CN105005339B - 一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统及方法。解决现有机房制作成本高，能耗大，机柜单体负荷受机房制冷量限制的问题。系统包括机房和集群监控云端，机房包括若干单体核心端，在机房顶部两侧设置有出风口，在机房下部设置有自然进风口，单体核心端内设置有水冷式制冷单元、温控单元和处理单元，温控单元、处理单元分别与水冷式制冷单元连接，处理单元与集群监控云端相连接。本发明的优点是采用微空间水冷技术代替大空间制冷技术，避免了制冷量损耗；设置有集群监控云端，减少了机房的工作人员，节省了人力资源；双压缩机进行切换，以避免某台压缩机一直工作，可以延长两台压缩机的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种机房制冷恒温控制技术，尤其是涉及一种双压缩机水冷、可移动、组合式模块化单体精确控制、结构简单的采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统及方法。
背景技术
目前大型计算机数据中心的机房所用机柜的负荷大，特别是进入云的时代，大数据运算和存储需要叠加更多的服务器，除了根据机房规范要求的防火、防震、防雷、防辐射、防静电等，对机柜的散热也提出了更高的要求，机房的造价更加昂贵。
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，每个机柜所能承受的负荷仍然有一定的限制，与高速发展的大数据超运算能力的云服务仍有一定的差距。
发明内容
本发明主要是解决现有机房制作成本高，能耗大，以及机柜单体负荷受机房制冷量限制的问题，提供了一种双压缩机水冷、可移动、组合式模块化单体精确控制、结构简单的采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统。
本发明还提供了一种适用于双压缩机水冷、组合式模块化单体精确控制的采用微空间水冷大负荷机柜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：一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统，包括机房和集群监控云端，所述机房包括若干单体核心端，在机房顶部两侧设置有出风口，在机房下部设置有自然进风口，所述单体核心端内设置有水冷式制冷单元、温控单元和处理单元，温控单元、处理单元分别与水冷式制冷单元连接，处理单元通过无线通讯网络与集群监控云端相连接；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，并有短信告知机房管理人员和厂家，如数分钟内无应答，即以电话语音形式呼叫并可按设定的权限再次呼叫管理人员的上级领导，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恒温技术，即对每一个单体核心端的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。
作为一种优选方案，在机房内单体核心端布置成多个内围合式结构，出风口上连接有通风管，通风管延伸至单体核心端围合中心上部，所述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。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。
作为一种优选方案，机房通过隔离在上部形成上通风室，下部形成下通风室，中间形成放置单体核心端的主体室，所述出风口位于上通风室内，在出风口上设有单向抽热风机，所述自然进风口位于下通风室内，在自然进风口内侧安装有空气过滤器，所述单体核心端布置成多个内围合式结构，上通风室在单体核心端围合中心处开有上风口与主体室相通，在单体核心端上部与主体室顶部之间设有挡风板，在下通风室上部设有若干下风口与主体室相通，所述下风口位于单体核心端围合中间位置或围合外侧位置，在下通风室内每个下风口处设有挡尘板。单向抽热风机受温控单元控制，根据机房温度变化全开或交替开机抽热。机房内通过隔热地板分隔主体室与下通风室，在下风口处设置活动隔热地板。挡尘板具有附壁效应，设置挡尘板进一步吸附微小灰尘粒子，这样使得机房内环境清洁度要远高于一般的办公环境。另外由于单体核心端采用微空间全封闭制冷技术，服务器工作环境与机房环境隔离，因此其洁净度远高于一般机房要求，由此可极大节省机房在清洁方面的投资。
