2012年4月7日 星期六

差動水溫設定

差動水溫設定的意思是如果機房裡面有很多台的主機,一般的習慣是把它的出水設定溫度全部設一樣,再由操作人員去決定何時要開機或關機.

重複一個概念,如果一台主機的水溫差設計值是5度C,那麼在水流量不變的狀況下,當溫差到達5度C時,應該可以講說這台主機的冷凍負載已經接近滿載,那麼低於5度C的時候,主機就是處於非滿載的狀況.

有些人會了節省泵浦的耗電,會利用變頻的方式將泵浦轉速降低,那麼這個時後,即使是到達設計溫差5度C,也不能說是主機已經到達滿載狀況,這種狀況就必須另外考慮.把實際的流量測出來才知道主機現在是工作在什麼區域.

隨著負載的變動,大部分的主機不會到達5度C的設計溫差,如果剛好到了,那麼代表主機的供冷能力可能不夠,換句話講,可能水溫沒辦法拉到設計溫度,假設說是7度C好了,那麼後端的設備如果都是以7度C供冷溫度來設計,供應超過7度C的水,假設後端的負載又大,那麼有可能現場的溫濕度就沒辦法達到設計目標.所以大部分的系統,主機很少剛好可以到設計溫差的境界.

為了預防這種狀況,大一點的機房都會有1台以上的主機在運轉,然後可能這些主機就只負責做到想要的冰水溫度,不去管現場的負載到底是重或輕.事實上有小部分的主機有所謂冰水重設的功能,意思是說當負載變動的時候,主機本身會去調控出水溫度的變化來節能,進而降低主機的能耗.

但是在大於一台以上的機房裡,為什麼要每台主機都設定一樣的出水溫度?前面講過了,主機是依照設定的冰水溫度來做加卸載,冰水溫度調低它就加載,冰水溫度調高就減載,調太高送到現場的水溫太高溫濕度會失控,可是每台都調一樣就很容易又造成低溫差症候群,而且每台設備又會跑在效率比較不好的地方,尤其是現場設計過大的系統,低溫差症候群經常可見,而為了安全備援的,在多於一台以上主機的機房裡面,常常就是這樣的運轉模式,那麼如何去解決以上的問題達成機房的高效率運轉而且兼顧備援的需求?

早期有很多主機是用回水溫度來控制主機,簡單的講,主機的運行是靠偵測回水溫度來決定,回水溫度高了就加機,低了就減機,這樣的備援功能簡單又實用,舉例來說,前一陣子幫客戶改善了一個小的機房,它有兩台主機,本來設定溫度都一樣,所以說兩台主機不時在那邊起起停停,那麼把其中一台的水溫設高一點,高一點的那一台就不會走,除非溫度設定低的那一台跳掉,不然就由低溫設定的那一台去扛所有的負載,萬一低溫設定的那台跳掉或故障,因為水溫會自動上升,那麼上升到高溫設定的那一台的設定點的時候,這台就會自動啟動,自然達成備援的功能,而萬一低溫設定的這一台超過他的負載能力,高溫這一台也會自動起來,達到自動加機的目的.

這樣做的好處是避免兩台主機整天在那邊起起停停,增加主機的耗損,另外達成自動備援的目的.

問題是回水溫度設定對主機來說就是出水溫度不固定,假設一個狀況,現場所有的設備,包含空調箱,送風機或是板熱,入水溫度都是以7度C來設計,如果主機的出水溫度不能固定,那麼現場的設備很容易產生追逐的現象,而且如果回水溫度設定點設的過高,除了追逐之外,可能也達不到設計的要求.比如說原本一台設備設計時是7度C進12度C出,今天你給他8度或是9度的水,它的整個冷凍能力跟著下降,假設是除濕需求,那麼太高的水溫將無法做到除濕的要求.除濕要求做不到,濕度控制器就會叫比例閥全開,問題是就算比例閥全開,因為水溫過高,濕度還是控不住,同時比例閥全開也代表浪費泵浦的馬力.

所以現在的主機很少看到用回水溫度做控制的,都是用冰水溫度SENSOR做控制點,但是改用冰水溫度控制之後,主機就拼命去追這個點,追到了就會想辦法KEEP在那個點,而回水的溫度高低就不理他(有的是當主機加卸載的參考),問題是如果冷凍負載剛好就是一台主機的份,但是因為改用出水溫度控制,並沒有辦法讓第二台主機自動停下來.

舉例來說,假設機房裡面剛好有3台500RT主機,而冷凍負載量在06:00的時候是500RT,12:00是1500RT,18:00是1000RT,24:00是400RT.其他的時間冷凍負載就在區間飄動.

最佳化的操作策略應該是06:00~12:00開2台,12:00~18:00開3台,18:00~24:00開2台,18:00~24:00開一台.這樣子主機,周邊設備都可以跑在效率比較好的地方.

假設主機是回水溫度控制型,那麼將這3台主機的回水溫度設定分別設10,11,12度,10度那台會先啟動,等到負載上來,回水溫度高了,11度那台就會起來,等到11度那台又做不到,12度又自動接起來,自動備援而且不會多開主機及周邊設備造成多耗電.而整個回水溫度到了,12度那台會先自動停,接下來11度,保留回水溫度設定最低那台繼續走.

