CN101099065A - 用于减少水分改变操作的空调设备的控制 - Google Patents

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CN101099065A CNA2005800459685A CN200580045968A CN101099065A CN 101099065 A CN101099065 A CN 101099065A CN A2005800459685 A CNA2005800459685 A CN A2005800459685A CN 200580045968 A CN200580045968 A CN 200580045968A CN 101099065 A CN101099065 A CN 101099065A
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Abstract

在运行空调设备(114)以减少水分改变操作的方法(300)中，访问(304)空气湿度图数据。此外，根据空气湿度图数据中的信息，为空调设备(114)送风温度和送风相对湿度之间的关系设定(306)约束。根据约束控制空调设备(114)，从而减少空调设备(114)的水分改变操作。

Description

用于减少水分改变操作的空调设备的控制
背景技术
数据中心可以定义为放置装在许多机柜内的计算机系统的场所，例如房间。标准机柜，例如电子柜，定义为电子工业联合会(EIA)包装件，高78英寸(2米)，宽24英寸(0.61米)，长30英寸(0.76米)。这些机柜配置成装纳许多计算机系统，大约四十(40)个，将来的机柜配置将设计成容纳200或更多的系统。计算机系统一般包括许多印刷电路板(PCB)、大容量存储装置、电源、处理器、微控制器和半导体装置，它们会在运行期间散发大量的热量。例如，具有多个微处理器的典型计算机系统会耗散大约250W的功率。因此，装有四十(40)个这种类型的计算机系统会耗散大约10kW的功率。
将机柜内组件散发的热量传递给数据中心内冷空气所需的功率通常大约等于运行该组件所需功率的10％。但是，排除数据中心内多个机柜散发的热量所需的功率通常大约等于运行机柜内组件所需功率的50％。散发机柜和数据中心之间的不同热负荷所需功率的不一致是由，例如，冷却数据中心内空气需要的额外热力学功引起的。一方面，机柜一般使用风扇吹动冷空气流过散热元件进行冷却；然而，数据中心经常执行逆功率循环，冷却热回风。降低温度所需的额外功，除了传输数据中心和冷凝器内的冷却液所做的功，经常合计达50％的功率需求。同样，除了机柜冷却面临的问题外，数据中心的冷却也存在问题。
传统数据中心一般通过运行一个或多个空调设备进行冷却。例如，空调设备的压缩机一般至少消耗约30％的所需运行能量，用以充分冷却数据中心。其他组件，例如冷凝器和空气增流器(风扇)，一般消耗所需总运行能量的另外20％。例如，装有100个最大功率耗散为10kW的机柜的高密度数据中心通常需要1MW的冷却能力。排热能力为1MW的空调设备除了驱动空气增流装置，例如风扇和鼓风机需要的功率外，通常至少需要300kW的压缩机输入功率。传统的数据中心空调设备不会根据数据中心的分布需要改变它们的冷却液输出。作为替代，即使数据中心内的热负荷降低时，这些空调设备通常也在最大压缩机功率或其附近运行。
传统空调设备一般基于冷冻水设备的冷冻水混合阀开度和直接膨胀设备的压缩机速度之间的直接相关性以及测得的送风温度和温度设定值之间的温差，进行工作，从而能够进行冷却控制。此外，传统空调设备中的湿度控制由相对湿度设定值和测得的相对湿度之间的湿度差驱动。传统空调设备中的温度和湿度控制一般是相互独立进行的，从而导致了能量的浪费。尤其，温度设定值的提高会促使空调设备进行增湿操作，而温度设定值的降低则会促使空调设备进行减湿操作。因此，空调设备在增湿和减湿操作中会消耗大量能量，例如每克冷凝水大约2.2kW功率。
因此，希望将空调设备由于增湿和减湿操作消耗的能量降至最低。
发明内容
本发明公开了一种运行空调设备以减少水分改变操作的方法。在该方法中，访问空气湿度图(psychrometric chart)数据，并根据空气湿度图数据中包含的信息为空调设备送风温度和送风相对湿度之间的关系设定约束。此外，根据该约束控制空调设备，从而减少空调设备的水分改变操作。
附图说明
通过以下参考附图进行的说明，本发明的特征对于本领域的技术人员来说将变得显而易见，其中：
图1表示了可以实现本发明不同实施例的数据中心的简化透视图；
图2A和2B分别是根据本发明实施例的空调设备控制系统的框图；
图3根据本发明实施例，说明了基于空气线图(psychrometrics)控制空调设备的操作模式的流程图；
图4A根据本发明实施例的第一个实例，说明了基于空气线图控制空调设备的操作模式的流程图；
图4B根据本发明实施例的第二个实例，说明了基于空气线图控制空调设备的操作模式的流程图；
图4C根据本发明实施例的第三个实例，说明了基于空气线图控制空调设备的操作模式的流程图；
图5A-5C分别说明了本发明各实例的空气湿度图；以及
图6说明了典型的计算机系统，其可以用于实现文中描述的本发明的不同实施例。
具体实施方式
为了简明和说明的目的，本发明主要参考它的一个实施例进行说明。在以下说明中，为了使读者对本发明有全面的理解，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，本发明的实施可以不受这些具体细节的限制。在其他实例中，没有对公知的方法和结构作详细描述，以致不会不必要地使本发明难以理解。
如文中公开的，可以控制空调(AC)设备，将由于相对多余的增湿和减湿操作而浪费的能量几乎完全降到最低。一方面，空调设备的湿度控制和温度控制是基于空气线图进行结合的。尤其，因为相对湿度是温度的函数，所以空调设备送风温度的变化会改变相对湿度测量值，而不会增加或减少送风中的水分。在绝对湿度没有实际变化的情况下，相对湿度的这种变化会驱动增湿器或减湿器，这可以利用浪费的能量。此外，这里公开的空调设备控制方法也可以缩短空调设备达到新设定值和对新负荷进行反应所需的时间。
