CN107990496B - 一种冷冻水型列间空调的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷冻水型列间空调的控制方法,所述列间空调能够获取送风温度T1、远程温度T2和回风温度T3，所述控制方法包括步骤：根据室内温度的不同情况，分别以送风温度设定值T_set1、回风温度设定值T_set2和远程温度设定值T_set3为控制目标，控制冷冻水阀的开度。本发明的控制方法分情况采用多目标进行控制，能够更为精确地对机房温度进行控制，有利于提高温度控制精度、减少室内降温时间，节能环保。

Description

一种冷冻水型列间空调的控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种冷冻水型列间空调的控制方法。

背景技术

随着通信行业的迅速发展，例如数据中心等机房的服务器机柜的发热量越来越大，并且服务器机柜还容易产生局部热点，这些问题都导致机房内的温度控制难度较大。针对这一问题，现有的做法是将冷冻水型列间空调放置在机架排列内，和服务器机柜并排安装，空调采用前部从冷通道送风、后部由热通道回风的水平送风方式，以解决常规空调冷热风气流混合及短路的问题。

然而，现有的列间空调的控制方式是通过回风温度这一单目标来控制冷冻水阀的开度(即控制冷冻水的流量)，采用该控制方式调节冷冻水阀的开度时，如果调节比例过大，容易造成机房内温度大幅波动，如果调节比例过小，则造成调节时间长。此外，这种通过单目标控制的方式，还存在能耗高、冷通道和/或热通道内温度分布欠均匀等缺点，特别是对于局部热点的消除是无能为力的。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种冷冻水型列间空调的控制方法，其能够提高室内温度的调节精度和效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种冷冻水型列间空调的控制方法，所述列间空调能够获取送风温度T1、远程温度T2和回风温度T3，所述控制方法包括步骤：

判断送风温度T1与预设参考温度a的关系，并根据判断结果确定是否以送风温度设定值T_set1为控制目标，控制冷冻水阀的开度；

和/或，判断回风温度T3与远程温度T2的关系，并根据判断结果确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标，控制冷冻水阀的开度。

优选地，所述列间空调通过送风温度检测装置检测送风温度T1，其中，所述送风温度检测装置布置在出风口处；

和/或，所述列间空调通过远程温度检测装置检测远程温度T2，其中，所述远程温度检测装置布置在冷通道中距送风口最远的位置处，和/或布置在热通道中距回风口最远的位置处，和/或布置在热通道中能够形成局部热点的位置处；

和/或，所述列间空调通过回风温度检测装置检测回风温度T3，其中，所述回风温度检测装置布置在热通道中靠近回风口的位置处。

优选地，空调开机运行后，首先执行步骤S10，判断送风温度T1是否小于等于预设参考温度a；若判断结果为T1>a，则执行步骤S20：以送风温度设定值T_set1为控制目标，随后执行步骤S30：调节冷冻水阀的开度；

和/或，所述预设参考温度a的范围为15-25℃。

优选地，在步骤S30之后，返回步骤S10，继续判断送风温度T1是否小于等于a，直至符合T1≤a为止；

和/或，步骤S30中，在调节冷冻水阀的开度时，每次调节的量为X1，其中，X1的范围为10％-25％。

优选地，步骤S10中，若T1≤a，则执行步骤S40：判断回风温度T3与远程温度T2的关系，并根据判断结果确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标。

优选地，步骤S40中，计算ΔT＝T3-T2，并判断ΔT是否小于等于预设温差值b，若是，则执行步骤S50：以回风温度设定值T_set3为控制目标，若否，则执行步骤S60：以远程温度设定值T_set2为控制目标；然后执行步骤S80：调节冷冻水阀的开度。

优选地，在步骤S80之后，返回步骤S40，继续判断ΔT是否小于等于预设温差值b，并根据判断结果重新确定控制目标；

和/或，所述预设温差值b的范围为1-3℃。

优选地，当以远程温度设定值T_set2为控制目标时，在调节冷冻水阀的开度时每次调节的量为X2，当以回风温度设定值T_set3为控制目标时，在调节冷冻水阀的开度时每次调节的量为X3，其中，X2＞X3。

