CN102306044A - 高密度计算机房室自动控制制冷系统及其方法 - Google Patents

高密度计算机房室自动控制制冷系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高密度计算机房室自动控制制冷系统及其方法，通过在机房内设置夹层隔板和热腔隔离板，机房内形成热腔、新风与回风通道、冷却气流通道，热腔通过排风机与外界相通，新风与回风通道通过含过滤器电动风阀与外界相通；热腔、冷却气流通道和外界分别设有热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器；热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器分别与主控制器的I/O口连接；空调、排风机、含过滤器电动风阀、新风口电动风阀、内外循环隔离电动风阀和抗过冷风机均分别由主控制器控制。根据检测室外温度和机房内温度的数值，自动控制空调、排风机、各风阀等执行机构动作，以保持机房内温度达到规定的范围。

Description

高密度计算机房室自动控制制冷系统及其方法
技术领域
本发明属于空调制冷领域，尤其涉及一种利用室外冷源和空调制冷的设计方案和方法、相应的气流通道及全系统的自动控制系统。
背景技术
在不间断运行的高密度计算机或通信机房中，设备功耗大，一般在几十至几百千瓦甚至上千千瓦，而且热源集中，热密度很高。目前设备冷却方式均为空调装置室内风循环。此方式空调设备所耗功率接近甚至有的超过设备功耗的50％，其耗能相当可观。同时，由于机房内高密度机柜内安装的设备节点数不同，容易产生机房内局部区域温差过大的现象。另外，当空调系统出现故障停止制冷时，来自设备的热源没有排出通道，导致机房温度急剧上升，对机房设备产生致命损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高密度计算机房室自动控制制冷系统及其方法，能够节约大量电能。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：高密度服务器机柜房室自动控制制冷系统，包括机房，机房由地板、墙体和天花板构成，其特征在于：机房内设有夹层隔板和热腔隔离板，热腔隔离板连接天花板和服务器机柜顶端使得服务器机柜后的空间形成热腔，夹层隔板与天花板之间形成新风与回风通道，热腔通过排风机与外界相通，新风与回风通道通过含过滤器电动风阀与外界相通；热腔和新风与回风通道之间设有内外循环隔离电动风阀和抗过冷风机；服务器机柜与空调之间形成冷却气流通道，空调顶端前部与夹层隔板之间设有新风口电动风阀，空调顶端后部与夹层隔板之间设有过滤网；
所述的热腔、冷却气流通道和外界分别设有热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器；热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器分别与主控制器的I/O口连接；所述的空调、排风机、含过滤器电动风阀、新风口电动风阀、内外循环隔离电动风阀和抗过冷风机均分别由主控制器控制。
按上述方案，所述的主控制器通过网络与远程控制器连接。
按上述方案，所述的主控制器还与消防报警装置连接。
按上述方案，所述的主控制器为PLC控制器或DDC控制器或单片机。
按上述方案，所述的排风机与其他房间相通，并在相通的房间内设有与主控制器连接的供暖温度传感器。
高密度服务器机柜房室自动控制制冷方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1)主控制器设定空调输出风温度值T冷、外界内循环温度T外内循＝T冷+(1～2)℃、外界外循环温度T外外循＝T冷-(1～2)℃；
2)通过热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器实时监测热腔、冷却气流通道和外界的温度；若外界温度值≥T外内循，则启动内循环通路；若外界温度值＜T外内循，则启动外循环通路；T外外循≤若外界温度值＜T外内循，则启动过渡循环通路；
