數據中心機柜空調系統(tǒng)的主要能耗點在于冷水機組和配套的水泵系統(tǒng)的運行，其中，水泵的耗電量約占總空調系統(tǒng)耗電量的20-30%，故節(jié)約低負載時水系統(tǒng)的輸送能量，意義重大。

目前，騰訊自建或合建的數據中心中，一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)均有應用經驗。但兩種系統(tǒng)到底孰優(yōu)孰劣，本文將對此進行一番探討，僅供參考。

1．數據中心一次泵定流量系統(tǒng)

一次泵定流量系統(tǒng)的原理如圖1所示，這種系統(tǒng)簡單、投資低，適用于中小型工程。

圖1     一次泵定流量系統(tǒng)簡圖

圖1所示的空調系統(tǒng)冷凍水流量固定不變，當系統(tǒng)的實際負載低于設計負載時，冷凍水供回水溫差將小于設計溫差。系統(tǒng)在低溫差、大流量的情況下工作，不僅會降低末端空調換熱效率，也會增加管路系統(tǒng)的能量損失。 

2．水冷數據中心一次泵變流量系統(tǒng)

隨著制冷技術的發(fā)展，現在的制冷機組都允許冷水量有較大的變化，因此，變流量冷水機組的使用得到推廣。一次泵變流量系統(tǒng)即是采用可變流量的冷水機組、末端設備、變頻水泵等組成的空調系統(tǒng)(如圖2所示)。

圖2     一次泵變流量系統(tǒng)簡圖

圖3    一次泵變流量系統(tǒng)的旁通管路及平衡閥

對于一次泵變流量系統(tǒng)，當末端設備的冷凍水流量隨負荷改變時，其兩端的壓差也在隨之改變，一次水泵的變頻器根據最不利的壓差信號，改變水泵的轉速，從而改變系統(tǒng)的水流量以滿足末端設備的要求。

因此，一次變頻泵能隨著負荷的減少而降低轉速，從而減少系統(tǒng)的供水量。已知在管路系統(tǒng)固定不變的前提下，變頻水泵的效率特性和水系統(tǒng)的阻力特性接近，理論上水泵的能耗與流量成三次方的關系，故變流量系統(tǒng)節(jié)能降耗潛力明顯。

在數據中心采用的一次泵變流量系統(tǒng)中，當冷機因故障停機時， UPS帶動一次變頻泵向機房供冷，但需克服冷水機組阻力，因此對應的UPS的容量要求也較二次泵系統(tǒng)大。

3．數據中心機柜二次泵變流量系統(tǒng)

二次泵變流量系統(tǒng)是在冷水機組蒸發(fā)側流量恒定前提下，把傳統(tǒng)的一次泵分解為兩級，形成一次環(huán)路和二次環(huán)路，其特點是減少了冷水制備與冷水輸送之間的相互干涉。

圖4     一次泵定流量、二次泵變流量系統(tǒng)簡圖

如圖4所示，一次環(huán)路由冷水機組、一次定頻泵，供回水管路和旁通管路組成，主要負責冷水制備，并按定流量運行。一次定頻泵主要用來克服冷水機組蒸發(fā)器和一次環(huán)路的流動阻力，即自蒸發(fā)器出口到旁通管路再到蒸發(fā)器入口的阻力。

二次環(huán)路由二次變頻泵、空調末端設備、供回水管路和旁通管組成，負責冷水輸送，按變流量運行。

二次泵用來克服從旁通管路的蒸發(fā)器側到末端設備再到用戶側的水環(huán)路阻力，可以根據該環(huán)路負荷變化進行獨立控制、變頻調節(jié)。

二次變頻泵的流量與揚程可以根據各個環(huán)路的負荷特性分別配置，如對于阻力較小的環(huán)路，就可以降低二次變頻泵的設置揚程。因此，二次泵變流量系統(tǒng)比較適合系統(tǒng)大、各環(huán)路空調負荷特性相差較大或阻力相差懸殊的情況（如高層建筑和遠距離輸送系統(tǒng)）。 

圖5    某二次水泵及管路系統(tǒng)

在數據中心的空調系統(tǒng)中，二次變頻泵不經過冷水機組直接與UPS和蓄冷罐連接，從而減少了冷量輸送管路系統(tǒng)的阻力，加上本身的功率較小，因此對應的UPS容量要求比一次泵變流量系統(tǒng)小很多。

當冷機因停電或故障不能啟動時，UPS帶動二次變頻泵將蓄冷罐的冷量送到各個空調末端，保障了冷機停機期間冷量的供應。 

4．數據中心水冷系統(tǒng)結論

兩種系統(tǒng)一覽表詳見下圖：

圖6    一次泵VS二次泵一覽表

“ 

目前，騰訊自建及合建數據中心對一次泵變流量系統(tǒng)和二次泵變流量系統(tǒng)均有應用。在數據中心的應用中，兩種系統(tǒng)均有各自的特點。因此，在數據中心建設規(guī)劃時，應根據實際情況（如樓高、節(jié)能要求和輸送距離等）選擇恰當的水泵系統(tǒng)，以達到節(jié)能優(yōu)化和安全運營之間的平衡。

”