CN103900217A - 一种模块化数据中心的制冷控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷设备技术领域，公开了一种模块化数据中心的制冷控制方法、装置及系统。所述制冷控制系统包括：第一空调，包括与室外进行热交换的冷却装置，储液罐和液泵，位于室内机架顶部的至少一个冷却终端，以及进流管和回流管，其中，所述储液罐与所述冷却装置连通并储存制冷剂，所述液泵将所述储液罐中的制冷剂泵入进流管，每个所述冷却终端的蒸发器入口与进流管连通，出口与回流管连通；温度传感器，用于检测室外温度信息；控制装置，与温度传感器和第一空调的液泵信号连接，用于当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。本发明制冷控制系统，节约了能耗，提高了模块化数据中心的能源利用率。

Description

一种模块化数据中心的制冷控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，特别是涉及一种模块化数据中心的制冷控制方法、装置及系统。

背景技术

模块化数据中心是一种新型的数据中心模式，因具有易于扩展、易于标准化、施工简单、占地面积小等优点，该部署方式越来越受欢迎。模块化数据中心是在每个模块单元内部将IT设备（例如服务器）、供电电源、机柜、制冷、综合布线、安防和消防设备等集成在一起，形成相对独立的数据中心。

模块化数据中心是将大量的电子设备集中在一较小的区域内，以节省数据中心的占地面积，但是随着IT设备的功率越来越大，模块化数据中心的散热成为难题。

目前模块化数据中心大多数采用机架间空调作为制冷设备，如图1所示，即在机架1之间设置数台机架间空调2，机架间空调2制冷形成冷气流，流入机架1，降低机架1的温度。机架间空调2属于近热源空调，相对于传统的机房空调缩短了送风距离（即空调送风口与机架IT设备之间的距离），制冷设备的冷却效率明显提高，并具有控制精确、冷却速度快等优点。

现有技术存在的缺陷在于，随着模块化数据中心功率的不断增大，发热密度越来越高，机架间空调的能耗越来越大，不利于节约能源。此外，由于机架间空调尺寸受到限制，随着热负荷的增大，机架间空调数量也必然增加，必将导致模块化数据中心的占地面积越来越大。

发明内容

本发明提供了一种模块化数据中心的制冷控制方法、装置及系统，用以减少模块化数据中心的制冷能耗，提高能源利用率。

本发明模块化数据中心制冷控制系统，包括：

第一空调，包括与室外进行热交换的冷却装置，储液罐和液泵，位于室内机架顶部的至少一个冷却终端，以及进流管和回流管，其中，所述储液罐与所述冷却装置连通并储存制冷剂，所述液泵将所述储液罐中的制冷剂泵入进流管，每个所述冷却终端的蒸发器入口与进流管连通，出口与回流管连通；

温度传感器，用于检测室外温度信息；

控制装置，与温度传感器和第一空调的液泵信号连接，用于当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。

所述的制冷控制系统，还包括：第二空调，位于室内相邻的两个并列机架之间；

所述控制装置，与第二空调的控制器信号连接，进一步用于当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，分别控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

所述控制装置，进一步用于当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

优选的，所述第二空调为变容量运行空调，所述控制装置进一步用于控制所述第二空调的压缩机变容量运行。

优选的，所述冷却装置包括位于室外的冷凝器。

优选的，所述冷却装置包括换热器和位于室外的冷却塔，所述换热器包含制冷剂通路和水通路，所述制冷剂通路的两端分别与所述储液罐和所述回流管连通，所述水通路与冷却塔连通形成回路。

优选的，所述蒸发器入口处设置有流量调节阀。

较佳的，所述蒸发器为铝材质的微通道蒸发器。

本发明应用于上述模块化数据中心的制冷控制系统的制冷控制方法，包括：

获取当前的室外温度信息；

当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。

所述的制冷控制方法，还包括：

当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，控制第一空调的液泵和第二空调的压缩机开启，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

所述的制冷控制方法，还包括：

当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

优选的，所述第二空调为变容量运行空调，控制所述第二空调的压缩机变容量运行。

本发明模块化数据中心的制冷控制装置，包括：

获取设备，用于获取室外温度信息；

控制设备，用于当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。

所述控制设备，进一步用于当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

所述控制设备，进一步用于当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

优选的，所述第二空调为变容量运行空调，所述控制设备进一步用于控制所述第二空调的压缩机变容量运行。

在本发明技术方案中，控制装置在室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。第一空调是采用液泵驱动的循环制冷系统，制冷剂作为热量传递介质，冷却装置与室外进行热交换，可利用室外冷源冷却制冷剂，液泵的功率非常低，相对于现有的空调压缩机制冷，降低了能耗，提高了能源利用率。

