精密空調(diào)回風(fēng)與送風(fēng)溫度和壓差的控制分析

      1引言

　　回風(fēng)溫度控制和送風(fēng)溫度控制是計(jì)算機(jī)機(jī)房溫度控制的兩種選擇。兩者之間的區(qū)別在于，控制中涉及的溫度采樣點(diǎn)不同。對(duì)于封閉的機(jī)房，當(dāng)機(jī)房負(fù)荷恒定時(shí)，如果采用回風(fēng)溫度控制，則回風(fēng)溫度為直接控制對(duì)象;采用送風(fēng)溫度控制時(shí)，送風(fēng)溫度為直接控制對(duì)象。

　　壓差控制是基于回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制的，通過控制空間中不同點(diǎn)的壓差，使精密計(jì)算機(jī)房專用空調(diào)的制冷量和風(fēng)量可以更好地匹配實(shí)際場(chǎng)景，達(dá)到更好的控制效果。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，由于實(shí)際場(chǎng)景的差異，這三種控制方法在不同場(chǎng)景下各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的控制方法是實(shí)現(xiàn)機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能的關(guān)鍵。

　　本文對(duì)精密恒溫恒濕空調(diào)回風(fēng)溫度控制，送風(fēng)溫度控制和壓差控制三種控制方式進(jìn)行了簡單的控制邏輯描述，并針對(duì)不同的精密空調(diào)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了分析。選擇精密空調(diào)控制方法時(shí)，該信息可為機(jī)房IT人員提供參考。

　　2三種控制方法的說明

　　2.1術(shù)語

　　比例帶：滿足計(jì)算機(jī)機(jī)房中各種設(shè)備使用條件的可控制溫度范圍。

　　溫度死區(qū)：在溫度設(shè)定點(diǎn)附近，可以近似地認(rèn)為機(jī)房中的溫度已達(dá)到設(shè)定溫度范圍，該溫度范圍分為正和負(fù)死區(qū)。可以根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景的溫度控制精度來設(shè)置盲區(qū)的大小，并設(shè)置盲區(qū)。最大值為±3°C。

　　壓力參考點(diǎn)：通道中的壓力點(diǎn)，用于與其他壓力收集點(diǎn)進(jìn)行比較，并使用該差值來反饋壓力場(chǎng)的相對(duì)分布。參考?jí)毫c(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際情況任意選擇。

　　2.2回風(fēng)溫度控制

　　回風(fēng)溫度控制是指利用單元回風(fēng)側(cè)溫度傳感器收集的溫度值參與控制，將回風(fēng)溫度值與本機(jī)設(shè)定的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較，并控制回風(fēng)溫度。通過計(jì)算出的制冷量需求獲得的機(jī)組容量輸出和其他組件的按需操作。制冷需求與回風(fēng)溫度，溫度設(shè)定點(diǎn)，溫度死區(qū)和溫度比例帶有關(guān)，即

　　制冷量需求= f(回風(fēng)溫度，溫度設(shè)定點(diǎn)，溫度死區(qū)，溫度比例帶)。

　　2.3送風(fēng)溫度控制

　　送風(fēng)溫度控制是指利用單元供氣側(cè)的溫度傳感器收集的溫度值參與控制，將供氣側(cè)的溫度值與單元設(shè)定的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較，并通過計(jì)算出的冷卻需求來控制設(shè)備的冷卻能力。功能輸出和其他組件的按需操作。制冷量需求與送風(fēng)溫度，溫度設(shè)定點(diǎn)，溫度死區(qū)和溫度比例帶有關(guān)，即

　　制冷量需求= f(供氣溫度，溫度設(shè)定點(diǎn)，溫度死區(qū)，溫度比例帶)

　　2.4壓差控制

　　壓差控制是指利用回風(fēng)溫度或送風(fēng)溫度控制方法使溫度場(chǎng)滿足需求，同時(shí)控制通道內(nèi)每個(gè)采集點(diǎn)的壓差和通道內(nèi)外的壓差。 。

　　壓差控制需要與回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制一起使用，不能單獨(dú)使用。差壓控制將在滿足溫度控制要求的基礎(chǔ)上執(zhí)行。

　　2.4.1通道中的壓差控制

　　通過調(diào)節(jié)單元的風(fēng)量輸出，可控制通道中各個(gè)收集點(diǎn)之間的壓力差，從而使通道中的壓力場(chǎng)盡可能均勻，從而減少了由于壓力差而導(dǎo)致的通道中氣流的運(yùn)動(dòng)，然后使通道中的溫度場(chǎng)均勻。以達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。通常情況下，通過控制通道中每個(gè)點(diǎn)的壓力差，可以將通道中的最大溫差控制在3°C以下。當(dāng)通道中各點(diǎn)之間的最大溫差減小1℃時(shí)，能量效率可以提高大約2%。

