WO2012025112A1 - Klimatisierungssystem und klimatisierungsverfahren - Google Patents

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WO2012025112A1
WO2012025112A1 PCT/DE2011/075191 DE2011075191W WO2012025112A1 WO 2012025112 A1 WO2012025112 A1 WO 2012025112A1 DE 2011075191 W DE2011075191 W DE 2011075191W WO 2012025112 A1 WO2012025112 A1 WO 2012025112A1
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WO
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air conditioning
space
pressure sensor
medium
climate control
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PCT/DE2011/075191
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Bernd STEINKÜHLER
Original Assignee
Correct Power Institute Gmbh
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Publication date
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/20718—Forced ventilation of a gaseous coolant
    • H05K7/20745—Forced ventilation of a gaseous coolant within rooms for removing heat from cabinets, e.g. by air conditioning device
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F2110/40—Pressure, e.g. wind pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2221/00—Details or features not otherwise provided for
    • F24F2221/40—HVAC with raised floors

Definitions

  • the invention relates to an air conditioning system and a
  • Air-conditioning method As a rule, so-called cold aisles are used for the cooling of computer systems in data centers. This is
  • Air conditioning rooms which are formed on racks or between rows of racks.
  • the racks serve the
  • an air conditioning unit such as a so-called chiller or
  • Refrigerating appliance provided air conditioning medium introduced through inlet openings in the air conditioning space. From there it flows
  • Air conditioning medium which is preferably air, through the rack and thus by the electronic devices or by ventilation systems of the electronic devices and cools them.
  • the inlet openings of the air conditioning space are usually at the bottom, ie on the floor, while the air conditioning space is limited at the top by means of space-limiting elements such as cover plates.
  • the subracks form the lateral boundaries, with the generally elongated air conditioning spaces at their ends
  • Air conditioning space can not be formed between two rack rows, but lean only on the side of a rack row, so he can also be limited by means of room boundary elements on the other three sides. In this way, the air conditioning space is separated from an outside space outside the air conditioning space. In the air conditioning space, the cooled air-conditioning medium flows, while in the surrounding space, the air-conditioning medium heated due to the electronic devices flows back to the air-conditioning device or is discharged as exhaust air from the building.
  • Air conditioning room is disclosed in WO 2009/059649 A1.
  • the air conditioning space described therein is at the top by means of a
  • Air conditioning room and the surrounding space can take place.
  • a temperature sensor In or near the vent is a temperature sensor.
  • a control unit reads the temperature sensor and thus determines a direction of the
  • Air conditioning room can escape or it can warm
  • the invention is based on the idea of determining a pressure difference between the air-conditioning space and the surrounding space occurring over time with the aid of a pressure sensor arranged in the air-conditioning space. As soon as such a pressure difference has been detected, and this pressure difference possibly exceeds a certain threshold value, the control unit can control feed characteristics of the air conditioning medium in a suitable manner, for example in such a way that this pressure difference is compensated or compensated.
  • the sensor is connected to the control unit for reading out, the connection being of a data-technical nature, that is to say configured as electrical, optical and / or radio connection or the like, for example.
  • the inlet opening preferably forms a lower boundary of the
  • this can be one or more
  • Inlet opening may also be equipped with inflow control elements, such as inlet flaps, in order to be able to control the flow of the air conditioning medium into the air conditioning space by means of the control unit, preferably as a function of the determined pressure difference.
  • inflow control elements such as inlet flaps
  • these side walls may be designed as doors to allow access to the air conditioning space, for example, for maintenance purposes.
  • Air conditioning space subsequent area outside the air conditioning space is referred to as ambient space.
  • the air conditioning space may be, for example, a so-called cold aisle, wherein the
  • Hot or warm aisle can then be referred to as hot or warm aisle.
  • the control unit is designed to read out pressure values from the pressure sensor and the further pressure sensor, and from the pressure values read out, the pressure difference between the air conditioning space and the ambient space outside the pressure chamber
  • the pressure difference can thus in the control unit as the difference between the pressure sensor and the be determined further pressure sensor read pressure values. Alternatively, this difference can also be done in a sensor electronics of the sensor, if you measure the measured by the other pressure sensor
  • the pressure sensor comprises a differential pressure sensor, which in such a way between the
  • Air conditioning space and the surrounding space is arranged, that by means of the differential pressure sensor, the pressure difference can be determined.
  • This has the advantage that the pressure difference between the air conditioning dream and the surrounding space can be read directly from the pressure sensor.