优选地，X2的范围为7％-15％，和/或，X3的范围为0-10％。

优选地，在执行步骤S80之前，先执行步骤S70：通过PID计算确定冷冻水阀的开度调节量。

优选地，步骤S70中，按照以下公式进行PID计算：

ΔX_n(k)＝f₁(K_p，K_i，K_d)f₂(e(k))f₂(e(k-1))；

X_n(k)＝X_n(k-1)+ΔX_n(k)；

e(k)＝T_k-T_set；

e(k-1)＝T_k-1-T_set；

其中，ΔX_n(k)为冷冻水阀的开度调节量；

X_n(k)为冷冻水阀的开度值；

f₁、f₂为函数表达式；

K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；

T_set为目标温度设定值；

T_k为目标温度的当前实际值；

T_k-1为目标温度在上个采样周期的实际值；

e(k)为目标温度的当前实际值和目标温度设定值之间的温度差值；

e(k-1)为目标温度在上个采样周期的实际值和目标温度设定值之间的温度差值。

优选地，步骤S80之后，执行步骤S90：判断|e(k)|≤Q是否成立，其中Q为预设偏差值，若成立，则冷冻水阀的开度保持不变，否则，返回步骤S40，重新判断ΔT是否小于等于预设温差值b，并重新确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标，继续调节冷冻水阀的开度。

优选地，Q的范围为0.1-1℃。

优选地，所述列间空调采用温度检测装置检测温度；

当选定为控制目标的温度所对应的温度检测装置出现故障时，自动将控制目标切换至无故障的温度检测装置所对应的温度，控制冷冻水阀的开度；

和/或，当全部温度检测装置都出现故障时，控制冷冻水阀保持固定的开度运行。

本发明的控制方法分情况采用多目标进行控制，能够更为精确地对机房温度进行控制，有利于提高温度控制精度、减少室内降温时间，节能环保，并且还有利于保证机房内冷热通道内温度的均匀性，从而提高数据中心等机房设备的稳定性、可靠性。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的冷冻水型列间空调的控制方法的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本发明的优选实施方式的冷冻水型列间空调的原理示意图；

图2为列间空调的安装示意图；

图3为根据本发明的优选实施方式的冷冻水型列间空调的控制方法流程图。

具体实施方式

针对现有技术中的列间空调在调节机房温度方面存在的不足，本发明提供了一种新的控制方法，其具体为一种冷冻水型列间空调的控制方法，通过控制冷冻水阀的开度来控制冷冻水的流量，进而控制室内(例如机房)的温度。

其中，所述列间空调能够获取送风温度T1、远程温度T2和回风温度T3，所述控制方法包括步骤：根据室内温度的不同情况，分别以送风温度设定值T_set1、回风温度设定值T_set2和远程温度设定值T_set3为控制目标，控制冷冻水阀的开度。

其中，所述远程温度T2是指冷通道中远离送风口的位置处的温度、和/或热通道中远离回风口的位置处的温度、和/或热通道中能够形成局部热点的位置处的温度，本发明中，优选为热通道中远离回风口的位置处的温度。

其中，各个温度的设定值T_set1、T_set2和T_set3均为预设值，例如为用户希望达到的送风温度值、远程温度值和回风温度值。

本发明的控制方法不同于现有技术中采用单目标进行控制的实现方式，而是分情况采用多目标进行控制，具体是根据例如机房内的实时温度情况确定控制目标，从而能够更为精确地对温度进行控制，有利于提高温度控制精度、减少室内降温时间，节能环保，并且还有利于保证机房内冷热通道内温度的均匀性，从而提高数据中心等机房设备的稳定性、可靠性。

首先参见图1和图2，说明本发明的列间空调的运行原理。如图1所示，冷冻水侧，冷冻水经过表冷器2与室内的热空气进行换热，吸收热量后的高温冷冻水通过冷冻水阀1(具体为流量调节阀)返回冷冻水出水管。而空气侧，热通道返回的热空气通过表冷器3，降温后变成低温空气，低温空气由送风风机3(如离心风机)送向冷通道，冷通道内的冷空气冷却机柜4后回到热通道，完成整个空气循环。其中，空气循环过程例如如图2所示。

