CN103673200B - 数据中心能耗控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据中心监控技术领域，公开了一种数据中心能耗控制系统及方法。本发明通过部署分布式无线温度传感器，实时监控数据中心温度信息，实现对数据中心能耗的精确控制，并在线计算数据中心热环境评价指标RCI和RTI，通过调整数据中心的气流组织和CRAC的启停，提高数据中心热环境，实现按需供给冷量，提高数据中心综合能效。

Description

数据中心能耗控制系统及方法

技术领域

本发明涉及数据中心监控技术领域，特别是涉及一种数据中心能耗控制系统及方法。

背景技术

数据中心已经占全球电能消耗的1%左右，在中国，数据中心能耗占全国电能消耗的2.4%。中国也已将IT行业定义为第三类节能降耗行业。随着中国互联网行业和IT行业的迅猛发展，中国数据中心的能耗前景不容乐观。数据中心能耗控制系统是数据中心能源管理的重要工具。

公开号为CN102213475A的中国专利申请提出一种数据中心功耗自适应管理方法，其能够按照业务负荷对服务器功耗进行实时调整，在CFD仿真结果辅助下，进行空调调整策略的制定，从而保障散热效果和低能耗。然而，此专利申请没有对数据中心温湿度场进行多点测量，无法进行重要的机房热点辨识，此专利申请也没有对室内气流组织进行精确的控制。

公开号为CN101029762的中国专利申请提出一种程控交换机房专用空调自适应控制恒温节能监控装置，该装置能够与程控机房内所有空调机连接，根据采集到的温湿度和设定的温湿度比较，进行空调机的起停。然而，此专利申请仅进行空调机的起停控制，无法对室内气流组织进行精确控制，同时也没有对室内环境的控制需求进行分布式测量以及基于评估指标的需求分析。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现对数据中心能耗的精确控制，提高数据中心综合能效。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种数据中心能耗控制系统，包括：

无线温度传感器，用于测量数据中心内各机架的各送风口处的进风和排风温度值，以及数据中心内机房空调的供风和回风温度值；

无线数据采集器，用于收集无线温度传感器所测量的温度值，以及无线温度传感器的工作状态信息，并发送给中央控制器；

中央控制器，用于根据无线温度传感器所测量的温度值以及无线温度传感器的工作状态信息实时计算数据中心的热环境评价指标值，并根据所述热环境评价指标值调整电动风阀的阀位，以及机房空调的启停状态、供风温度设定值和供风量；

电动风阀，用于控制数据中心的地板的送风条缝风口通过的风的风量、风速和风向。

优选地，所述系统还包括网关，用于中央控制器与机房空调之间的数据通信，以及实现中央控制器对机房空调的启停状态改变和供风温度设定值和供风量改变。

优选地，所述无线温度传感器为分布式无线温度传感器，位于机架的上端、下端和中间部位以及机房空调上。

优选地，所述无线温度传感器替换为无线温湿度传感器。

本发明还提供了一种利用所述的系统进行能耗控制的方法，包括以下步骤：

S1、所述无线温度传感器测量数据中心内各机架的各送风口处的进风和排风温度值，以及数据中心内机房空调的供风和回风温度值；

S2、所述无线数据采集器收集无线温度传感器所测量的温度值，以及无线温度传感器的工作状态信息，并发送给中央控制器；

S3、所述中央控制器根据所测量的温度值以及无线温度传感器的工作状态信息实时计算数据中心的热环境评价指标值，并根据所述热环境评价指标值调整电动风阀的阀位，以及机房空调的启停状态、供风温度设定值和供风量。

优选地，步骤S3中利用在线遍历优化的方法调整电动风阀的阀位，以及机房空调的启停状态、供风温度设定值和供风量。

优选地，所述环境评价指标值包括所述机架的冷却指数以及机房空调的回风温度指数。

优选地，所述冷却指数包括RCI_HI，RCI_HI用于评价进入机架的风温度是否过热，计算公式如下：

${\mathrm{RCI}}_{\mathrm{HI}}=[1-\frac{\underset{T_x}{\mathrm{\Σ}}(T_x-T_{\max -\mathrm{rec}})}{(T_{\max -\mathrm{all}}-T_{\max -\mathrm{rec}})n}]\×100\%$