首先参见图1，显示了数据中心100的简化透视图，本发明的各种实例都可以在其内部实施。术语“数据中心”通常意在表示可以放置一个或多个能够产生热量的组件的房间或其他空间。此外，“数据中心”也可以定义为其中的一个或多个环境条件将受控制的房间或建筑物。在这方面，术语“数据中心”并不意在限制本发明于传送或处理数据的任何特殊形式的房间，也不应当解释为术语“数据中心”的使用限制本发明在不同于它在上文中的定义的任何方面。
尽管整个公开内容特别引用了数据中心100，但是文中描述的各种原理和实例也可以应用于其他类型的构造、建筑物等中设计和使用的空调设备。例如，文中描述的各种原理和实例可以应用于被配置在建筑物的冷藏室、冷藏车等内使用的空调设备。因此，文中引用的数据中心100表示适合应用和操作文中描述的空调器的环境的一个实例。
对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，图1中描述的数据中心100是概括性说明，在不超出本发明范围的基础上可以增加其他组件，或者删除或修改现有组件。例如，数据中心100可以包括任意数量的机柜和各种其他组件。另外，还应当了解的是，发热/散热部件可以设置在数据中心100内，而不是装在机柜内。
数据中心100描述为具有多个平行排列的机柜102-108，例如电子柜。这些机柜102-108中的每一排显示为具有四个放置在凸起的地板110上的机柜(a-d)。多条电线和通信线(未图示)布置在凸起的地板110下面的空间112内。空间112也可以作为输送来自一个或多个空调(AC)设备114的冷空气到机柜102-108的压力通风系统(plenum)。冷空气从空间112通过位于部分或全部机柜102-108之间的通风砖(vent tile)118送至机柜102-108。通风砖118显示为位于机柜102和104以及106和108之间。
空调设备114通常用于冷却如箭头126所示接收到的热空气，并提供冷空气到空间112。空调设备114包括，例如，蒸汽压缩式空调设备、冷却器式空调设备等。适合的空调设备114的实例可以在共同待审并且被共同转让的序号为10/853,529的美国专利申请中获得，该申请的于2004年5月26日提交，名称为“Energy Efficient CRAC Unit Operation(节能CRAC设备的运行)”，其内容以引用的方式整体并入本文中。此外，空调设备114包括在冷空气送入空间112之前对接收到的空气流进行增湿和减湿处理的装置。空调设备114一般根据为冷却空气流而给例如空调设备114设定的温度设定值，增加或减少送入空间112内的空气流的湿度。在这点上，温度设定值的增大一般促使空调设备114进行增湿，而温度设定值的减小则一般促使空调设备114进行减湿。从而，空调设备114一般以不节能的方式工作。根据文中描述的不同实例，空调设备114以几乎完全限制运行增湿和减湿装置的方式运行，从而减少空调设备114向数据中心100送入冷空气流的过程中消耗的能量。这些实例将在下文中更详细地描述。
空间112中的冷空气可以包括由一个或多个空调设备114提供的冷空气。因此，冷空气特性，例如温度、湿度、压力、流速等，几乎完全受一个或多个空调设备114运行的影响。例如，空调设备114送入的冷空气可能与另一台空调设备114送入的冷空气混合。在这点上，例如，如果由于冷空气的混合而使这些空调设备114送入的冷空气的温度或体积流量有差异，则空间112中不同区域的冷空气特性和送入机柜102-108的冷空气特性可能不同。在某些情况下，空调设备114对那些更接近它的机柜102-108的影响程度更大。此外，空调设备114对那些远离它的机柜102-108的影响程度更小。
通风砖118包括在被共同转让的美国专利No.6,574,104中公开和描述的固定的通风砖、可手动调节的通风砖和/或可动态控制的通风砖，该专利的内容以引用的方式整体并入本文中。如’104专利中所述，通风砖118称为是“可动态控制的”，因为它们通常用于控制从中穿过的冷空气流的速度、体积流量和方向中的至少一项。此外，动态可控制的通风砖118的特殊实例可以在共同待审的序号为10/351,427的美国申请中获得，该申请的于2003年1月27日提交，并被转让给本发明的受让人，并以引用的方式整体并入本文中。
机柜102-108通常配置成放置多个能够发热/散热(未图示)的组件116，例如处理器、微控制器、高速视频卡、存储器、半导体装置和类似物。组件116可以是多个子系统(未图示)的元件，例如计算机、服务器、刀片服务器等。子系统和组件执行各种电子功能，例如计算、转换、路径选择、显示或类似功能。在这些电子功能的执行中，组件通常会散发大量的热量，为此子系统也是这样。因为已知机柜102-108通常包括四十(40)或更多的子系统，所以它们会传递大量热量给流过的冷空气，以维持子系统和组件大体在预定的运行温度范围内。
机柜102和104以及机柜106和108之间的区域包括冷通道120。这些通道之所以认为是“冷通道”，是因为它们构造成接收来自通风砖118的冷空气流，如箭头122所指。此外，机柜102-108通常接收来自冷通道120的冷空气。机柜104和106之间以及机柜102和108后侧的通道被认为是热通道124。这些通道之所以认为是“热通道”，是因为它们设置成接收已被机柜102-108内组件116加热的空气，如箭头126所指。通过例如用机柜102-108基本上分开冷通道120和热通道124，可以基本上防止热空气在冷空气供入机柜102-108之前与其发生回流。此外，也可以基本上防止冷空气在热空气返回空调设备114之前与其发生回流。但是，数据中心100内还有一些发生冷空气和热空气回流的区域。例如，冷空气在一个或多个机柜102-108侧面周围或其顶上方与热空气混合。