　　在通道中難以實(shí)現(xiàn)壓差控制。業(yè)界沒有成熟的應(yīng)用案例。這是一個(gè)理論分析的思想，可能會(huì)成為未來數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)控制方法的方向之一。

　　2.4.2通道內(nèi)外壓差控制

　　對(duì)于房間級(jí)別的場(chǎng)景，將空氣供應(yīng)通道的內(nèi)部和外部之間的壓力差控制在30-80Pa以內(nèi)，可以改善精密空調(diào)的空氣供應(yīng)與負(fù)載的匹配度，并降低能耗。

　　對(duì)于行級(jí)場(chǎng)景，密封通道時(shí)不可避免地會(huì)有少量空氣泄漏。通過調(diào)節(jié)通道內(nèi)部與外部之間的相對(duì)壓力差，可以控制冷熱通道之間的空氣泄漏方向，以減少由空氣泄漏引起的能耗。

　　當(dāng)關(guān)閉冷通道時(shí)，精密空調(diào)的空氣供應(yīng)側(cè)連接到冷通道。正常情況下，精密空調(diào)的風(fēng)量大于服務(wù)器的風(fēng)量，在冷通道中容易形成相對(duì)正壓，避免由熱通道中的熱量通過通道進(jìn)入冷通道而引起的溫度變化。密封。通常，通道中的壓力由通道內(nèi)部的壓力和通道外部的壓力控制。即使在冷通道中形成相對(duì)正壓力，Pout = 5?20Pa。

　　當(dāng)熱通道關(guān)閉時(shí)，精密空調(diào)的回風(fēng)側(cè)連接到熱通道。通常，精密空調(diào)的風(fēng)量大于服務(wù)器的風(fēng)量。在熱通道中很容易形成相對(duì)負(fù)壓。過道外部冷池中的少量冷空氣將通過密封泄漏到熱過道中。由于冷池占主導(dǎo)地位，空氣泄漏對(duì)能耗沒有影響。顯然，通常僅控制通道內(nèi)各點(diǎn)之間的壓力差，以使通道內(nèi)的溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)相對(duì)均勻。

　　3控制方法比較分析

　　3.1房間級(jí)場(chǎng)景

　　3.1.1節(jié)能對(duì)比

　　(1)混合空氣對(duì)能源消耗的影響

　　對(duì)于房間級(jí)別的情況，空氣通過空氣供應(yīng)通道供應(yīng)。如果送風(fēng)通道未密封，則送風(fēng)通道中會(huì)出現(xiàn)一定程度的短路，即一些冷空氣會(huì)直接與回風(fēng)混合而不經(jīng)過機(jī)房設(shè)備，導(dǎo)致回風(fēng)溫度升高。滴。

　　使用回風(fēng)溫度控制時(shí)，由于混合空氣的現(xiàn)象，機(jī)房的出風(fēng)溫度比精密空調(diào)控制的回風(fēng)溫度高。為了確保機(jī)房的工作溫度不超過允許的上限，請(qǐng)?jiān)O(shè)置精密空調(diào)的回風(fēng)溫度。在控制點(diǎn)，需要預(yù)留一定的安全裕度，并確定安全范圍。余量根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景的混合風(fēng)情況確定。

　　當(dāng)采用送風(fēng)溫度控制時(shí)，由于送風(fēng)溫度是直接控制對(duì)象，因此混合空氣的影響不會(huì)直接反映在負(fù)荷的控制中。只需根據(jù)計(jì)算機(jī)室設(shè)備的實(shí)際情況設(shè)置合適的送風(fēng)溫度控制點(diǎn)。相對(duì)而言，送風(fēng)溫度控制更加節(jié)能。

　　如果返回空氣通道和供應(yīng)空氣通道都關(guān)閉，則混合空氣的影響可以減小到最小。

　　(2)制冷量負(fù)荷匹配對(duì)能耗的影響

　　對(duì)于機(jī)房級(jí)情況，當(dāng)計(jì)算機(jī)機(jī)房中的設(shè)備在部分負(fù)載下工作時(shí)，由于負(fù)載的減少，回風(fēng)和空調(diào)之間的溫差會(huì)減小。對(duì)于風(fēng)冷空調(diào)，當(dāng)使用回風(fēng)溫度控制時(shí)，隨著負(fù)載的減少，其運(yùn)行的蒸發(fā)溫度將相應(yīng)升高，并且設(shè)備的能效比將增加;當(dāng)使用送風(fēng)溫度控制時(shí)，隨著負(fù)載的減少，回風(fēng)溫度降低，空調(diào)的蒸發(fā)溫度幾乎不變，能耗也保持不變。

