CN104654536A

CN104654536A - 一种节能降耗的大型机房系统及控制方法

Info

Publication number: CN104654536A
Application number: CN201410837515.7A
Authority: CN
Inventors: 王欣; 程安静
Original assignee: HANGZHOU JINGSHANG INVESTEMENT MANAGEMENT CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU JINGSHANG INVESTEMENT MANAGEMENT CO Ltd
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2034-12-29
Also published as: CN104654536B

Abstract

本发明涉及一种节能降耗的大型机房系统及控制方法。解决现有机房制造成本高，能耗大的问题。系统包括机房和集群监控云端，机房包括若干单体核心端，单体核心端内设置有制冷除湿控制装置，制冷除湿控制装置包括制冷除湿单元、温控单元和处理单元，温控单元、处理单元分别与制冷除湿单元连接，处理单元还与集群监控云端通过网络相连接；单体核心端为一种监控制冷恒温机柜。本发明控制采用微空间制冷技术，并间隙性控制制冷装置工作，节约了能耗同时也延长了设备使用寿命。

Description

一种节能降耗的大型机房系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种机房制冷除湿控制技术，尤其是涉及一种采用组合式模块化单体精确控制、结构更简洁的节能降耗的大型机房系统及控制方法。

背景技术

目前大型计算机数据中心的机房占地空间大，根据机房规范要求的防火、防震、防雷、防辐射、防静电等，机房的造价十分昂贵。

其次在节能降耗等问题上始终是个巨大的难题，中大型机房一般都需要大功率的制冷恒温设备和备份机组，需要庞大的下送风管道和庞大的上抽风管道。机房大空间墙体、地面都会吸收冷量，能耗大，并且多数均处于过冷的超能耗状态，另外，机房内关键设备的关键数据保护主要靠机房管理人员的素质。管理上需要一定的人工资源且存在安全隐患。如申请号为201310084125.2，名称为一种机房的中国发明申请，机房包括室体；空调组件，所述空调组件设在所述室体内且所述空调组件具有出风口和回风口；静压箱，所述静压箱设在所述室体内且与所述出风口相连；送风风道，所述送风风道设在所述室体内且沿纵向延伸，所述送风风道的底壁上形成有送风口；整机柜组件，所述整机柜组件设在所述室体的地面上且位于所述送风风道的下方，所述整机柜组件包括两排整机柜，所述两排整机柜在横向上分别位于所述送风口的两侧，且所述两排整机柜在横向上分别一一对应以在所述两排整机柜之间限定出冷过道；以及上下敞开的隔离边框，所述隔离边框设在所述送风风道和所述整机柜组件之间用于封闭所述冷过道的顶部与所述送风口之间的空间。该机房就存在上述的缺点，其需要设置庞大的下送风管道和庞大的上抽风管道，还要设置用于封闭冷过道顶部和送风口之间空间的隔离边框，制造成本大。

发明内容

本发明主要是解决现有机房制造成本高，能耗大的问题，提供了一种采用组合式模块化单体精准控制的、利用热气动力学散热、采用微空间制冷技术的节能降耗的大型机房系统。

本发明还提供了一种节能降耗的大型机房系统控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种节能降耗的大型机房系统，包括机房和集群监控云端，所述机房包括若干单体核心端，在机房上部设置有出风口，出风口连接通通风管，通风管延伸至单体核心端上部，在机房下部设置有自然进风口，所属单体核心端内设置有制冷除湿控制装置，制冷除湿控制装置包括制冷除湿单元、温控单元和处理单元，温控单元、处理单元分别与制冷除湿单元连接，处理单元还与集群监控云端通过网络相连接；单体核心端为一种监控制冷恒温机柜。温控单元和处理单元共同构成了控制模块。

温控单元：对单体核心端内温度进行监控，根据温度变化控制制冷除湿单元进行工作；

处理单元：采集并计算、分析当前设置值是否合适，如果不合适根据计算结果进行修正，修正失败则给集群监控云端发送告警信号；为了实现对每一个单体核心端进行监控，处理单元每隔数分钟发送数据给集群监控云端。