  • the pressure sensor in this case can not be completely arranged in the air conditioning dream, as is possible and advantageous in other embodiments, but the differential pressure sensor must be partially arranged in the air conditioning dream and partly in the surrounding space.
  • the pressure sensor is a piezoresistive or a piezoelectric pressure sensor.
  • sealing elements are provided, which thus at edge regions of the space delimiting elements and / or the
  • Subracks are arranged at the edge areas
  • Hermetic closure is present. By this is meant that to the
  • sealing elements may be, for example, a suitable sealing paste or
  • Grid elements can be inserted.
  • Air conditioning medium substantially exclusively through the inlet opening and / or through the rack in the air conditioning space or escape from the air conditioning space.
  • Such a seal has the advantage that exits as little as possible of the air conditioning medium from the air conditioning space, without cooling the electronic devices.
  • At least one insertion opening of the subrack not equipped with an electronic device is provided for
  • Air conditioning room is covered out. Again, a seal can be done by means of sealing elements, which can be applied in edge regions of a slot cover used for this purpose.
  • the pressure sensor on or on one of the room boundary elements or on the
  • Subrack is arranged.
  • the pressure sensor can here at any point on the rack or on a
  • the controllable feed properties of the air conditioning medium which can be controlled by the control unit, may preferably be the temperature and / or the volume flow of the through
  • Inlet opening act in the air conditioning space flowing air conditioning medium. Both the temperature and the volume flow can in this case be controlled by controlling the inlet opening
  • Air conditioning device done.
  • Inlet opening also have Einström tenumaschinen which are controlled by the control unit.
  • a temperature sensor connected to the control unit is arranged in the air-conditioning space, wherein the control unit is designed to set a temperature value by means of the
  • Air conditioning medium through the inlet opening in dependence on the determined temperature value to control.
  • Such a temperature sensor is used in air conditioning systems to the actual target size, namely the desired temperature in the
  • the pressure value determined by means of the pressure sensor is a second manipulated variable which can be used to establish a pressure equilibrium between the pressure value
  • Air conditioning room and the surrounding space to reach This can be achieved by means of a second control stage in addition to a temperature-related first control stage, wherein the regulation of the
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a
  • Fig. 1 shows a schematic cross-sectional view of a
  • Air conditioning arrangement as it may be constructed, for example, in a hall in a data center.
  • a hall in a data center.
  • a data center In the floor of the hall is a
  • Air conditioning medium 8 flows along.
  • This is, for example, a so-called chiller, which is connected to a coolant supply 31 such as a Kuhlwasserzu- and -ablauf.
  • the cooled air conditioning medium 8 passes through an inlet opening 2 in an air conditioning space 1, which by means of a
  • Subrack 4 another subrack 4 'and a
  • Room delimiting element 5, in this case, a roof or ceiling element is enclosed.
  • the inlet opening 2 is preferably a grid plate which replaces a floor element of the hall.
  • Subracks 4, 4 ' can flow to the outside.
  • the air conditioning medium 8 heats up and flows as a warm air conditioning medium 8 '(shown by black arrows) in an ambient space 7 to the air conditioning space 1. From there it is through the air conditioning unit 3 is sucked and cooled to be re-introduced as cooled air conditioning medium 8 in the bottom channel 9.
  • a pressure sensor 6 is arranged in the air conditioning room 1. This is configured in the embodiment shown here as a differential pressure sensor and attached to the rack 4. By means of a control unit, not shown in the figures, the pressure sensor 6 is read out.
  • control unit controls a feed property of the cooled air conditioning medium 8 through the inlet opening 2, for example the temperature to which the
  • Air conditioning medium 8 is cooled by the air conditioning unit 3, or a volume flow of the cooled air conditioning medium 8 through the inlet opening. 2
  • a temperature sensor T is disposed in the air conditioning space 1, which is also connected to the control unit.
  • Control unit performs to control due to the temperature and pressure values in the air conditioning space 1 inlet property of the air conditioning medium 8 is shown by means of a flow chart in Fig. 2.
  • a first step of the control loop of the temperature sensor T is read out 10.
  • the thus determined temperature value is with a
  • predetermined temperature comparison value or temperature comparison range compared 11 If the determined temperature value already corresponds to an optimal operating point, then the subsequent control stage
  • a correction 12 of one or more feed properties of the air conditioning medium 8 takes place on the basis of the determined temperature value.
  • the pressure sensor 6 is read out and a pressure difference value is determined.