　　對(duì)于水冷空調(diào)，當(dāng)使用回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制時(shí)，隨著負(fù)載的變化，供水溫度相同，但是水流量發(fā)生變化。對(duì)于匹配的冷水機(jī)，供水量始終大于最終空調(diào)需求量。兩種控制方法的區(qū)別在于，當(dāng)控制回風(fēng)溫度時(shí)，可以使用更高的供水溫度來滿足要求。這反映在整個(gè)制冷系統(tǒng)中。該冷卻器可以在較高的蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，與送風(fēng)溫度控制方法相比，這是節(jié)能的。

　　對(duì)于房間高架地板下的送風(fēng)場(chǎng)景，在回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制的基礎(chǔ)上，增加了壓差控制，并利用壓力來調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以確保靜壓腔壓力為正(一般設(shè)定在30?80Pa)，壓力恒定，從而按需分配制冷量和風(fēng)量輸出，大大提高了與實(shí)際負(fù)荷的匹配度，降低了能耗;確保送風(fēng)距離，消除機(jī)房熱點(diǎn)，提高制冷可靠性。

　　3.1.2可靠性比較(部分負(fù)載條件對(duì)設(shè)備最佳工作溫度范圍的影響)

　　要求計(jì)算機(jī)室中的設(shè)備在建議的工作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。如果操作溫度超過上限或低于下限，將對(duì)設(shè)備的壽命和穩(wěn)定性產(chǎn)生致命影響。但是，大多數(shù)設(shè)備在其工作范圍內(nèi)，溫度越高，其使用壽命和穩(wěn)定性越不利。

　　對(duì)于房間級(jí)場(chǎng)景，當(dāng)采用回風(fēng)溫度控制時(shí)，回風(fēng)溫度是直接控制對(duì)象。如果機(jī)房負(fù)荷發(fā)生變化并處于部分負(fù)荷下，則仍控制設(shè)備出風(fēng)溫度的上限，可能會(huì)使設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度降低。高溫會(huì)導(dǎo)致設(shè)備長時(shí)間在較高的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，這不利于其使用壽命和穩(wěn)定性。

　　對(duì)于房間級(jí)場(chǎng)景，采用送風(fēng)溫度控制時(shí)，送風(fēng)溫度為直接控制對(duì)象，可以實(shí)時(shí)控制精密空調(diào)的送風(fēng)溫度狀態(tài)，使設(shè)備處于長期處于最佳溫度范圍，有利于其穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3.1.3成本比較

　　對(duì)于房間級(jí)場(chǎng)景，采用回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制，但是直接控制對(duì)象不同，在項(xiàng)目實(shí)施中沒有成本差異。壓力差控制需要增加壓力差控制器以基于回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制來收集每個(gè)點(diǎn)的壓力差。同時(shí)，壓差控制需要配合合理的組控制邏輯來實(shí)現(xiàn)，并且需要增加對(duì)硬件和軟件的初始投資。

　　3.2行級(jí)方案

　　3.2.1節(jié)能對(duì)比

　　(1)安全溫差對(duì)能耗的影響

　　假設(shè)設(shè)備的最高安全工作溫度為T，則當(dāng)使用回風(fēng)溫度控制時(shí)，由于回風(fēng)溫度是直接控制對(duì)象，因此可以將目標(biāo)溫度值設(shè)置為T-ΔT，并且安全溫差可以將ΔT設(shè)置得較小，以確保計(jì)算機(jī)室的最高內(nèi)部溫度在允許的安全范圍內(nèi);假設(shè)設(shè)備的最高安全工作溫度為T，那么在采用送風(fēng)溫度控制時(shí)，送風(fēng)溫度是直接控制對(duì)象，回風(fēng)的溫差在各種情況下都會(huì)發(fā)生變化，只需對(duì)其進(jìn)行控制即可。 。在服務(wù)器進(jìn)行熱交換后，送風(fēng)溫度可能會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器出風(fēng)量超過安全工作溫度。為了確保設(shè)備的安全性，通常將目標(biāo)送風(fēng)溫度設(shè)定得較低，即在使用送風(fēng)溫度控制時(shí)，多數(shù)情況下回風(fēng)溫度之間的差異較大。設(shè)備的溫度和設(shè)備的最高安全工作溫度。

　　例如機(jī)房內(nèi)使用的風(fēng)冷精密空調(diào)，如果機(jī)房環(huán)境溫度的安全值為40℃，那么當(dāng)采用回風(fēng)溫度控制時(shí)，空調(diào)的回風(fēng)溫度可以設(shè)定在38℃如果采用送風(fēng)溫度控制，將送風(fēng)溫度設(shè)置為22℃，則空調(diào)的回風(fēng)溫度一般不超過36℃。然后，其38℃的回風(fēng)溫度控制單元比供氣溫度控制單元可將能源效率提高約3%。從實(shí)際使用情況看，在采用回風(fēng)控制時(shí)，大多數(shù)情況下，該單元具有較高的目標(biāo)設(shè)定溫度，在相對(duì)較高的蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，并且具有更好的節(jié)能效果。