其中：T_x表示机架送风口的进风温度；n表示机架送风口数量；T_max-rec表示进入机架的风的建议温度上限；T_max-all为进入机架的风的允许温度上限。

优选地，所述冷却指数还包括RCI_LO，RCI_LO用于评价进入机架的风温度是否过冷，计算公式如下：

${\mathrm{RCI}}_{\mathrm{LO}}=[1-\frac{\underset{T_x}{\mathrm{\Σ}}(T_{\min -\mathrm{rec}}-T_x)}{(T_{\min -\mathrm{rec}}-T_{\min -\mathrm{all}})n}]\×100\%$

其中：T_x表示送风口的进风温度；n表示机架送风口数量；T_min-rec表示进入机架的风的建议温度下限；T_min-all表示进入机架的风的允许温度下限。

优选地，回风温度指数RTI的计算公式为：

$\mathrm{RTI}=\left[\frac{T_R-T_S}{{\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{equtp}}}\right]\×100\%$

其中：T_R表示机房空调的回风温度；T_S表示机房空调的供风温度；ΔT_equtp表示机架送风口的进风与排风的温度差。

（三）有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明通过部署分布式无线温度传感器，实时监控数据中心温度信息，实现对数据中心能耗的精确控制，并在线计算数据中心热环境评价指标RCI和RTI，通过调整数据中心的气流组织和CRAC的启停，提高数据中心热环境，实现按需供给冷量，提高数据中心综合能效。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的方法流程图。

其中，1机架；2无线温度传感器；3电动风阀；4机房空调；5中央控制器；6网关；7无线数据采集器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供了一种数据中心能耗控制系统，包括：

无线温度传感器2，用于测量数据中心内各机架1的各送风口处的进风和排风温度值，以及数据中心内机房空调4的供风和回风温度值；

无线数据采集器7，用于收集无线温度传感器2所测量的温度值，以及无线温度传感器2的工作状态信息，并发送给中央控制器5；该无线数据采集器以有线的形式与中央控制器通信，或者直接作为中央控制器的硬件组成；

中央控制器5，用于根据无线温度传感器所测量的温度值以及无线温度传感器2的工作状态信息实时计算数据中心的热环境评价指标值，并根据所述热环境评价指标值进行在线遍历优化，调整电动风阀3的阀位，以及机房空调4的启停状态、供风温度设定值和供风量；

电动风阀3，用于控制数据中心的地板的送风条缝风口通过的风的风量、风速和风向。电动风阀安装于地板送风条缝的风口，优选与地板送风条缝集成为同一设备。

网关6，用于中央控制器5与机房空调4之间的数据通信，以及实现中央控制器5对机房空调4的启停状态改变和供风温度设定值和供风量改变。

所述无线温度传感器2为分布式无线温度传感器，位于机架1的上端、下端和中间部位以及机房空调4上。该无线温度传感器采用Zigbee或WiFi通讯方式，并支持自动路由、在线报警等功能，其温度测量精度应高于正负0.5度。

所述无线温度传感器替换为无线温湿度传感器。

系统还可以包括人机界面，设于数据中心监控室，用于显示测量信息和控制信号，以使数据中心管理者了解和改变数据中心内的设备运行状况。

如图2所示，本发明还提供了一种利用所述的系统进行能耗控制的方法，包括以下步骤：

S1、所述无线温度传感器测量数据中心内各机架的各送风口处的进风和排风温度值，以及数据中心内机房空调的供风和回风温度值；

S2、所述无线数据采集器收集无线温度传感器所测量的温度值，以及无线温度传感器的工作状态信息，并发送给中央控制器；

S3、所述中央控制器根据所测量的温度值以及无线温度传感器的工作状态信息实时计算数据中心的热环境评价指标值RCI和RTI指标，并根据所述热环境评价指标值调整电动风阀的阀位，以及机房空调的启停状态、供风温度设定值和供风量。具体为：根据预置的专家逻辑，定性选择需要优化的域，根据RCI和RTI指标进行在线遍历优化，以达到优化分配在数据中心不同位置的制冷量的目的。