集群监控云端：接收处理单元发送的信息，对单体核心端进行监控，并在检测到单体核心端发生异常时，将告警信息发送给用户或厂家。集群监控云端根据权限分发给生产厂家和用户，作为产品质量跟踪与服务的主要数据库。由于每一个单体核心端都有独立的编码系统，发生异常可由集群监控云端迅速侦查到，并有短信告知用户或厂家，如数分钟内无应答，短信呼叫即可按设定的权限再次呼叫负责人的上级领导，直到问题得到处理。这种组合式模块化单体精准控制的机房技术，大大减少了机房的工作人员，规模较小的数据中心甚至无需现场专人值守，并且由于可以对每一个单体核心端的安全实现全监控，加强了内外部人员非法侵入机柜的措施。另外组合式模块化单体精准控制的机房技术，可以防止地质灾害、火灾给机房带来的毁灭性损害。无需设置静电板，无需设置防辐射墙面等，仅对建筑的通风条件作出一定改进。

本发明机房采用微空间技术代替大空间制冷除湿技术，即对每一个单体核心端的单体微空间进行制冷恒温，因此有效避免了大空间墙体、地面吸收冷量，避免传统机房风管过长弯曲，损耗制冷量功率的弊病。由于是微空间制冷技术，单体核心段的制冷量可以最大限度的作用于产生高热的服务器，几乎达到无能量损失。

作为上述方案的一种优选方案，所述制冷除湿单元包括主制冷设备和二次制冷设备，主制冷设备包括压缩机和离心风机，二次制冷设备包括过冷器。主制冷设备用于正常情况下的制冷，二次制冷设备用于特殊情况下增加制冷。

作为上述方案的一种优选方案，所述单体核心端布置成多个内围合式结构，所述通风管延伸至单体核心端围合中间，通风管设有两个风道，一个为自然通风风道，另一个为风机通风风道，风机通风风道在出风口处安装有风机。内围合式结构是将单体核心端背部散热口朝内围在一起，则通风管在围合中间集中抽出热气。本方案为采用热风管道，无需安装冷风管道，由于冷风管道需要高绝热的材料封装，每一个弯口都将是能耗的损失，因而需要每个出风口设计一个风机以增加送风量，而本方案的热风管道利用热空气强力的向上动能，只需在机房顶部设置流畅的出风口就行，内围合式布局中间的热风管道尽量对着出风口，除炎热的夏天，多数季节无需用风机抽热，与外部温差越大，热风管道内的空气往外冲的动能越大，达到了节能、减少成本的效果。设置两个风道，在春秋和冬季不需要开启风机时，室内热气从自然通风风道拔出，当炎热的夏天受室内温控开启风机时，自然通风风道自动关闭，室内的热空气被风机由风机通风风道抽出。根据业务的发展，可以随意搬迁，随时增添单体核心端，任意改变布置。

作为上述方案的一种优选方案，所述单体核心端布置成外围合式结构或一字队列式结构，单体核心端分别背对自然进风口，在自然进风口上安装有活动过滤网。外围合式将单体核心端背部散热处朝外围成一圈，布置成外围合式或一字队列式结构，可以无需专门设置冷风管道和风管，节约了成本，同时根据业务的发展，可以随意搬迁，随时增添单体核心端，任意改变布置。