問題是主機是出水溫度控制型,停機的時候主機的出水溫度等於回水溫度,所以不能分別把它設成7度8度9度,因為在1500RT的負載的時候,這三台主機都會走,但是因為出水口混水,所以到現場的溫度不會是7度,而是8度,而且就算最高的那台設9度,只要回水溫度高於11.7度C主機還是會走,而設8度那台是回水溫度高於10.7度C就走,假設現場的負載剛好是500RT,開一台的時候水溫差會剛好是7度-12度,可是12度的時候高於另外兩台的啟動溫度,因此這三台主機都會自動起來,變成每台主機只背約166RT的負載,然後主機的出水溫度要降低到6.3度及5.3度他們才會自動停.那如果把出水溫度設更高,譬如說7度9度11度,那麼送到現場的冰水溫度永遠高於現場設備的設計溫度,溫濕度就失控了.

那麼如果設成6,7,8度呢?所以這3台的啟動溫度分別是8.7度,9.7度,10.7度C,主機停機溫度是3.3度,4.3度C,5.3度C.

當6度C這台回水溫度拉到10.7度C的時候,換算負載應該是470RT,設定8度C這台主機就會起來去追8度的水溫,這時候因為主機的能力遠大於負載,所以6度C那台會拉到6度C,8度C那台拉到8度,然後最後平衡的時候回水溫度應該會到9.35度,8度C那台的負載應該會停留在溫差只有1.35度C,而6度C那台溫差則是3.35度C.而混水出去的溫度則是7度C.6度C這台會做335RT出去,而8度C這台只會做135RT冷量.兩者合計 470RT冷量.

6度C這台必須耗電202KW,8度這台就慘了,因為低溫差,所以KW/RT不好,應該要吃電102KW左右,主機部份就會吃掉304KW的電,跟開一台比,應該只要270KW,主機的部份就多了30KW.

再加上多開一台一台主機至少要多開2台泵浦,2台泵浦至少要55KW,因此冷量需求相同下,必須多花85KW的電.用即將漲價的電費來算,一小時就是255元.所以白天開3台主機的狀況(12:00~18:00)可能延續一整天,並沒有辦法利用差動水溫設定的方法來讓主機自動起停.因為控制出水溫度型的主機沒辦法利用回水溫度到自動停機的特性來省電.這也就是為什麼在IPLV的定義中,主機75%負載運作占全年使用的42%時間,50%負載運作占全年使用的45%時間,甚至25%負載運作都還要占12%的時間的道理.

為了除濕的需求和現場設備的穩定,出水溫度控制型的冰機犧牲了自動切換及備援的功能,那麼要滿足這雙重的目標,一個方法就是利用主機的溫差來加減機同時自動重設出水溫度設定.簡單講,假設任何一台主機溫差不到設計溫差,那麼系統不應該開第二套,所以這個必須要有一套明確但是簡單的控制邏輯來運作,而這個就要靠自動控制來做,也就是說利用溫差來偵測冷凍負載的大小,並且利用差動水溫設定來提升主機的KW/RT效率,避免讓主機跑在低效率的區域.

差動水溫設定對回水溫度控制型的主機很簡單做,反正回水溫度做不到系統會自動加載上去,跳機了也可以自動補償,回水溫度設最低的那台會把回水溫度拉到讓別台都動不起來.

出水溫度控制型就不可以,因為做到想要的溫度機器是卸載但不會停機,必須碰觸到停機溫度設定點才會停機,換句話講,可能有多台主機都在同一出水溫度但是都是低負載,不但損失主機效率,也浪費了至少泵浦的電.以上面的例子,主機效率才損失了30KW,但泵浦損失55KW,比主機的效率損失還大.

那麼系統到底要怎麼改才會順,坦白講,我認為還是要依據現場的需求來決定,謹慎行事,尤其是一些要求高精度控制的環境,進而在效率與穩定之間取一個平衡點,而不是在那邊講一個定理.現場的設備特性是什麼也要先搞清楚再來弄,多花電沒什麼,搞到系統出問題麻煩才大,真的系統出問題誰要背這個責任,業主一定不願意,那麼廠商來背不見得背得起,萬一改善一年省個幾百萬,但是系統跳掉一次就要損失幾千萬,請問哪個廠商敢去背,如果要廠商背,請問改善的價錢怎麼算?風險溢價怎麼算?

常常有人在講到底要冰水設定要幾度比較節能,其實應該把焦點放在怎樣的水溫設定整個系統最節能而穩定,誰不知道把主機冰水設定溫度往上調主機耗電就會減少,但是假設只要跑一台的系統卻把兩台溫度都設高然後來跑兩台,應該還是跑一台低溫的比較省電.所以只討論一個點不去看整個系統的變化我認為意義不大.形式大於實質意義而已.

上次去業主那邊看到一個知名大廠蓋的無塵室,只見他的主機水溫高高低低飄,現場的設備也拼了命的在追,假設業主不知道要怎麼校正跟設定,這種系統操作起來的確是滿吃力的,所以現代大部分的冰水主機都不會做回水溫度控制,用到這種必須恆溫恆濕的環境就死了,光看現場溼度在那邊高高低低飄就煩死了,哪裡有辦法想到省電.

差動水溫設定是省電的一劑良方,但是服用前還是要跟醫生討論清楚,任何良藥也有毒性,即使是維他命吃過量也是會中毒的,之前有人認為多喝水可以養生,結果搞到水中毒,其他的相同例子也是所在多有,越是複雜的東西就不要去亂動,不要說某某人講了到現場亂調一番,假設做一件事講不出個道理來,那麼做這件事就必須三思,有功無賞,打破要賠,搞不清楚就亂動可是會出大包的,到那時可就得不償失了.