CN106895547A - 自适应自动计算机机房空调crac主控制方法及系统 - Google Patents

自适应自动计算机机房空调crac主控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及自适应自动计算机机房空调CRAC主控制方法及系统。本专利提供了一种自适应自动计算机机房空调CRAC或计算机机房空气处理设备(CRAH，本文中CRAC和CRAH可互换)的群控制方法。该方法自动地控制每个HVAC单元的开/关状态、回风温度设定点、风扇速度或冷却阀位置来确保数据中心的热环境用于服务器的安全运行并最小化冷却能耗。该方法在温度传感器网络、数据中心环境和多个CRAC之间创建全面的反馈控制回路。

Description

自适应自动计算机机房空调CRAC主控制方法及系统
技术领域
本发明涉及机械冷却系统的优化控制和能量效率。
背景技术
在美国，数据中心是最大和增长最快的电力消耗者之一。2013年，美国数据中心消耗了估计910亿千瓦时的电力，这些电力足足是向纽约市所有家庭供应的电力的两倍多，并且有望在2020年达到1400亿千瓦时。为了确保数据中心的安全操作，其冷却系统通常尺寸过大或过度操作以保持其尽可能地冷却。然而这牺牲了冷却效率，并且冷却能耗因此迅猛增加。期望有一种智能冷却系统的控制逻辑，其能够驱动冷却系统提供适当级别的冷却，使得可以确保安全并且具有最小的冷却能耗。
有一些公司提出开发用于解决上述问题的控制逻辑(control logic)。它们中的一些调整在其控制逻辑中的若干内在冲突的指标，导致效率变低的控制效果。一些使用单个HVAC单元来解决热点问题，导致不令人满意的热工况。一些特定于某种类型的服务器、机架或冷却系统。还有一些需要人工干预并且不够自动化。
发明内容
依照本发明，提供了一种智能自适应冷却系统控制算法。该算法使用机架冷却超温指数(rack cooling index over temperature，RCIHI)来确定热点的存在并将RCIHI维持在期望水平。当热点出现或持续存在时，该逻辑生成向其它计算机机房空调(CRAC)发出的冷却请求。目的是试图从其它CRAC获取额外的冷却。在热点不存在时，冷却请求被逐渐撤回。在不存在冷却请求时，该CRAC调整其控制目标以将RCIHI维持在期望水平。每个CRAC独立地运行控制算法。
在一些实施例中，所描述的系统提供一种动态自适应算法以优化控制该冷却系统的每个组件，包含但不限于HVAC单元的开/关状态、回风温度(return air temperature)、送风风扇速度和冷却阀。
在一些实施例中，提供了一种采用特殊指数来确定数据中心的热健康状态并且用于控制逻辑的逻辑。在一些实施例中，该特殊指数用于控制计算机机房空调系统。在一些实施例中，提供了一种将所有可用HVAC单元连网以便帮助消除热点的算法。在一些实施例中，提供了一种能够适用于任何数据中心，独立于服务器、机架和冷却设备的类型的通用控制逻辑。在一些实施例中，提供了一种能够最小化冷却能耗并且确保数据中心的正常操作的控制逻辑。在一些实施例中，提供了一种不需要人工干预的全自动控制逻辑。
附图说明
参考附图并结合随后的详细描述考虑时，可以获得对本发明的完整理解，在附图中：
图1是根据本发明的数据中心的平面图；
图2是图1中所示的计算机机房空调单元的正视图；以及
图3是自适应控制过程的流程图。
为了清楚和简洁的目的，所有附图中相同的元件和组件将采用相同的标记和编号。
具体实施方式
图1是数据中心1的平面图。该数据中心1包括一个或多个机架(机架2)和多个CRAC单元(CRAC单元3)。机架2由一个或多个计算机装备组成。例如，图1中有25个CRAC和10列机架，每列具有15个机架。该方法能够用于带有任意数量CRAC单元的房间。
图2是图1中所示CRAC单元3的正视图。来自数据中心1的内部空间的回风4被送风风扇6通过该单元的顶部抽取。在通过冷却盘管(cooling coil)5后，其被冷却并变为冷却的送风8。该冷却盘管5内部流动着冷冻水(chilled water)、制冷剂或其它冷却介质，它们的流动通过冷却阀7调节。回风4的温度(RAT)通常是CRAC单元3的控制目标。送风风扇6的速度或冷却阀7或另外装置被调节以改变CRAC单元3的冷却输出并将控制目标维持在期望的水平，在这里该控制目标为RAT。
图3是每个CRAC单元3所运行的智能自适应冷却系统控制逻辑的流程图。它是基于若干概念的重复控制过程9，该若干概念为：CRAC的直接控制多个机架的RCIHI、单个机架2的RCIHI以及冷却请求。RCI(机架冷却指数)是用于用诸如ASHRAE和NEBS之类的热数据中心标准来量化性能的最好的实际性能度量标准。该RCI度量标准将多个进气温度(测量的或模拟的)精简为两个数字：RCIHI和RCILO(Rack Cooling Index Under Temperature，机架冷却欠温指数)。这两个指数分别在温度范围的高端(HI)和低端(LO)处测量装备机房的健康状况。RCIHI可以针对多个机架或单个机架进行计算。m级冷却请求被定义为：当机架需要从其级别m(m为整数)的CRAC得到额外的冷却(因为其自身RCIHI或其所在的直接控制区域的RCIHI低于设定点，并且在CRAC优先级向量中的级别m的CRAC之前所有m-1的CRAC都达到了最大冷却输出)时，该冷却请求是m级冷却请求。
在开始框10，该控制逻辑通过启动CRAC并且将操作参数设置为默认值开始。在RCIHI测量框11，测量和计算该CRAC的直接控制下的所有机架的RCIHI。在RCIHI比较框12，该CRAC直接控制区域的实际RCIHI与设定点比较。
当实际RCIHI超过其设定点时，假如该CRAC直接控制区域中至少一个机架具备2级或更高级的冷却请求(在冷却请求存在框13)，那么在生成冷却请求撤回令框14处，基于适当的规则生成冷却请求撤回令，并向目标CRAC发出撤回令，接着进行到测量CRAC控制目标框20。但假如不存在冷却请求，如果该CRAC的冷却输出不处于最大值(在CRAC是否处于最大冷却框15处进行比较)，那么改变该CRAC的控制目标以使其冷却输出降低，例如适当地提高RAT设定点但限制在可允许的高限内(在降低冷却框16)。否则，进行到测量CRAC控制目标框20。
当实际RCIHI低于设定点时，假如该CRAC的冷却输出不是最大输出，那么在增加冷却框17处增加冷却输出，并前往CRAC测量控制目标框20。否则，该区域需要从其它CRAC得到额外冷却。为此，在发现最高RCIHI的机架框18处，识别出在该CRAC直接控制区域内具有最高单个机架RCIHI的机架、该被识别出的机架的最高级冷却请求、以及与该最高级冷却请求相关联的目标CRAC。如果已有的最高冷却请求的目标CRAC处于其最大冷却输出，那么在生成冷却请求框26处，该逻辑将保持生成更高级冷却请求。如果所有CRAC的冷却输出都达到最大但热点仍旧存在，那么应当在警告生成框19处生成警告。
在CRAC测量控制目标框20处测量该CRAC控制目标之后，如果该CRAC不具有来自任何机架的任何冷却请求，那么在维持控制目标框20处使该CRAC维持控制目标。否则，在冷却请求撤回令框21处，检查该CRAC是否接收到任何冷却请求撤回令。如果没有的话，那么在基于控制目标调节冷却框23处，基于冷却请求的控制逻辑增加该CRAC的冷却输出。如果有的话，在执行撤回令框22处执行撤回令。如果高级冷却请求被撤回，那么在由撤回减少冷却框24处，基于撤回冷却请求的控制逻辑减少CRAC冷却输出。否则，在由高级冷却请求增加冷却框25处，基于高级冷却请求的控制逻辑继续增加CRAC冷却输出。在上述所有步骤之后，当前控制循环结束。新的控制循环从RCIHI测量框11再次开始。
每个CRAC独立地运行上述控制算法。
因此，概括地说，可以看出，本发明提供了一种智能自适应冷却系统控制算法。该算法使用RCIHI来确定热点的存在并将RCIHI维持在期望水平。当热点出现或持续存在时，该逻辑生成冷却请求并且向其它CRAC发出冷却请求。目的是试图从其它CRAC得到额外的冷却。在热点不存在时，冷却请求被逐渐撤回。在不存在冷却请求时，该CRAC调整其控制目标以将RCIHI维持在期望水平。
为便于解释，前文参考了具体实施例进行描述。然而，以上说明性的讨论并非意在穷尽或将本发明限制到所公开的精确形式。鉴于前述教导，许多修改或改变是可能的。实施例被选择并加以描述，以便最好地解释该技术的原理和其实际应用。其它本领域技术人员由此能够最好地利用该技术并且带有各种修改的各种实施例也适于所设想的特定用途。各种实施例能够由通过软件、硬件或硬件和软件的结合来实施。所述实施例还能够体现为计算机可读介质上的计算机可读代码，其能够被一个或多个处理器执行。该计算机可读介质被存储在能够存储数据的任何数据存储设备中，此后其能够被计算机系统读取。
虽然参考附图已经充分描述了公开内容和实施例，但应当注意的是，对于本领域技术人员来说，各种改变和修改均是显而易见的。这些改变和修改应当理解为包含在由权利要求所限定的公开内容和实施例的范围之内。

