一种基于制冷能力与负荷预测的运行控制方法及系统

技术领域

本发明涉及空调控制领域，更具体地，涉及一种基于制冷能力与负荷预测的运行控制方法及系统。

背景技术

目前，数据中心机房的冷量需求较难保持恒定不变，尤其是在昼夜温差较大地区的中小型数据中心，此类地区夜间气温较低引起围护结构传热量变化，同时夜间机房设备功率下降共同作用改变机房的冷量需求，此时空调控制逻辑不当，会导致机房温度偏离设计工况，并导致空调设备处于高耗能的运行状态。

为了解决间接蒸发冷机组供冷与中小型数据中心的冷量匹配问题。目前控制方式主要有两种，第一种方法是通过室外气温确定干工况、湿工况、复合工况运行模式中的一种，同时室外风机变频保持送风温度恒定，室内风机则保持固定风量。但这种方法不能保证机房的温度恒定，在机房设备功率较低且气温较高时电量消耗明显增加。第二种方法中机组运行模式的确定、室外风机控制与第一种相同，室内风机则根据送回风温差控制风量。这种方法可以保持机房温度恒定，但是其为被动反馈控制模式，即传感器先检测到回风温度波动，风机再根据此差值进行PID调节，由于热传递过程中的迟滞性，在负荷波动时室温稳定周期较长，控制精度较低。且该控制方法在气温较低或较高时，会出现室内外风量一侧偏大另一侧偏小的不经济运行状态，增加电量消耗。

鉴于以上原因，迫切需要开发一种控制方法，在能保障数据中心环境温度的同时，充分利用自然冷源以节约空调能耗。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于制冷能力与负荷预测的运行控制方法，在应用于大型数据中心时，能够通过对负荷进行预测，提供相匹配的制冷能力，有效的节约空调的能耗。

本发明采取的技术方案为：

本发明提供一种基于制冷能力与负荷预测的运行控制方法，应用于间接蒸发冷机组，所述间接蒸发冷机组设置有室内风机和室外风机，所述方法包括：

获取下一时刻的室外气象参数；

根据所述下一时刻的室外气象参数计算间接蒸发冷机组的各个预设工况的下一时刻最大制冷能力，获取各个预设工况在下一时刻最大制冷能力下的能效；

计算下一时刻冷量需求；

将下一时刻冷量需求与间接蒸发冷机组的各个预设工况的下一时刻最大制冷能力进行比较，将下一时刻最大制冷能力大于下一时刻冷量需求的预设工况作为潜在运行工况；

比较各个潜在运行工况的能效，以能效最大的潜在运行工况对应的预设工况作为间接蒸发冷机组的下一时刻的运行工况。

通过气象数据计算间接蒸发冷机组在下一时刻的各个预设工况得到最大制冷能力和能效，同时根据气象数据和室内的能耗数据预测室内的下一时刻冷量需求，将最大制冷能力满足下一时刻冷量需求且能效最大的预设工况作为下一时刻的运行工况，提前预测下一时刻的室内状态并主动根据预测结果来设定最佳匹配的间接蒸发冷机组的运行工况，有效解决了被动反馈调节模式引起的环温稳定性差的问题，能够更快对气象数据做出反应，降低反应延迟，减少在反应时间内的工况不匹配造成的能耗。