作为一种优选方案，所述单体核心端包括柜体，柜体上部设置有水冷散热装置，中部为放置服务器的硬件室，在柜体下部设置有抽拉式箱体，所述水冷式制冷单元设置在抽拉式箱体内，水冷式制冷单元包括第一制冷设备和第二制冷设备，第一制冷设备和第二制冷设备都包括有闭环相连的压缩机、同轴换热器、蒸发器，同轴换热器环绕压缩机，抽拉式箱体内还设置有冷热空气交换室，在冷热空气交换室底部设置有接水盘，蒸发器设置在冷热空气交换室内，位于蒸发器一侧的冷热空气交换室壁上设有两个回风口，在位于蒸发器另一侧的冷热空气交换室壁上设有两个冷风出风口，回风口和冷风出风口分别通过管路连接至硬件室底部，在冷风出风口上设置有离心风机，所述同轴换热器通过水管、水泵与水冷散热装置相连接。水冷式制冷单元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处理，专门设置冷热空气交换室，形成单独密封空间，使得冷热空气交换在专门的密封空间内进行，保证了服务器工作室始终处于相对低温和高洁净的环境。同时被抽离的水分聚集在冷热空气交换室的底部，间隙性被送回硬件室，以防止机柜内静电的超标。
作为一种优选方案，所述水冷散热装置包括壳体，在壳体前面板上设置有进风孔，在壳体内设置有前表冷器和后表冷器，前表冷器和后表冷器呈V形结构安装，前表冷器和后表冷器上都设置有进水管和出水管，前表冷器通过进水管和出水管与一个同轴换热器相连，水泵连接在前表冷器进水管上，后表冷器通过进水管和出水管与另一个同轴换热器相连，另一水泵连接在后表冷器进水管上，在壳体顶部位于前表冷器和后表冷器V形结构中间位置处设置有散热风机。同轴换热器上具有进水口和出水口，前表冷器、后表冷器通过进水管和出水管各自与一个同轴换热器对应相连。本方案中通过水冷散热装置将同轴换热器内的热量散发出去，水冷散热装置可模块化更换，可拆装外壳清洗，维护更换便捷。制冷恒温单元主制冷设备和二次制冷设备采用水冷方式，其在机柜顶部的变频换热风机受温控器控制，在机柜内低负荷时风机转速较慢，以减少能耗；而在机柜内负荷较大时风机转速会加快，以提升换热风量。
一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始工作，启动两个离心风机间断工作，初始化各参数；
步骤二：根据两个压缩机的状态设定主压缩机Y和备压缩机Ys；
步骤三：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-Td，进入步骤四；若否则计算环境温度上升差值Tp=0进入步骤四；
步骤四：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，或者是否大于41摄氏度，若是则开启主压缩机，累计开机时间ton、工作时间t、主压缩机工作时间Tm，若否则返回步骤三；
步骤五：判断累计工作时间t是否大于单次循环时间ts，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，并且计算备压缩机与主压缩机的工作时间比Psm，根据Psm显示系统的负荷状态，然后清零开机时间ton、工作时间t、主压缩机工作时间Tm、备压缩机工作时间Ts，若否则进入步骤七；备压缩机与主压缩机的工作时间比Psm=Ts/Tm。
步骤六：判断上次循环内关机时间百分比Ptd是否小于循环时间的30%或Ptd大于0，若是则将Ptd小于循环时间30%的次数Ctd加1，计算10次循环中Ptd小于30%次数百分比PPtd，若否则进入步骤七；
步骤七：判断循环次数是否大于10且PPtd大于30%，或者单体核心端内温度是否大于41摄氏度且主压缩机工作时间大于10分钟，若否则进入步骤八，若是则判断备压缩机Ys是否正常，若备压缩机不正常则进入步骤八，若备压缩机正常则开启备压缩机，累计备压缩机工作时间，然后再判断循环次数是否大于10次，若否则进入步骤八，若是则清零循环次数C、Ctd清零，进入步骤八；规定了备压缩机启动的条件，防止了在夜间设备低能耗时，偶尔能耗波动备压缩机频繁启动的现象。
步骤八：判断单体核心端内温度是否小于等于33摄氏度，若否返回步骤五，若是则关闭主压缩机Y、备压缩机Ys、离心风机，停止累计开机时间ton，一分钟后重启离心风机间断工作，进入步骤九；
步骤九：判断启动压缩机标志位Q是否为0，若是则将Q设定为1，返回步骤二，若否则将Q设定为0，返回步骤二。设定两台压缩机交替工作，互为备份的功能。
