一种用于数据中心自然冷却的风门控制方法技术

一种用于数据中心自然冷却的风门控制方法，涉及电器设备控制技术领域。本发明专利技术是为了在数据中心利用直接式风侧冷却时，对新风风门、循环风风门、排风风门的开度进行优化控制。本发明专利技术在明晰直接式风侧经济器物理结构的基础上，根据关键组成物理特性做出了部分简化及合理假设，分析了各风门控制指令、风门开度、风门流阻系数之间的函数关系，将之与新风比这一参数建立联系，得到了风机功率是流量与新风比的复合函数，反映了引入新风所需的代价。同时，考虑到新风比是风门开度的函数，以风机功耗总和最小为目标函数、各风门开度为决策变量、风量及新风比为外部输入量、风门开度上下限、新风比上下限为约束，得出了三风门的最优控制规律。律。律。

【技术实现步骤摘要】
一种用于数据中心自然冷却的风门控制方法


[0001]本专利技术属于电器设备控制


技术介绍

[0002]随着云计算、大数据等信息技术的兴起，数据中心作为相关技术的辅助设施，其数量与规模也在飞速增长。从广义上讲，数据中心是指所有含有服务器、通信设备、冷却及供电设备的建筑、厂房，都属于高能耗建筑，预计到2025年，数据中心耗电量可占全社会用电量的4.1％，因此降低数据中心能耗是提高经济效益、实现“双碳目标”的重要举措。
[0003]数据中心能耗主要由IT设备能耗、制冷系统能耗、供电能耗以及照明能耗四部分构成，其中制冷系统能耗占到了总能耗的40％左右，因此，自然冷却技术因其可以有效降低制冷系统能耗而被认为是数据中心节能的一种理想方法，尤其是近年来数据中心环境控制标准的放宽更是为其发展提供了机会。自然冷却技术旨在利用自然界低温冷源对数据中心进行冷却，按照冷源种类，又可划分为：风侧自然冷却、水侧自然冷却及热管自然冷却等。
[0004]以风侧自然冷却为例，其原理是利用户外新风对数据中心循环风进行冷却，并按照新风是否进入室内循环又分为直接式和间接式风侧冷却。其中，直接式风侧冷却需要在原有设备基础上增设一台风机用以引入新风，并增设三个风门分别为新风风门、循环风风门、排风风门用以控制新风、循环风、排风流量。但是由于户外新风的湿度、温度等会随时间变化，数据中心供风流量也会因IT设备计算载荷变化而变化，因此，三个风门的开度如何控制是一个有待优化的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了在数据中心利用直接式风侧冷却时，对新风风门、循环风风门、排风风门的开度进行优化控制，现提供一种用于数据中心自然冷却的风门控制方法。
[0006]一种用于数据中心自然冷却的风门控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：在理想状态下风门压降Δp
dp
的表达式为：
[0008][0009]其中，风门阻力系数K
dp
为风门开度θ
dq
的函数：
[0010][0011]为空气流量，K'
dq
为风门全开时的流阻系数，W
f
为加权因子，为泄露参数；
[0012]步骤二：分别将新风、排风和循环风风门开度θ
odq
、θ
edq
和θ
rcdq
带入公式二中获得：
[0013][0014]其中，K
odp
、K
edp
和K
rcdp
分别为新风、排风和循环风风门的流阻系数，K'
odq
、K'
edq
和K'
rcdq
分别为K
odp
、K
edp
和K
rcdp
的初始值；
[0015]步骤三：依照公式一建立新风与混风风门压强差Δp
O2M
、排风与新风风门压强差Δp
E2O
以及排风与混风风门压强差Δp
E2M
的表达式：
[0016][0017]则有：
[0018][0019]其中，p
OA
、p
EA
和p
MA
分别为新风、排风和混风风门压强，K
odt
、K
edt
和K
rcdt
分别为为新风、排风和混风管道的流阻系数，和分别为新风、排风和混风流量；
[0020]步骤四：当送风流量等于混风流量且湿空气中干空气密度恒定时，存在以下关系：
[0021][0022]其中，和分别为供风流量和回风流量；
[0023]步骤五：定义新风比γ为新风流量在供风流量中的占比：
[0024][0025]步骤六：结合公式五、六和七，则有：
[0026](K
odp
+K
odt
)γ2+(K
edp
+K
edt