附图说明

图1为现有技术模块化数据中心的制冷控制系统结构示意图；

图2为本发明模块化数据中心的制冷控制系统结构示意图；

图3为本发明模块化数据中心的制冷控制系统方案一的第一空调结构示意图；

图4为本发明模块化数据中心的制冷控制系统方案二的第一空调结构示意图；

图5为本发明模块化数据中心的制冷控制系统第一实施例气流组织运行模式示意图；

图6为本发明模块化数据中心的制冷控制系统第二实施例气流组织运行模式示意图；

图7为本发明模块化数据中心的制冷控制方法一实施例流程示意图；

图8为本发明模块化数据中心的制冷控制方法具体实施例的流程示意图；

图9为本发明模块化数据中心的制冷控制装置结构示意图。

附图标记：

1-机架          2-机架间空调    3-第一空调

4-温度传感器    5-控制装置      6-第二空调

11-冷却装置     12-冷却终端     13-液泵     14-储液罐

15-冷凝器       16-冷却塔       17-换热器

具体实施方式

为了降低模块化数据中心的制冷控制系统能耗，本发明提供了一种模块化数据中心的制冷控制方法、装置及系统，在该技术方案中，控制装置在室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启，第一空调是采用液泵驱动的循环制冷系统，制冷剂作为热量传递介质，冷却装置与室外进行热交换，可利用室外冷源冷却制冷剂，液泵的功率非常低，相对于现有的空调压缩机制冷，降低了能耗，提高了能源利用率。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图2所示，本发明模块化数据中心的制冷控制系统，包括：

第一空调3，包括与室外进行热交换的冷却装置11，液泵13和储液罐14，位于室内机架1顶部的至少一个冷却终端12，以及进流管和回流管，其中，储液罐14与冷却装置11连通并储存制冷剂，液泵13将储液罐14中的制冷剂泵入进流管，每个冷却终端12的蒸发器入口与进流管连通，出口与回流管连通；

温度传感器4，用于检测室外温度信息；

控制装置5，与温度传感器4和第一空调3的液泵13信号连接，用于当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调3的液泵13开启。

本发明模块化数据中心的制冷控制系统，冷却终端12可以为一个，也可以为多个，只要液泵13产生的压强可以带动制冷剂进入冷却终端12即可。温度传感器14在室外的安装位置不限，只要其不受其他部件影响能够检测室外温度即可。储液罐14和液泵13的位置不限，冷却装置11的位置不限，只要能利用室外冷源冷却制冷剂即可。制冷剂为可以为单一组分的制冷剂，如R22或R134a，也可以为混合制冷剂，如R407C（具体组分比例为R32/R125/R134a=23/25/52）或R410A（具体组分比例为R32/R125=50/50）等。采用制冷剂的最大优点是利用相变来吸收和放出热量，这样就可以大大缩小制冷剂的流量、管路尺寸和整机体积。本发明模块化数据中心的制冷控制系统，控制装置5在室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调3的液泵13开启，第一空调3是采用液泵13驱动的循环制冷系统，制冷剂作为热量传递介质，冷却装置11可利用室外冷源冷却制冷剂，液泵13的功率非常低，储液罐14能保证一定的液位，防止气体进入液泵13，相对于现有的空调压缩机制冷，降低了能耗，大大提高了模块化数据中心的能源利用率。

如图2和图6所示，本发明模块化数据中心的制冷控制系统，还包括：第二空调6，位于室内相邻的两个并列机架之间；

控制装置5，与第二空调6的控制器信号连接，进一步用于当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，分别控制第一空调3的液泵13开启和第二空调6的压缩机开启，第一温度阈值小于第二温度阈值。

本发明模块化数据中心的制冷控制系统，第二空调可采用现有技术中的机架间空调，在本实施例的制冷控制系统中，如果第二空调为可以变容量运行的空调，则第二空调压缩机随着室内温度的降低而降容量运行，当室内温度降低至预设温度时，则停止第二空调压缩机，仅由第一空调制冷；如果第二空调为不能变容量运行的空调，当室内温度降低至预设温度时，则直接停止第二空调压缩机，仅由第一空调制冷。本实施例增加了制冷控制系统的冗余设计，提高了制冷控制系统的运行可靠性，此外，这种方式缩短了第二空调的运行时间，增加了第二空调的使用寿命。

本发明模块化数据中心的制冷控制系统的控制装置，进一步用于当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

第一温度阈值和第二温度阈值是根据经验设定的，需满足第一温度阈值小于第二温度阈值，如第一温度阈值可以设定为10℃，第二温度阈值可以设定为20℃，但是本发明并不限于这些具体的数值。