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，（Ptd值大于30%，）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。两台压缩机交替工作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分钟后首先启动，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。
作为一种优选方案，步骤一中初始化各参数包括：设定单层循环时间ts，启动温度默认值Td，启动压缩机标志位Q，并将循环次数C、压缩机开机时间ton、压缩机工作时间t、主压缩机工作时间Tm、备压缩机工作时间Ts、单循环时间内关机时间百分比小于循环时间30%次数Ctd清零。
作为一种优选方案，步骤二中设定主压缩机Y和备压缩机Ys的判断过程包括以下步骤：
a．判断第一制冷设备的压缩机Y0和第二制冷设备的压缩机Y1是否都正常，若是进入步骤d，若否则进入步骤b；
b．判断第一制冷设备的压缩机Y0是否正常，若是则将启动压缩机标志位Q设定为0，进入步骤d，若否则发出第一制冷设备压缩机Y0异常告警，然后进入步骤c；
c．判断第二制冷设备的压缩机Y1是否正常，若是则将启动压缩机标志位Q设定为1，进入步骤d，若否则发出第二制冷设备压缩机Y1异常告警，然后结束工作；
d．判断启动压缩机标志位Q是否为0，若是则设定第一制冷设备压缩机Y0为主压缩机Y，第二制冷设备压缩机Y1为备压缩机Ys，进入下步骤；若否则设定第二制冷设备压缩机Y1为主压缩机Y，第一制冷设备压缩机Y0为备压缩机Ys，进入下步骤。两台压缩机互为备份，一台压缩机损坏则有另一台压缩机进行工作，保证系统正常工作，同时能通知工作人员及时维护损坏的压缩机。
作为一种优选方案，步骤五中根据Psm显示系统的负荷状态的具体过程为：若Psm小于等于100%且大于75%则显示满负荷；若Psm小于等于75%且大于50%则显示高负荷；若Psm小于等于50%且大于25%则显示中负荷；若Psm小于等于25%且大于0，则显示低负荷；Psm为零则显示超低负荷。精准的控制智能机柜的负荷，防止超低负荷浪费资源以及超高负荷损害设备的情况。
因此，本发明的优点是：1.采用微空间水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。6.在正常情况下，双压缩机进行切换，以避免某台压缩机一直工作，可以延长两台压缩机的使用寿命。而一旦某台压缩机发生异常，则发出告警，继续使用正常的那台压缩机，不进行压缩机切换，因此不影响整体的正常工作。
附图说明
附图1是本发明的一种结构框示图；
附图2是本发明中机房的一种结构示意图；
附图3是本发明中机房的另一种结构示意图；
附图4是本发明中单体核心端的一种结构示意图；
附图5是本发明中水冷式制冷单元的一种结构示意图；
附图6是本发明中水冷散热装置的一种结构示意图；
附图7是本发明中单体核心端的控制流程图；
附图8是本发明中设定主压缩机的一种流程示意图；
附图9是本发明中根据Psm现实系统负荷状态的流程示意图。
1-机房 2-单体核心端 3-集群监控端 4-温控单元 5-处理单元 6-水冷式制冷单元 7-出风口 8-自然进风口 9-通风管 10-上通风室 11-主体室 12-下通风室 13-单向抽热风机 14-挡风板 15-空气过滤器 16-挡尘板 17-机柜 18-水冷散热装置 19-硬件室20-抽拉式箱体 21-压缩机 22-同轴换热器 23-蒸发器 24-回风口 25-冷风出风口 26-离心风机 27-壳体 28-进风孔 29-前表冷器 30-后表冷器 31-散热风机 32-水泵。
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：
本实施例一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统，如图1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2所示，给出了一种机房的结构，在机房的机房顶部两侧设置有出风口7，在机房下部设置有自然进风口8，单体核心端2布置成多个内围合式结构，出风口上连接有通风管9，通风管延伸至单体核心端围合中心上部，所述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。