机柜102-108面向冷通道120的一侧认为是机柜正面，而机柜102-108背向冷通道120的一侧认为是机柜102-108背面。为了简明且不限制的目的，这一命名将依附于整个公开内容，用以描述机柜102-108的不同侧面。
根据另一个实例，机柜102-108背面相邻地放置(未图示)。在该实施例中，通风砖118铺在每个通道120和124。此外，机柜102-108在其顶板上有出口，以使热空气能够流出机柜102-108。
图1中还示出了计算装置128，其配置成用于控制数据中心100的各种操作。计算装置128可以配置成用于，例如，控制空调设备114的运行。在这点上，计算装置128控制空调设备，采用将在下文描述的方式改变空调设备114送风的温度、湿度和体积流量。尽管计算装置128如图1所示是与装在机柜102-108内的组件116分开设置的组件，但是计算装置128也可在不脱离文中所述数据中心100范围的基础上包括一个或多个组件116。
为简明和说明的目的，数据中心100如图1所示包括四排机柜102-108和两个空调设备114。因此，数据中心100应当在任何方面都不限于图1所示机柜102-108和空调设备114的数量。此外，尽管机柜102-108描述为全部相似，但是机柜102-108也可以包括不同的配置。例如，机柜102-108由不同的公司制造，或者机柜102-108设计成放置不同类型的组件116，例如水平安装的服务器、刀片服务器等。
现在参见图2A，示出了空调设备114控制系统202的框图。应了解的是，下面的框图说明只是操作这种控制系统202的各种不同方式中的一种。此外，应了解的是，控制系统202可以包括附加组件，并且可以在不超出控制系统202范围的基础上删去和/或改动一些描述的组件。
如图2A所示，空调设备114包括控制器204。控制器204通常配置成控制空调设备114的运行。在这点上，控制器204例如包括配置成控制空调设备114运行的计算装置，并且与空调设备114整体制造。作为选择，控制器204包括图1所示的计算装置128，同时也可以包括与空调设备114分开设置的计算装置。这种配置的实例在下文中结合图2B进行描述。控制器204也可以包括不同的计算装置、微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)和类似装置。通常，控制器204配置成接收不同位置的传感器传来的数据，处理该数据，并控制空调设备114的各种组件，这些将在下文作更详细的描述。
控制系统202还包括多个传感器206a、206b、208a、208b，它们配置成检测，例如，数据中心100不同位置的环境条件。如图所示，传感器206a和206b包括温度传感器，传感器208a和206b包括相对湿度(RH)传感器。温度传感器206a和206b包括能够检测温度的任何合适的传感器，因此可以包括，例如，热敏电阻、热电偶和类似物。相对湿度传感器208a和208b包括市场上可以买到的相对湿度传感器，例如配置成检测相对湿度的集成电路。此外，一个或两个温度传感器206a和206b可以与一个或两个相对湿度传感器208a和208b整体形成。在这点上，可以应用单片集成电路同时检测温度和相对湿度。
尽管传感器206a、206b、208a、208b如图2A所示与空调设备114分开设置，但是传感器206a、206b、208a、208b也可以在空调设备114的制造或随后的安装期间装配。在任何一点上，温度传感器206a，例如，可以设置成检测空调设备114的进风温度。此外，相对湿度传感器208a设置成检测空调设备114的进风相对湿度。温度传感器206b和相对湿度传感器208b，例如，设置成分别检测空调设备114的送风温度和相对湿度。
传感器206a、206b、208a、208b收集的数据传送或换句话说发送给控制器204。该数据通过接口210传送至控制器204，接口210包括能够引导数据从传感器206a、206b、208a、208b流至控制器204的任何适合的装置和/或软件。因此接口210可以包括，例如，有线连接或无线连接，例如IEEE801.11b、801.11g、无线串联、蓝牙等，或它们的组合。传送的数据由控制器204的数据模块212接收。
数据模块212包括软件和/或硬件，它们配置成接.收来自传感器206a、206b、208a、208b的数据，并在例如配置成存储数据的存储器214中存储该信息。尽管数据模块212描述为包括在控制器204内，但它也可以包括存储在存储器214内且控制器204可以访问和执行的算法。存储器214通常也可以配置成存储提供控制器204功能性的软件。在这点上，存储器214实现为易失和非易失存储器的组合，例如动态随机存储器、电可擦可编程序只读存储器、闪速存储器和类似物。
控制器204还包括温度控制模块216，其配置成控制空调设备114内影响空调设备114送风温度的各种组件。再有，尽管温度控制模块216描述为包括在控制器214内，但它也可以包括存储在存储器214内且控制器204可以访问和执行的算法。通常，温度控制模块216用于确定测得温度和温度设定值之间的温差，以及控制空调设备114的一个或多个组件，从而响应温差调整送风温度。此外，温度控制模块216还用于例如根据用户自定义输入值、程序设计、数据中心100内环境条件的各种变化等，调整温度设定值。
控制器204进一步包括相对湿度控制模块218，其配置成控制空调设备114内影响空调设备114送风相对湿度的各种组件，这将在下文更详细地描述。再有，尽管相对湿度控制模块218描述为包括在控制器204内，但它也可以包括存储在存储器214内且控制器204可以访问和执行的算法。通常，相对湿度模块218用于确定测得相对湿度和相对湿度设定值之间的湿度差，以及控制空调设备114的一个或多个组件，以响应相对湿度差调整送风的增湿和减湿。此外，相对湿度控制模块218还用于例如根据用户自定义输入值、程序设计、数据中心100内环境条件的各种变化等，调整相对湿度设定值。在这点上，相对湿度控制模块218可以采用如下文描述的方式，根据温度设定值的变化调整相对湿度设定值。