所述的内循环通路包括：关闭排风机、新风口电动风阀和含过滤器电动风阀，打开内外循环隔离电动风阀、抗过冷风机，空调工作；服务器机柜产生的热量从热腔-新风与回风通道-空调，再由空调制冷经过冷却气流通道送给服务器机柜；
所述的外循环通路包括：关闭内外循环隔离电动风阀，打开排风机、抗过冷风机、新风口电动风阀和含过滤器电动风阀，空调停止工作；服务器机柜产生的热量从热腔到外界，外界新风从含过滤器电动风阀-新风与回风通道-新风口电动风阀-冷却气流通道直接送给服务器机柜；
所述的过渡循环通路包括：关闭内外循环隔离电动风阀和新风口电动风阀，打开排风机、抗过冷风机和含过滤器电动风阀，空调工作；热腔中的热气流经抗过冷风机到新风与回风通道与从含过滤器电动风阀进入的外界新风混合后给空调的压缩机以保证压缩机温度正常，空调输出冷风给服务器机柜。
按上述方案，所述的外循环通路还包括：若外界温度＜T冷-(7～8)℃，则通过调节抗过冷风机与排风机的配合流量，使得过热腔中的热气流通过抗过冷风机进入新风与回风通道与低温度的新风混合达到合适的冷却气流，通过新风口电动风阀进入冷却气流通道。
按上述方案，增加30％≤室外相对湿度值≤80％作为所述的过渡循环通路和外循环通路开启条件。
按上述方案，还包括步骤3)排风机与其他房间相通，预设其他房间的室温阈值T暖，当其他房间的室温＞T暖，则断开排风机与其他房间的连接。
按上述方案，所述的T冷＝22℃，T外内循＝23℃，T外外循＝21℃。
本发明的有益效果为：
1、根据检测室外温度和机房内温度的数值，自动控制空调、排风机、各风阀等执行机构动作，以保持机房内温度达到规定的范围，同时达到节约电能的目的。
2、系统适用于全年工作，气象季节的转换无需人工干预，尤其是冬天使用外循环通路，空调完全关闭，大大的节约了电能。
3、将排风机与其他房间连通进行供暖，使得产生的热气流能够再次利用。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构框图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为内循环通路示意图。
图4为外循环通路示意图。
图5为过渡循环通路示意图。
图6为制冷系统硬件框图。
图7为制冷方法流程图。
图8为内循环通路流程图。
图9为过渡循环通路流程图。
图10为外循环通路流程图。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的结构框图，图2为图1的A-A剖视图，包括机房，机房由地板K、墙体L和天花板构成；机房内设有夹层隔板M和热腔隔离板N，热腔隔离板N连接天花板和服务器机柜010顶端使得服务器机柜010后的空间形成热腔001，夹层隔板M与天花板之间形成新风与回风通道003，热腔001通过排风机002与外界相通，新风与回风通道003通过含过滤器电动风阀006与外界相通；热腔001和新风与回风通道003之间设有内外循环隔离电动风阀004和抗过冷风机005；服务器机柜010与空调009之间形成冷却气流通道008，空调009顶端前部与夹层隔板M之间设有新风口电动风阀007，空调009顶端后部与夹层隔板M之间设有过滤网。
热腔001、冷却气流通道008和外界分别设有热腔温度传感器012、机房温湿度传感器011和室外温湿度传感器013。为了更好的利用排出的热气流，可以选择性的将排风机002与其他房间相通，在冬天的时候进行供暖。在相通的房间内还可以选择性的设有与主控制器连接的供暖温度传感器014，可监控房间温度以控制排风机002对房间的供暖。
排风机002、含过滤器电动风阀006、热腔温度传感器012、机房温湿度传感器011和室外温湿度传感器013的数量可根据机房大小而设定，本实施例中排风机002和含过滤器电动风阀006各设置3个。
图6为制冷系统硬件框图，热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器分别与主控制器的I/O口连接，主控制器时刻监控热腔、机房以及外界温度；所述的空调、排风机、含过滤器电动风阀、新风口电动风阀、内外循环隔离电动风阀和抗过冷风机均分别由主控制器控制。自动控制系统之人机接口实时输出机房环境参数和日志，作为可选的，主控制器通过网络与远程控制器连接以实现远程控制；主控制器还可与消防报警装置连接，接受消防报警信号后关闭空调和所有风机与风阀。本实施例选用PLC作为主控制器，用户可根据自身需要选择合适的主控制器，例如DDC控制器或单片机等。