如图3所示，给出了另一种机房的结构，机房通过隔离在上部形成上通风室10，下部形成下通风室12，中间形成放置单体核心端的主体室11，出风口7设置在上通风室内两侧壁上，在出风口上设有单向抽热风机13，自然进风口8设置在下通风室内两侧壁上，在自然进风口内侧安装有空气过滤器15，单体核心端2布置成多个内围合式结构，上通风室在单体核心端围合中心处开有上风口与主体室相通，在单体核心端上部与主体室顶部之间设有挡风板14，在下通风室上部设有若干下风口与主体室相通，下风口位于单体核心端围合中间位置或围合外侧位置，在下通风室内每个下风口处设有挡尘板16。
单体核心端内设置有水冷式制冷单元6、温控单元4和处理单元5，温控单元、处理单元分别与水冷式制冷单元连接，处理单元通过无线通讯网络与集群监控云端3相连接。
如图4所示，单体核心端包括柜体17，柜体上部设置有水冷散热装置18，中部为放置服务器的硬件室19，在柜体下部设置有抽拉式箱体20，水冷式制冷单元6设置在抽拉式箱体内。
水冷式制冷单元包括第一制冷设备和第二制冷设备，如图5所示，第一制冷设备和第二制冷设备都包括有闭环相连的压缩机21、同轴换热器22、蒸发器23，同轴换热器环绕压缩机，抽拉式箱体内还设置有冷热空气交换室，在冷热空气交换室底部设置有接水盘，蒸发器设置在冷热空气交换室内，位于蒸发器一侧的冷热空气交换室壁上设有两个回风口24，在位于蒸发器另一侧的冷热空气交换室壁上设有两个冷风出风口25，回风口和冷风出风口分别通过管路连接至硬件室底部，在冷风出风口上设置有离心风机26，同轴换热器上设置有进水口、出水口，同轴换热器通过水管、水泵32与水冷散热装置对应相连接。
如图6所示，水冷散热装置包括壳体27，在壳体前面板上设置有进风孔28，在壳体内设置有前表冷器29和后表冷器30，前表冷器和后表冷器呈V形结构安装，前表冷器和后表冷器上都设置有进水管和出水管，前表冷器通过进水管和出水管与一个同轴换热器进水口和出水口相连，后表冷器通过进水管和出水管与另一个同轴换热器进水口和出水口相连，在壳体顶部位于前表冷器和后表冷器V形结构中间位置处设置有散热风机31。
一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统控制方法，如图7所示，包括以下步骤：
步骤一：开始工作，启动两个离心风机间断工作，初始化各参数，初始化包括设定单层循环时间ts，启动温度默认值Td，启动压缩机标志位Q，并将循环次数C、压缩机开机时间ton、压缩机工作时间t、主压缩机工作时间Tm、备压缩机工作时间Ts、单循环时间内关机时间百分比小于循环时间30%次数Ctd清零。
步骤二：根据两个压缩机的状态设定主压缩机Y和备压缩机Ys；其具体过程如图8所示，包括：
a．判断第一制冷设备的压缩机Y0和第二制冷设备的压缩机Y1是否都正常，若是进入步骤d，若否则进入步骤b；
b．判断第一制冷设备的压缩机Y0是否正常，若是则将启动压缩机标志位Q设定为0，进入步骤d，若否则发出第一制冷设备压缩机Y0异常告警，然后进入步骤c；
c．判断第二制冷设备的压缩机Y1是否正常，若是则将启动压缩机标志位Q设定为1，进入步骤d，若否则发出第二制冷设备压缩机Y1异常告警，然后结束工作；
d．判断启动压缩机标志位Q是否为0，若是则设定第一制冷设备压缩机Y0为主压缩机Y，第二制冷设备压缩机Y1为备压缩机Ys，进入下步骤；若否则设定第二制冷设备压缩机Y1为主压缩机Y，第一制冷设备压缩机Y0为备压缩机Ys，进入下步骤。
步骤三：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-Td，进入步骤四；若否则计算环境温度上升差值Tp=0进入步骤四；
步骤四：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，或者是否大于41摄氏度，若是则开启主压缩机，累计开机时间ton、工作时间t、主压缩机工作时间Tm，若否则返回步骤三；
步骤五：判断累计工作时间t是否大于单次循环时间ts，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，并且计算备压缩机与主压缩机的工作时间比Psm，根据Psm显示系统的负荷状态，然后清零开机时间ton、工作时间t、主压缩机工作时间Tm、备压缩机工作时间Ts，若否则进入步骤七；如图9所示，根据Psm显示系统的负荷状态的具体过程为：若Psm小于等于100%且大于75%则显示满负荷；若Psm小于等于75%且大于50%则显示高负荷；若Psm小于等于50%且大于25%则显示中负荷；若Psm小于等于25%且大于0，则显示低负荷；Psm为零则显示超低负荷。