空调设备114送风的速度和/或体积流量由控制器204的体积控制模块220控制。体积控制模块220也可以包括存储在存储器214内且控制器204可以访问和执行的算法。体积控制模块220控制一变频机，以调整鼓风机222的运行，鼓风机222配置成产生从空调设备114到空间112内的空气流。
控制器204通过操纵水冷式空调设备内的双通或三通阀来控制空调设备114的送风温度。此外，控制器204通过改变蒸发压缩式空调设备内压缩机的运行来控制该温度。为了简明起见，双通阀、三通阀和压缩机在图2A中统一标记为阀/压缩机224。双通阀、三通阀和压缩机224用于以本领域普通技术人员公知的方式改变空气流温度。
控制器204也可以通过控制增湿器/减湿器226来控制空调设备114送风的含水量。通常，控制器204配置成根据空气线图控制送风的湿度和温度。尤其，因为相对湿度是温度的函数，所以空调设备114送风温度的变化会改变相对湿度的测量值，同时不会增加或减少送风中的湿气。在绝对湿度没有实际变化的情况下，相对湿度的这种变化会使控制器204运行增湿器/减湿器，这可能导致废能的利用。在这点上，控制器204可以控制空调设备114，将空调设备114从送风中抽出或向其中加入水分使用的能量基本上降至最低。控制器204根据空气线图控制空调设备114所采用的不同方式将结合图4A-4C作较详细的描述。
不过首先参见图2B，其中示出了根据本发明另一实例的空调设备控制系统252的框图250。应当了解的是，框图250的以下说明只是操作这种控制系统252的各种不同方式中的一种。此外，应了解的是，控制系统252可以包括附加组件，并且可以在不超出控制系统252范围的基础上删去和/或改动一些描述的组件。
空调设备控制系统252包括图2A中描述的大部分组件。因此，已详细描述的相同组件将不再结合图2B作详细描述。作为替代，上面结合图2A进行的描述用于提供相同组件的充分说明。此外，不同之处的描述将在下文结合图2B作出。
首先，从图2B中可以看出，控制器204包括上面结合图2A公开的控制器204包含的所有模块。在这点上，控制器204及其内的模块通常以与结合图2A公开的控制器204相似的方式运行。不过，图2B所示控制器204与多个空调设备114a和114b分开设置，并配置成对它们进行控制，因此包括图1所示的计算装置128。在这点上，控制器204作为空调设备114a和114b的控制器进行操作，并因此传送或换句话说发送指令给空调设备114a和114b。控制器204发出的指令通过配置成能够使控制器204与空调设备114a和114b之间进行通信的接口254发送。接口254包括能够引导数据从传感器206a、206b、208a、208b流至控制器204的任何适合的装置和/或软件。因此接口210可以包括，例如，有线连接或无线连接，例如IEEE801.11b、801.11g、无线串联、蓝牙等，或它们的组合。
因此，控制系统252配置成控制多个空调设备114a和114b的运行。在一个实例中，控制器204控制空调设备114a和114b，以控制增湿器/减湿器226的运行，从而充分降低空调设备114a和114b内的总能耗，并因此减少空调设备114a和114b的运行成本。
图3说明了基于空气线图控制空调设备114的操作模式300的流程图。应了解的是，操作模式300的以下说明只是实现本发明实施例的各种不同方式中的一种。对于本领域普通技术人员来说同样显而易见的是，操作模式300是概括性说明，可以在不脱离操作模式300范围的基础上增加其他步骤，或者删除、修改或调整现有步骤。
对操作模式300的描述是参考图2A和2B中分别示出的框图200和250作出的，并因此参考了其中引用的元件。不过，应当了解的是，操作模式300不限于框图200和250中涉及的元件。作为替代，应了解的是，操作模式300可以由空调设备控制系统实施，该控制系统的配置与框图200和250中涉及的不同。此外，尽管特别引用了单空调设备114，但是操作模式300也可以在例如多空调设备数据中心100内的多个空调设备114上执行。
在步骤302，操作模式300响应多种刺激源而被启动。例如，操作模式400响应预定时滞，响应接收到的发送信号，手动启动等，而启动。在步骤304，访问空气湿度图数据。空气湿度图数据与空气湿度图，例如图5A所示空气湿度图表500中的信息对应。
在步骤306，根据空气湿度图数据的信息对空调设备114送风温度和送风相对湿度之间的关系设定约束。此外，在步骤308，根据约束操作空调设备114。约束的各种实例和基于这些约束的空调设备114操作将在下面结合图4A-4C作详细阐述。
在步骤310，例如如果空调设备114断电，在预定时段后、在预定次数的反复操作后、根据间断的操作流程等，中止操作模式300。作为选择，操作模式300继续运行相对不确定的一段时间或者直到操作模式300被手动中止。
图4A根据第一个实例，说明了基于空气线图控制空调设备114的操作模式400的流程图。应当了解的是，操作模式400的以下说明只是实现本发明实施例的各种不同方式中的一种。对于本领域普通技术人员来说同样显而易见的是，操作模式400是概括性说明，可以在不脱离操作模式400范围的基础上增加其他步骤，或者删除、修改或调整现有步骤。
对操作模式400的描述是参考图2A和2B中分别示出的框图200和250作出的，并因此参考了其中引用的元件。不过，应当了解的是，操作模式400不限于框图200和250中涉及的元件。作为替代，应了解的是，操作模式400可以由空调设备控制系统实施，该控制系统的配置与框图200和250中涉及的不同。此外，尽管特别引用了单空调设备114，但是操作模式400也可以在例如多空调设备数据中心100内的多个空调设备114上执行。