进一步的，所述下一时刻冷量需求为下一时刻围护结构传热量与下一时刻室内发热量的总和。

进一步的，所述下一时刻围护结构传热量的计算具体包括：

根据对流传热公式计算围护结构传热量：

Q

式中，Q

进一步的，所述下一时刻室内发热量的计算包括：

获取室内当前的实时耗电功率；

获取室内的历史电力功率数据记录，根据历史电力功率数据记录计算与当前时刻同一时刻的同时刻历史平均耗电功率，和当前时刻下一时刻的下一时刻历史平均耗电功率；

将实时耗电功率与下一时刻历史平均耗电功率进行对比：

若实时耗电功率小于下一时刻历史平均耗电功率，则根据下一时刻历史平均耗电功率确定室内的下一时刻耗电功率；

若实时耗电功率大于等于下一时刻历史平均耗电功率，则根据实时耗电功率、同时刻平均功率的比值、下一时刻历史平均耗电功率确定室内的下一时刻耗电功率；

根据下一时刻耗电功率获得下一时刻室内发热量。

室内的冷量需求主要表现为室内室外的热传递造成的冷量流失与室内所产生的热量，其中热传递造成的冷量流失可以通过计算围护结构传热量得到；室内产生的热量则主要是室内的各种发热设备产生的热量和人产生的热量，在本发明中以设备产生的热量为主，设备的产热与功率相关，通过计算下一时刻耗电功率来得到下一时刻的室内发热量，并且下一时刻耗电功率是根据历史电力功率数据记录与实时耗电功率结合实时耗电功率计算得到，具有更好的数据计算依据，能够更准确的预测下一时刻耗电功率，进而使计算得到的下一时刻冷量需求更准确。

进一步的，所述方法还包括：

获取所述下一时刻的运行工况在所述下一时刻的室外气象参数下所对应的送风温度，记为t

根据下述公式计算满足下一时刻冷量需求的送风温度t

Q

式中Q

取t

以满足下一时刻冷量需求的送风温度作为最高送风温度，以预测的下一时刻的运行工况的送风温度作为最低送风温度，取最高送风温度和最低送风温度的平均值来作为下一时刻送风温度，通过对送风温度进行优化，避免了空空换热器两侧的风机的风量差异过大导致的功率攀升现象，降低间接蒸发冷机组的运行功耗。

进一步的，所述方法还包括：

当出现至少两个能效最大且相同的潜在运行工况时，以其中节水能力最好的潜在运行工况对应的预设工况作为间接蒸发冷机组的下一时刻运行工况。

在空调运行中，部分工况为了能够进一步的提高降热效果，会对间接蒸发冷机组的空空换热器进行喷淋，不同的模式下对应的喷淋的量不同，如果存在多个潜在运行工况，选择其中喷淋所消耗的冷却水的量最少的潜在运行工况运行，能够减少冷却水的消耗。

进一步的，所述方法还包括：

在间接蒸发冷机组运行时，持续采集间接蒸发冷机组的回风温度，当回风温度大于室内的预设温度阈值，且持续时间超过预设时间阈值，将当前间接蒸发冷机组的运行工况设置为制冷能力更高的预设工况。

进一步的，在间接蒸发冷机组运行时，持续采集间接蒸发冷机组的回风温度，当回风温度大于室内的预设温度阈值，且持续时间超过预设时间阈值，将对流传热公式进行放大。

本发明还提供一种基于制冷能力与负荷预测的运行控制系统，应用于间接蒸发冷机组，所述间接蒸发冷机组设置有室内风机和室外风机，所述系统包括：

气象采集模块，用于获取下一时刻的室外气象参数；

制冷能力获取模块，用于获取间接蒸发冷机组的各个预设工况的最大制冷能力；

冷量需求获取模块，用于计算下一时刻冷量需求；

比对模块：用于将当前各个预设工况的最大制冷能力与下一时刻冷量需求进行对比，将最大制冷能力大于下一时刻冷量需求的预设工况作为潜在运行工况；

运行工况确定模块，用于比较各个所述潜在运行工况的能效，将能效最高的潜在运行模式对应的预设工况作为当前间接蒸发冷机组的下一时刻的运行工况。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述基于制冷能力与负荷预测的运行控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明通过采集下一时刻的室外气象参数，根据下一时刻的室外气象参数和历史耗电数据来预测室内的下一时刻的冷量需求，通过对下一时刻的冷量需求进行预测，主动的设置与下一时刻冷量需求相匹配的运行工况，有效的解决被动的反馈的调节模式所引起的环温稳定性差的问题，能够更快对气象数据做出反应，降低反应延迟，减少在反应时间内的工况不匹配造成的能耗。

2.本发明进一步的通过提前预测的下一时刻的运行工况的送风温度和下一时刻的冷量需求的送风温度来计算下一时刻的送风温度，避免了空空换热器两侧的风机的风量差异过大导致的功率攀升现象，降低间接蒸发冷机组的运行功耗。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图。

图2为本发明的实施例1的间接蒸发冷机组的结构图。

图3为本发明的实施例2的系统结构图。

附图标注：室内风机1，室外风机2，空空换热器3，喷淋装置4，气象采集模块100，制冷能力获取模块200，冷量需求获取模块300，比对模块400，运行工况确定模块500，