  • a comparison 14 takes place with a predetermined value or range of values. Based on a deviation value, for example if the determined pressure difference exceeds a certain threshold value, then a control 15 of one or more feed properties of the air conditioning medium 8 takes place such that the pressure difference is compensated. Subsequently, the first control level is controlled again.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem umfassend: einen Klimatisierungsraum (1) mit einer Zulauföffnung (2), welche ausgebildet ist, den Klimatisierungsraum (1) mit einem mittels eines Klimatisierungsgerätes (3) bereitgestellten Klimatisierungsmedium zu versorgen; einen Baugruppenträger (4), der eine seitliche Begrenzung des Klimatisierungsraums (1) bildet und mit Elektronikgeräten bestückt ist, welche mittels des Klimatisierungsmediums, welches aus dem Klimatisierungsraum (1) durch den Baugruppenträger (4) strömt, gekühlt werden; ein oder mehrere Raumbegrenzungselemente (5), welche den Klimatisierungsraum seitlich und / oder nach oben hin begrenzen; einen innerhalb des Klimatisierungsraums (1) angeordneter Drucksensor (6); und eine Steuereinheit, welche mit dem Drucksensor (6) verbunden und ausgebildet ist, Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums durch die Zulauföffnung (2) in Abhängigkeit von einem mittels des Drucksensors (6) ermittelten Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungsraum (1) und einem Umgebungsraum (7) ausserhalb des Klimatisierungsraums (1) zu steuern. Ferner betrifft die Erfindung ein Klimatisierungsverfahren.

Description

Titel:
Klimatisierungssystem und Klimatisierungsverfahren Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem und ein
Klimatisierungsverfahren. Für die Kühlung von Rechneranlagen in Rechenzentren finden in der Regel sogenannte Kaltgänge Anwendung. Hierbei handelt es sich um
Klimatisierungsräume, welche an Baugruppenträgern oder zwischen Reihen von Baugruppenträgern gebildet werden. Die Baugruppenträger dienen der
Aufnahme von Elektronikgeräten, insbesondere Komponenten von Servern und dergleichen. Zum Kühlen der Elektronikgeräte, wird zunächst ein mittels eines Klimatisierungsgerätes, beispielsweise eines sogenannten Chillers oder
Kältegerätes, bereitgestelltes Klimatisierungsmedium durch Zulauföffnungen in den Klimatisierungsraum eingeleitet. Von dort aus strömt das
Klimatisierungsmedium, bei dem es sich vorzugsweise um Luft handelt, durch die Baugruppenträger und somit durch die Elektronikgeräte beziehungsweise durch Lüftungsanlagen der Elektronikgeräte und kühlt diese ab.
Die Zulauföffnungen des Klimatisierungsraums befinden sich in der Regel am unteren Ende, also auf dem Boden, während der Klimatisierungsraum nach oben hin mittels Raumbegrenzungselementen wie Abdeckplatten begrenzt ist. Die Baugruppenträger bilden die seitlichen Begrenzungen, wobei die in der Regel länglich ausgebildeten Klimatisierungsräume an ihren Stirnseiten
Seitenwände aufweisen, welche sich öffnen lassen, um gegebenenfalls einen Zugang zu den Klimatisierungsräumen zu gestatten. Sollte der
Klimatisierungsraum nicht zwischen zwei Baugruppenträgerzeilen gebildet sein, sondern sich nur seitlich an einer Baugruppenträgerzeile anlehnen, so kann er an den übrigen drei Seiten ebenfalls mittels Raumbegrenzungselementen begrenzt sein. Auf diese Weise wird der Klimatisierungsraum von einem Umgebungsraum außerhalb des Klimatisierungsraums getrennt. In dem Klimatisierungsraum strömt das gekühlte Klimatisierungsmedium, während im Umgebungsraum das aufgrund der Elektronikgeräte aufgeheizte Klimatisierungsmedium zurück zu dem Klimatisierungsgerät fließt oder als Abluft aus dem Gebäude geleitet wird.
