CN103676998A - 温度控制系统及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种温度控制系统及其温度控制方法，其适用于服务器系统。温度控制系统包括多个散热冷却模块以及控制单元。散热冷却模块分别依据对应的多个温度调节参数对服务器系统进行散热处理。控制单元耦接所述多个散热冷却模块，其中控制单元依据服务器系统的环境情况同时调整所述多个温度调节参数，藉以同时控制所述多个散热冷却模块，从而降低服务器系统的环境温度。

Description

温度控制系统及其温度控制方法

技术领域

本发明是有关于一种温度控制系统，且特别是有关于一种可同时调整多个温度调节参数的温度控制系统。

背景技术

由于现今使用者的特性，使得云端或其他网路应用系统的产品生命周期相当短，因此容易产生用户量暴起暴落的状况。传统的服务器数据中心(Data Center)由于欠缺扩充性与机动性而难以因应现今的需求。

为了解决传统的服务器数据中心的问题，一种货柜式数据中心(Container DataCenter)因而被提出。货柜式数据中心不需要建置于特定空间，且仅需提供其所需的水、电以及网路即可运行。此外若货柜式数据中心需要进行扩充时，亦可利用网路连接堆迭多个货柜式数据中心而弹性地扩充资源。

另一方面，随着货柜式数据中心规模的扩充，其所需的用电量成长速度更为惊人。其中，货柜式数据中心所消耗掉的电力，有相当大的部份是浪费在冷却以及散热之上。因此，如何建置一个可根据环境情况动态地控制散热冷却机制的散热系统，进而利用最为节能的方式对货柜式数据中心进行散热处理以降低电力消耗，便是许多厂商所欲解决的问题。

发明内容

本发明提供一种温度控制系统，用以依据环境条件动态地调整多个温度调节参数，以利用对应的散热机制对服务器系统进行散热处理。

本发明提出一种温度控制系统，其适用于服务器系统。温度控制系统包括液冷模块、风冷模块以及控制单元。液冷模块利用第一流体与第二流体对服务器系统进行热交换。风冷模块提供散热气流至服务器系统。控制单元耦接液冷模块与风冷模块。控制单元依据服务器系统的环境情况调整多个温度调节参数，藉以同时控制液冷模块与风冷模块，而令液冷模块与风冷模块依据对应的温度调节参数进行散热处理，从而降低服务器系统的环境温度，其中控制单元更依据时序条件决定调整温度调节参数的先后次序。

在本发明一实施例中，控制单元基于时序条件而定义预设期间，当环境温度大于临界温度时，控制单元依据时序条件进行散热处理，以于预设期间内调整部分温度调节参数，控制第一流体与第二流体的流量以及散热气流的风速。并且，于预设期间后，若环境温度仍大于临界温度，则控制单元依据时序条件调整另一部份温度调节参数，以控制第一流体的输出压力及温度。

在本发明一实施例中，温度控制系统更包括检测单元。检测单元耦接控制单元。检测单元用以检测服务器系统的出入口是否被开启，其中当检测单元检测到服务器系统的出入口被开启时，控制单元将控制散热气流的温度调节参数调整为最大输出值。

在本发明一实施例中，温度控制系统更包括状态检测单元。状态检测单元耦接控制单元。状态检测单元用以检测环境温度以及温度控制系统的运作状态，其中状态检测单元将环境温度与运作状态回传至控制单元，并且依据环境温度与运作状态，令控制单元进行散热处理或检错处理。

在本发明一实施例中，当状态检测单元判断运作状态正常，且环境温度超过临界温度时，控制单元进行散热处理，以降低环境温度，以及当状态检测单元判断运作状态异常时，令控制单元进行检错处理，以修复温度控制系统。