作为上述方案的一种优选方案，所述单体核心端包括柜体，柜体上部为硬件室，在柜体下部设置有抽拉式箱体，抽拉式箱体设置有制冷除湿室，制冷除湿装置设置在制冷除湿室内，所述制冷除湿室内设有冷热空气交换室，在冷热空气交换室中间设置有隔板将冷热空气交换室分隔成湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔，隔板上设置有通孔将湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔相连通，在湿热空气释放腔内设置有蒸发器，湿热空气释放腔壁上开有空气进风口，在冷干空气抽离腔壁上开有冷气出风口，冷气出风口、空气进风口连接到硬件室底部。制冷除湿装置安装在抽拉式箱体内，实现了抽拉式机组安装方式，便于快捷的检查和维护。另外将冷热空气交换从硬件室内分离出来，专门设置有冷热空气交换室，硬件室与冷热空气交换室给子形成单独密封空间，中间通过出风口相连通，这样使得冷热空气交换在专门的密封空间内进行，保证了硬件室始终处于相对干燥低温的环境，解决了凝露的可能。

一种节能降耗的大型机房系统控制方法，包括制冷除湿装置的控制步骤，其步骤为：

1）开始工作，启动离心风机间断工作，初始化各参数；

2）检测环境温度T₀是否大于等于35摄氏度，若是则计算环境温度上升差值Tp=T₀-35，进入下步骤；若否则计算环境温度上升差值Tp=0进入下步骤；该启动温度默认值为主制冷设备开启温度值，启动温度默认值设置要大于35摄氏度。

3）检测单体核心端内温度Ti是否大于启动温度默认值Ts与环境温度上升差值Tp的和，若是则开启压缩机和离心风机，并累计开机时间t_on，累计工作时间t，进入下步骤；若否则累计工作时间t，进入下步骤；

4）判断累计工作时间t是否大于单次循环时间t_s，若是则计算上次循环内关机时间百分比Ptd，循环次数C加1，清空工作时间t和开机时间t_on，进入下步骤；若否则进入步骤6）；当工作时间t大于单次循环时间t_s，即完成一次循环。单次循环内关机时间百分比Ptd=（t-t_on）/t。

5）判断上次循环内关机时间百分比Ptd是否大于循环时间的30%或Ptd不存在，若否则将Ptd小于循环时间30%的次数Ctd加1，开启过冷器，进入下步骤；若是则进入下步骤；

6）判断循环次数是否大于10次且在10次循环中Ptd小于30%次数百分比PPtd大于30%，若是则发送超负荷工作告警信息给集群监控云端，进入下步骤；若否则进入下步骤；

7）检测单体核心端内温度是否大于41摄氏度，若是开启过冷器，进入下步骤；若否则进入下步骤；

8）判断单体核心端内温度是否小于等于33摄氏度，若否则返回步骤4）；若是则关闭压缩机、离心风机、过冷器，停止累计开机时间，一分钟后重启离心风机间断工作，返回步骤2）。本发明控制方法以单体核心端内温度临界点的可控性作为一种主要技术手段，根据环境温度应该设置合理临界点的默认值，在这个合理的临界温度的控制下，主制冷设备和二次制冷设备室间隙性工作状态，压缩机间隙性的停机和运行的工作状态是保证单体核心端内恒温恒湿的关键要素。该间隙性工作状态保证了单体核心端内温度和湿度始终控制在合理的范围内，同时相比传统机房大大降低了能耗，实现了节能要求，另外还能够延长制冷设备、二次制冷设备的使用寿命。压缩机和过冷器在运行时会进行除湿，并将水分存储在单体核心端内的接水盘内、当制冷设备、二次制冷设备停止工作时，离心风机在1分钟后重新启动，将接水盘中水分重新带回机柜中，重新为单体核心端内进行加湿，将湿度保持在一个合适的范围，防止因不断除湿而使得单体核心端内湿度过低，静电急剧增加，从而损害服务器并加大能耗的问题。

作为上述方案的一种优选方案，步骤1）中初始化各参数包括，设定单次循环时间值t_s，启动温度默认值Ts，将循环次数C、开机时间t_on、工作时间t清空。

作为上述方案的一种优选方案，在步骤2）中当环境温度T₀大于等于35摄氏度，还包括对温度上升差值Tp判断步骤，若计算环境温度上升差值Tp大于5时，则发送告警信号给集群监控云端。