Ein Beispiel eines zwischen zwei Baugruppenträgerzeilen gebildeten
Klimatisierungsraumes wird in WO 2009/059649 A1 offenbart. Der darin beschriebene Klimatisierungsraum ist nach oben hin mittels eines
Dachelementes abgeschlossen. Dieses Dachelement weist jedoch eine
Entlüftungsöffnung auf, durch welche ein Luftaustausch zwischen dem
Klimatisierungsraum und dem Umgebungsraum stattfinden kann. In oder nahe der Entlüftungsöffnung befindet sich ein Temperatursensor. Eine Steuereinheit liest den Temperatursensor aus und ermittelt so eine Richtung des
Luftaustausches durch die Entlüftungsöffnung. Anschließend wird mittels der Steuereinheit in Reaktion auf die ermittelte Richtung des Luftaustausches der Fluss eines Klimatisierungsmediums in den Klimatisierungsraum gesteuert. Diese bekannte Vorrichtung benötigt also eine Entlüftungsöffnung. Eine solche Entlüftungsöffnung hat jedoch den Nachteil, dass das aufwändig mittels eines Klimatisierungsgerätes gekühlte Klimatisierungsmedium aus dem
Klimatisierungsraum entweichen kann, oder es kann das warme
Umgebungsmedium in den Klimatisierungsraum eindringen und die
Klimatisierungswerte nachteilig beeinflussen. Zudem birgt das Vorsehen der Entlüftungsöffnung zusätzlichen Entwicklungs- und Entwurfsaufwand, was die Klimatisierungsanlage teurer macht. Schließlich kann die Ermittlung der Richtung des Luftaustausches durch die Entlüftungsöffnung mit Hilfe eines nahe oder in der Entlüftungsöffnung angeordneten Temperatursensors zu
Messfehlern führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Klimatisierungssystem und ein
Klimatisierungsverfahren bereitzustellen, mit denen eine effiziente und zuverlässige Klimatisierung in Baugruppenträgern angeordneter
Elektronikgeräte erzielt werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Klimatisierungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Klimatisierungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, einen mit der Zeit auftretenden Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungsraum und dem Umgebungsraum mit Hilfe eines in dem Klimatisierungsraum angeordneten Drucksensors zu ermitteln. Sobald ein solcher Druckunterschied erkannt worden ist, und dieser Druckunterschied gegebenenfalls einen bestimmten Schwellwert übersteigt, kann die Steuereinheit Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums in geeigneter Weise steuern, beispielsweise derart, dass dieser Druckunterschied ausgeglichen oder kompensiert wird.
Gegenüber einem in einer Entlüftungsöffnung angeordneten Temperatursensor hat dies den Vorteil, dass der Druckunterschied unmittelbar ermittelt wird und kompensiert werden kann, anstelle den Umweg über die Temperaturänderung einzuschlagen. Darüber hinaus wurde bei in einer Entlüftungsöffnung angeordneten Temperatursensoren festgestellt, dass Verwirbelungen im
Bereich der Entlüftungsöffnung zu Fehlmessungen durch den Temperatursensor führen können, was das Klimatisierungsverfahren nachteilig beeinflusst.
Schließlich kann die Entlüftungsöffnung vollständig entfallen, was die
Anordnung vereinfacht und zudem den Verlust des Klimatisierungsmediums aus dem Klimatisierungsraum vermindert oder sogar verhindert.
Der Sensor ist zum Ausgelesen mit der Steuereinheit verbunden, wobei die Verbindung datentechnischer Art ist, also beispielsweise als elektrische, optische und / oder als Funkverbindung oder dergleichen ausgestaltet ist. Die Zulauföffnung bildet vorzugsweise eine untere Begrenzung des
Klimatisierungsraums. Beispielsweise können hierzu ein oder mehrere
Bodenplatten in einer Halle eines Rechenzentrums durch Gitterplatten ersetzt sein, welche die Zulauföffnung zu dem Klimatisierungsraum bilden. Die
Zulauföffnung kann auch mit Einströmsteuerelementen wie beispielsweise Einströmklappen bestückt sein, um den Fluss des Klimatisierungsmediums in den Klimatisierungsraum mittels der Steuereinheit steuern zu können, vorzugsweise in Abhängigkeit von dem ermittelten Druckunterschied. Die Raumbegrenzungselemente stellen seitliche Wände und / oder
Deckenelemente dar, welche den Klimatisierungsraum von dem
