CN106918115A - 一种数据中心冷冻水输送控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据中心冷冻水输送控制方法及系统，该方法包括步骤：S1、实时采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；S2、基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号；S3、控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使冷冻水经储水罐向数据中心提供冷量或经旁通管路向数据中心提供冷量。本发明根据储水罐底部的水温监测结果，控制储水罐阀门和旁通管路阀门的开启或关闭，引导冷冻水路径注射，在满足空调末端功能要求的前提下，既可达到备用冷量储存的效果，又能实现冷冻水系统在正常运行时节能的目的。

Description

一种数据中心冷冻水输送控制方法及系统

技述领域

本发明涉及空调领域，更具体地说，涉及一种数据中心冷冻水输送控制方法及系统。

背景技述

在我国，2014年建筑能耗问题超过12.5亿吨标准煤，占社会总能耗30％。中央空调能耗占建筑总能耗65％，其中空调机房能耗占空调系统能耗70％左右。其中冷冻水泵能耗占用了空调机房能耗相当大比例。数据中心动环系统的空调机房的冷冻水系统有别常规建筑的冷冻水系统，为了防止出现制冷机组故障无法保证数据中心机房室内温度于设备安全运行温度敬意的情况，在数据中心空调机房冷冻水管网中通常会设置小型冷冻水储水罐(通常有2路供水，每路供水设置1个冷冻水储水罐)。所有的冷冻水经过水路管网供应到空调末端都必须流经储水罐，这样可保证在制冷机组出现故障的情况下，可使用储水罐中储存的冷冻水进行短时间的冷量供应，给制冷机组抢修及数据中心正常运行赢得宝贵时间。但是，这种串联储水罐的冷冻水管网设计在正常运行期间增大了不少的系统阻力，无形中浪费了许多水泵的能耗。

发明内容

本发明要解决的技述问题在于，针对现有技述的上述缺陷，提供一种数据中心冷冻水输送控制方法及系统。本发明通过对原有的串联储水罐管路设计进行改善，增加旁通管路、阀门及温度传感器，并添加了冷冻水系统阀门新的控制策略，根据储水罐底部的水温实时监测结果，控制串联储水罐阀门及旁通阀门的开关，从而既可实现原有设计的备用冷量储存效果，又可减少冷冻水系统在正常运行时的能耗。

本发明解决其技述问题所采用的技述方案是：构造一种数据中心冷冻水输送控制方法，包括以下步骤：

S11、实时采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；

S12、基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断所述实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号；

S13、根据所述控制信号控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使所述冷冻水经所述储水罐向所述数据中心提供冷量或经所述旁通管路向所述数据中心提供冷量。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，所述方法还包括：

S14、若所述实时温度T_tan未超出所述预设温度，则维持所述储水罐阀门和所述旁通管路阀门的原有状态。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，所述方法还包括，在所述步骤S11之前，设定所述预设温度。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，所述预设温度包括所述储水罐底部冷冻水的下限温度T_L和上限温度T_H。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，在所述步骤S11中，采用水温传感器实时采集所述储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan，并将所述实时温度T_tan传输至主控器。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，所述控制信号包括第一控制信号或第二控制信号，且所述步骤S12包括：

若所述实时温度T_tan低于所述下限温度T_L，则输出第一控制信号；若所述实时温度T_tan高于所述上限温度T_H，则输出第二控制信号。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，所述步骤S13包括：

S13-0、根据所述第一控制信号开启所述旁通管路阀门，并在所述旁通管路阀门完全开启后，关闭储水罐的水管前端阀门；

S13-1、根据所述第二控制信号开启所述储水罐的水管前端阀门，并在所述储水罐的水管前端阀门完全开启后，关闭所述旁通管路阀门。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，所述步骤S12-0还包括：

A、若所述实时温度T_tan低于所述下限温度T_L，则在预设时间t内连续采集所述储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；

B、当达到预设时间t时，并判断在所述预设时间t内所采集的所述实时温度T_tan是否全部低于所述下限温度T_L，若是，执行步骤S13-0；若否，则返回步骤A。

在本发明所述的数据中心冷冻水输送控制方法中，优选地，根据公式1.1和公式1.2控制所述储水缺勤的水管前端阀门和所述旁通管路阀门的开启或关闭：

其中，T_sup表示制冷机冷冻水出水温度；On_tan，Off_tan，分别表示串联储水罐水管前端阀门的开关状态；On_bypass，Off_bypass，分别表示旁通管路阀门的开关状态；L_status，H_status分别表示触及下限温度T_L设定值和下限温度T_L设定值时的控制状态及动作，其中0表示无动作执行。

本发明一种数据中心冷冻水输送控制系统，包括储水罐，还包括:

采集单元，用于实时采集所述储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；

判断单元，用于基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断所述实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号；

控制单元，用于根据所述控制信号控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使所述冷冻水经所述储水罐向所述数据中心提供冷量或经所述旁通管路向所述数据中心提供冷量。