通常，操作模式400应用于降低由于空调设备114改变其运行增湿器/减湿器226的相对湿度(RH)设定值而消耗的能量。此外，操作模式400通常用于通过改变相对湿度设定值来维持比湿度(specific humidity)等级的恒定。相对湿度设定值定义为增湿器/减湿器226启动时的阈值。例如，如果相对湿度超过最大相对湿度设定值，则启动增湿器/减湿器226，除去空气中的部分水分。作为选择，如果相对湿度低于最小相对湿度设定值，则启动增湿器/减湿器226，向空气中补充水分。在操作模式400中，可以改变相对湿度设定值，以基本上维持空气的比湿度(或湿度比)，比湿度定义为一定体积的湿空气中水与干空气的质量比。
在步骤402，操作模式400响应多种刺激源而启动。例如，操作模式400响应预定时滞，响应接收到的发送信号，手动启动等，而启动。在步骤304，定义理想比湿度等级。理想比湿度等级根据各种因素进行定义。例如，根据数据中心100内组件116的安全运行条件定义理想比湿度等级。作为另一个实例，定义理想比湿度等级，以在数据中心100为用者提供舒适的环境。在任何方面，将理想比湿度等级编入相对湿度控制模块218。
此外，在步骤406，定义运行的预定相对湿度范围。预定相对湿度范围定义为根据各种因素预定的相对湿度等级范围。例如，预定范围这样设定，以致相对湿度等级维持在数据中心100内组件116的安全运行值内。因此预定范围包括作为上限的最大相对湿度设定值(RHSET，MAX)和作为下限的最小相对湿度设定值(RHSET，NIN)。举例来说，最大相对湿度设定值设定为80％，最小相对湿度设定值设定为40％，以减小空气中水分过多或不足引起的负面影响。在任何方面，将预定相对湿度范围编入相对湿度控制模块218。
在步骤408用温度传感器206b检测空调设备114的送风温度(TSA)，在步骤410用相对湿度传感器208a检测空调设备114进风的相对湿度。此外，测得的温度和相对湿度数据被传送至控制器204，尤其是传送至数据模块212。在步骤412，相对湿度控制模块218根据测得的温度确定相对湿度设定值(RHSET)。尤其，在步骤412，相对湿度控制模块218访问存储在例如存储器214中的空气湿度图。空气湿度图包括与图5A中空气湿度图表500所示相似的数据点。空气湿度图表500包括干球温度轴502、湿度比轴504和湿球温度线506。空气湿度图表500表示干球温度、湿度和湿球温度之间的关系。因此，例如，如果干球温度和湿度比已知，就可以根据空气湿度图表500确定湿球温度。
控制器204可以根据测得的空调设备114送风温度确定相对湿度设定值。例如，在图5A所示的实例中，在步骤408检测到空调设备114的送风温度接近78。这样，在步骤412，控制器204就可以确定相对湿度设定值为40％，如字母“A”所示。在步骤414，控制器204确定相对湿度设定值是否在步骤406定义的预定相对湿度范围之外。
如果控制器204确定相对湿度设定值在预定范围内，控制器204就将相对湿度设定值设定为在步骤412确定的值，如步骤416所示。作为选择，控制器204可以制定逻辑规则，该逻辑规则设计成控制空调设备114不会改变其送风中的水分。此外，重复步骤408-416，从而通过改变送风温度来改变相对湿度设定值，并基本上避免不必要地运行增湿器/减湿器226。因此，例如，再次参见图5A，如果送风温度降至64，控制器204将确定相对湿度设定值应当设定为60％，如字母“B”所示，只要相对湿度设定值在预定范围内。
如果在步骤414，控制器204确定相对湿度设定值在预定范围之外，控制器204则在步骤418确定相对湿度设定值是否超出最大相对湿度设定值。如果控制器204在步骤418确定相对湿度设定值超出最大相对湿度设定值，控制器204则在步骤420启动减湿器226，从而减少空调设备114送风中的含水量。另一方面，如果控制器204确定相对湿度设定值低于最小相对湿度设定值，控制器则在步骤422启动增湿器226，从而增加空调设备114送风中的含水量。
步骤420或422之后，重复步骤408-422，从而减少空调设备114的运行能耗，同时维持数据中心100内的相对湿度在预定极限值内。此外，例如，如果空调设备114断电，在预定时段后、在预定次数的反复操作后、根据间断的操作流程等，操作模式400可能无限地继续工作，或者可能被中止。
图4B根据第二个实例，说明了基于空气线图控制空调设备114的操作模式430的流程图。应当了解的是，操作模式430的以下说明只是实现本发明实施例的各种不同方式中的一种。对于本领域普通技术人员来说同样显而易见的是，操作模式430是概括性说明，它可以在不脱离操作模式430范围的基础上增加其他步骤，或者删除、修改或调整现有步骤。
对操作模式430的描述是参考图2A和2B分别示出的框图200和250作出的，并因此参考了其中引用的元件。不过，应当了解的是，操作模式430不限于框图200和250中涉及的元件。作为替代，应了解的是，操作模式430可以由空调设备控制系统实施，并且该控制系统的配置与框图200和250中涉及的不同。此外，尽管特别引用了单空调设备114，但是操作模式430也可以在例如多空调设备数据中心100内的多个空调设备114上执行。
操作模式430通常应用于在不同温度提供稳定的舒适度和运行条件。操作模式430为所有空调设备114的送风温度规定最小和最大允许相对湿度值。这相对湿度值带基于舒适的且能够提供适宜运行条件的已知相对湿度值。举例来说，对于给定的空调设备114送风温度，增湿器/减湿器226在测得的相对湿度超出该相对湿度值带时启动。通过执行操作模式430，可以创造舒适的环境，同时还能够使组件116以相对安全的方式运行。
在步骤432，操作模式430响应多种刺激源而启动。例如，操作模式430响应预定时滞，响应接收到的发送信号，手动启动等，而启动。在步骤434，为不同的空调设备114送风温度定义由最小和最大允许相对湿度值形成的相对湿度值带。在一个实例中，为空调设备114送风的所有可能温度定义相对湿度值带。例如，通过测试确定在每个不同送风温度下获得理想舒适度时的相对湿度等级，来确定相对湿度值带。在任何方面，将定义的相对湿度值带编入相对湿度控制模块218，并存储在存储器214中。