Claims (4)

1.一种自适应自动计算机机房空调(CRAC)主控制过程，用于在数据中心中优化机械冷却系统和最小化冷却能耗，该过程包括：
确定在第一CRAC的控制下的一个或多个机架的机架冷却超温指数(RCIHI)；
利用所确定的RCIHI来确定热点的存在；
当热点出现或持续存在时，通过生成向除第一CRAC之外的一个或多个其它CRAC的冷却请求来将RCIHI维持在期望水平；以及
当热点被消除时，撤回冷却请求。
2.一种用于在数据中心中优化机械冷却系统和最小化冷却能耗的装置，该装置包括：
用于确定在第一CRAC的控制下的一个或多个机架的机架冷却超温指数(RCIHI)的部件；
用于利用所确定的RCIHI来确定热点的存在的部件；
用于当热点出现或持续存在时，通过生成向除第一CRAC之外的一个或多个其它CRAC的冷却请求来将RCIHI维持在期望水平的部件；以及
用于当热点被消除时撤回冷却请求的部件。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当指令被执行时使处理器执行：
确定在第一CRAC的控制下的一个或多个机架的机架冷却超温指数(RCIHI)；
利用所确定的RCIHI来确定热点的存在；
当热点出现或持续存在时，通过生成向除第一CRAC之外的一个或多个其它CRAC的冷却请求来将RCIHI维持在期望水平；以及
当热点被消除时，撤回冷却请求。
4.一种用于在数据中心中优化机械冷却系统和最小化冷却能耗的系统，该系统包括：
存储器；
一个或多个执行以下操作的处理器：
确定在第一CRAC的控制下的一个或多个机架的机架冷却超温指数(RCIHI)；
利用所确定的RCIHI来确定热点的存在；
当热点出现或持续存在时，通过生成向除第一CRAC之外的一个或多个其它CRAC的冷却请求来将RCIHI维持在期望水平；以及
当热点被消除时，撤回冷却请求。
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