Подходы к повышению энергоэффективности охлаждения

Энергоэффективность систем охлаждения определяется двумя компонентами: * термодинамическая составляющая — затраты на производство холода в чиллере; * транспортная составляющая — затраты на подачу охлаждённого воздуха и циркуляцию хладоносителя.

Корректировка уставок, оптимизация компоновки зала и управление работой оборудования позволяют снизить энергопотребление без снижения надёжности охлаждения.

Основные компоненты энергопотребления охлаждения

Термодинамическая часть определяется мощностью чиллера $P_{Chiller}$. Транспортная часть — работой вентиляторов кондиционеров зала $P_{ACU}$ и, в меньшей степени, насосов.

Влияние компоновки машинного зала

Смешивание холодного и горячего воздуха (hotspots) приводит к:

повышению температуры на входах в стойки;
необходимости снижать уставку охлаждённой воды из чиллера;
увеличению скорости вентиляторов ACU;
росту как термодинамических, так и транспортных потерь.

Неверно ориентированные стойки (впускные стороны «друг к другу» без разделения горячих и холодных потоков) приводят к тому, что ACU только рециркулируют тёплый воздух, не доходящий до стойки. В таком режиме растёт $P_{ACU}$ без реальной пользы для охлаждения.

Коррекция уставок чиллера

Мощность чиллера чувствительна к температуре охлаждённой воды на выходе испарителя. Повышение уставки снижает термодинамические затраты:

$$ \Delta \eta_{Chiller} \approx 0.6\text{–}2.5\% \; \text{на каждый } 0.5^\circ C $$

Типичное среднее значение — 3.3 % на каждый 1°C увеличения уставки.

Даже повышение уставки на 1–2°C даёт заметное снижение энергопотребления. В климате РФ это особенно эффективно в межсезонье.

Оптимизация работы чиллера

Факторы энергопотребления чиллера:

Фактор	Влияние на энергию
Уставка охлаждённой воды	Чем выше температура, тем выше COP
Степень загрузки	Работа вблизи номинала эффективнее частичных нагрузок
Температура конденсатора	Чем ниже температура градира/воздуха, тем лучше эффективность
Насосы контуров	Неправильная балансировка повышает расход электроэнергии

Основной резерв — повышение уставки охлаждённой воды до максимально допустимого уровня, согласованного с температурными требованиями ИТ-оборудования.

Снижение транспортных потерь (ACU)

Вентиляторы ACU определяют значительную часть транспортных затрат. Оптимизация достигается:

уменьшением расхода воздуха за счёт устранения подсосов и смешивания потоков;
использованием частотных регуляторов (VFD) — плавное снижение оборотов пропорционально снижает мощность вентиляторов;
отключением избыточных ACU, не вносящих вклад в охлаждение.

При наличии VFD снижение оборотов вентилятора на 20 % уменьшает энергопотребление примерно на 50–60 % благодаря кубическому закону.

Если ACU не оборудованы VFD, оптимизация достигается только за счёт отключения лишних установок. Работа «вхолостую» приводит к росту $P_{ACU}$ без охлаждающего эффекта.

Ключевые стратегии повышения эффективности

* правильная ориентация стоек (hot aisle / cold aisle); * устранение подсосов холодного и горячего воздуха; * увеличение уставки охлаждённой воды чиллера; * оптимизация нагрузки на ACU и их количество в работе; * применение частотных регуляторов вентиляторов; * балансировка расходов воды в контурах; * адаптивное управление по данным сенсорной сети.

Ключевые идеи

Энергоэффективность охлаждения определяется термодинамическими (чиллер) и транспортными (ACU, насосы) расходами.
Наибольшее влияние оказывает смешивание потоков — устранение hotspots даёт мгновенный эффект.
Повышение уставки чиллера даже на 1°C улучшает COP на 3 % и снижает энергопотребление.
ACU с VFD позволяют сильно снизить транспортные затраты за счёт управления оборотами.
Выключение неэффективных ACU важнее, чем попытка «выравнивать» работу всех установок.
В климате РФ повышение уставок и использование свободного охлаждения обеспечивают максимальный потенциал энергосбережения.