在步骤434，控制器204访问储存在例如存储器214中的空气湿度图，以定义相对湿度值带。空气湿度图含有与图5B所示空气湿度图表530中相似的数据点。空气湿度图表530包括干球温度轴502、湿度比轴504和湿球温度线506。因此，参见空气湿度图表530所示的实例，控制器204可以定义78的送风温度对应的相对湿度值带，为图中显示的标记为“舒适区”的阴影区域。
在步骤436，由温度传感器206b检测空调设备114的送风温度(TSA)。此外，测得的温度数据被传送至控制器204，尤其是传送至数据模块212。在步骤438，控制器204选择与在步骤436测得的送风温度对应的在步骤434定义的特定相对湿度值带。
在步骤440，由相对湿度传感器208b检测空调设备114的送风相对湿度。此外，测得的相对湿度数据被传送至控制器204，尤其是传送至数据模块212。在步骤442，控制器204确定测得的相对湿度是否在步骤438选择的相对湿度值带内。因此，参见图5B中所示的实例，如果测得的温度是78并且相对湿度值带定义为阴影区域，控制器204就可以在步骤442确定测得的相对湿度是否在阴影区域内。
如果控制器204确定相对湿度在所选的相对湿度值带内，重复步骤436-442，以使相对湿度基本上能够维持在，例如，送风温度对应的舒适度内。但是，如果控制器204确定相对湿度在所选的相对湿度值带之外，则在步骤444，控制器204确定相对湿度是否超出定义相对湿度值带上限的最大允许相对湿度值(RHMAX)。
如果在步骤444，控制器204确定测得的相对湿度超出最大允许相对湿度值，则在步骤446控制器204启动减湿器226，从而降低空调设备114送风中的含水量。另一方面，如果控制器204确定测得的相对湿度低于最小允许相对湿度值，则在步骤448控制器204启动增湿器226，从而增加空调设备114送风中的含水量。
步骤446或448之后，重复步骤436-448，从而在降低空调设备114运行能耗的同时，维持数据中心100内的相对湿度等级在舒适极限内。此外，例如，如果空调设备114断电，在预定时段后、在预定次数的反复操作后、根据间断的操作流程等，操作模式400可能无限地继续工作，或者可能被中止。
图4C根据第三个实例，说明了基于空气线图控制空调设备114的操作模式460的流程图。应当了解的是，操作模式460的以下说明只是实现本发明实施例的各种不同方式中的一种。对于本领域普通技术人员来说同样显而易见的是，操作模式460是概括性说明，它可以在不脱离操作模式460范围的基础上增加其他步骤，或者删除、修改或调整现有步骤。
对操作模式460的描述是参考图2A和2B分别示出的框图200和250作出的，并因此参考了其中引用的元件。不过，应当了解的是，操作模式460不限于框图200和250中涉及的元件。作为替代，应了解的是，操作模式460可以由空调设备控制系统实施，并且该控制系统的配置与框图200和250中涉及的不同。此外，尽管特别引用了单空调设备114，但是操作模式460也可以在例如多空调设备数据中心100内的多个空调设备114上执行。
操作模式460通常应用于操作空调设备114，确保空调设备114基本上在低于预定阈值的冷却负荷下运行。在操作模式460中，当进风温度随着热负荷的变动而发生变化时，控制器204将计算达到理想的送风温度设定值和相对湿度设定值所需的能耗。此外，控制器204将重新计算相对湿度设定值，以将所需能耗值降至低于能耗阈值。在这点上，操作模式460应用于充分降低空调设备114的能耗。
在步骤462，操作模式460响应多种刺激源而启动。例如，操作模式460响应预定时滞，响应接收到的发送信号，手动启动等，而启动。在步骤464，控制器204确定和设定预定送风温度设定值(TSA，SET)。送风温度设定值根据数据中心100内所需冷却程度来确定。此外，在步骤466，控制器204确定和设定预定相对湿度设定值(RHSET)。相对湿度设定值通过送风温度设定值和理想比湿度等级之间的相关性进行确定。例如，初始相对湿度设定值是根据数据中心内的已知要遵从的标准运行条件确定的。举例来说，设定初始相对湿度设定值在72时为约50％相对湿度，该值与每千克干空气8克水分的比湿度对应。
在步骤468，例如用温度传感器206a检测空调设备114的进风温度。测得的进风温度也传送给控制器204。在步骤470，控制器204根据测得的进风温度确定空调设备114达到送风温度设定值和相对湿度设定值所需的能耗(EC)量。在步骤472，控制器204初始或设定计时器或计数器为i＝1。在步骤474，控制器204确定所需能耗是否超出预定阈值。例如，阈值可以设定成使数据中心100能够充分降温的同时确保运行空调设备114使用的功率降至最低。因此预定阈值可以根据例如负荷、送风温度、相对湿度等因素进行确定。在一个实例中，预定阈值被认为是不导致增湿或减湿操作的情况下改变送风温度所需的最低能量值。
如果在步骤474确定所需能耗等于或低于预定阈值，则再次在步骤468测定进风温度。此外，重复步骤470-474任何合理适当的次数或一段时间。例如，只要空调设备114在工作，就重复步骤468-474预定的一段时间或预定的反复次数，或直到被手动中止等。
另一方面，如果在步骤474所需能耗超出预定阈值，则在步骤476控制器204设定计时器或计数器为i＝i+1。此外，在步骤478，控制器204确定用“i”表示的反复次数或时间是否超出预定最大反复次数或时间(iMAX)。预定最大反复次数或时间根据多个因素进行确定。例如，预定最大值是用户自定义的。作为选择，预定最大值根据标准，例如与送风温度设定值相关的舒适区域内的相对湿度等级进行确定。