Umgebungsraum abgrenzen. Diese Funktion wird soweit vorhanden durch den oder durch die Baugruppenträger erfüllt, welche häufig auch als Racks bezeichnet werden. Wenn der Klimatisierungsraum zwischen zwei Zeilen an Baugruppenträgern derart gebildet ist, dass er einem länglichen Gang gleicht, so sind zur vollständigen Abgrenzung des Klimatisierungsraums nur noch
Deckenelemente und gegebenenfalls zusätzlich seitliche Wände an den
Stirnseiten des Ganges notwendig, wobei diese seitlichen Wände als Türen ausgelegt sein können, um einen Zugriff in den Klimatisierungsraum zu erlauben, beispielsweise für Wartungszwecke. Der unmittelbar an den
Klimatisierungsraum anschließende Bereich außerhalb des Klimatisierungsraums wird als Umgebungsraum bezeichnet. Bei dem Klimatisierungsraum kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Kaltgang handeln, wobei der
Umgebungsraum dann als Heiß- oder Warmgang bezeichnet werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein außerhalb des
Klimatisierungsraums angeordneter weiterer Drucksensor vorgesehen, welcher mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, aus dem Drucksensor und dem weiteren Drucksensor Druckwerte auszulesen und aus den ausgelesenen Druckwerten den Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungsraum und dem Umgebungsraum außerhalb des
Klimatisierungsraums zu ermitteln. Der Druckunterschied kann somit in der Steuereinheit als Differenz zwischen den aus dem Drucksensor und dem weiteren Drucksensor ausgelesenen Druckwerten ermittelt werden. Alternativ kann diese Differenzbildung auch in einer Sensorelektronik des Sensors erfolgen, wenn ihr die durch den weiteren Drucksensor gemessenen
Druckwerte als Referenzwerte vorliegen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drucksensor einen Differenzdrucksensor umfasst, welcher derart zwischen dem
Klimatisierungsraum und dem Umgebungsraum angeordnet ist, dass mittels des Differenzdrucksensors der Druckunterschied ermittelbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungstraum und dem Umgebungsraum direkt aus dem Drucksensor abgelesen werden kann. Notwendigerweise kann der Drucksensor in diesem Fall nicht vollständig im Klimatisierungstraum angeordnet sein, wie dies bei anderen Ausgestaltungen möglich und vorteilhaft ist, sondern der Differenzdrucksensor muss teilweise in dem Klimatisierungstraum und teilweise in dem Umgebungsraum angeordnet sein.
Sowohl in der Ausgestaltung als Differenzdrucksensor als auch in jeder alternativen Ausgestaltung kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass der Drucksensor ein piezoresistiver oder ein piezoelektrischer Drucksensor ist.
Bevorzugterweise sind Dichtungselemente vorgesehen, welche derart an Randbereichen der Raumbegrenzungselemente und / oder der
Baugruppenträger angeordnet sind, dass an den Randbereichen ein
hermetischer Verschluss vorliegt. Hiermit ist gemeint, dass an den
entsprechenden Randbereichen kein beziehungsweise im Wesentlichen kein Austausch des Klimatisierungsmediums zwischen dem Klimatisierungsraum und dem Umgebungsraum erfolgen kann. Bei den Dichtungselementen kann es sich beispielsweise um eine geeignete Dichtungspaste oder um
Kunststoffdichtungen, Metalldichtungen oder flammwidrige Polypropylen Boards/ Platten handeln, die zwischen den Raumbegrenzungselementen, zwischen den Baugruppenträgern, zwischen den Raumbegrenzungselementen und den Baugruppenträgern und / oder zwischen Raumbegrenzungselementen oder Baugruppenträgern und Bodenstrukturen wie Bodenplatten oder
Gitterelementen eingefügt werden können.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass mittels der Dichtungselemente der Klimatisierungsraum gegenüber dem Umgebungsraum derart hermetisch verschlossen oder abgedichtet ist, dass ein
Klimatisierungsmedium im Wesentlichen ausschließlich durch die Zulauföffnung und / oder durch die Baugruppenträger in den Klimatisierungsraum eintreten oder aus dem Klimatisierungsraum austreten kann. Eine derartige Abdichtung hat den Vorteil, dass möglichst wenig von dem Klimatisierungsmedium aus dem Klimatisierungsraum austritt, ohne dabei die Elektronikgeräte zu kühlen.