作为上述方案的一种优选方案，在步骤4）中当判断累计工作时间t是大于单次循环时间t_s时，还包括对异常情况的判断步骤，若累计工作时间超过循环时间，且压缩机一直处于工作状态，则发送告警信号给集群监控云端。由于外界温度或制冷设备异常等原因导致压缩机一直处于工作状态，无法完成一个循环。通过本方案的方法，当工作时间超过循环时间时，证明循环时间内还未完成一个循环，发送告警信号给集群监控云端。工作时间t在完成一个循环后自动清零。

因此，本发明的优点是：1.采用微空间制冷技术代替大空间制冷技术，避免大空间墙体、地面吸收冷量，避免传统机房风道过长弯曲，损耗制冷量功率的弊病。2.利用热气动力学，无需专门设置冷风通道，无需设置静电地板、防辐射墙面，仅对建筑物的通风条件作出一定的改进，结构简单，成本低。3.设置有集群监控云端，对每一个单体核心端进行安全监控，加强了内外部人员非法侵入的防范措施，同时也大大减少了机房的工作人员，节省了人力资源。4.有效防止了地质灾害、火灾给机房带来的毁灭性损害。5.对每一个单体核心端实现密封，具有强抗干扰性和远高于A级机房的洁净度。

附图说明

附图1是本发明的一种结构框示图；

附图2是本发明中制冷除湿单元的一种框示图；

附图3是本发明中机房为一般机房的一种结构示意图；

附图4是本发明中机房为数据中心的一种结构示意图；

附图5是本发明中单体核心端制冷除湿装置的控制流程图；

附图6是本发明中单体核心端的一种结构示意图；

附图7是本发明中单体核心端制冷除湿室的一种结构示意图。

1-机房 2-单体核心端 3-集群监控云端 4-温控单元 5-处理单元 6-制冷除湿单元 7-压缩机 8-离心风机 9-过冷器 10-出风口 11-通风管 12-自然进风口 13-柜体 14-出风室 15-硬件室 16-抽拉式箱体 17-制冷除湿室 18-冷热空气交换室 19-蒸发器 20-空气进风口 21-冷气出风口。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例一种节能降耗的大型机房系统，如图1、2所示，包括机房1和集群监控云端3，机房内设置有若干单体核心端2，如图3所示给出了机房为一般机房的结构，图4给出了机房为数据中心的结构，它们都是在机房上部设置有出风口10，出风口连接通通风管11，通风管延伸至单体核心端上部，在机房下部设置有自然进风口12。本实施例中单体核心端布置成多个内围合式结构，通风管延伸至单体核心端围合中间，通风管设有两个风道，一个为自然通风风道，另一个为风机通风风道，风机通风风道在出风口处安装有风机。该单体核心端也可以布置成外围合式结构或一字队列式结构，单体核心端分别背对进风口设置。

单体核心端内设置有制冷除湿控制装置，制冷除湿控制装置包括制冷除湿单元6、温控单元4和处理单元5，温控单元、处理单元分别与制冷除湿单元连接，处理单元还与集群监控云端通过网络相连接。制冷除湿单元包括主制冷设备和二次制冷设备，主制冷设备包括压缩机7和离心风机8，二次制冷设备包括过冷器9。

如图6所示，单体核心端包括柜体13，柜体上部为硬件室15，在柜体下部设置有抽拉式箱体16，抽拉式箱体设置有制冷除湿室，该制冷除湿装置设置在制冷除湿室内，如图7所示，制冷除湿室内设有冷热空气交换室18，在冷热空气交换室中间设置有隔板将冷热空气交换室分隔成湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔，隔板上设置有通孔将湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔相连通，在湿热空气释放腔内设置有蒸发器19，湿热空气释放腔壁上开有空气进风口20，，在冷干空气抽离腔壁上开有冷气出风口21，冷气出风口、空气进风口连接到硬件室底部。