本发明提出一种用于温度控制系统的温度控制方法，其适用于服务器系统。温度控制方法包括：依据服务器系统的环境情况，调整多个温度调节参数，其中温度调节参数依据时序条件而决定其调整的先后次序；以及依据所述多个温度调节参数，同时控制温度控制系统中的液冷模块与风冷模块，而令液冷模块与风冷模块对服务器系统进行散热处理，从而降低服务器系统的环境温度，其中液冷模块利用第一流体与第二流体对服务器系统进行热交换，且风冷模块，提供散热气流至服务器系统。

在本发明一实施例中，进行散热处理更包括以下步骤：基于时序条件定义预设期间；以及依据时序条件于预设期间内调整部分温度调节参数，以控制第一流体与第二流体的流量以及散热气流的风速。

在本发明一实施例中，进行散热处理更包括以下步骤：判断于预设期间后，环境温度是否仍大于临界温度；以及当环境温度仍大于临界温度时，依据时序条件调整另一部份温度调节参数，以控制第一流体的输出压力及温度。

在本发明一实施例中，温度控制方法更包括：检测服务器系统的出入口是否被开启；以及当检测到服务器系统的出入口被开启时，将控制散热气流的温度调节参数调整为最大输出值。

基于上述，本发明实施例所述的温度控制系统及其控制方法可动态地调整液冷模块与风冷模块中的多个温度调节参数，以利用较为节能的方式来降低服务器系统的环境温度。因此，本发明实施例的温度控制系统可有效地减少不必要的功率消耗，进而节省整体服务器系统的电力成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为依照本发明一实施例所述的温度控制系统的示意图。

图2为依照本发明一实施例所述的温度控制方法的步骤流程图。

图3为依照本发明另一实施例所述的温度控制系统的示意图。

图4为依照本发明另一实施例所述的温度控制方法的步骤流程图。

图5为依照本发明再一实施例所述的温度控制方法的步骤流程图。

【主要元件符号说明】

10、30：服务器系统

100、300：温度控制系统

110、310：液冷模块

120、320：风冷模块

130、330：控制单元

312：冰水机

314：冷媒循环机

316：第一导管

318：第二导管

322_1~322_n：风扇单元

340：状态检测单元

350：检测单元

ETR：出入口

HE_1~HE_n、HEC_1~HEC_n：散热器

S200、S210、S400~S510：步骤

SV_1~SV_n：服务器群组

具体实施方式

本发明实施例提出一种温度控制系统，其可通过设定时序条件的方式，依据环境温度同时控制不同的散热冷却模块进行散热处理，使温度控制系统得以在具有较低功率消耗的状态下对服务器系统进行散热。此外，本发明实施例更揭示了依据时序条件与环境温度同时调整多个温度调节参数，以控制多个散热冷却模块的温度控制方法。为了使本发明的内容更容易明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。

图1为依照本发明一实施例所述的温度控制系统的示意图。图2为依照本发明一实施例所述的温度控制方法的步骤流程图。在本实施例中，温度控制系统100设置于服务器系统10之中，用以对服务器系统10中的多个服务器群组SV_1~SV_n进行散热处理。其中，服务器系统10例如为货柜式数据中心(Container Data Center)。

请同时参照图1与图2，温度控制系统100包括散热冷却模块110与120以及控制单元130。控制单元130耦接液冷模块110与风冷模块120，并依据服务器系统10的环境情况，例如服务器系统10内的湿度、服务器群组SV_1~SV_n的温度、服务器系统10的出入口开启状态以及散热冷却模块110与120的运作状态，调整对应的多个温度调节参数(步骤S200)，藉以使控制单元130依据温度调节参数，同时控制温度控制系统100中的液冷模块110与风冷模块120，而令液冷模块110与风冷模块120依据对应的温度调节参数对服务器系统10进行散热处理，从而降低服务器系统10的环境温度(步骤S210)。