Damit bei eventuell nicht oder nicht vollständig bestückten Baugruppenträgern ein Entweichen des Klimatisierungsmediums verhindert wird, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass zumindest eine nicht mit einem Elektronikgerät bestückte Einschuböffnung des Baugruppenträgers zum
Klimatisierungsraum hin abgedeckt ist. Auch hier kann eine Abdichtung mittels Dichtungselementen erfolgen, welche in Randbereichen einer hierfür verwendeten Einschubabdeckung angewendet werden können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drucksensor an dem oder an einem der Raumbegrenzungselemente oder an dem
Baugruppenträger angeordnet ist. Der Drucksensor kann hierbei an jeder beliebigen Stelle am Baugruppenträger oder an einem
Raumbegrenzungselement installiert werden. Auch eine Positionierung innerhalb des Klimatisierungsraums ist prinzipiell möglich, wobei jedoch im Falle des Differenzdrucksensors eine Platzierung in einem
Raumbegrenzungselement oder in eine Wand eines Baugruppenträger, beispielsweise in einer Einschubabdeckung am sinnvollsten ist, damit der Differenzdrucksensor sowohl den Klimatisierungsraum als auch den
Umgebungsraum erreichen kann. Bei den steuerbaren Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums, die durch die Steuereinheit gesteuert werden können, kann es sich vorzugsweise um die Temperatur und / oder um den Volumenstrom des durch die
Zulauföffnung in den Klimatisierungsraum strömenden Klimatisierungsmediums handeln. Sowohl die Temperatur als auch der Volumenstrom können hierbei mittels Steuerung eines die Zulauföffnung beschickenden
Klimatisierungsgerätes erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die
Zulauföffnung auch Einströmsteuerelemente aufweisen, welche mittels der Steuerungseinheit gesteuert werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass ein mit der Steuereinheit verbundener Temperatursensor in dem Klimatisierungsraum angeordnet ist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, einen Temperaturwert mittels des
Temperatursensors auszulesen und Zulaufeigenschaften des
Klimatisierungsmediums durch die Zulauföffnung in Abhängigkeit vom ermittelten Temperaturwert zu steuern.
Ein solcher Temperatursensor dient in Klimatisierungsanlagen dazu, die eigentliche Sollgröße, nämlich die gewünschte Temperatur in dem
Klimatisierungsraum, zu regeln. In diesem Fall handelt es sich bei dem mittels des Drucksensors ermittelten Druckwert um eine zweite Stellgröße, welche verwendet werden kann, um ein Druckgleichgewicht zwischen dem
Klimatisierungsraum und dem Umgebungsraum zu erreichen. Dies kann mittels einer zweiten Regelungsstufe zusätzlich zu einer die Temperatur betreffenden ersten Regelungsstufe erreicht werden, wobei die Regelung des
Druckunterschieds als Driftkompensation ausgelegt sein kann. Diese Regelung erfolgt beispielsweise mittels üblicher P-, PI- oder PID-Regler oder mittels neuerer Regelungsverfahren, beispielsweise umfassend Fuzzy-Logik. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer
Klimatisierungsanordnung; und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines zweistufigen Regelungskreises eines
Klimatisierungsverfahrens.
Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht eine
Klimatisierungsanordnung, wie sie beispielsweise in einer Halle in einem Rechenzentrum aufgebaut sein kann. In dem Boden der Halle ist ein
eingelassener Bodenkanal 9 gebildet, in dem ein gekühltes
Klimatisierungsmedium 8 entlang strömt. Das gekühlte Klimatisierungsmedium 8, welches durch weiße Pfeile dargestellt ist und bei dem es sich in der Regel um gekühlte Luft handelt, wird mittels eines Klimatisierungsgerätes 3 erzeugt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten Chiller, der an eine Kühlmittelversorgung 31 wie zum Beispiel ein Kuhlwasserzu- und -ablauf angeschlossen ist.
Aus dem Bodenkanal 9 tritt das gekühlte Klimatisierungsmedium 8 durch eine Zulauföffnung 2 in einen Klimatisierungsraum 1 , welcher mittels eines
Baugruppenträgers 4, eines weiteren Baugruppenträgers 4' und eines
Raumbegrenzungselementes 5, in diesem Fall ein Dach- oder Deckenelement, umschlossen ist. Bei der Zulauföffnung 2 handelt es sich vorzugsweise um eine Gitterplatte, welche ein Bodenelement der Halle ersetzt. Die
Berührungsbereiche zwischen dem Raumbegrenzungselement 5 und den Baugruppenträgern 4, 4' sowie zwischen den Baugruppenträgern 4, 4' und dem Hallenboden sind vorzugsweise mittels eines Dichtungselementes abgedichtet, so dass das gekühlte Klimatisierungsmedium 8 lediglich durch die
Baugruppenträgern 4, 4' nach Außen strömen kann. Hierbei werden in den Baugruppenträgern 4, 4' angeordnete Elektronikgeräte gekühlt. Bei diesem Kühlvorgang heizt sich das Klimatisierungsmedium 8 auf und strömt als warmes Klimatisierungsmedium 8' (durch schwarze Pfeile dargestellt) in einen Umgebungsraum 7 um den Klimatisierungsraum 1. Von dort wird es durch das Klimatisierungsgerät 3 angesaugt und gekühlt, um erneut als gekühltes Klimatisierungsmedium 8 in den Bodenkanal 9 eingeleitet zu werden.