大型机房系统内单体核心端的制冷除湿装置的控制方法，如图5所示，包括以下步骤：

1）开始工作，启动离心风机间断工作，初始化各参数；初始化各参数包括，设定单次循环时间值t_s，启动温度默认值Ts，将循环次数C、开机时间t_on、工作时间t清空；

2）检测环境温度T₀是否大于等于35摄氏度，若是则计算环境温度上升差值Tp=T₀-35，进入下步骤；若否则计算环境温度上升差值Tp=0进入下步骤；当环境温度T₀大于等于35摄氏度，还包括对温度上升差值Tp判断步骤，若计算环境温度上升差值Tp大于5时，则发送告警信号给集群监控云端；

4）判断累计工作时间t是否大于单次循环时间t_s，若是则计算上次循环内关机时间百分比Ptd，循环次数C加1，清空工作时间t和开机时间t_on，进入下步骤；若否则进入步骤6）；当判断累计工作时间t是大于单次循环时间t_s时，还包括对异常情况的判断步骤，若累计工作时间超过循环时间，且压缩机一直处于工作状态，则发送告警信号给集群监控云端；

8）判断单体核心端内温度是否小于等于33摄氏度，若否则返回步骤4）；若是则关闭压缩机、离心风机、过冷器，停止累计开机时间，一分钟后重启离心风机间断工作，返回步骤2）。

下面以具体例子进行说明，

在开始工作时，初始化单次循环时间值t_s为30分钟，启动温度默认值Ts为36摄氏度，二次制冷设备启动温度为41摄氏度，停机温度为33摄氏度。

示例1：环境温度小于等于35摄氏度时

温控单元获取外界温度小于等于35摄氏度，经由处理单元分析确定主制冷设备启动温度保持默认值36摄氏度。当柜内温度超过36摄氏度时，启动主制冷设备；

在除第一次循环后的每次循环前，处理单元对比上次Ptd值，若该值不存在（Null）或大于30%，不启动二次制冷设备，小于30%则启动二次制冷设备。

当温控单元获取到单体核心端内温度大于41摄氏度时，启动二次制冷设备过冷器。

当温控单元获取到单体核心端内温度小于33摄氏度时，关闭主制冷设备和二次制冷设备。

处理单元检测到主制冷设备停机1分钟后，启动离心风机间断工作。

处理单元判断是否完成10次循环，如未完成不执行统计操作，若完成，则统计Ptd小于30%的次数是否超过7次，若超过则根据预设值发送制冷单元超负荷工作告警信息，未超过不执行告警操作。

示例2：环境温度大于35摄氏度时

温控单元获取外界温度大于35摄氏度，经由处理模块分析确定主制冷设备启动温度需增加差值，并重新设定启动温度为36+Tp。当单体核心端内温度超过36+Tp摄氏度时，启动主制冷设备；同时检测差值Tp，若T>5，发送环境异常告警信息。

另外，制冷除湿装置对单体核心端内进行湿度控制。压缩机和过冷器在运行时将会除湿，并将水分存储于接水盘中。主制冷设备停机的时候，离心风机将在1分钟重新启动，将接水盘中水分重新带回单体核心端中，这个过程将重新为单体核心端内进行加湿。

当主制冷设备运转时间远远小于制冷单元停机时间（Ptd>80%），单体核心端内湿度处于饱和状态，接近环境湿度。此时单体核心端制冷值设置过低或者柜内负荷过低。同时也证明了，负荷少于设计要求，机组停机时间会越长。

