使用變頻冷機是為了節能，節能的前提是“冷機處于非滿載工況下運行”。但如果當冷機負載太低（低于30%以下），冷機不僅無法有效節能，甚至不能正常工作——此時冷機會反復出現劇烈的機組“喘振”現象，“喘振”次數多了，冷機會因自我保護而停機。

本篇將為您解析騰訊數據中心的工程師是如何解決這個問題的。

喘振是怎么回事？

對于離心式冷機來說，壓縮機是一個高速旋轉的“氣泵”。內部結構和離心水泵相似。當壓縮機工作時，蒸發器中的冷媒被高速旋轉的葉輪吸收后，在葉輪旋轉過程中，提升壓力和流速，最后從壓縮機出口處到達冷凝器中。冷媒在“氣泵”前后的壓差，我們稱為“壓頭”。原理和水泵增壓一樣。

圖1喘振原理

冷媒剛離開壓縮機葉輪時，全壓是最高的，此后，流向壓力稍低的冷凝器中。假設此時壓縮機葉輪轉速忽然降低（或者是冷凝器中的壓力忽然升高），這時，冷凝器中的壓力就比壓縮機葉輪出口的壓力要高了，那會發生什么樣的問題呢？——氣體制冷劑從冷凝器倒流，經過壓縮機葉輪與殼體的縫隙，回流到蒸發器。這就是“喘振”！

圖2喘振發生時冷媒流向示意圖

當制冷劑流回到蒸發器之后，冷凝壓力下降，蒸發壓力上升，壓差減小，壓縮機開始再次按正確方向工作。但是，隨著冷凝壓力的升高，蒸發壓力下降，機組將再次開始“喘振”！

喘振有哪些危害？

喘振發生時，機組會發出一種劇烈的“嘶叫”聲——“嘠！！！”，尖銳刺耳，機器似乎也因快要解體而痛苦難堪。喘振還會伴隨著強烈的震動搖擺，對整機結構也非常不利。喘振次數多了，對于高速旋轉（每分鐘上萬轉）的葉輪來說，無疑是一種致命的傷害。所以，廠家為了保護主機，但喘振發生時，會對喘振進行計數，頻次超過閥值后，主機將自我保護停機。此時，需要人工現場確認復位后，主機才能再次投入工作。

為什么變頻離心機輕載下容易喘振？

現在，我們已經知道葉輪轉速過低或者是冷凝器壓力過高都容易導致喘振。那么，這兩種情形都是什么情況下會發生的呢？

葉輪轉速過低往往是因為變頻離心機在頻率下降時造成的。當負載低的時候，離心機將自動進入降頻節能工況，使得葉輪轉速降低。但如果轉速減得太低了，葉輪產生的壓頭不足以抵御兩器（蒸發器和冷凝器）的壓差時，冷媒將發生“倒流”，冷機就容易發生喘振。

另外一種原因是冷凝器由于散熱不良（散熱不良的原因有很多種：比如冷卻水溫過高、冷卻水流量過小、盤管贓堵等等），使得冷凝器內部的冷凝壓力過大，也會造成冷機喘振。

如何解決喘振？

通過以上分析，我們知道了負載太輕是運營初期變頻冷機產生喘振的原因，如何解決呢？如果我們增大負荷會怎么樣？

在騰訊某數據中心空調系統管路結構中，和冷機并聯布置的有幾套板式換熱器（簡稱板換）。在冬季時，當流經室外冷塔的冷卻水回水溫度低于末端冷凍水回水溫度時，才會啟用板換做免費的制冷。但是在夏季的時候，板換是不工作的，如果強制讓板換開啟，由于冷卻水溫度比冷凍水溫度要高，冷凍水是會被加熱的。

如今，因為需要人為增加冷機熱負荷，我們嘗試了一下開啟板換，把冷機負載率提高至避開喘振區。測得冷機平均運行能耗約大于400KW(如圖2)，水泵需要多開啟1到2臺。

圖3冷機平均運行能耗

開啟板換的解決方案下冷機輸出功率存在波動，高于400KW。這種方法雖然解決了冷機喘振問題，但同時又引發了另外一個問題：冷凍水到精密空調末端主供水的兩路主管供水溫度不一致，存在較大的差異。

這主要與管道中水體流向存在分區有關——冷機和板換本是處于一個并聯結構，相等溫度的冷凍水回水分別流經冷機和板換后，一路被冷機制冷，另一路被板換加熱，導致冷凍水出水溫度差值比較大。再因為水流會遵循“阻力最小”的就近原則，兩路出水實質上并不會發生混合，而是直接選擇各自兩側最近的主供水管，直接去不同的末端區域。