步骤六：判断上次循环内关机时间百分比Ptd是否小于循环时间的30%或Ptd大于0，若是则将Ptd小于循环时间30%的次数Ctd加1，计算10次循环中Ptd小于30%次数百分比PPtd，若否则进入步骤七；
步骤七：判断循环次数是否大于10且PPtd大于30%，或者单体核心端内温度是否大于41摄氏度且主压缩机工作时间大于10分钟，若否则进入步骤八，若是则判断备压缩机Ys是否正常，若备压缩机不正常则进入步骤八，若备压缩机正常则开启备压缩机，累计备压缩机工作时间，然后再判断循环次数是否大于10次，若否则进入步骤八，若是则清零循环次数C、Ctd清零，进入步骤八；
步骤八：判断单体核心端内温度是否小于等于33摄氏度，若否返回步骤五，若是则关闭主压缩机Y、备压缩机Ys、离心风机，停止累计开机时间ton，一分钟后重启离心风机间断工作，进入步骤九；
步骤九：判断启动压缩机标志位Q是否为0，若是则将Q设定为1，返回步骤二，若否则将Q设定为0，返回步骤二。
下面以具体例子进行说明：
在开始工作时，初始化启动压缩机的标识位Q为0，启动温度默认值Td为36摄氏度，压缩机的启动温度为41摄氏度，停机温度为33摄氏度。
示例1：制冷设备的容错功能，即当有一台制冷压缩机出现故障时。
检测Y0和Y1是否正常，如果两个压缩机都正常，则Q值不变，Q为0则Y0为主压缩机、Y1为备压缩机；如果Y0正常Y1异常，则Q置为0，将Y0置为主压缩机，且发送告警信号Y1异常；如果Y1正常Y0异常，则Q置为1，将Y1置为主压缩机，且发送告警信号Y0异常给集群监控云端。 压缩机正常与否由压缩机的压力开关提供通断信号，即压缩机无论是断电或漏液压力均会偏离正常值，及时提供通断信号，监控系统无法完成切换动作，自动由另一台压缩机维持正常工作。
示例2：环境温度小于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压缩机的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，启动主压缩机；
在除第一次循环后的每次循环前，处理单元对比上次Ptd值，若该值小于30%则Ctd的值加1，根据主压缩机的工作时间Tm和备压缩机的工作时间Ts的比值Psm显示压缩机的负荷情况。当循环次数C大于10且PPtd大于30%，启动备压缩机，清零C和PPtd，重新开始计数。
当温控单元获取到单体核心端内温度大于41摄氏度时，并且主压缩机的工作时间超过10分钟，启动备压缩机。
当温控单元获取到单体核心端内温度小于33摄氏度时，关闭主离心风机、备离心风机、主压缩机、备压缩机。
处理单元检测到主压缩机停机1分钟后，启动主离心风机和备离心风机间断工作。如果当前的启动压缩机标识位Q为0，则将Q置为1，如果Q为1则将Q置为0，实现压缩机的切换。
示例2：环境温度大于等于35摄氏度时
检测Y0和Y1是否正常，如果两个压缩机都正常，则Q值不变，Q为0则Y0为主压缩机、Y1为备压缩机；如果Y0正常Y1异常，则Q置为0，将Y0置为主压缩机，且发送告警信号Y1异常；如果Y1正常Y0异常，则Q置为1，将Y1置为主压缩机，且发送告警信号Y0异常。
温控单元获取外界温度大于等于35摄氏度，经由处理模块分析确定主压缩机的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，启动主压缩机。
在除第一次循环后的每次循环前，处理单元对比上次Ptd值，若该值小于30%则Ctd的值加1，根据主压缩机的工作时间Tm和备压缩机的工作时间Ts的比值Psm显示压缩机的负荷情况。当循环次数C大于10且PPtd大于30%，启动备压缩机，清零C和PPtd，重新开始计数。
当温控单元获取到单体核心端内温度大于41摄氏度时，并且主压缩机的工作时间超过10分钟，启动备压缩机。
当温控单元获取到单体核心端内温度小于33摄氏度时，关闭主离心风机、备离心风机、主压缩机、备压缩机。
处理单元检测到主压缩机停机1分钟后，启动主离心风机、备离心风机间断工作。如果当前的启动压缩机标识位Q为0，则将Q置为1，如果Q为1则将Q置为0，实现压缩机的切换。
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。主压缩机停机的时候，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。
