变频冷机在超低负载下如何安全又节能运行？

然后，工程师还在自控系统上加载了一个控制程序，用于控制冷机的启停，避开冷机喘振点：冷机自身设定供水温度8度，当冷机冷冻水回水温度达到16度时，自控系统远程启动冷机；冷机开始以8度的供水温度产冷，当冷机回水温度低于10度，自控系统远程关闭冷机（冷冻水泵一直保持运转）。任何时候都保持冷机进出水温差在2度以上的负荷，以防止冷机因负荷太低（比如进出水温差1度）而发生喘振。

测试中，冷机启动后，会以内部设定的供水温度目标值（比如8度）进行自身输入功率的调节。在回水温度较高时（比如16度），冷机运行功率会非常大，“运行电流百分比”参数为90%以上。约半小时过后，整个管道水温就由16度下降至低于10度，冷机因进出水温差减小，开始减载。此时，冷机减载过程中会伴随着轻微的喘振，当电流百分比减少至30%以下时，冷机频率进一步下降，喘振也越来越厉害。为了不让冷机喘振，自控系统在检测冷机回水温度到达10度后，先行关停冷机。然后让系统水温再自由回升至16度，再远程启动冷机。

图4冷机频繁启停

图5管路中水温的波动曲线情况

经测试，这种工作方式虽然可以解决冷机轻载喘振问题及起到节能效果，但由于冷机启停周期时间太短（3小时），导致每天需要频繁起停冷机（每天8次），频繁启停对冷机这样的大型设备来说也是非常不利。

如何把冷机一天的起停次数减少到合理范围？(比如一天1-2次)，甚至一直不停。这需要冷机在开启过程中，缓慢输出冷量，延迟冷机运行时间。工程师开始对冷机的内部厂家参数进行深入研究。

经研究，发现冷机内部有一项设置参数比较重要：现场电流百分比限制。它指的是冷机运行过程中，控制冷机最大的运行电流比不得超过某一设定值。如果电流比一直控制在较低值，也就能控制冷机的产冷量输出。

图6采用了“限流”后的冷机输出功率

这项参数给了工程师新的启发：为了让冷机运行时间更久，减少启停次数，必须限制冷机输出，这就需要对冷机现场电流百分比设定做限制。工程师通过对这项参数进行反复调整，在确保冷机不出现喘振情况下，最终得到了以下最优的运行方案调整：

①设定“冷机现场运行电流百分比”上限不超过30%；

②设定冷机供水温度6度，目的不是让冷机达到供水温度6度，而是为了让冷机运行百分比提到最高，达到条件①所说的上限。

在完成上述两设定后，我们得到冷机在当前负载下的最终运行曲线：采用了“限流”后的冷机输出功率比较恒定，降低至200KW。

图7采用了“限流”后的冷机供水温度曲线

成果提炼

通过这条曲线，我们得到以下分析结果——

冷机启动前，整个管道水温16度；冷机启动后，一直以最低的电流百分比输出（30%）运行，产冷量控制在较低值。此时的冷量只够产生3度的温降（回水16度，出水13度）。

对于末端IT负载来说，供回水温差在1—1.5度，说明冷机还是有冷量富余，故整体水温会缓慢下降。

但从曲线斜率看，随着时间轴的偏移，供水温度下降斜率越来越平缓，说明冷量剩余随着供水温度的降低，也越来越少。当冷机供水温度到达7.3度后，供水温度下降趋势停止，并且保持平直。说明冷机在7.3度供水下，冷机输出冷量基本等于末端负荷热量。冷机富余冷量为0。

更好的消息是，冷机一直没有出现喘振，查看冷机面板内部关键参数为：

①压缩机叶轮进气导流叶片开度接近为0%，说明冷媒流量很小。（备注：开度为0状态，是进气百叶全关的状态，但并不是没有流量，因为百叶中心还有一个小孔，保证进气最低流量）。

②压缩机马达运行频率稳定在48Hz，接近满频，说明压缩机压头比较大，可避开喘振区。（冷机正常运行频率为35%-50%）。

③冷机运行电流百分比一直保持在30%。

怎么形象理解上述工作状态的原理呢？

这里打个比方：自己在家洗车时，软管的水流很慢，喷洒的距离有限，为了达到更远的射程，往往会把水管出口给捻紧，通过把水管内部的水压憋大，让水射得更远。同理，冷机把压缩机叶轮进气关到最小，同时把压缩机频率提到很高，也是为了在冷媒小流量（保证较低产冷量）下，提高冷机压缩机压头，防止喘振。

这种运行模式还有个特点：冷机输出功率（电流百分比）基本保持恒定。但如果末端负荷增加时，冷机供水温度也会随着上升，但随着供水温度的上升，冷机的COP（单位耗电量下的冷机产冷量）会增加。最终整体水温趋于稳定。所以我们不必担心机房负荷的变动对冷机系统的影响。只有当供水温度上升达到或超过16度（系统供水温度允许最大值），我们才需要重新上调冷机电流百分比限定。

基于这种运行模式的特征，我们起了个名字：冷机“限流不限温”运行模式(限定冷机最大运行电流，根据负荷自动调整供水温度)。

收益

通过这种运行方式，既使得冷机在能极低的负荷下保持恒定平稳地运行，又能把系统能耗将至最低。电费的明显下降，与工程师对冷机系统运行模式的优化调整是息息相关的。

总结

上述调整方式的创新，充分说明了一点：在空调系统中，一切的参数都是可调的，都不是永恒不变的，要想实现系统最佳的安全与节能，离不开运营工程师的模式创新。参与运营实践，从实践中总结提炼，才是数据中心挖掘系统安全与节能的最佳门路。

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（编辑：核心网）

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