详细而言，系统管理者可依据液冷模块110与风冷模块120的散热能力强弱来设定时序条件，使控制单元130依据所设定的时序条件决定调整该些温度调节参数的先后次序。因此，温度控制系统100得以利用最为合适的方式对服务器系统10进行散热处理。举例来说，控制单元130首先将会依据所设定的时序条件而定义一个预设期间，当环境温度超过临界温度时，控制单元130可于预设期间内先行调整部份的温度调节参数，以利用散热能力较弱的散热机制来降低服务器系统10的环境温度，例如当散热冷却模块110与120分别为冰水机与散热风扇时，改变冰水机的阀门控制参数来增加冰水流量，或提高散热风扇的转速控制参数来增加散热气流的风速等等。其中，散热能力较弱的散热机制代表其功率消耗亦较低。

此时，若是温度控制系统100可在预设期间内将环境温度降至临界温度以下，则控制单元130令散热冷却模块110与120停止进行散热处理，并将所调整的温度调节参数回复至预设值。此外，若是于预设期间后，温度控制系统100仍检测到环境温度大于临界温度时，则控制单元将进一步地依据时序条件而调整另一部分的温度调节参数，以利用其他散热能力较强的散热机制来降低服务器系统10的环境温度，例如调整冰水机的冰水输出压力，或者降低冰水温度等等。

换句话说，若环境温度仅些微超过临界温度，而使温度控制系统100可在预设期间内即将温度降至临界温度以下，则温度控制系统100停止对服务器系统10进一步地降温。另一方面，当环境温度大幅地超过临界温度时，则温度控制系统100在预设期间后将开启全部的散热机制以快速降低服务器系统10的环境温度，以使环境温度可迅速拉回至临界温度以下，而避免服务器系统10发生异常。

在一般的散热系统中，一旦环境温度超过临界温度时，散热系统即开启所有的散热机制以进行散热。如此方式虽能快速的降低服务器系统的环境温度，却同时也造成了使用功率的浪费。相较于一般的散热系统，本实施例的温度控制系统100的控制方式依据环境温度，以多阶控制不同的温度调节参数的方式，使各个服务器群组SV_1~SV_n的环境温度降低至可正常工作的温度，进而节省了许多不必要的功率消耗。

为了更清楚的描述本发明实施例，图3为依照本发明另一实施例所述的温度控制系统的示意图。在本实施例中，温度控制系统300包括液冷模块310、风冷模块320控制单元330、状态检测单元340以及检测单元350，其中所述的液冷模块310与风冷模块320。此外，由于在服务器系统30中，各个服务器群组SV_1~SV_n运作时的温度是造成环境温度T上升的主要原因。因此，本实施例的液冷模块310与风冷模块320主要是针对降低各个服务器群组SV_1~SV_n的温度而设置。

请参照图3，液冷模块310依据时序条件与环境温度T，利用第一流体与第二流体对服务器系统进行热交换。在本实施例中，液冷模块310包括冰水机312以及冷媒循环机314，且第一流体与第二流体分别为水与冷媒。在液冷模块310中，冰水机312与冷媒循环机314分别经由第一导管316与第二导管318输出冰水与冷媒，以对各个服务器群组SV_1~SV_n进行热交换。其中，第一导管316与第二导管318中的箭号分别代表水与冷媒在第一导管316与第二导管318中的流动方向，并且冷媒循环机314所输出的冷媒例如为液态的冷却液。

风冷模块320依据时序条件与环境温度T，提供散热气流至服务器系统30。在本实施例中，风冷模块320包括多个对应配置于服务器群组SV_1~SV_n上的风扇单元322_1~322_n，用以提供散热气流至服务器系统30中的各个服务器群组SV_1~SV_n。

详细而言，在服务器系统30中，为降低各个服务器群组SV_1~SV_n的温度，因此液冷模块310利用冰水机312输出冰水，并经由第一导管316输送至各个服务器群组SV_1~SV_n中的热交换器HE_1~HE_n以进行热交换。接着，吸收热量的水再经由第一导管316而出至服务器系统30外，藉以进行排放。另一方面，风扇模块320利用风扇单元322_1~322_n提供散热气流，以使服务器群组SV_1~SV_n中的热对流增加。因此，服务器群组SV_1~SV_n内的热量得以加速散逸。