优选的，第二空调6为变容量运行空调，控制装置5进一步用于控制第二空调6的压缩机变容量运行。

本发明的技术方案，采用的第二空调为可以变容量运行的空调，则第二空调压缩机随着室内温度的降低而降容量运行，当室内温度降低至预设温度时，则停止第二空调压缩机，仅由第一空调制冷。采用这种方案，进一步节约能耗，提高了模块化数据中心的能源利用率。

本发明模块化数据中心的制冷控制系统，第一空调的冷却装置可有以下两种设计方案，但并不限于以下方案：

方案一、如图3所示，第一空调的冷却装置包括位于室外的冷凝器15。

第一空调的冷却装置11采用冷凝器15，冷凝器15位于室外，可利用室外冷源冷却制冷剂。优选的，储液罐14和液泵13也设置在室外。相对现有的直接引入室外新风制冷，该制冷控制系统避免了空气污染的问题。此外，该方案相对于方案二，直接利用室外冷源冷却制冷剂，换热效率较高并且成本低。

方案二、如图4所示，第一空调的冷却装置包括换热器17和位于室外的冷却塔16，所述换热器16包含制冷剂通路和水通路，所述制冷剂通路的两端分别与所述储液罐和所述回流管连通，所述水通路与冷却塔16连通形成回路。

冷却塔16中的水进入换热器17中的水通路，与制冷剂通路的制冷剂进行热交换，水回流至冷却塔16中，水在冷却塔16中与室外空气直接或间接接触降温再进入水通路，完成一次循环，其中，制冷剂在与水热交换过程中制冷剂的温度降低。该方案中换热器17、储液罐14和液泵13在室内或室外位置不限，优选的，换热器17、储液罐14和液泵13可以设置在室内，这时，液泵13与冷却终端12距离较近，减少了液泵13的能耗，这种方案比较适合冷却塔16必须位于室外较远的地方。但本方案相对于方案一，由于增加了一次换热，导致换热效率下降。相对现有的直接引入室外新风制冷，该制冷控制系统避免了空气污染的问题。

优选的，冷却终端12的蒸发器入口处设置有流量调节阀。

流量调节阀可以调节制冷剂进入蒸发器的流量，保证蒸发器内制冷剂的蒸发量。

优选的，冷却终端12的蒸发器为铝材质的微通道蒸发器。相对于铜管翅片换热器，采用微通道蒸发器，气流阻力损失明显降低，可以使冷却终端12风机的功率减少。微通道蒸发器材质为铝，其厚度仅为1英寸，铝材料重量轻，特别适合安装在机架顶部，减少了模块化数据中心的占地面积。

如图7所示，本发明模块化数据中心的制冷控制方法的第一实施例，包括：

步骤101、获取当前的室外温度信息；

步骤102、判断室外温度是否小于设定的第一温度阈值；

如果是，执行步骤103，否则，返回步骤101；

步骤103、控制第一空调的液泵开启。

本实施例方法适用于室外温度较低时，例如冬季，如设定的第一温度阈值为10℃，即当室外温度小于10℃，控制第一空调的液泵开启，用于对模块化数据中心进行冷却，由于液泵的运行功率非常低，其功率小于1千瓦，相对于现有技术中空调压缩机，具有非常显著的节能效果，降低了能耗，提高了模块化数据中心的能源利用率。图5所示为本实施例气流组织运行模式，冷却终端12将其附近的热气流冷却形成冷气流，冷气流下降到机架1外侧，给机架1降温，机架1散热形成的热气流又上升至机架顶部的第一空调3的冷却终端12，完成一次循环。

本发明模块化数据中心的制冷控制方法的第二实施例，进一步包括：

当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，分别控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启，第一温度阈值小于第二温度阈值。

该实施例方法适用于室外温度不是很高时，例如过度季节，如设定的第一温度阈值为10℃，设定的第二温度阈值为20℃，即室外温度不小于10℃并且小于20℃时，分别控制第一空调3的液泵13和第二空调6的压缩机开启，由于第一空调3的冷却作用，会使得第二空调6的压缩机降容量或暂停运行，从而降低了第二空调6的能耗，并且第一空调3的液泵13的运行功率很低，总体来说降低了模块化数据中心的能耗，提高了其能源利用率，图6所示为本实施例气流组织运行模式，第一空调3和第二空调6都开启，第一空调3和第二空调6冷却其附近的热气流形成冷气流，冷气流进入机架1给其降温，机架1做功散热又形成热气流流到第一空调3和第二空调6附近，完成一次循环。

本发明模块化数据中心的制冷控制方法的第三实施例，还进一步包括：

当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

本实施例的方法适用于室外环境温度较高时，例如夏季，如设定的第二温度阈值为20℃，即室外温度不小于20℃时，控制第二空调的压缩机开启，第二空调采用压缩机运行制冷，此时制冷系统能耗较大，若第二空调为可以变容量运行的空调，随着室内温度的降低，第二空调压缩机降容量运行，减小能耗。