高密度服务器机柜房室自动控制制冷方法如图7所示，包括以下步骤：
1)主控制器设定空调输出风温度值T冷、外界内循环温度T外内循＝T冷+(1～2)℃、外界外循环温度T外外循＝T冷-(1～2)℃；本实施例中T冷＝22℃，T外内循＝23℃，T外外循＝21℃。用户也可根据实际需要进行设定。
2)通过热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器实时监测热腔、冷却气流通道和外界的温度；若外界温度值≥T外内循，则启动内循环通路；若外界温度值＜T外外循，则启动外循环通路；T外外循≤若外界温度值＜T外内循，则启动过渡循环通路；本实施例中还增加30％≤室外相对湿度值≤80％作为所述的过渡循环通路和外循环通路开启条件。
内循环通路如图3所示，内循环通路流程图如图8所示，包括关闭排风机、新风口电动风阀和含过滤器电动风阀，打开内外循环隔离电动风阀、抗过冷风机，空调工作；服务器机柜产生的热量从热腔-新风与回风通道-空调，再由空调制冷经过冷却气流通道送给服务器机柜。我们可以看到，当外界温度高于空调输出风温度值T冷时，内外循环隔离电动风阀004和抗过冷风机005打开，排风机002、含过滤器电动风阀006和新风口电动风阀007关闭，空调009开启工作，热风流直接回到空调末端机回风口，构成常规的室内循环。此时，设备热量的冷却运移全部由空调设备完成。内循环为传统的循环方式，耗电量与传统相当。图中JFWD为冷却气流通道008的温度，RQWD为热腔温度，SWWD为外界温度。
外循环通路如图4所示，包括关闭内外循环隔离电动风阀，打开排风机、抗过冷风机、新风口电动风阀和含过滤器电动风阀，空调停止工作；服务器机柜产生的热量从热腔到外界，外界新风从含过滤器电动风阀-新风与回风通道-新风口电动风阀-冷却气流通道直接送给服务器机柜。我们看到，当外界温度值＜T外外循，内外循环隔离风阀004和空调009关闭，排风机002、抗过冷风机005、含过滤器电动风阀006和新风口电动风阀007均开启，部分或全部新风和部分热腔回风混合，经过新风口电动风阀007，通过冷却气流通道008构成外循环。自控系统通过分析室内外温湿度，通过调节排风机002、抗过冷风机005的风量来调节机房温度。此时，空调009停止工作，空调的压缩机全部停止运行，空调设备系统功耗为零，大大节省能源。
进一步的，若外界温度＜T冷-(7～8)℃，例如15℃，为避免过冷的新风直接送给服务器机柜而影响服务器机柜的正常工作，则通过调节抗过冷风机005与排风机002的配合流量，使得过热腔中的热气流通过抗过冷风机005进入新风与回风通道与低温度的新风混合达到合适的冷却气流，通过新风口电动风阀007进入冷却气流通道008。
过渡循环通路如图5所示，包括关闭内外循环隔离电动风阀和新风口电动风阀，打开排风机、抗过冷风机和含过滤器电动风阀，空调工作；热腔中的热气流经抗过冷风机到新风与回风通道与从含过滤器电动风阀进入的外界新风混合后给空调的压缩机以保证压缩机温度正常，空调输出冷风给服务器机柜。当室外温度低于空调末端机回风口温度值但又高于机房设定温度时，内外循环隔离风阀004、新风口电动风阀007均关闭，排风机002、抗过冷风机005、含过滤器电动风阀006和空调009开启工作，部分新风和部分热腔回风混合进入空调末端机回风口，构成过渡循环。自控系统通过分析室内外温湿度，通过调节排风机002、抗过冷风机005的风量来调节机房湿度。此时，空调末端机的回风温度较内循环方式的回风温度低，使得末端机回-出风温差减小，从而减少空调压缩机启动时间和功耗。

Claims (10)

1.高密度服务器机柜房室自动控制制冷系统，包括机房，机房由地板、墙体和天花板构成，其特征在于：机房内设有夹层隔板和热腔隔离板，热腔隔离板连接天花板和服务器机柜顶端使得服务器机柜后的空间形成热腔，夹层隔板与天花板之间形成新风与回风通道，热腔通过排风机与外界相通，新风与回风通道通过含过滤器电动风阀与外界相通；热腔和新风与回风通道之间设有内外循环隔离电动风阀和抗过冷风机；服务器机柜与空调之间形成冷却气流通道，空调顶端前部与夹层隔板之间设有新风口电动风阀，空调顶端后部与夹层隔板之间设有过滤网；