当压缩机的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。
当压缩机的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。
当压缩机的运转时间大于停机时间，但不超过2倍停机时间时（30%<Ptd<50%），单体核心端内湿度处于一个正常浮动值（25%～45%）。
当压缩机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%）以下。
由此，根据Ptd值，通过判断在启动主压缩机制冷时，是否同时启动备压缩机，以满足下次主压缩机停机时离心风机有足够的时间用以加湿。
示列4： 单体精准控制机柜的负荷控制
当备压缩机主压缩机工作时间百分比Psm小于等于100%且大于75%则显示满负荷；若Psm小于等于75%且大于50%则显示高负荷；若Psm小于等于50%且大于25%则显示中负荷；若Psm小于等于25%且大于0，则显示中低负荷；否则显示超低负荷；若显示满负荷则时机柜内已处于饱和状态则不应再添加设备；高负荷则表示机柜处于理想的负荷状态；中负荷则表示还有设备可以添加少量设备；低负荷则表示柜内可以增加较多设备；超低负荷则表示柜内负荷严重不足，空间闲置浪费。
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 (7)
1.一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统，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），在机房顶部两侧设置有出风口（7），在机房下部设置有自然进风口（8），所述单体核心端内设置有水冷式制冷单元（6）、温控单元（4）和处理单元（5），温控单元、处理单元分别与水冷式制冷单元连接，处理单元通过无线通讯网络与集群监控云端相连接；
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；
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；
在机房内单体核心端（2）布置成多个内围合式结构，出风口上连接有通风管（9），通风管延伸至单体核心端围合中心上部，所述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；
或机房通过隔离在上部形成上通风室（10），下部形成下通风室（12），中间形成放置单体核心端的主体室（11），所述出风口（7）位于上通风室内，在出风口上设有单向抽热风机（13），所述自然进风口（8）位于下通风室内，在自然进风口内侧安装有空气过滤器（15），所述单体核心端（2）布置成多个内围合式结构，上通风室在单体核心端围合中心处开有上风口与主体室相通，在单体核心端上部与主体室顶部之间设有挡风板（14），在下通风室上部设有若干下风口与主体室相通，所述下风口位于单体核心端围合中间位置或围合外侧位置，在下通风室内每个下风口处设有挡尘板（16）。
2.根据权利要求1所述的一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统，其特征是所述单体核心端包括柜体（17），柜体上部设置有水冷散热装置（18），中部为放置服务器的硬件室（19），在柜体下部设置有抽拉式箱体（20），所述水冷式制冷单元（6）设置在抽拉式箱体内，水冷式制冷单元包括第一制冷设备和第二制冷设备，第一制冷设备和第二制冷设备都包括有闭环相连的压缩机（21）、同轴换热器（22）、蒸发器（23），同轴换热器环绕压缩机，抽拉式箱体内还设置有冷热空气交换室，在冷热空气交换室底部设置有接水盘，蒸发器设置在冷热空气交换室内，位于蒸发器一侧的冷热空气交换室壁上设有两个回风口（24），在位于蒸发器另一侧的冷热空气交换室壁上设有两个冷风出风口（25），回风口和冷风出风口分别通过管路连接至硬件室底部，在冷风出风口上设置有离心风机（26），所述同轴换热器通过水管、水泵（32）与水冷散热装置相连接。
3.根据权利要求2所述的一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统，其特征是所述水冷散热装置包括壳体（27），在壳体前面板上设置有进风孔（28），在壳体内设置有前表冷器（29）和后表冷器（30），前表冷器和后表冷器呈V形结构安装，前表冷器和后表冷器上都设置有进水管和出水管，前表冷器通过进水管和出水管与一个同轴换热器相连，后表冷器通过进水管和出水管与另一个同轴换热器相连，在壳体顶部位于前表冷器和后表冷器V形结构中间位置处设置有散热风机（31）。