优选的，第二空调6为变容量运行空调，控制第二空调6的压缩机变容量运行。

本发明的技术方案中，第二空调为可以变容量运行的空调，随着室内温度的降低，第二空调压缩机降容量运行，减小能耗。

如图8所示，本发明模块化数据中心制冷控制方法的一个具体实施例，包括以下步骤：

步骤201、获取当前室外温度信息；

步骤202、判断室外温度是否小于设定的第一温度阈值；

如果是，执行步骤203，否则，执行步骤204；

步骤203、控制第一空调的液泵开启；

步骤204、判断室外温度是否不小于设定的第一温度阈值并且小于第二温度阈值；

如果是，执行步骤205，否则，执行步骤206；

步骤205、分别控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启；

步骤206、控制第二空调的压缩机开启。

如图9所示，基于相同的发明构思，本发明还提供了一种模块化数据中心的制冷控制装置，包括：

获取设备31，用于获取室外温度信息；

控制设备32，用于当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。

优选的，控制设备32，进一步用于当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，分别控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

优选的，控制设备32，进一步用于当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

优选的，第二空调6为变容量运行空调，控制设备32进一步用于控制第二空调6的压缩机变容量运行。

本发明模块化数据中心制冷控制系统的具体实施例，该制冷控制系统应用于国内北方某一城市某个总散热负荷为400千瓦的项目，计算其节能数据如表1所示。从表1可以得知该项目的全年PUE（Power Usage Effectiveness，能源使用效率）值为1.22，而目前的模块化数据中心全年的PUE值约为1.6，可知该制冷控制系统具有显著的节能效果，节能效率提高了60%。

表1模块化数据中心的制冷控制系统一实施例计算数据

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种模块化数据中心的制冷控制系统，其特征在于，包括：

第一空调，包括与室外进行热交换的冷却装置，储液罐和液泵，位于室内机架顶部的至少一个冷却终端，以及进流管和回流管，其中，所述储液罐与所述冷却装置连通并储存制冷剂，所述液泵将所述储液罐中的制冷剂泵入进流管，每个所述冷却终端的蒸发器入口与进流管连通，出口与回流管连通；

温度传感器，用于检测室外温度信息；

控制装置，与温度传感器和第一空调的液泵信号连接，用于当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。

2.如权利要求1所述的制冷控制系统，其特征在于，还包括：第二空调，位于室内相邻的两个并列机架之间；

所述控制装置，与第二空调的控制器信号连接，进一步用于当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，分别控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

3.如权利要求2所述的制冷控制系统，其特征在于，所述控制装置，进一步用于当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

4.如权利要求2或3所述的制冷控制系统，其特征在于，所述第二空调为变容量运行空调，所述控制装置进一步用于控制所述第二空调的压缩机变容量运行。

5.如权利要求1所述的制冷控制系统，其特征在于，所述冷却装置包括位于室外的冷凝器。

6.如权利要求1所述的制冷控制系统，其特征在于，所述冷却装置包括换热器和位于室外的冷却塔，所述换热器包含制冷剂通路和水通路，所述制冷剂通路的两端分别与所述储液罐和所述回流管连通，所述水通路与冷却塔连通形成回路。

7.如权利要求1所述的制冷控制系统，其特征在于，所述蒸发器入口处设置有流量调节阀。

8.如权利要求1或7所述的制冷控制系统，其特征在于，所述蒸发器为铝材质的微通道蒸发器。

9.一种应用于权利要求1所述制冷控制系统的制冷控制方法，其特征在于，包括：

获取当前的室外温度信息；

当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。

10.如权利要求9所述的制冷控制方法，其特征在于，还包括：

当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，分别控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

11.如权利要求10所述的制冷控制方法，其特征在于，还包括：

当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

12.如权利要求10或11所述的制冷控制方法，其特征在于，所述第二空调为变容量运行空调，控制所述第二空调的压缩机变容量运行。

13.一种模块化数据中心的制冷控制装置，其特征在于，包括：

获取设备，用于获取室外温度信息；

控制设备，用于当室外温度小于设定的第一温度阈值时，控制第一空调的液泵开启。

14.如权利要求13所述的制冷控制装置，其特征在于，所述控制设备，进一步用于当室外温度不小于设定的第一温度阈值并且小于设定的第二温度阈值时，分别控制第一空调的液泵开启和第二空调的压缩机开启，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

15.如权利要求14所述的制冷控制装置，其特征在于，所述控制设备，进一步用于当室外温度不小于设定的第二温度阈值时，控制第二空调的压缩机开启。

16.如权利要求14或15所述的制冷控制装置，其特征在于，所述第二空调为变容量运行空调，所述控制设备进一步用于控制所述第二空调的压缩机变容量运行。

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