此外，由于在服务器群组SV_1~SV_n中，中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)的大量运算处理使其工作温度相较于其他元件来得高。因此，冷媒循环机314通过冷媒帮浦自冷媒储存槽汲取并输出冷媒，并经由第二导管218输送至各个CPU的热交换器HEC_1~HEC_n中以进行热交换。接着，冷媒在进行热交换后，将吸收热能而转态，例如自液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳，再经由第二导管回到冷媒循环机314并且进行压缩之后，从而将气态二氧化碳回复至液态二氧化碳并以储存于冷媒储存槽。换言之，各个服务器群组SV_1~SV_n不仅可通过冰水散逸其整体的热量，亦可通过冷媒针对其CPU部分进行降温。

承上所述，在本实施例中，依据温度控制系统300所配置的液冷模块310与风冷模块320，控制单元330可调整的温度调节参数包括冰水机312的输出压力参数与冰水温度参数、冷媒循环机314的帮浦频率参数、第一导管316的阀门控制参数以及风扇单元322_1~322_n的转速控制参数。其中，输出压力参数对应控制冰水机312的冰水输出压力，且冰水温度参数对应控制冰水机312所输出的冰水温度。帮浦频率参数对应控制冷媒循环机314的冷媒汲取频率，以调整冷媒的输出流量。阀门控制参数对应控制第一导管316的多个阀门v_1～v_n的开启幅度，以调整流入各个服务器群组SV_1~SV_n的冰水流量。转速控制参数则对应控制各个风扇单元322_1~322_n的风扇转速，以调整散热气流的风速。其中，调整冰水机312的输出压力参数与冰水温度参数时，其所带来的散热效果较为显著，但消耗功率亦较多。

状态检测单元340耦接控制单元330，用以检测环境温度T以及温度控制系统300的运作状态，其中状态检测单元340将环境温度T与运作状态回传至控制单元330，使控制单元330依据环境温度T与运作状态，进行散热处理或检错处理。

检测单元350耦接控制单元330，用以检测服务器系统30的出入口ETR是否被开启，其中当检测单元350检测到出入口ETR被开启时，控制单元330将会调整转速控制参数为最大输出值，以使风扇单元322_1~322_n提供具有最大风速的散热气流。

更进一步地说，温度控制系统300的温度控制方法如图4所示。图4为依照本发明另一实施例所述的温度控制方法的步骤流程图。请同时参照图3与图4，首先状态检测单元340检测温度控制系统300的运作状态是否正常(步骤S400)。当状态检测单元340检测温度控制系统300的运作状态为异常时，其将令控制单元330进行检测处理(步骤S410)，以修复温度控制系统300的异常状态。其中，异常的运作状态例如为火警信号、冰水机312或冷媒循环机314漏液、冷媒循环机314的冷媒储存槽压力不足、冷媒循环机314的冷媒储存槽液面高度过低、服务器系统30内部湿度过高、服务器群组SV_1~SV_n的温度感测器故障或风扇单元322_1~322_n故障等等。

接着，当状态检测单元340判断温度控制系统300的运作状态正常时，其将进一步地检测环境温度T是否高于临界温度(步骤S420)。若是服务器系统30内的环境温度T低于临界温度，则回到步骤S400并持续重复检测服务器系统30内的运作状态与环境温度T，其中临界温度可由系统管理者依据服务器群组SV_1~SV_n的工作温度需求自行设定，本发明不以此为限。

当状态检测单元340判断温度控制系统300的运作状态正常，但是环境温度T已经超过临界温度时，控制单元330将依据时序条件与环境温度T，令液冷模块310与风冷模块320进行散热处理，以降低环境温度T(步骤S430)，并且在散热处理完成之后，控制单元330将设定所调整的温度调节参数回复至预设值(步骤S440)并重新回到步骤S400。

