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

目前，騰訊自建或合建的數據中心中，一次泵系統和二次泵系統均有應用經驗。但兩種系統到底孰優孰劣，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

一次泵定流量系統的原理如圖1所示，這種系統簡單、投資低，適用于中小型工程。

圖1     一次泵定流量系統簡圖

圖1所示的空調系統冷凍水流量固定不變，當系統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，也會增加管路系統的能量損失。 

2．水冷數據中心一次泵變流量系統

隨著制冷技術的發展，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(如圖2所示)。

圖2     一次泵變流量系統簡圖

圖3    一次泵變流量系統的旁通管路及平衡閥

對于一次泵變流量系統，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，從而減少系統的供水量。已知在管路系統固定不變的前提下，變頻水泵的效率特性和水系統的阻力特性接近，理論上水泵的能耗與流量成三次方的關系，故變流量系統節能降耗潛力明顯。

在數據中心采用的一次泵變流量系統中，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大。

3．數據中心機柜二次泵變流量系統

二次泵變流量系統是在冷水機組蒸發側流量恒定前提下，把傳統的一次泵分解為兩級，形成一次環路和二次環路，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、二次泵變流量系統簡圖

如圖4所示，一次環路由冷水機組、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器和一次環路的流動阻力，即自蒸發器出口到旁通管路再到蒸發器入口的阻力。

二次環路由二次變頻泵、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器側到末端設備再到用戶側的水環路阻力，可以根據該環路負荷變化進行獨立控制、變頻調節。

二次變頻泵的流量與揚程可以根據各個環路的負荷特性分別配置，如對于阻力較小的環路，就可以降低二次變頻泵的設置揚程。因此，二次泵變流量系統比較適合系統大、各環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）。 

圖5    某二次水泵及管路系統

在數據中心的空調系統中，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．數據中心水冷系統結論

兩種系統一覽表詳見下圖：

圖6    一次泵VS二次泵一覽表

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

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