在一个预设的、比较短的时间T1后，观测调整后的无线温度传感器的工作状态值，将此观测值与期望值的误差作为输入，修改中央控制器发出的控制指令。在一个预设的、比较长的时间T2后，返回执行步骤S1，并依次循环。

所述环境评价指标值包括所述机架的冷却指数以及机房空调的回风温度指数。

冷却指数RCI用于评估空调设计是否能够提供良好的工作环境给IT设备使用。评估RCI的主要目的是为了避免不当的空调冷却及空间设计导致进入机架的温度过热或过冷，而造成IT设备工作的不良影响。其定义为机架进气口在连续运行状态下的温度条件与设计建议温度范围的差异性。温度范围建议在18℃~27℃，允许温度为15℃~32℃。依照空调出风进入机架温度可将RCI分两种方式评估。所述冷却指数包括RCI_HI，RCI_HI用于评价进入机架的风温度是否过热，计算公式如下：

${\mathrm{RCI}}_{\mathrm{HI}}=[1-\frac{\underset{T_x}{\mathrm{\Σ}}(T_x-T_{\max -\mathrm{rec}})}{(T_{\max -\mathrm{all}}-T_{\max -\mathrm{rec}})n}]\×100\%$

其中：T_x表示机架送风口的进风温度，单位是℃；n表示机架送风口数量；T_max-rec表示进入机架的风的建议温度上限，单位是℃；T_max-all为进入机架的风的允许温度上限，单位是℃；表示对所有机架上测量点计算的差值T_x-T_max-rec进行求和，例如有10个机架，每个机架上有3个测量点，则一共要对3*10=30个测量点计算的差值进行求和。

所述冷却指数还包括RCI_LO，RCI_LO用于评价进入机架的风温度是否过冷，计算公式如下：

${\mathrm{RCI}}_{\mathrm{LO}}=[1-\frac{\underset{T_x}{\mathrm{\Σ}}(T_{\min -\mathrm{rec}}-T_x)}{(T_{\min -\mathrm{rec}}-T_{\min -\mathrm{all}})n}]\×100\%$

其中：T_x表示机架送风口的进温度，单位是℃；n表示机架送风口数量；T_min-rec表示进入机架的风的建议温度下限，单位是℃；T_min-all表示进入机架的风的允许温度下限，单位是℃。

RCI评价认定标准如表1所示：

表1

等级	RCI
		理想	100%
良好	大于等于96%
		可接受	91%-95%
糟糕	小于等于90%

RTI指标是用来评估机房中气流分布的状况，借此了解冷空气短循环与热空气回流的情形，其定义为机房空调供、回风的温度差与机架进、出口（即送、排风）温度差的比值。回风温度指数RTI的计算公式为：

$\mathrm{RTI}=\left[\frac{T_R-T_S}{{\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{equtp}}}\right]\×100\%$

其中：T_R表示机房空调的回风温度，单位是℃；T_S表示机房空调的供风温度，单位是℃；ΔT_equtp表示机架送风口的进风与排风的温度差，单位是℃。

RTI评估等级表如表2所示：

表2

等级	RTI
		理想	100%
热回流	大于100%
		短循环	小于100%

由以上实施例可以看出，本发明通过部署分布式无线温度传感器，实时监控数据中心温度信息，实现对数据中心能耗的精确控制，并在线计算数据中心热环境评价指标RCI和RTI，通过调整数据中心的气流组织和CRAC的启停，提高数据中心热环境，实现按需供给冷量，提高数据中心综合能效。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数据中心能耗控制系统，其特征在于，包括：

