精密空調(diào)回風與送風溫度和壓差的控制分析

      1引言

　　回風溫度控制和送風溫度控制是計算機機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不同。對于封閉的機房，當機房負荷恒定時，如果采用回風溫度控制，則回風溫度為直接控制對象;采用送風溫度控制時，送風溫度為直接控制對象。

　　壓差控制是基于回風溫度控制或送風溫度控制的，通過控制空間中不同點的壓差，使精密計算機房專用空調(diào)的制冷量和風量可以更好地匹配實際場景，達到更好的控制效果。

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

　　本文對精密恒溫恒濕空調(diào)回風溫度控制，送風溫度控制和壓差控制三種控制方式進行了簡單的控制邏輯描述，并針對不同的精密空調(diào)應(yīng)用場景進行了分析。選擇精密空調(diào)控制方法時，該信息可為機房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：滿足計算機機房中各種設(shè)備使用條件的可控制溫度范圍。

　　溫度死區(qū)：在溫度設(shè)定點附近，可以近似地認為機房中的溫度已達到設(shè)定溫度范圍，該溫度范圍分為正和負死區(qū)。可以根據(jù)實際場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：通道中的壓力點，用于與其他壓力收集點進行比較，并使用該差值來反饋壓力場的相對分布。參考壓力點可以根據(jù)實際情況任意選擇。

　　2.2回風溫度控制

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

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

　　2.3送風溫度控制

　　送風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)定的目標溫度值進行比較，并通過計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。制冷量需求與送風溫度，溫度設(shè)定點，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，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溫度或送風溫度控制方法使溫度場滿足需求，同時控制通道內(nèi)每個采集點的壓差和通道內(nèi)外的壓差。 。

　　壓差控制需要與回風溫度控制或送風溫度控制一起使用，不能單獨使用。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)單元的風量輸出，可控制通道中各個收集點之間的壓力差，從而使通道中的壓力場盡可能均勻，從而減少了由于壓力差而導致的通道中氣流的運動，然后使通道中的溫度場均勻。以達到系統(tǒng)節(jié)能的目的。通常情況下，通過控制通道中每個點的壓力差，可以將通道中的最大溫差控制在3°C以下。當通道中各點之間的最大溫差減小1℃時，能量效率可以提高大約2%。

　　在通道中難以實現(xiàn)壓差控制。業(yè)界沒有成熟的應(yīng)用案例。這是一個理論分析的思想，可能會成為未來數(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

　　對于房間級別的場景，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)與負載的匹配度，并降低能耗。

　　對于行級場景，密封通道時不可避免地會有少量空氣泄漏。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。

　　當關(guān)閉冷通道時，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)的風量大于服務(wù)器的風量，在冷通道中容易形成相對正壓，避免由熱通道中的熱量通過通道進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正壓力，Pout = 5?20Pa。

　　當熱通道關(guān)閉時，精密空調(diào)的回風側(cè)連接到熱通道。通常，精密空調(diào)的風量大于服務(wù)器的風量。在熱通道中很容易形成相對負壓。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。由于冷池占主導地位，空氣泄漏對能耗沒有影響。顯然，通常僅控制通道內(nèi)各點之間的壓力差，以使通道內(nèi)的溫度場和壓力場相對均勻。

　　3控制方法比較分析

　　3.1房間級場景

　　3.1.1節(jié)能對比

　　(1)混合空氣對能源消耗的影響

　　對于房間級別的情況，空氣通過空氣供應(yīng)通道供應(yīng)。如果送風通道未密封，則送風通道中會出現(xiàn)一定程度的短路，即一些冷空氣會直接與回風混合而不經(jīng)過機房設(shè)備，導致回風溫度升高。滴。

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

　　當采用送風溫度控制時，由于送風溫度是直接控制對象，因此混合空氣的影響不會直接反映在負荷的控制中。只需根據(jù)計算機室設(shè)備的實際情況設(shè)置合適的送風溫度控制點。相對而言，送風溫度控制更加節(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)制冷量負荷匹配對能耗的影響

　　對于機房級情況，當計算機機房中的設(shè)備在部分負載下工作時，由于負載的減少，回風和空調(diào)之間的溫差會減小。對于風冷空調(diào)，當使用回風溫度控制時，隨著負載的減少，其運行的蒸發(fā)溫度將相應(yīng)升高，并且設(shè)備的能效比將增加;當使用送風溫度控制時，隨著負載的減少，回風溫度降低，空調(diào)的蒸發(fā)溫度幾乎不變，能耗也保持不變。

　　對于水冷空調(diào)，當使用回風溫度控制或送風溫度控制時，隨著負載的變化，供水溫度相同，但是水流量發(fā)生變化。對于匹配的冷水機，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，當控制回風溫度時，可以使用更高的供水溫度來滿足要求。這反映在整個制冷系統(tǒng)中。該冷卻器可以在較高的蒸發(fā)溫度下運行，與送風溫度控制方法相比，這是節(jié)能的。

　　對于房間高架地板下的送風場景，在回風溫度控制或送風溫度控制的基礎(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量輸出，大大提高了與實際負荷的匹配度，降低了能耗;確保送風距離，消除機房熱點，提高制冷可靠性。