优选地，所述列间空调通过送风温度检测装置5检测送风温度T1，其中，所述送风温度检测装置5布置在出风口处，其例如包括送风温度传感器。

优选地，所述列间空调通过远程温度检测装置6检测远程温度T2，其中，所述远程温度检测装置6布置在冷通道中距送风口最远的位置处，和/或布置在热通道中距回风口最远的位置处，和/或布置在热通道中能够形成局部热点的位置处，其例如包括远程温度传感器。其中，能够形成局部热点的位置可以根据机柜的热源情况确定，为了准确获知这些局部热点的位置，还可以通过模拟的方式确定机房内的温度分布图，从而确定冷通道、热通道中的温度高点，即为局部热点。

优选地，所述列间空调通过回风温度检测装置7检测回风温度T3，其中，所述回风温度检测装置7布置在热通道中靠近回风口的位置处，其例如包括回风温度传感器。

具体地，送风温度传感器、远程温度传感器和回风温度传感器可以采用现有技术中任何合适类型的传感器，并且既可以采用相同类型的传感器，也可以采用不同类型的传感器。

本发明的列间空调的控制方法的优选控制流程如图3所示。

优选地，所述控制方法在确定控制目标时，可以包括如下步骤：

判断送风温度T1与预设参考温度a的关系，并根据判断结果确定是否以送风温度设定值T_set1为控制目标；其中，所述预设参考温度a的优选范围为15-25℃。

和/或，判断回风温度T3与远程温度T2的关系，并根据判断结果确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标。

本发明的控制方法在具体实施时，考虑到空调机组刚开机时，机房温度偏高，送风温度和回风温度因此也较高，此时可将送风温度定为控制目标。而空调机组运行一段时间后，送风温度自然会降低，机房温度也随之降低，但在回风通道内，受气流分布不均匀的影响，仍可能存在远程热点，此时，可将远程温度定为控制目标。在冷、热通道温度都分布均匀后，机房温度已保持稳定，此时可将回风温度定为控制目标。在确定了控制目标之后，可将对应的目标值反馈回空调的主模块，根据预设的方式或者进行PID计算后，输出冷冻水阀开度值，按输出的开度值进行调节，即可完成对冷冻水阀的开度控制。

因此，优选地，空调开机运行后，首先判断送风温度T1是否小于等于预设参考温度a，也即，执行图3中的步骤S10。若判断结果为T1>a，则执行步骤S20，即，以送风温度设定值T_set1为控制目标，随后执行步骤S30，计算冷冻水阀的开度并按照计算结果进行调节。也即，当送风温度高于a时，认为机房温度偏高，此时应以送风温度为目标进行控制。

优选地，在调节冷冻水阀的开度后，也即步骤S30执行完毕后，可以返回步骤S10，继续判断送风温度T1是否小于等于a，直至符合T1≤a为止。当然，在执行步骤S30之后，也可以不返回步骤S10，而是按照调节后的开度运行一定的时间后，直接跳转到步骤S40，也即判断回风温度T3与远程温度T2的关系的步骤。

优选地，步骤S30中，在调节冷冻水阀的开度时，每次调节的量为X1，其中，X1的优选范围为10％-25％。优选地，在确定X1的值时，可以根据函数X1＝f(T1)进行计算，其中，f(T1)为有关于送风温度T1的一次函数，具体可通过实验进行确定。

优选地，步骤S10的判断中，若T1≤a，则执行步骤S40：判断回风温度T3与远程温度T2的关系，并根据步骤S40的判断结果确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标。

优选地，步骤S40中，计算ΔT＝T3-T2，并判断ΔT是否小于等于预设温差值b，其中，预设温差值b的范围为1-3℃。

在步骤S40的判断中，若结果为ΔT≤b，则执行步骤S50，以回风温度设定值T_set3为控制目标，若结果为ΔT＞b，则执行步骤S60，以远程温度设定值T_set2为控制目标；然后，执行步骤S80：调节冷冻水阀的开度。

也即，当ΔT大于b时，认为机房热通道和/或冷通道内的温度不均匀，仍然存在局部热点，此时应以远程温度为目标进行控制。优选地，当以远程温度设定值T_set2为控制目标时，在调节冷冻水阀的开度时每次调节的量为X2，其中，X2的优选范围为7％-15％。