当主制冷设备运转时间小于停机时间（50%<Ptd<70%），单体核心端内湿度（30%）处于正常状态。

当主制冷设备运转时间大于时间，但不超过2倍时间时（30%<Ptd<50%），单体核心端内湿度处于一个正常浮动值（25%～45%）。

当主制冷设备运转时间大于停机时间，且超过2倍时间时（Ptd<30%），单体核心端内湿度处于一个较为危险值（20%）。

由此，根据Ptd值，通过判断在启动制冷时，是否同时启动过冷器，来满足下次主制冷设备停机时，离心风机有足够的时间用以加湿。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机房、单体核心端、集群监控云端、温控单元、处理单元等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种节能降耗的大型机房系统，其特征在于：包括机房（1）和集群监控云端（3），所述机房包括若干单体核心端（2），在机房上部设置有出风口（10），出风口连接通通风管（11），通风管延伸至单体核心端上部，在机房下部设置有自然进风口（12），所述单体核心端内设置有制冷除湿控制装置，制冷除湿控制装置包括制冷除湿单元（6）、温控单元（4）和处理单元（5），温控单元、处理单元分别与制冷除湿单元连接，处理单元还与集群监控云端通过网络相连接；

处理单元：采集并计算、分析当前设置值是否合适，如果不合适根据计算结果进行修正，修正失败则给集群监控云端发送告警信号；

集群监控云端：接收处理单元发送的信息，对单体核心端进行监控，并在检测到单体核心端发生异常时，将告警信息发送给用户或厂家。

2.根据权利要求1所述的一种节能降耗的大型机房系统，其特征是所述制冷除湿单元（6）包括主制冷设备和二次制冷设备，主制冷设备包括压缩机（7）和离心风机（8），二次制冷设备包括过冷器（9）。

3.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的大型机房系统，其特征是所述单体核心端布置成多个内围合式结构，所述通风管（11）延伸至单体核心端围合中间，通风管设有两个风道，一个为自然通风风道，另一个为风机通风风道，风机通风风道在出风口处安装有风机。

4.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的大型机房系统，其特征是所述单体核心端布置成外围合式结构或一字队列式结构，单体核心端分别背对自然进风口，在自然进风口上安装有活动过滤网。

5.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的大型机房系统，其特征是所述单体核心端（2）包括柜体，柜体上部为出风室（14），中部为硬件室（15），在柜体下部设置有抽拉式箱体（16），抽拉式箱体设置有制冷除湿室（17），制冷除湿装置设置在制冷除湿室内，所述制冷除湿室（17）内设有冷热空气交换室（18），在冷热空气交换室中间设置有隔板将冷热空气交换室分隔成湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔，隔板上设置有通孔将湿热空气释放腔和冷干空气抽离腔相连通，在湿热空气释放腔内设置有蒸发器（19），湿热空气释放腔壁上开有空气进风口（20），空气进风口连接到硬件室（15）底部，在冷干空气抽离腔壁上开有冷气出风口（21），冷气出风口连接到出风室。

6. 一种节能降耗的大型机房系统控制方法，采用权1-5任意一项中的系统，其特征在于：包括制冷除湿装置的控制步骤，其步骤为：

1）开始工作，启动离心风机间断工作，初始化各参数；

2）检测环境温度T₀是否大于等于35摄氏度，若是则计算环境温度上升差值Tp=T₀-35，进入下步骤；若否则计算环境温度上升差值Tp=0进入下步骤；

4）判断累计工作时间t是否大于单次循环时间t_s，若是则计算上次循环内关机时间百分比Ptd，循环次数C加1，清空工作时间t和开机时间t_on，进入下步骤；若否则进入步骤6）；

7.根据权利要求6所述的一种节能降耗的大型机房系统控制方法，其特征是步骤1）中初始化各参数包括，设定单次循环时间值t_s，启动温度默认值Ts，将循环次数C、开机时间t_on、工作时间t清空。

8.根据权利要求6所述的一种节能降耗的大型机房系统控制方法，其特征是在步骤2）中当环境温度T₀大于等于35摄氏度，还包括对温度上升差值Tp判断步骤，若计算环境温度上升差值Tp大于5时，则发送告警信号给集群监控云端。

9.根据权利要求6或7或8所述的一种节能降耗的大型机房系统控制方法，其特征是在步骤4）中当判断累计工作时间t是大于单次循环时间t_s时，还包括对异常情况的判断步骤，若累计工作时间超过循环时间，且压缩机一直处于工作状态，则发送告警信号给集群监控云端。