开度，也提供了一个机会，观察系统是否存在不平衡问题。若总有个别末端处于较高或较低开度，而与其它末端状态差异较大，运维人员可以将之视为潜在的问题，重点进行排查工作。

7、低负荷时期借用蓄冷罐

数据中心运维初期，往往存在负荷暂时较小，即使采用冷备的台数控制方式，以单台制冷主机供冷，都可能进入喘震区。这段期间，通过控制逻辑，间歇性的对蓄冷罐进行充冷/放冷，可帮助避免主机小负荷运行。

实现这一功能需要做好两个准备，一是令BA系统先了解当前启用了几个模块机房（初期运行可能只启用了一到两个机房），从而判断这些模块机房满负荷情况下的制冷需求。这个需求量将作为安全库存，而在借用蓄冷罐放冷时，确保不会被使用，即蓄冷罐储能状态在达到安全库存之前应结束放冷模式。其次，让自控系统监测蓄冷罐跃温层之温度分布，再根据蓄冷罐特性估算当前的储能状态。

具备上述条件后，BA系统可以制定逻辑，令制冷主机在小负荷时，将未充满的蓄冷罐作为负荷侧的一部分进行充冷。这时制冷主机将视末端负荷与蓄冷罐负荷的总和为目标，以较高的效率运行在较大负荷下。当程序判断蓄冷罐储能状态较满，或总体负荷再次令一台主机进入较低负荷后，可选择关闭主机，改为由蓄冷罐放冷维持IT模块机房的需求，直至蓄冷罐储能状态接近之前所设定的安全库存。

为了避免上述两个状态过于频繁的交替，在充冷期间，若总负荷超过一台主机的制冷量，程序也不应采用常规的台数控制逻辑，即不应加载第二台主机。否则蓄冷罐将被迅速充满，制冷主机运行不久便需停止，对保护机组无益。