而当ΔT小于等于b时，认为机房热通道和/或冷通道内的温度已基本均匀，此时应以回风温度为目标进行控制。优选地，当以回风温度设定值T_set3为控制目标时，在调节冷冻水阀的开度时每次调节的量为X3，其中，X3的优选范围为0-10％。

在本发明的控制方法的优选实施方式中，X1＞X2＞X3。

优选地，在执行步骤S80后，可返回步骤S40，继续判断ΔT是否小于等于预设温差值b，并根据判断结果重新确定控制目标。

优选地，在调节冷冻水阀的开度时，可通过PID计算确定冷冻水阀的开度调节量。例如，在步骤S50或步骤S60后，可以执行步骤S70，即，进行PID计算确定冷冻水阀的开度调节量，然后再执行步骤S80。当然，步骤S30中，也可以通过进行PID计算来确定冷冻水阀的开度调节量。

优选地，当冷冻水阀的开度采用增量式PID控制时，在空调机组运行过程中，冷冻水阀的控制只与目标温度设定值和目标温度实际值有关，因此，在执行PID计算的步骤(例如步骤S70)中，按照以下公式进行PID计算：

ΔX_n(k)＝f₁(K_p，K_i，K_d)f₂(e(k))f₂(e(k-1))；

X_n(k)＝X_n(k-1)+ΔX_n(k)；

e(k)＝T_k-T_set；

e(k-1)＝T_k-1-T_set；

其中，ΔX_n(k)为冷冻水阀的开度调节量；

X_n(k)为冷冻水阀的开度值；

f₁、f₂为函数表达式，可根据实验数据拟合得出；

K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；

T_set为目标温度设定值；

T_k为目标温度的当前实际值；

T_k-1为目标温度在上个采样周期的实际值；

e(k)为目标温度的当前实际值和目标温度设定值之间的温度差值；

e(k-1)为目标温度在上个采样周期的实际值和目标温度设定值之间的温度差值。

在步骤S70执行完毕后，可执行步骤S80，即按照计算出的开度调节量调节冷冻水阀的开度。

优选地，步骤S80之后，也即在按照PID计算确定的开度调节量调节冷冻水阀的开度后，执行步骤S90，即，判断|e(k)|≤Q是否成立，其中Q为预设偏差值，其优选范围为0.1-1℃。该步骤S90中，若|e(k)|≤Q成立，则冷冻水阀的开度保持不变，控制过程结束，机组稳定运行；否则，返回执行步骤S40，重新判断ΔT是否小于等于预设温差值b，并重新确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标，继续调节冷冻水阀的开度，即，继续执行步骤S50或步骤S60，以及步骤S70-S90，直至|e(k)|≤Q成立为止。

优选地，在本发明的列间空调的工作过程中，当选定为控制目标的温度所对应的温度检测装置出现故障时，自动将控制目标切换至无故障的温度检测装置所对应的温度，控制冷冻水阀的开度；

和/或，当全部温度检测装置都出现故障时，控制冷冻水阀保持固定的开度运行。

例如，当回风温度被选定为控制目标时，在继续运行的过程中，空调机组一旦发现回风温度传感器故障，则该回风温度传感器的测量值不再可信，此时，在确认远程温度传感器或送风温度传感器无故障的前提下，可以自动将控制目标切换至远程温度或送风温度，以保证机组的正常运行，满足机房温度的调节需求。而空调机组一旦发现全部温度传感器均出现故障，则无法再以任何传感器的测量值为依据进行控制，此时，可以使冷冻水阀保持固定的开度(例如预设的或当前的开度)运行，以保证机组的正常运行，满足机房温度的调节需求。

综上，本发明针对列间空调的冷冻水阀开度控制的多目标控制方法，能够有效提高送风温度的精度，从而提高机房温度控制的精度、减少室内降温时间，节能环保，并且能够保证机房内冷热通道内温度的均匀性，从而提高了数据中心等机房设备的稳定性、可靠性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种冷冻水型列间空调的控制方法，其特征在于，所述列间空调能够获取送风温度T1、远程温度T2和回风温度T3，所述控制方法包括步骤：

