精密空调回风与送风温度和压差的控制分析

　　精密空调回风与送风温度和压差的控制分析

      1引言

　　回风温度控制和送风温度控制是计算机机房温度控制的两种选择。两者之间的区别在于，控制中涉及的温度采样点不同。对于封闭的机房，当机房负荷恒定时，如果采用回风温度控制，则回风温度为直接控制对象;采用送风温度控制时，送风温度为直接控制对象。

　　压差控制是基于回风温度控制或送风温度控制的，通过控制空间中不同点的压差，使精密计算机房专用空调的制冷量和风量可以更好地匹配实际场景，达到更好的控制效果。

　　在实际应用中，由于实际场景的差异，这三种控制方法在不同场景下各有优缺点。根据实际需要选择合适的控制方法是实现机房稳定运行和节能的关键。

　　本文对精密恒温恒湿空调回风温度控制，送风温度控制和压差控制三种控制方式进行了简单的控制逻辑描述，并针对不同的精密空调应用场景进行了分析。选择精密空调控制方法时，该信息可为机房IT人员提供参考。

　　2三种控制方法的说明

　　2.1术语

　　比例带：满足计算机机房中各种设备使用条件的可控制温度范围。

　　温度死区：在温度设定点附近，可以近似地认为机房中的温度已达到设定温度范围，该温度范围分为正和负死区。可以根据实际场景的温度控制精度来设置盲区的大小，并设置盲区。最大值为±3°C。

　　压力参考点：通道中的压力点，用于与其他压力收集点进行比较，并使用该差值来反馈压力场的相对分布。参考压力点可以根据实际情况任意选择。

　　2.2回风温度控制

　　回风温度控制是指利用单元回风侧温度传感器收集的温度值参与控制，将回风温度值与本机设定的目标温度值进行比较，并控制回风温度。通过计算出的制冷量需求获得的机组容量输出和其他组件的按需操作。制冷需求与回风温度，温度设定点，温度死区和温度比例带有关，即

　　制冷量需求= f(回风温度，温度设定点，温度死区，温度比例带)。

　　2.3送风温度控制

　　送风温度控制是指利用单元供气侧的温度传感器收集的温度值参与控制，将供气侧的温度值与单元设定的目标温度值进行比较，并通过计算出的冷却需求来控制设备的冷却能力。功能输出和其他组件的按需操作。制冷量需求与送风温度，温度设定点，温度死区和温度比例带有关，即

　　制冷量需求= f(供气温度，温度设定点，温度死区，温度比例带)

　　2.4压差控制

　　压差控制是指利用回风温度或送风温度控制方法使温度场满足需求，同时控制通道内每个采集点的压差和通道内外的压差。 。

　　压差控制需要与回风温度控制或送风温度控制一起使用，不能单独使用。差压控制将在满足温度控制要求的基础上执行。

　　2.4.1通道中的压差控制

　　通过调节单元的风量输出，可控制通道中各个收集点之间的压力差，从而使通道中的压力场尽可能均匀，从而减少了由于压力差而导致的通道中气流的运动，然后使通道中的温度场均匀。以达到系统节能的目的。通常情况下，通过控制通道中每个点的压力差，可以将通道中的最大温差控制在3°C以下。当通道中各点之间的最大温差减小1℃时，能量效率可以提高大约2%。

　　在通道中难以实现压差控制。业界没有成熟的应用案例。这是一个理论分析的思想，可能会成为未来数据中心精密空调控制方法的方向之一。

　　2.4.2通道内外压差控制

　　对于房间级别的场景，将空气供应通道的内部和外部之间的压力差控制在30-80Pa以内，可以改善精密空调的空气供应与负载的匹配度，并降低能耗。

　　对于行级场景，密封通道时不可避免地会有少量空气泄漏。通过调节通道内部与外部之间的相对压力差，可以控制冷热通道之间的空气泄漏方向，以减少由空气泄漏引起的能耗。

　　当关闭冷通道时，精密空调的空气供应侧连接到冷通道。正常情况下，精密空调的风量大于服务器的风量，在冷通道中容易形成相对正压，避免由热通道中的热量通过通道进入冷通道而引起的温度变化。密封。通常，通道中的压力由通道内部的压力和通道外部的压力控制。即使在冷通道中形成相对正压力，Pout = 5〜20Pa。