所述的热腔、冷却气流通道和外界分别设有热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器；热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器分别与主控制器的I/O口连接；所述的空调、排风机、含过滤器电动风阀、新风口电动风阀、内外循环隔离电动风阀和抗过冷风机均分别由主控制器控制。
2.根据权利要求1所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷系统，其特征在于：所述的主控制器通过网络与远程控制器连接。
3.根据权利要求1所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷系统，其特征在于：所述的主控制器还与消防报警装置连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷系统，其特征在于：所述的主控制器为PLC控制器或DDC控制器或单片机。
5.根据权利要求1或2或3所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷系统，其特征在于：所述的排风机与其他房间相通，并在相通的房间内设有与主控制器连接的供暖温度传感器。
6.高密度服务器机柜房室自动控制制冷方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1）主控制器设定空调输出风温度值T冷、外界内循环温度T外内循=T冷+（1~2）℃、外界外循环温度T外外循=T冷-（1~2）℃；
2）通过热腔温度传感器、机房温湿度传感器和室外温湿度传感器实时监测热腔、冷却气流通道和外界的温度；若外界温度值≥T外内循，则启动内循环通路；若外界温度值＜T外外循，则启动外循环通路；T外外循≤若外界温度值＜T外内循，则启动过渡循环通路；
所述的内循环通路包括：关闭排风机、新风口电动风阀和含过滤器电动风阀，打开内外循环隔离电动风阀、抗过冷风机，空调工作；服务器机柜产生的热量从热腔-新风与回风通道-空调，再由空调制冷经过冷却气流通道送给服务器机柜；
所述的外循环通路包括：关闭内外循环隔离电动风阀，打开排风机、抗过冷风机、新风口电动风阀和含过滤器电动风阀，空调停止工作；服务器机柜产生的热量从热腔到外界，外界新风从含过滤器电动风阀-新风与回风通道-新风口电动风阀-冷却气流通道直接送给服务器机柜；
所述的过渡循环通路包括：关闭内外循环隔离电动风阀和新风口电动风阀，打开排风机、抗过冷风机和含过滤器电动风阀，空调工作；热腔中的热气流经抗过冷风机到新风与回风通道与从含过滤器电动风阀进入的外界新风混合后给空调的压缩机以保证压缩机温度正常，空调输出冷风给服务器机柜。
7.根据权利要求6所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷方法，其特征在于：所述的外循环通路还包括：若外界温度＜T冷-（7~8）℃，则通过调节抗过冷风机与排风机的配合流量，使得过热腔中的热气流通过抗过冷风机进入新风与回风通道与低温度的新风混合达到合适的冷却气流，通过新风口电动风阀进入冷却气流通道。
8.根据权利要求6所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷方法，其特征在于：增加30%≤室外相对湿度值≤80%作为所述的过渡循环通路和外循环通路开启条件。
9.根据权利要求6所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷方法，其特征在于：还包括步骤3）排风机与其他房间相通，预设其他房间的室温阈值T暖，当其他房间的室温＞T暖，则断开排风机与其他房间的连接。
10.根据权利要求6所述的高密度服务器机柜房室自动控制制冷方法，其特征在于：所述的T冷=22℃，T外内循=23℃，T外外循=21℃。
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