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于制冷能力与负荷预测的运行控制方法，具体的，在本实施例中，应用于间接蒸发冷机组，间接蒸发冷机组的作用对象为数据机房，间接蒸发冷机组如图2所示，包括有室内风机1和室外风机2、空空换热器3、压缩机、喷淋装置4。通常，间接蒸发冷机组的运行模式是生产厂家预设的，表示为预设工况，间接蒸发冷机组的预设工况包括干工况、湿工况和复合工况；

具体的，间接蒸发冷机组的常规控制方式为：当室外气温低于固定温度点时运行干工况模式，此时只开启室内风机1和室外风机2；当室外气温升到一定值时，切换为湿工况运行模式，此时两侧风机运行的同时，打开喷淋泵对室外侧换热器进行喷淋；当室外温度进一步上升时，则切换为复合工况模式，此时两侧风机、压缩机和喷淋装置4同时运行。

基于上述间接蒸发冷机组，提供一种能够通过对负荷进行预测，提供相匹配的制冷能力，有效的节约空调的能耗的方法，所述方法包括：

S1：获取下一时刻的室外气象参数；

在本步骤中下一时刻的室外气象参数可以通过第三方软件或构建预测模型预测获得。

S2：根据所述下一时刻的室外气象参数计算间接蒸发冷机组的各个预设工况的下一时刻最大制冷能力，获取各个预设工况在下一时刻最大制冷能力下的能效和送风温度；

具体的，在本步骤中，通过将下一时刻的室外气象参数代入到间接蒸发冷机组的出厂预设的制冷性能曲线(或性能方程)，计算间接蒸发冷机组的预设工况：干工况、湿工况和复合工况在下一时刻的室外气象参数下的最大制冷能力，并获取各个预设工况在该最大制冷能力下的能效和送风温度。在本实施例的具体实施方式中，假设下一时刻的气象参数的干球温度为17℃，湿球温度为14℃，将干球温度和湿球温度带入到制冷性能曲线中得到下一时刻的干工况的最大制冷能力为80％，湿工况的最大制冷能力为100％，复合工况的最大制冷能力为145％，对应得到的送风温度分别为25℃、23℃和18℃，能效分别为12、16和9.5。

S3：计算下一时刻冷量需求；

具体的，在本步骤中，数据机房的冷量需求主要表现为室内室外的热传递造成的冷量损失和室内所产生的热量，其中热传递造成的冷量流失具体通过计算围护结构传热量得到，而数据机房产生的热量则主要表现为数据机房中的设备所产生的热量，所以下一时刻冷量需求包括下一时刻围护结构传热量与下一时刻数据机房设备的发热量的总和；

其中，下一时刻围护结构传热量的计算具体包括：

根据对流传热公式计算围护结构传热量：

Q

式中，Q

数据机房设备的发热量的计算具体包括：

获取数据机房设备的当前的实时耗电功率；

获取数据机房的历史电力功率数据记录，从历史电力功率数据记录中提取与当前同一时刻的同时刻历史平均耗电功率，同时还提取当前时刻下一时刻的下一时刻历史平均耗电功率；

将实时耗电功率与下一时刻历史平均耗电功率进行对比：若实时耗电功率小于下一时刻历史平均耗电功率，则根据下一时刻历史平均耗电功率确定室内的下一时刻耗电功率；

若实时耗电功率大于等于下一时刻历史平均耗电功率，则根据实时耗电功率、同时刻平均功率的比值、下一时刻历史平均耗电功率确定室内的下一时刻耗电功率；

在本实施例的具体的实施方式中，假设计算得出的下一时刻耗电功率为设定的冷负荷的85％。

将下一时刻耗电功率作为下一时刻数据机房设备的发热量，根据上述实施方式中的数据。

得到下一时刻数据机房设备的发热量和一时刻围护结构传热量后，则可以预测出数据机房的下一时刻冷量需求，根据上述实施方式中的数据，得到下一时刻冷量需求为77％，进而通过下述步骤确定间接蒸发冷机组的运行工况。