　　当热通道关闭时，精密空调的回风侧连接到热通道。通常，精密空调的风量大于服务器的风量。在热通道中很容易形成相对负压。过道外部冷池中的少量冷空气将通过密封泄漏到热过道中。由于冷池占主导地位，空气泄漏对能耗没有影响。显然，通常仅控制通道内各点之间的压力差，以使通道内的温度场和压力场相对均匀。

　　3控制方法比较分析

　　3.1房间级场景

　　3.1.1节能对比

　　(1)混合空气对能源消耗的影响

　　对于房间级别的情况，空气通过空气供应通道供应。如果送风通道未密封，则送风通道中会出现一定程度的短路，即一些冷空气会直接与回风混合而不经过机房设备，导致回风温度升高。滴。

　　使用回风温度控制时，由于混合空气的现象，机房的出风温度比精密空调控制的回风温度高。为了确保机房的工作温度不超过允许的上限，请设置精密空调的回风温度。在控制点，需要预留一定的安全裕度，并确定安全范围。余量根据实际场景的混合风情况确定。

　　当采用送风温度控制时，由于送风温度是直接控制对象，因此混合空气的影响不会直接反映在负荷的控制中。只需根据计算机室设备的实际情况设置合适的送风温度控制点。相对而言，送风温度控制更加节能。

　　如果返回空气通道和供应空气通道都关闭，则混合空气的影响可以减小到最小。

　　(2)制冷量负荷匹配对能耗的影响

　　对于机房级情况，当计算机机房中的设备在部分负载下工作时，由于负载的减少，回风和空调之间的温差会减小。对于风冷空调，当使用回风温度控制时，随着负载的减少，其运行的蒸发温度将相应升高，并且设备的能效比将增加;当使用送风温度控制时，随着负载的减少，回风温度降低，空调的蒸发温度几乎不变，能耗也保持不变。

　　对于水冷空调，当使用回风温度控制或送风温度控制时，随着负载的变化，供水温度相同，但是水流量发生变化。对于匹配的冷水机，供水量始终大于最终空调需求量。两种控制方法的区别在于，当控制回风温度时，可以使用更高的供水温度来满足要求。这反映在整个制冷系统中。该冷却器可以在较高的蒸发温度下运行，与送风温度控制方法相比，这是节能的。

　　对于房间高架地板下的送风场景，在回风温度控制或送风温度控制的基础上，增加了压差控制，并利用压力来调节空调风扇的转速，以确保静压腔压力为正(一般设定在30〜80Pa)，压力恒定，从而按需分配制冷量和风量输出，大大提高了与实际负荷的匹配度，降低了能耗;确保送风距离，消除机房热点，提高制冷可靠性。

　　3.1.2可靠性比较(部分负载条件对设备最佳工作温度范围的影响)

　　要求计算机室中的设备在建议的工作温度范围内运行。如果操作温度超过上限或低于下限，将对设备的寿命和稳定性产生致命影响。但是，大多数设备在其工作范围内，温度越高，其使用寿命和稳定性越不利。

　　对于房间级场景，当采用回风温度控制时，回风温度是直接控制对象。如果机房负荷发生变化并处于部分负荷下，则仍控制设备出风温度的上限，可能会使设备进风温度降低。高温会导致设备长时间在较高的温度范围内运行，这不利于其使用寿命和稳定性。

　　对于房间级场景，采用送风温度控制时，送风温度为直接控制对象，可以实时控制精密空调的送风温度状态，使设备处于长期处于最佳温度范围，有利于其稳定运行。

　　3.1.3成本比较

　　对于房间级场景，采用回风温度控制或送风温度控制，但是直接控制对象不同，在项目实施中没有成本差异。压力差控制需要增加压力差控制器以基于回风温度控制或送风温度控制来收集每个点的压力差。同时，压差控制需要配合合理的组控制逻辑来实现，并且需要增加对硬件和软件的初始投资。