详细而言，在进行散热处理时，控制单元330将会先依据所设定的时序条件而定义预设期间(步骤S431)。并且，由于调整阀门控制参数、帮浦频率参数以及转速控制参数所消耗的功率较少，因此在进行散热处理的步骤(步骤S430)中，控制单元330将会依据时序条件而于预设期间内，依据环境温度T先行调整阀门控制参数、帮浦频率参数以及转速控制参数，以分别控制冰水流量、冷媒的输出流量以及散热气流的风速(步骤S432)。此外，当环境温度T高于临界温度越多时，控制单元330将会对应地调整阀门控制参数、帮浦频率参数以及转速控制参数，直至各个参数被调整为其最大输出值，亦即此时阀门v_1~v_n的开启幅度、冷媒帮浦的汲取频率以及风扇单元322_1~322_n的转速皆为最大值。

值得注意的是，在步骤S432中，控制单元330可同时调整阀门控制参数、帮浦频率参数以及转速控制参数，或是以固定间隔时间(例如为2秒)依序调整所述的参数，本发明不以此为限。

经过预设期间的散热处理后，状态检测单元340判断环境温度T是否仍大于临界温度(步骤S434)。若是经过预设期间的散热处理后，环境温度T已经降至低于临界温度，则控制单元330将所调整的温度调节参数回复至预设值(步骤S440)，并且回到步骤S400。

若是经过预设期间的散热处理后，环境温度T仍高于临界温度，则控制单元330将会进一步地依据时序条件而调整冰水机312的输出压力参数与冰水温度参数，以控制冰水的输出压力及温度(步骤S436)。相似于前述的参数调整步骤，当环境温度T高于临界温度越多时，控制单元330将会对应地调整输出压力参数以及冰水温度参数，直至各个参数被调整为其最大输出值。此外，控制单元330亦可同时调整输出压力参数以及冰水温度参数，或是以固定间隔时间(例如为30秒)依序调整所述的参数，本发明不以此为限。

换言之，在本实施例中，所设定的时序条件是令控制单元330于预设期间内同时(于部分实施例，亦可依序透过系统管理者自行设定)调整功率消耗较低的温度调节参数，以及若是于预设期间内所进行的散热处理无法使服务器系统30的环境温度T降至低于临界温度时，则控制单元330再依据时序条件同时调整(于部分实施例，亦可透过系统管理者自行设定)功率消耗较高的温度调节参数，亦即当温度控制系统300于预设期间后仍未能将环境温度T降至临界温度以下时，则控制单元330将调整全部的温度调节参数以对各个服务器群组SV_1~SV_n进行降温，直到环境温度T回到低于临界温度的正常工作温度时，控制单元330才令液冷模块310与风冷模块320停止进行散热处理，并将各个温度调节参数回复至预设值。

另一方面，本发明实施例的温度控制方法更进一步地将服务器系统的出入口ETR开启时所造成的风场变化影响纳入考量，如图5所示。图5为依照本发明再一实施例所述的温度控制方法的步骤流程图。在本实施例中，温度控制方法的步骤流程类似于图4，其不同之处在于图5的实施例更加入了依据出入口开启状态进行对应控制的步骤S500与步骤S510。

请同时参照图3与图5，当服务器系统30的出入口ETR被开启时，往往会影响服务器系统30内部原先建立的风场，进而使得热对流的效率变差，而使环境温度T上升。因此，在确认温度控制系统300运作状态正常后(步骤S400)，温度控制系统300将利用检测单元350检测服务器系统30的出入口ETR是否被开启(步骤S500)。当检测单元350未检测到服务器系统30的出入口ETR被开启时，则进行步骤S420以判断环境温度是否高于临界温度，并如前述图4实施例进行后续动作。

当检测单元350检测到服务器系统30的出入口ETR被开启时，则令控制单元330调整转速控制参数至最大输出值(步骤S510)，使风扇单元322_1~322_n提供具有最大风速的散热气流来维持服务器系统30内部的风场稳定。此外，其余步骤与图4实施例相同，故请参阅上述说明，于此不再赘述。