4.一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统控制方法，采用权利要求1-3任一项中系统，其特征是包括以下步骤：
步骤一：开始工作，启动两个离心风机间断工作，初始化各参数；
步骤二：根据两个压缩机的状态设定主压缩机Y和备压缩机Ys；
步骤三：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-Td，进入步骤四；若否则计算环境温度上升差值Tp=0进入步骤四；
步骤四：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，或者是否大于41摄氏度，若是则开启主压缩机，累计开机时间ton、工作时间t、主压缩机工作时间Tm，若否则返回步骤三；
步骤五：判断累计工作时间t是否大于单次循环时间ts，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，并且计算备压缩机与主压缩机的工作时间比Psm，根据Psm显示系统的负荷状态，然后清零开机时间ton、工作时间t、主压缩机工作时间Tm、备压缩机工作时间Ts，若否则进入步骤七；
步骤六：判断上次循环内关机时间百分比Ptd是否小于循环时间的30%或Ptd大于0，若是则将Ptd小于循环时间30%的次数Ctd加1，计算10次循环中Ptd小于30%次数百分比PPtd，若否则进入步骤七；
步骤七：判断循环次数是否大于10且PPtd大于30%，或者单体核心端内温度是否大于41摄氏度且主压缩机工作时间大于10分钟，若否则进入步骤八，若是则判断备压缩机Ys是否正常，若备压缩机不正常则进入步骤八，若备压缩机正常则开启备压缩机，累计备压缩机工作时间，然后再判断循环次数是否大于10次，若否则进入步骤八，若是则清零循环次数C、Ctd清零，进入步骤八；
步骤八：判断单体核心端内温度是否小于等于33摄氏度，若否返回步骤五，若是则关闭主压缩机Y、备压缩机Ys、离心风机，停止累计开机时间ton，一分钟后重启离心风机间断工作，进入步骤九；
步骤九：判断启动压缩机标志位Q是否为0，若是则将Q设定为1，返回步骤二，若否则将Q设定为0，返回步骤二。
5.根据权利要求4所述的一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统控制方法，其特征是步骤一中初始化各参数包括：设定单层循环时间ts，启动温度默认值Td，启动压缩机标志位Q，并将循环次数C、压缩机开机时间ton、压缩机工作时间t、主压缩机工作时间Tm、备压缩机工作时间Ts、单循环时间内关机时间百分比小于循环时间30%次数Ctd清零。
6.根据权利要求4所述的一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统控制方法，其特征是步骤二中设定主压缩机Y和备压缩机Ys的判断过程包括以下步骤：
a．判断第一制冷设备的压缩机Y0和第二制冷设备的压缩机Y1是否都正常，若是进入步骤d，若否则进入步骤b；
b．判断第一制冷设备的压缩机Y0是否正常，若是则将启动压缩机标志位Q设定为0，进入步骤d，若否则发出第一制冷设备压缩机Y0异常告警，然后进入步骤c；
c．判断第二制冷设备的压缩机Y1是否正常，若是则将启动压缩机标志位Q设定为1，进入步骤d，若否则发出第二制冷设备压缩机Y1异常告警，然后结束工作；
d．判断启动压缩机标志位Q是否为0，若是则设定第一制冷设备压缩机Y0为主压缩机Y，第二制冷设备压缩机Y1为备压缩机Ys，进入下步骤；若否则设定第二制冷设备压缩机Y1为主压缩机Y，第一制冷设备压缩机Y0为备压缩机Ys，进入下步骤。
7.根据权利要求4或5或6所述的一种采用微空间水冷大负荷机柜的大型机房系统控制方法，其特征是步骤五中根据Psm显示系统的负荷状态的具体过程为：若Psm小于等于100%且大于75%则显示满负荷；若Psm小于等于75%且大于50%则显示高负荷；若Psm小于等于50%且大于25%则显示中负荷；若Psm小于等于25%且大于0，则显示低负荷；Psm为零则显示超低负荷。
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