　　3.2行级方案

　　3.2.1节能对比

　　(1)安全温差对能耗的影响

　　假设设备的最高安全工作温度为T，则当使用回风温度控制时，由于回风温度是直接控制对象，因此可以将目标温度值设置为T-ΔT，并且安全温差可以将ΔT设置得较小，以确保计算机室的最高内部温度在允许的安全范围内;假设设备的最高安全工作温度为T，那么在采用送风温度控制时，送风温度是直接控制对象，回风的温差在各种情况下都会发生变化，只需对其进行控制即可。 。在服务器进行热交换后，送风温度可能会导致服务器出风量超过安全工作温度。为了确保设备的安全性，通常将目标送风温度设定得较低，即在使用送风温度控制时，多数情况下回风温度之间的差异较大。设备的温度和设备的最高安全工作温度。

　　例如机房内使用的风冷精密空调，如果机房环境温度的安全值为40℃，那么当采用回风温度控制时，空调的回风温度可以设定在38℃如果采用送风温度控制，将送风温度设置为22℃，则空调的回风温度一般不超过36℃。然后，其38℃的回风温度控制单元比供气温度控制单元可将能源效率提高约3%。从实际使用情况看，在采用回风控制时，大多数情况下，该单元具有较高的目标设定温度，在相对较高的蒸发温度下运行，并且具有更好的节能效果。

　　(2)制冷量负荷匹配对能耗的影响

　　对于行级方案，当计算机机房中的设备在部分负荷下工作时，由于负荷减少，空调回风之间的温差会减小。对于风冷空调，当控制回风温度时，随着负载的降低，其运行的蒸发温度将相应升高，单位能效比将提高。当使用送风温度控制时，随着负载的减小，回风温度降低，空调的蒸发温度几乎不变，能耗也不变。

　　对于水冷式空调机，当使用回风温度控制或送风温度控制时，随着负载的变化，供水温度相同，但是水流量发生变化。对于冷却器，其供水量总是大于终端空调的需求量。两种控制方法的区别在于，当控制回风温度时，可以使用更高的供水温度来满足要求。这反映在整个制冷系统中。该冷却器可以在更高的蒸发温度下运行，与送风温度控制方法相比，这是节能的。

　　对于行级场景，在回风温度控制或送风温度控制的基础上，增加了压差控制，以控制控制通道中每个点的压差平衡以及控制通道内外的相对正压，使制冷量和出风量按需分配，大大提高了与实际负荷的匹配度，降低了能耗，降低了机房的PUE。

　　3.2.2可靠性比较(通道温度对设备最佳工作温度范围的影响)

　　要求机房中的设备在建议的工作温度范围内运行。如果操作温度超过上限或低于下限，将对设备的寿命和稳定性产生致命影响。但是，大多数设备在其工作范围内，温度越高，其使用寿命和稳定性越不利。使用回风温度控制时，回风温度是直接控制对象。如果机房负荷发生变化并处于部分负荷下，则仍控制设备出风温度的上限，设备进风温度可能会更高。设备在较高的温度范围内长时间运行，不利于其使用寿命和稳定性。

　　当采用送风温度控制时，送风温度是直接控制对象，可以实时控制精密空调的送风温度状态，使设备长时间处于最佳温度范围。 ，有利于其稳定运行。

　　3.2.3成本比较

　　对于行级场景，使用回风温度控制或送风温度控制，但是直接控制对象不同，并且在项目实施中没有成本差异。

　　需要在回风温度控制或送风温度控制中增加压差控制，并增加压差控制器以收集每个点的压差。同时，差压控制需要采用合理的组控制逻辑来实现，并且在硬件和软件上的初始投资都需要增加。

　　4。结论

　　当房间采用封闭的冷通道时，混合空气将不会影响空调采用送风温度控制还是回风温度控制。根据当前市场应用的成熟度和投资成本，通常建议使用回风温度控制。

　　行级精密空调恒温恒湿机通常用于封闭通道(冷/热)高温回风场景中。通常建议设置送风温度控制，以准确控制空调的送风温度，以确保IT设备的可靠运行。同样，由于压差控制的市场应用还不够成熟，并且后期需要大量维护工作，因此通常不建议这样做。