无线温度传感器，用于测量数据中心内各机架的各送风口处的进风和排风温度值，以及数据中心内机房空调的供风和回风温度值；

无线数据采集器，用于收集无线温度传感器所测量的温度值，以及无线温度传感器的工作状态信息，并发送给中央控制器；

中央控制器，用于根据无线温度传感器所测量的温度值以及无线温度传感器的工作状态信息实时计算数据中心的热环境评价指标值，并根据所述热环境评价指标值调整电动风阀的阀位，以及机房空调的启停状态、供风温度设定值和供风量；其中，所述热环境评价指标值包括所述机架的冷却指数以及机房空调的回风温度指数；

所述冷却指数包括RCI_HI，RCI_HI用于评价进入机架的风温度是否过热，计算公式如下：

${\mathrm{RCI}}_{HI}=\[1-\frac{\underset{T_x}{\Σ}(T_x-T_{max-rec})}{(T_{max-all}-T_{max-rec})n}\]\×100\%$

其中：T_x表示机架送风口的进风温度；n表示机架送风口数量；T_max-rec表示进入机架的风的建议温度上限；T_max-all为进入机架的风的允许温度上限；

电动风阀，用于控制数据中心的地板的送风条缝风口通过的风的风量、风速和风向。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括网关，用于中央控制器与机房空调之间的数据通信，以及实现中央控制器对机房空调的启停状态改变和供风温度设定值和供风量改变。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线温度传感器为分布式无线温度传感器，位于机架的上端、下端和中间部位以及机房空调上。

4.如权利要求1～3中任一项所述的系统，其特征在于，所述无线温度传感器替换为无线温湿度传感器。

5.一种利用权利要求1～4中任一项所述的系统进行能耗控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述无线温度传感器测量数据中心内各机架的各送风口处的进风和排风温度值，以及数据中心内机房空调的供风和回风温度值；

S2、所述无线数据采集器收集无线温度传感器所测量的温度值，以及无线温度传感器的工作状态信息，并发送给中央控制器；

S3、所述中央控制器根据所测量的温度值以及无线温度传感器的工作状态信息实时计算数据中心的热环境评价指标值，并根据所述热环境评价指标值调整电动风阀的阀位，以及机房空调的启停状态、供风温度设定值和供风量；

所述热环境评价指标值包括所述机架的冷却指数以及机房空调的回风温度指数；

所述冷却指数包括RCI_HI，RCI_HI用于评价进入机架的风温度是否过热，计算公式如下：

${\mathrm{RCI}}_{HI}=\[1-\frac{\underset{T_x}{\Σ}(T_x-T_{max-rec})}{(T_{max-all}-T_{max-rec})n}\]\×100\%$

其中：T_x表示机架送风口的进风温度；n表示机架送风口数量；T_max-rec表示进入机架的风的建议温度上限；T_max-all为进入机架的风的允许温度上限。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中利用在线遍历优化的方法调整电动风阀的阀位，以及机房空调的启停状态、供风温度设定值和供风量。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷却指数还包括RCI_LO，RCI_LO用于评价进入机架的风温度是否过冷，计算公式如下：

${\mathrm{RCI}}_{LO}=\[1-\frac{\underset{T_x}{\Σ}(T_{min-rec}-T_x)}{(T_{min-rec}-T_{\min -all})n}\]\×100\%$

其中：T_x表示机架送风口的进风温度；n表示机架送风口数量；T_min-rec表示进入机架的风的建议温度下限；T_min-all表示进入机架的风的允许温度下限。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，回风温度指数RTI的计算公式为：

$RTI=\[\frac{T_R-T_S}{{\mathrm{\ΔT}}_{equtp}}\]\×100\%$

其中：T_R表示机房空调的回风温度；T_S表示机房空调的供风温度；ΔT_equtp表示机架送风口的进风与排风的温度差。