)γ2＝(K
rcdp
+K
rcdt
)(1
‑
2γ+γ2)
ꢀꢀ
公式八，
[0027]对上式进行求解，获得新风比γ的表达式为：
[0028][0029]步骤七：将公式七和公式九带入公式四，则有：
[0030][0031]其中，K
O
和K
E
分别为新风风道和排风风道的等效流阻系数；
[0032]步骤八：建立供风与回风风机的能耗P
SF
和P
RF
的表达式：
[0033][0034]其中，Δp
SF
和Δp
RF
分别为供风和回风风机的风门压降，η
SF
和η
RF
分别为供风风机和回风风机整体效率；
[0035]则数据中心自然冷却的风机总能耗P
VAV,fan
为：
[0036][0037]其中，η
SF
＝η
RF
＝η
VAV,fan
；
[0038]步骤九：结合公式三、七、九、十和十二获得数据中心自然冷却的风机总能耗P
VAV,fan
与新风比γ以及θ
odq
、θ
edq
和θ
rcdq
之间的关系，之后调整新风比γ，并在θ
odq
∈[0,1]、θ
edq
∈[0,1] 和θ
rcdq
∈[0,1]条件下使得风机总能耗P
VAV,fan
最小，完成数据中心自然冷却系统中风门的控制。
[0039]进一步的，上述步骤一所述理想状态为：
[0040](1)、空气密度恒定；
[0041](2)、忽略风道及风门中速度压力的变化；
[0042](3)、新风入口处及排风出口处压力恒为大气压；
[0043](4)、送风流量等于混风流量；
[0044](5)、湿空气中干空气密度恒定。
[0045]进一步的，上述步骤六中结合公式五、六和七获得公式八的具体过程为：
[0046]利用公式六中的等式关系将公式五改写为以下形式：
[0047][0048]在上式两边均除以获得：
[0049][0050]将公式七代入上式，获得：
[0051](K
odp
+K
odt
)γ2+(K
edp
+K
edt
)γ2＝(K
rcdp
+K
rcdt
)(1
‑
2γ+γ2)。
[0052]进一步的，上述步骤八所述供风和回风风机的风门压降Δp
SF
和Δp
RF
表达式分别如下：
[0053][0054本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于数据中心自然冷却的风门控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在理想状态下风门压降Δp
dp
的表达式为：其中，风门阻力系数K
dp
为风门开度θ
dq
的函数：的函数：为空气流量，K'
dq
为风门全开时的流阻系数，W
f
为加权因子，为泄露参数；步骤二：分别将新风、排风和循环风风门开度θ
odq
、θ
edq
和θ
rcdq
带入公式二中获得：其中，K
odp
、K
edp
和K
rcdp
分别为新风、排风和循环风风门的流阻系数，K'
odq
、K
e
'
dq
和K
r
'
cdq
分别为K
odp
、K
edp
和K
rcdp
的初始值；步骤三：依照公式一建立新风与混风风门压强差Δp
O2M
、排风与新风风门压强差Δp
E2O
以及排风与混风风门压强差Δp
E2M
的表达式：则有：其中，p
OA
、p
EA
和p
MA
分别为新风、排风和混风风门压强，K
odt
、K
edt
和K
rcdt
分别为为新风、排风和混风管道的流阻系数，和分别为新风、排风和混风流量；步骤四：当送风流量等于混风流量且湿空气中干空气密度恒定时，存在以下关系：其中，和分别为供风流量和回风流量；步骤五：定义新风比γ为新风流量在供风流量中的占比：
步骤六：结合公式五、六和七，则有：(K
odp
+K
odt
)γ2+(K
edp
+K
edt
)γ2＝(K
rcdp
+K
rcdt
)(1
‑
2γ+γ2)公式八，对上式进行求解，获得新风比γ的表达式为：步骤七：将公式七和公式九带入公式四，则有：其中，K
O
和K
E
分别为新风风道和排风风道的等效流阻系数；步骤八...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中昊，周永诚，刘金福，于达仁，李文峰，李中华，
申请(专利权)人：深圳利行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：