In dem Klimatisierungsraum 1 ist ein Drucksensor 6 angeordnet. Dieser ist in der hier dargestellten Ausführung als Differenzdrucksensor ausgestaltet und an dem Baugruppenträger 4 befestigt. Mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Steuereinheit, wird der Drucksensor 6 ausgelesen. In
Abhängigkeit von einem hierdurch ermittelten Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungsraum 1 und dem Umgebungsraum 7 steuert die Steuereinheit eine Zulaufeigenschaft des gekühlten Klimatisierungsmediums 8 durch die Zulauföffnung 2, beispielsweise die Temperatur, auf die das
Klimatisierungsmedium 8 mittels des Klimatisierungsgerätes 3 gekühlt wird, oder einen Volumenstrom des gekühlten Klimatisierungsmediums 8 durch die Zulauföffnung 2.
Ferner ist in den Klimatisierungsraum 1 ein Temperatursensor T angeordnet, welcher ebenfalls mit der Steuereinheit verbunden ist. Ein Regelungsprozess einer Ausführungsform eines Klimatisierungsverfahrens, welches die
Steuereinheit ausführt, um aufgrund der Temperatur- und Druckwerte in dem Klimatisierungsraum 1 Zulaufeigenschaft des Klimatisierungsmediums 8 zu steuern, ist mittels eines Flussdiagramms in der Fig. 2 dargestellt.
In einem ersten Schritt der Regelungsschleife wird der Temperatursensor T ausgelesen 10. Der so ermittelte Temperaturwert wird mit einem
vorbestimmten Temperaturvergleich wert oder Temperaturvergleichsbereich verglichen 11. Entspricht der ermittelte Temperaturwert bereits einem optimalen Arbeitspunkt, so wird zur nachfolgenden Regelungsstufe
weitergeleitet. Andernfalls erfolgt eine Korrektur 12 einer oder mehrerer Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums 8 aufgrund des ermittelten Temperaturwertes.
Anschließend wird in der zweiten Regelungsstufe der Drucksensor 6 ausgelesen und ein Druckunterschiedswert ermittelt 13. Auch hier erfolgt ein Vergleich 14 mit einem vorbestimmten Wert oder Wertebereich. Basierend auf einen Abweichungswert, beispielsweise wenn die ermittelte Druckdifferenz einen bestimmten Schwellwert übersteigt, erfolgt dann eine Steuerung 15 einer oder mehrerer Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums 8 derart, dass der Druckunterschied kompensiert wird. Anschließend wird erneut die erste Regelungsstufe angesteuert.
Vorangehend wurde das Regelungsverfahren lediglich in groben Zügen erläutert. Auf eine Detailbeschreibung wurde verzichtet. Beispielsweise können die beiden hier erläuterten Regelungsstufen verschachtelt sein oder parallel ablaufen. In dem anhand der Fig. 2 dargestellten Fall könnte es ferner vorkommen, dass das Regelungsverfahren in der ersten Schleife 10, 11 , 12 bleibt, während der Differenzdruck zwischen Klimatisierungsraum 1 und Umgebungsraum 7 ansteigt. Dies wird natürlich durch eine zweckmäßige Implementierung des Regelungsverfahrens vermieden.
Bezugszeichenliste:
1 Klimatisierungsraum
2 Zulauföffnung
3 Klimatisierungsgerät
31 Kühlmittelversorgung
4 Baugruppenträger
4' weiterer Baugruppenträger
5 Raumbegrenzungselement
6 Drucksensor
7 Umgebungsraum
8 Klimatisierungsmedium (kalt)
8' Klimatisierungsmedium (warm)
9 Bodenkanal
T Temperatursensor
10 Auslesen des Temperatursensors
1 1 Vergleichen des Temperaturwerts einem Temperaturvergleichsbereich 12 Steuerung von Zulaufeigenschaften aufgrund Temperaturabweichung
13 Ermitteln des Druckunterschieds
14 Vergleichen des Druckunterschieds mit einem Schwellwert
15 Steuerung von Zulaufeigenschaften aufgrund Druckunterschied

Claims

Patentansprüche:
1 . Klimatisierungssystem umfassend:
- einen Klimatisierungsraum (1 ) mit einer Zulauföffnung (2), welche ausgebildet ist, den Klimatisierungsraum (1 ) mit einem mittels eines Klimatisierungsgerätes (3) bereitgestellten Klimatisierungsmedium zu versorgen;
- einen Baugruppenträger (4), der eine seitliche Begrenzung des
Klimatisierungsraums (1 ) bildet und mit Elektronikgeräten bestückt ist, welche mittels des Klimatisierungsmediums, welches aus dem
Klimatisierungsraum (1 ) durch den Baugruppenträger (4) strömt, gekühlt werden;
- ein oder mehrere Raumbegrenzungselemente (5), welche den
Klimatisierungsraum seitlich und / oder nach oben hin begrenzen;
- einen innerhalb des Klimatisierungsraums (1 ) angeordneter Drucksensor (6); und
- eine Steuereinheit, welche mit dem Drucksensor (6) verbunden und ausgebildet ist, Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums durch die Zulauföffnung (2) in Abhängigkeit von einem mittels des Drucksensors (6) ermittelten Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungsraum (1 ) und einem Umgebungsraum (7) außerhalb des Klimatisierungsraums (1 ) zu steuern.
2. Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen
außerhalb des Klimatisierungsraums (1 ) angeordneten weiteren
Drucksensor, welcher mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, aus dem Drucksensor (6) und dem weiteren Drucksensor Druckwerte auszulesen und aus den ausgelesenen
Druckwerten den Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungsraum (1 ) und dem Umgebungsraum (7) außerhalb des Klimatisierungsraums (1 ) zu ermitteln.
3. Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) einen Differenzdrucksensor umfasst, welcher derart zwischen dem Klimatisierungsraum (1 ) und dem Umgebungsraum (7) angeordnet ist, dass mittels des Differenzdrucksensors der
Druckunterschied ermittelbar ist.
4. Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) ein piezoresistiver oder ein piezoelektrischer Drucksensor ist.
5. Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch Dichtungselemente, welche derart an
Randbereichen der Raumbegrenzungselemente (5) und / oder der
Baugruppenträger (4) angeordnet sind, dass an den Randbereichen ein hermetischer Verschluss vorliegt.
6. Klimatisierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Dichtungselemente der Klimatisierungsraum (1 ) gegenüber dem Umgebungsraum (7) derart hermetisch verschlossen ist, dass ein Klimatisierungsmedium im Wesentlichen ausschließlich durch die
Zulauföffnung (2) und / oder durch die Baugruppenträger (4) in den Klimatisierungsraum (1 ) eintreten oder aus dem Klimatisierungsraum (1 ) austreten kann.
7. Klimatisierungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine nicht mit einem Elektronikgerät bestückte
Einschuböffnung des Baugruppenträgers (4) zum Klimatisierungsraum (1 ) hin abgedeckt ist.
8. Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) an dem oder an einem der Raumbegrenzungselemente (5) oder an dem Baugruppenträger (4) angeordnet ist.
9. Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Temperatur und / oder den Volumenstrom des durch die Zulauföffnung (2) in den Klimatisierungsraum (1 ) strömenden Klimatisierungsmediums in
Abhängigkeit vom ermittelten Druckunterschied zu steuern.
10. Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die
Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums durch die Zulauföffnung (2) in Abhängigkeit vom ermittelten Druckunterschied derart zu steuern, dass der Druckunterschied zwischen dem Klimatisierungsraum (1 ) und dem Umgebungsraum (7) kompensiert wird.
1 1 . Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Steuereinheit verbundener
Temperatursensor in dem Klimatisierungsraum (1 ) angeordnet ist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, einen Temperaturwert mittels des Temperatursensors auszulesen und Zulaufeigenschaften des
Klimatisierungsmediums durch die Zulauföffnung (2) in Abhängigkeit vom ermittelten Temperaturwert zu steuern.
12. Klimatisierungsverfahren zur Regulierung eines Klimatisierungszustandes in einem von Baugruppenträgern (4) und Raumbegrenzungselementen (5) begrenzten Klimatisierungsraum (1 ), umfassend die folgenden Schritte:
- Ermitteln eines Druckunterschieds zwischen dem Klimatisierungsraum (1 ) und einem Umgebungsraum (7) außerhalb des Klimatisierungsraums (1 ) mittels Auslesen eines in dem Klimatisierungsraum ( 1 ) angeordneten Drucksensors (6) durch eine hiermit verbundene Steuereinheit; und
- Steuern von Zulaufeigenschaften des Klimatisierungsmediums durch die Zulauföffnung (2) in Abhängigkeit von dem ermittelten Druckunterschied.
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