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

　　要求計算機室中的設(shè)備在建議的工作溫度范圍內(nèi)運行。如果操作溫度超過上限或低于下限，將對設(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。

　　對于房間級場景，當采用回風溫度控制時，回風溫度是直接控制對象。如果機房負荷發(fā)生變化并處于部分負荷下，則仍控制設(shè)備出風溫度的上限，可能會使設(shè)備進風溫度降低。高溫會導致設(shè)備長時間在較高的溫度范圍內(nèi)運行，這不利于其使用壽命和穩(wěn)定性。

　　對于房間級場景，采用送風溫度控制時，送風溫度為直接控制對象，可以實時控制精密空調(diào)的送風溫度狀態(tài)，使設(shè)備處于長期處于最佳溫度范圍，有利于其穩(wěn)定運行。

　　3.1.3成本比較

　　對于房間級場景，采用回風溫度控制或送風溫度控制，但是直接控制對象不同，在項目實施中沒有成本差異。壓力差控制需要增加壓力差控制器以基于回風溫度控制或送風溫度控制來收集每個點的壓力差。同時，壓差控制需要配合合理的組控制邏輯來實現(xiàn)，并且需要增加對硬件和軟件的初始投資。

　　3.2行級方案

　　3.2.1節(jié)能對比

　　(1)安全溫差對能耗的影響

　　假設(shè)設(shè)備的最高安全工作溫度為T，則當使用回風溫度控制時，由于回風溫度是直接控制對象，因此可以將目標溫度值設(shè)置為T-ΔT，并且安全溫差可以將ΔT設(shè)置得較小，以確保計算機室的最高內(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，那么在采用送風溫度控制時，送風溫度是直接控制對象，回風的溫差在各種情況下都會發(fā)生變化，只需對其進行控制即可。 。在服務(wù)器進行熱交換后，送風溫度可能會導致服務(wù)器出風量超過安全工作溫度。為了確保設(shè)備的安全性，通常將目標送風溫度設(shè)定得較低，即在使用送風溫度控制時，多數(shù)情況下回風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。

　　例如機房內(nèi)使用的風冷精密空調(diào)，如果機房環(huán)境溫度的安全值為40℃，那么當采用回風溫度控制時，空調(diào)的回風溫度可以設(shè)定在38℃如果采用送風溫度控制，將送風溫度設(shè)置為22℃，則空調(diào)的回風溫度一般不超過36℃。然后，其38℃的回風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%。從實際使用情況看，在采用回風控制時，大多數(shù)情況下，該單元具有較高的目標設(shè)定溫度，在相對較高的蒸發(fā)溫度下運行，并且具有更好的節(jié)能效果。

　　(2)制冷量負荷匹配對能耗的影響

　　對于行級方案，當計算機機房中的設(shè)備在部分負荷下工作時，由于負荷減少，空調(diào)回風之間的溫差會減小。對于風冷空調(diào)，當控制回風溫度時，隨著負載的降低，其運行的蒸發(fā)溫度將相應(yīng)升高，單位能效比將提高。當使用送風溫度控制時，隨著負載的減小，回風溫度降低，空調(diào)的蒸發(fā)溫度幾乎不變，能耗也不變。

　　對于水冷式空調(diào)機，當使用回風溫度控制或送風溫度控制時，隨著負載的變化，供水溫度相同，但是水流量發(fā)生變化。對于冷卻器，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，當控制回風溫度時，可以使用更高的供水溫度來滿足要求。這反映在整個制冷系統(tǒng)中。該冷卻器可以在更高的蒸發(fā)溫度下運行，與送風溫度控制方法相比，這是節(jié)能的。

　　對于行級場景，在回風溫度控制或送風溫度控制的基礎(chǔ)上，增加了壓差控制，以控制控制通道中每個點的壓差平衡以及控制通道內(nèi)外的相對正壓，使制冷量和出風量按需分配，大大提高了與實際負荷的匹配度，降低了能耗，降低了機房的PUE。

　　3.2.2可靠性比較(通道溫度對設(shè)備最佳工作溫度范圍的影響)

　　要求機房中的設(shè)備在建議的工作溫度范圍內(nèi)運行。如果操作溫度超過上限或低于下限，將對設(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。使用回風溫度控制時，回風溫度是直接控制對象。如果機房負荷發(fā)生變化并處于部分負荷下，則仍控制設(shè)備出風溫度的上限，設(shè)備進風溫度可能會更高。設(shè)備在較高的溫度范圍內(nèi)長時間運行，不利于其使用壽命和穩(wěn)定性。

　　當采用送風溫度控制時，送風溫度是直接控制對象，可以實時控制精密空調(diào)的送風溫度狀態(tài)，使設(shè)備長時間處于最佳溫度范圍。 ，有利于其穩(wěn)定運行。

　　3.2.3成本比較

　　對于行級場景，使用回風溫度控制或送風溫度控制，但是直接控制對象不同，并且在項目實施中沒有成本差異。

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

　　4。結(jié)論

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

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