如果“i”低于或等于预定最大值，就可以确定出相对湿度设定值附近的舒适区域，如步骤480所示。在一个实例中，通过测试确定不同送风温度下达到理想舒适度时的相对湿度等级，来确定舒适区域。可以为空调设备114的所有可能送风温度定义舒适区域。被定义的舒适区域被编入相对湿度控制模块218，也可以存储在存储器214中。在另一个实例中，舒适区域定义为包含相对湿度设定值附近的预定区域。此外，为多个相对湿度等级定义舒适区域，以致只要给出相对湿度设定值就可以相对容易地确定出相关的舒适区域。
在任何方面，在步骤482，控制器204重新计算相对湿度设定值，以致新相对湿度设定值在预定舒适区域内。控制器204访问存储在例如存储器214内的空气湿度图，以定义舒适区域和设定新的相对湿度设定值。空气湿度图包括与图5C所示空气湿度图表560中相似的数据点。空气湿度图表560包括干球温度轴502、湿度比轴504和湿球温度线506。参见空气湿度图表560中示出的实例，相对湿度设定值被认为是60％相对湿度线附近的点。此外，可以看出图表560中的阴影部分表示与该相对湿度设定值相关的舒适区域。如此，在步骤482，控制器204顺着等温线(在该情况下为64)计算舒适区域内的新相对湿度设定值。如图所示，“B”中的最低点在舒适区域内；而“B”中的最高点则在舒适区域外。因此，控制器204在步骤482改变相对湿度设定值为“B”中的最低点，大约为40％。
在步骤484，控制器204计算达到送风温度设定值和新计算出的相对湿度设定值所需的能耗(EC)。所需能耗以上面步骤470采用的方式进行计算。此外，在步骤474确定步骤484算得的所需能耗是否超出预定阈值。如果在步骤474所需能耗低于或等于预定阈值，则返回步骤468测定进风温度，并重复步骤470-484。如果所需能耗仍然超出预定阈值，重复步骤476-484，直到所需能耗低于或等于预定阈值，或者在步骤478“i”超出“i”的预定最大值。
在步骤478如果“i”值超出预定最大值，则在步骤486将计时器或计数器“j”设定为j+1。此外，在步骤488，控制器204确定用“j”表示的反复次数或时间是否超出预定最大反复次数或时间(jMAX)。预定最大反复次数或时间根据多个因素进行确定。例如，该预定最大值是用户自定义的。作为选择，预定最大值根据标准，例如与送风温度设定值相关的舒适区域内的相对湿度等级进行确定。
如果“j”低于或等于预定最大值，在步骤490启动显示所需能耗超出预定阈值的报警器。此外，在步骤492，以不同方式重新计算送风温度设定值，以努力降低所需能耗值。在一个实例中，送风温度设定为等于一值，该值通过选择一个使空调设备114能够低于能耗预定阈值运行的温度值来确定。
在步骤493，控制器204如上面步骤482所述的，重新计算相对湿度设定值，以致新相对湿度设定值在预定舒适区域内。此外，在步骤494，计算达到在步骤492算得的送风温度设定值和在步骤493算得的相对湿度设定值所需的能耗(EC)。所需能耗可以用上面步骤470中采用的方式进行计算。此外，在步骤496确定在步骤494算得的所需能耗是否超出预定阈值。如果在步骤496所需能耗低于或等于预定阈值，则返回步骤468检测进风温度，并重复步骤470-496。如果所需能耗仍然超出预定阈值，重复步骤486-496，直到所需能耗低于或等于预定阈值，或者在步骤488“j”超出“j”的预定最大值。
如果在步骤488“j”值超出预定最大值，在步骤498增大阈值冷却负荷。作为实例，增大阈值冷却负荷以达到在步骤492算得的温度设定点。此外，在步骤468检测进风温度，并重复操作模式400。例如如果空调设备114断电，则在预定时段之后、在预定次数的反复操作之后，根据间断的操作流程等，无限地继续运行操作模式300，或者将它中止。
操作模式300、400、430和460中涉及的操作可以作为应用、程序或子程序存放在任何理想的计算机可访问介质中。此外，操作模式300、400、430和460可以包含在计算机程序中，该计算机程序可以以现用(active)或待用(inactive)的各种形式存在。例如，计算机程序以软件程序的形态存在，软件程序由源代码、目标代码、可执行代码或其他格式的程序指令组成。上述程序都可以在包括存储装置和信号的压缩或非压缩形式的计算机可读介质中具体化。
典型的计算机可读存储装置包括传统的计算机系统随机存取存储器、只读存储器、可擦可编程只读存储器、电可擦除只读存储器，和磁或光盘或带。典型的计算机可读信号不论是否被使用载波调制，都是指驻留(host)或运行计算机程序的计算机系统可以访问的信号，其包括通过因特网或其他网络下载的信号。上述的具体实例包括在只读光盘上的或通过因特网下载的程序发布(distribution)。在某种意义上，因特网作为一个抽象的实体本身就是计算机可读介质。通常计算机网络也是这样。因此应当了解的是，任何能够执行上述功能的电子装置都可以实现上面列举的功能。
图6举例说明了一个典型的计算机系统600，它可以用于实现文中描述的不同实例。计算机系统600例如包括计算装置128和/或控制器204。在这个方面，计算机系统600作为一个平台，执行上文所述的与空调设备114控制系统202、252的不同组件相关的一个或多个功能。
计算机系统600包括一个或多个控制器，例如处理器602。处理器602用于执行操作模式300、400、430和460中的部分或全部步骤。来自处理器602的指令和数据在通信总线604上传输。计算机系统600还包括主存储器606，例如随机存取存储器(RAM)，和辅助存储器608，在运行期间例如计算装置128和/或控制器204的程序代码可以在主存储器上执行。辅助存储器608包括，例如，一个或多个硬盘驱动器610和/或移动式存储驱动器612，例如软磁盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等，其内存储有供应系统的程序代码的拷贝。