综上所述，本发明实施例所述的温度控制系统及其控制方法依据环境温度及所设定的时序条件，动态地调整液冷模块与风冷模块中的多个温度调节参数，以根据不同的情况下，利用较为节能的方式降低服务器系统的环境温度。因此，本发明实施例的温度控制系统可有效地减少不必要的功率消耗，进而节省整体服务器系统的电力成本。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种温度控制系统，适用于服务器系统，该温度控制系统包括：

液冷模块，利用第一流体与第二流体对该服务器系统进行热交换；

风冷模块，提供散热气流至该服务器系统；以及

控制单元，耦接该液冷模块与该风冷模块，依据该服务器系统的环境情况调整多个温度调节参数，藉以同时控制该液冷模块与该风冷模块，而令该液冷模块与该风冷模块依据对应的该些温度调节参数进行散热处理，从而降低该服务器系统的环境温度，其中该控制单元更依据时序条件决定调整该些温度调节参数的先后次序。

2.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，该控制单元基于该时序条件而定义预设期间，当该环境温度大于临界温度时，该控制单元依据该时序条件进行该散热处理，以于该预设期间内调整部分该些温度调节参数，控制该第一流体与该第二流体的流量以及该散热气流的风速，并且于该预设期间后，若该环境温度仍大于该临界温度，则该控制单元依据该时序条件调整另一部份该些温度调节参数，以控制该第一流体的输出压力及温度。

3.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，更包括：

检测单元，耦接该控制单元，用以检测该服务器系统的出入口是否被开启，其中当该检测单元检测到该服务器系统的出入口被开启时，该控制单元将控制该散热气流的该温度调节参数调整为最大输出值。

4.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，更包括：

状态检测单元，耦接该控制单元，用以检测该环境温度以及该温度控制系统的运作状态，其中该状态检测单元将该环境温度与该运作状态回传至该控制单元，并且依据该环境温度与该运作状态，令该控制单元进行该散热处理或检错处理。

5.如权利要求4所述的温度控制系统，其特征在于，

当该状态检测单元判断该运作状态正常，且该环境温度超过临界温度时，该控制单元进行该散热处理，以降低该环境温度；以及

当该状态检测单元判断该运作状态异常时，令该控制单元进行该检错处理，以修复该温度控制系统。

6.一种用于温度控制系统的温度控制方法，适用于服务器系统，该温度控制方法包括：

依据该服务器系统的环境情况，调整多个温度调节参数，其中该些温度调节参数依据时序条件而决定其调整的先后次序；以及

依据该些温度调节参数，同时控制该温度控制系统中的液冷模块与风冷模块，而令该液冷模块与该风冷模块依据对应的该些温度调节参数对该服务器系统进行散热处理，从而降低该服务器系统的环境温度，其中该液冷模块利用第一流体与第二流体对该服务器系统进行热交换，且该风冷模块，提供散热气流至该服务器系统。

7.如权利要求6所述的温度控制系统的温度控制方法，其特征在于，进行该散热处理更包括以下步骤：

基于该时序条件定义预设期间；以及

依据该时序条件于该预设期间内调整部分该些温度调节参数，以控制该第一流体与该第二流体的流量以及该散热气流的风速。

8.如权利要求6所述的温度控制系统的温度控制方法，其特征在于，进行该散热处理更包括以下步骤：

判断于该预设期间后，该环境温度是否仍大于该临界温度；以及

当该环境温度仍大于该临界温度时，依据该时序条件调整另一部份该些温度调节参数，以控制该第一流体的输出压力及温度。

9.如权利要求6所述的温度控制系统的温度控制方法，其特征在于，更包括：

检测该服务器系统的出入口是否被开启；以及

当检测到该服务器系统的出入口被开启时，将控制该散热气流的该温度调节参数调整为最大输出值。

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