判断送风温度T1与预设参考温度a的关系，并根据判断结果确定是否以送风温度设定值T_set1为控制目标，控制冷冻水阀的开度；

和/或，判断回风温度T3与远程温度T2的关系，并根据判断结果确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标，控制冷冻水阀的开度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述列间空调通过送风温度检测装置检测送风温度T1，其中，所述送风温度检测装置布置在出风口处；

和/或，所述列间空调通过远程温度检测装置检测远程温度T2，其中，所述远程温度检测装置布置在冷通道中距送风口最远的位置处，和/或布置在热通道中距回风口最远的位置处，和/或布置在热通道中能够形成局部热点的位置处；

和/或，所述列间空调通过回风温度检测装置检测回风温度T3，其中，所述回风温度检测装置布置在热通道中靠近回风口的位置处。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，空调开机运行后，首先执行步骤S10，判断送风温度T1是否小于等于预设参考温度a；若判断结果为T1＞a，则执行步骤S20：以送风温度设定值T_set1为控制目标，随后执行步骤S30：调节冷冻水阀的开度；

和/或，所述预设参考温度a的范围为15-25℃。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在步骤S30之后，返回步骤S10，继续判断送风温度T1是否小于等于a，直至符合T1≤a为止；

和/或，步骤S30中，在调节冷冻水阀的开度时，每次调节的量为X1，其中，X1的范围为10％-25％。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤S10中，若T1≤a，则执行步骤S40：判断回风温度T3与远程温度T2的关系，并根据步骤S40的判断结果确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，步骤S40中，计算ΔT＝T3-T2，并判断ΔT是否小于等于预设温差值b，若是，则执行步骤S50：以回风温度设定值T_set3为控制目标，若否，则执行步骤S60：以远程温度设定值T_set2为控制目标；然后执行步骤S80：调节冷冻水阀的开度。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤S80之后，返回步骤S40，继续判断ΔT是否小于等于预设温差值b，并根据判断结果重新确定控制目标；

和/或，所述预设温差值b的范围为1-3℃。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当以远程温度设定值T_set2为控制目标时，在调节冷冻水阀的开度时每次调节的量为X2，当以回风温度设定值T_set3为控制目标时，在调节冷冻水阀的开度时每次调节的量为X3，其中，X2＞X3。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，X2的范围为7％-15％，和/或，X3的范围为0-10％。

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在执行步骤S80之前，先执行步骤S70：通过PID计算确定冷冻水阀的开度调节量。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，步骤S70中，按照以下公式进行PID计算：

ΔX_n(k)＝f₁(K_p，K_i，K_d)f₂(e(k))f₂(e(k-1))；

X_n(k)＝X_n(k-1)+ΔX_n(k)；

e(k)＝T_k-T_set；

e(k-1)＝T_k-1-T_set；

其中，ΔX_n(k)为冷冻水阀的开度调节量；

X_n(k)为冷冻水阀的开度值；

f₁、f₂为函数表达式；

K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；

T_set为目标温度设定值；

T_k为目标温度的当前实际值；

T_k-1为目标温度在上个采样周期的实际值；

e(k)为目标温度的当前实际值和目标温度设定值之间的温度差值；

e(k-1)为目标温度在上个采样周期的实际值和目标温度设定值之间的温度差值。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，步骤S80之后，执行步骤S90：判断|e(k)|≤Q是否成立，其中Q为预设偏差值，若成立，则冷冻水阀的开度保持不变，否则，返回步骤S40，重新判断ΔT是否小于等于预设温差值b，并重新确定以远程温度设定值T_set2为控制目标或者以回风温度设定值T_set3为控制目标，继续调节冷冻水阀的开度。

13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，Q的范围为0.1-1℃。

14.根据权利要求1-13之一所述的控制方法，其特征在于，所述列间空调采用温度检测装置检测温度；

当选定为控制目标的温度所对应的温度检测装置出现故障时，自动将控制目标切换至无故障的温度检测装置所对应的温度，控制冷冻水阀的开度；

和/或，当全部温度检测装置都出现故障时，控制冷冻水阀保持固定的开度运行。