移动式存储驱动器610以公知的方式与移动式存储单元614之间进行读取和/或写入。用户输入和输出装置包括键盘616、鼠标618和显示器620。显示适配器622与通信总线604和显示器620连接，接收来自处理器602的显示数据并将显示数据转换为显示器620上的显示指令。此外，处理器602可以通过网络适配器624连在网络，例如因特网、局域网等上。
对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在计算机系统600内增加或替换其他已知电子元件。此外，计算机系统600可以包括数据中心的机柜中使用的系统插板或刀片(blade)、传统“白盒”服务器或计算装置等。同样，图6中的一个或多个组件也是可选的(例如，用户输入装置、辅助存储器等)。
文中已经描述和说明的是本发明的优选实施例以及它的一些变化形式。文中使用的术语、描述和图只是以说明的方式提出，并不意在作为一种限制。本领域的技术人员将认识到可以在不超出本发明范围的基础上对其作出很多改动，本发明欲通过所附的权利要求-和它们的等同物-进行限定，其中所有的术语如果不另外指出则表示它们最宽的合理含义。

Claims (10)

1、一种运行空调设备以减少水分改变操作的方法(300)，所述方法包括：
访问(304)空气湿度图数据；
根据空气湿度图数据中的信息，为空调设备送风温度和送风相对湿度之间的关系设定(306)约束；以及
根据该约束运行(308)空调设备，从而减少空调设备的水分改变操作。
2、根据权利要求1所述的方法(300、400)，其中设定约束的步骤包括设定(404)比湿度等级，并且其中该方法进一步包括：
检测(408)空调设备的送风温度；
根据来自空气湿度图数据中包含的信息的送风温度和比湿度等级之间的关系，确定(412)相对湿度设定值；以及
其中运行(308)空调设备的步骤包括基本上在比湿度等级内运行空调设备，从而减少空调设备的水分改变操作。
3、根据权利要求1所述的方法(300、430)，其中设定(404)约束的步骤包括为多个送风温度定义(434)相对湿度值带，所述方法进一步包括：
检测(436)空调设备的送风温度；
选择(438)与送风温度相关的相对湿度带；
检测(440)送风相对湿度；
确定(442)测得的相对湿度是否在选择的相对湿度带内；
响应测得的相对湿度在所选相对湿度带外，确定(444)测得的相对湿度是否超出预定最大允许相对湿度；
响应测得的相对湿度超出预定最大允许相对湿度，降低(446)送风中的含水量；以及
响应测得的相对湿度低于预定的最小允许相对湿度，增加(448)送风中的含水量，其中预定的最小允许相对湿度包括相对湿度带的下限。
4、根据权利要求1所述的方法(300、460)，进一步包括：
确定(464)送风温度设定值；
确定(466)相对湿度设定值；
检测(468)空调设备的进风温度；
根据测得的进风温度计算(470)达到送风温度设定值和相对湿度设定值所需的能耗；
确定(474)所需能耗是否超出预定阈值；
响应超出预定阈值的所需能耗，确定(478)第一反复数是否超出第一预定最大反复数；
响应第一反复数低于第一预定最大反复数，从空气湿度图数据中确定(480)相对湿度设定值附近的舒适区域；
重新计算(482)相对湿度设定值，以致重新算得的相对湿度设定值在舒适区域内；
重新计算(484)达到重新算得的相对湿度设定值所需的能耗；以及
确定(474)重新算得的所需能耗是否超出预定阈值。
5、根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
响应第一反复数超出第一预定最大反复数，确定(488)第二反复数是否超出第二预定最大反复数；
响应第二反复数低于第二预定最大反复数，启动(490)报警器；
重新计算(492)送风温度设定值；
重新计算(494)达到重新算得的送风温度设定值所需的能耗；
确定(496)重新算得的所需能耗是否超出预定阈值；以及
响应第二反复数超出第二预定反复数，提高(498)空调设备的阈值冷却负荷。
6、一种用于运行空调设备(114)的系统(202、252)，所述系统包括：
配置成检测空调设备(114)周围温度的温度传感器(206a、206b)；
控制器(204)，其配置成控制用于改变空调设备(114)送风含水量的装置(226)；
控制器(204)可以访问的存储器(214)，所述存储器(214)存储空气湿度图数据；
其中控制器(204)根据空气湿度图数据中包含的信息，为空调设备(114)的送风温度和送风相对湿度之间的关系设定约束；以及
其中控制器(204)根据约束运行水分改变装置(226)，以充分减少水分改变装置(226)的运行。
7、根据权利要求6所述的系统(202、252)，其中控制器(204)包括送风温度控制模块(216)和相对湿度控制模块(218)，其中相对湿度控制模块(218)配置成控制水分改变装置(226)。
8、根据权利要求6和7中任一项所述的系统(202、252)，其中温度传感器(206a、206b)设置成检测空调设备(114)的送风温度，并且其中控制器(204)配置成根据来自空气湿度图数据中包含的信息的送风温度和预定比湿度等级之间的关系，定义比湿度等级以及确定相对湿度设定值。
9、一种配置成送风的空调设备(114)，所述空调设备包括；
用于改变送风含水量的装置(226)；
存储空气湿度图数据的存储器(214)；
控制器(204)，其配置成根据空气湿度图数据中包含的信息为送风温度和送风相对湿度之间的关系设定约束；并且
其中控制器(204)根据约束运行水分改变装置(226)，以充分降低运行用于改变含水量的装置(226)中空调设备(114)的能耗。
10、根据权利要求9所述的空调设备(114)，其中控制器(204)配置成改变相对湿度设定值，以基本上避免在相对湿度设定值在由最小相对湿度设定值和最大相对湿度设定值组成的预定范围内时，运行水分改变装置(226)。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080102