　　(2)制冷量負(fù)荷匹配對(duì)能耗的影響

　　對(duì)于行級(jí)方案，當(dāng)計(jì)算機(jī)機(jī)房中的設(shè)備在部分負(fù)荷下工作時(shí)，由于負(fù)荷減少，空調(diào)回風(fēng)之間的溫差會(huì)減小。對(duì)于風(fēng)冷空調(diào)，當(dāng)控制回風(fēng)溫度時(shí)，隨著負(fù)載的降低，其運(yùn)行的蒸發(fā)溫度將相應(yīng)升高，單位能效比將提高。當(dāng)使用送風(fēng)溫度控制時(shí)，隨著負(fù)載的減小，回風(fēng)溫度降低，空調(diào)的蒸發(fā)溫度幾乎不變，能耗也不變。

　　對(duì)于水冷式空調(diào)機(jī)，當(dāng)使用回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制時(shí)，隨著負(fù)載的變化，供水溫度相同，但是水流量發(fā)生變化。對(duì)于冷卻器，其供水量總是大于終端空調(diào)的需求量。兩種控制方法的區(qū)別在于，當(dāng)控制回風(fēng)溫度時(shí)，可以使用更高的供水溫度來滿足要求。這反映在整個(gè)制冷系統(tǒng)中。該冷卻器可以在更高的蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，與送風(fēng)溫度控制方法相比，這是節(jié)能的。

　　對(duì)于行級(jí)場(chǎng)景，在回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制的基礎(chǔ)上，增加了壓差控制，以控制控制通道中每個(gè)點(diǎn)的壓差平衡以及控制通道內(nèi)外的相對(duì)正壓，使制冷量和出風(fēng)量按需分配，大大提高了與實(shí)際負(fù)荷的匹配度，降低了能耗，降低了機(jī)房的PUE。

　　3.2.2可靠性比較(通道溫度對(duì)設(shè)備最佳工作溫度范圍的影響)

　　要求機(jī)房中的設(shè)備在建議的工作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。如果操作溫度超過上限或低于下限，將對(duì)設(shè)備的壽命和穩(wěn)定性產(chǎn)生致命影響。但是，大多數(shù)設(shè)備在其工作范圍內(nèi)，溫度越高，其使用壽命和穩(wěn)定性越不利。使用回風(fēng)溫度控制時(shí)，回風(fēng)溫度是直接控制對(duì)象。如果機(jī)房負(fù)荷發(fā)生變化并處于部分負(fù)荷下，則仍控制設(shè)備出風(fēng)溫度的上限，設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度可能會(huì)更高。設(shè)備在較高的溫度范圍內(nèi)長時(shí)間運(yùn)行，不利于其使用壽命和穩(wěn)定性。

　　當(dāng)采用送風(fēng)溫度控制時(shí)，送風(fēng)溫度是直接控制對(duì)象，可以實(shí)時(shí)控制精密空調(diào)的送風(fēng)溫度狀態(tài)，使設(shè)備長時(shí)間處于最佳溫度范圍。 ，有利于其穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3.2.3成本比較

　　對(duì)于行級(jí)場(chǎng)景，使用回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制，但是直接控制對(duì)象不同，并且在項(xiàng)目實(shí)施中沒有成本差異。

　　需要在回風(fēng)溫度控制或送風(fēng)溫度控制中增加壓差控制，并增加壓差控制器以收集每個(gè)點(diǎn)的壓差。同時(shí)，差壓控制需要采用合理的組控制邏輯來實(shí)現(xiàn)，并且在硬件和軟件上的初始投資都需要增加。

　　4。結(jié)論

　　當(dāng)房間采用封閉的冷通道時(shí)，混合空氣將不會(huì)影響空調(diào)采用送風(fēng)溫度控制還是回風(fēng)溫度控制。根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用的成熟度和投資成本，通常建議使用回風(fēng)溫度控制。

　　行級(jí)精密空調(diào)恒溫恒濕機(jī)通常用于封閉通道(冷/熱)高溫回風(fēng)場(chǎng)景中。通常建議設(shè)置送風(fēng)溫度控制，以準(zhǔn)確控制空調(diào)的送風(fēng)溫度，以確保IT設(shè)備的可靠運(yùn)行。同樣，由于壓差控制的市場(chǎng)應(yīng)用還不夠成熟，并且后期需要大量維護(hù)工作，因此通常不建議這樣做。