S4：将下一时刻冷量需求与间接蒸发冷机组的各个预设工况的下一时刻最大制冷能力进行比较，将下一时刻最大制冷能力大于下一时刻冷量需求的预设工况作为潜在运行工况；在本实施例的具体实施方式中，可以看出，干工况、湿工况和复合工况的下一时刻最大制冷能力均满足下一时刻冷量需求，则将干工况、湿工况和复合工况均作为潜在运行工况。

S5：比较各个潜在运行工况的能效，以能效最大的潜在运行工况对应的预设工况作为间接蒸发冷机组的下一时刻的运行工况。

具体的，在本步骤中，根据步骤S4和步骤S5的方法，则确定下一时刻的运行工况为湿工况；另外，确定了间接蒸发冷机组的下一时刻的运行工况后，需要进一步的获得该下一时刻的运行工况的送风温度，以该送风温度来作为控制依据，控制间接蒸发冷机组的空空换热器3的两侧的风机的转速，使两侧的风机的转速相近，避免两侧风量差距过大导致的耗能攀升问题；具体的计算方式如下：

获取确定的下一时刻的运行工况在下一时刻的室外气象参数下所对应的送风温度，将该送风温度记为t

根据下述公式计算满足下一时刻冷量需求的送风温度t

Q

式中Q

然后取t

在本实施例的具体的实施方式中，下一时刻的运行工况为湿工况，湿工况的最大制冷能力为100％，对应的t

进一步的，进一步的，所述方法还包括：

当出现至少两个能效最大且相同的潜在运行工况时，以其中节水能力最好的潜在运行工况对应的预设工况作为间接蒸发冷机组的下一时刻运行工况。

在间接蒸发冷机组运行中，湿工况和复合工况为了能够进一步的提高降热效果，会对间接蒸发冷机组的空空换热器3进行喷淋，不同的模式下对应的喷淋的量不同；在本实施例中，由于间接蒸发冷机组的能效最大的潜在运行工况只有湿工况，所以选择湿工况作为下一时刻运行工况，假设干工况的能效与湿工况的能效相同，则以节水能力作为判断条件，选择干工况作为下一时刻运行工况。

另外，本实施例可以将节水条件作为下一时刻运行工况的第一判断条件，即：比较各个潜在运行工况的节水能力，以节水能力最好的潜在运行工况对应的预设工况作为间接蒸发冷机组的下一时刻的运行工况。当出现至少两个节水能力最好且相同的潜在运行工况时，以其中能效最大的潜在运行工况对应的预设工况作为间接蒸发冷机组的下一时刻运行工况。

进一步的，在间接蒸发冷机组运行时，持续采集间接蒸发冷机组的回风温度，当回风温度大于室内的预设温度阈值，且持续时间超过预设时间阈值，将当前间接蒸发冷机组的运行工况设置为制冷能力更高的预设工况。

并且，在间接蒸发冷机组运行时，持续采集间接蒸发冷机组的回风温度，当回风温度大于室内的预设温度阈值，且持续时间超过预设时间阈值，将对流传热公式进行放大。

具体的，由于机房冷量需求等于围护结构传热量与机房设备电功率的和，故按照升级工况且回风温度稳定后，数据机房实际制冷量与数据机房设备电功率的差值，即为实际的围护结构传热量，将该值与由原始的对流传热公式计算得出的机房冷量需求进行比值，得出修正系数，将原始的对流传热系数K乘以修正系数的得到新的对流传热系数K′，将K′替换原始的对流传热系数K，得到新的对流传热公式，以新的对流传热公式作为下一次预测的计算公式。

实施例2

如图2所示，本实施例还提供一种基于制冷能力与负荷预测的运行控制系统，具体的，在本实施例中，可以应用到如实施例1中的间接蒸发机组中，所述系统包括：

气象采集模块100，用于获取下一时刻的室外气象参数；

制冷能力获取模块200，用于获取间接蒸发冷机组的各个预设工况的最大制冷能力；

冷量需求获取模块300，用于计算下一时刻冷量需求；

比对模块400：用于将当前各个预设工况的最大制冷能力与下一时刻冷量需求进行对比，将最大制冷能力大于下一时刻冷量需求的预设工况作为潜在运行工况；

运行工况确定模块500，用于比较各个所述潜在运行工况的能效，将能效最高的潜在运行模式对应的预设工况作为当前间接蒸发冷机组的下一时刻的运行工况。

实施例3

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述基于制冷能力与负荷预测的运行控制方法。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。