实施本发明的数据中心冷冻水输送控制方法及系统，具有以下有益效果：本发明的数据中心冷冻水输送控制方法包括步骤：S1、实时采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；S2、基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号；S3、控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使冷冻水经储水罐向数据中心提供冷量或经旁通管路向数据中心提供冷量。本发明根据储水罐底部的水温监测结果，控制储水罐阀门和旁通管路阀门的开启或关闭，引导冷冻水路径流向，在满足空调末端功能要求的前提下，既可达到备用冷量储存的效果，又能实现冷冻水系统在正常运行时节能的目的。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种数据中心冷冻水输送控制方法第一实施例的流程示意图；

图2是本发明一种数据中心冷冻水输送控制方法第二实施例的流程示意图；

图3是本发明一种数据中心冷冻水输送控制系统的逻辑框图；

图4是本发明一种数据中心冷冻水输送控制系统的功能框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参见图1为本发明一种数据中心冷冻水输送控制方法第一实施例的流程示意图；该实施例的冷冻水输送控制方法可以应用于数据中心空调机房的冷量输送系统中。如图1所示，该实施例的数据中心冷冻水输送控制方法包括以下步骤：

S11、实时采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan。

在该步骤中，储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan可采用水温传感器进行实时测量以采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan。在本实施例中，根据数据中心冷冻水系统的设置方式，通常有2路供水，每路供水设置1个冷冻水储水罐，因此，在对储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan采集时，每个储水罐冷冻水的水温都需要采集，即可在每个储水罐的底部设置一个水温传感器，分别对每个储水罐底部的水温进行监测。在本发明的实施例中，每个储水罐底部水温的监测是相互独立且互不影响的，主控器对各个储水罐的水温监测及相关的控制原理相同，这里不再赘述。可以理解地，如果数据中心冷冻水系统设置有两个以上的储水罐，其冷冻水输送亦可采用本发明所说的控制方法。

另外，该步骤中，因为温度低的水密度较高，会自然沉降在底部，因此，将水温传感器设置在储水罐底部用于监测储水罐底部冷冻水的温度即可保证整个储水罐的水温状态满足运行要求，而不需设置多个水温传感器监测储水罐内冷冻水的温度，可以在物料成本上进一步降低。

其次，该步骤中，水温传感器对储水罐底部冷冻水温度的实时监测是依据水温传感器的测量频率而定的，也就是说，采用不同的水温传感器，对储水罐底部冷冻水温度的采集频率不同。本发明的水温传感器可采用现有常规水温传感器。

优选地，在步骤S11之前可预先设置冷冻水的预设温度。预设温度包括下限温度T_L和上限温度T_H。下限温度T_L和上限温度T_H为储水罐冷冻水储存的冷量的分界值；例如，当储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan达到下限温度T_L，则说明储水罐所储存的冷冻水已达到系统运行的要求，当储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan低于下限温度T_L时，则表明储水罐所储存的冷冻水冷量超过系统运行需求。

S12、基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号。

在该步骤中，当储水罐内的水温传感器检测到储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan时，实时温度T_tan可输出至系统中内置的主控制器或其他具有数据运算处理功能的处理器或控制器，包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算器、中央处理器、场编程门陈列、可编程逻辑设备、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何基于操作指令操作信号(模拟和/或数字)的设备，由其判断实时温度T_tan是否超出预设温度。

关于储水罐底部冷冻水的预设温度，可由用户预先设置得到，例如，用户可在主控制器首次开机时设置预设温度，或者主控制器在使用过程中通过输入某一预置口令后进行条件设置，等等，本发明实施例对此不作具体限定。本发明可以通过各种存储器件存储预设温度，各存储器件可由一个或多个存储组件所实现。在此，存储组件可以是诸如内在或缓存器等，但在此并不对其限制。内存可诸如只读存储器(Read-Only Memory；ROM)、随机存取内存(Random Access Memory；RAM)、非永久性内存、永久性内存、静态内存、易失存储器、闪存和/或任何存储数字信息的设备。

当判断出所采集的冷冻水的实时温度T_tan超出预设温度时，输出一控制信号，该控制信号用于控制储水罐阀门的开启或关闭、和控制旁通管路阀门的开启或关闭。

S13、根据控制信号控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使冷冻水经储水罐向数据中心提供冷量或经旁通管路向数据中心提供冷量。

在该步骤中，在接收到控制信号后，可根据该控制信号控制储水罐阀门开启或关闭，同时还控制旁通管路阀门开启或关闭，以使得冷冻水经储水罐所在管路向数据中心提供冷量，或者使得冷冻水经旁通管路向数据中心提供冷量。

参见图2，图2是本发明一种数据中心冷冻水输送控制方法第二实施例的流程示意图；该实施例的冷冻水输送控制方法可以应用于数据中心空调机房的冷量输送系统中。如图2所示，该实施例的数据中心冷冻水输送控制方法包括以下步骤：

S21、实时采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan。

在该步骤中，储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan可采用水温传感器进行实时测量以采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan。在本实施例中，根据数据中心冷冻水系统的设置方式，通常有2路供水，每路供水设置1个冷冻水储水罐，因此，在对储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan采集时，每个储水罐冷冻水的水温都需要采集，即可在每个储水罐的底部设置一个水温传感器，分别对每个储水罐底部的水温进行监测。在本发明的实施例中，每个储水罐底部水温的监测是相互独立且互不影响的，主控器对各个储水罐的水温监测及相关的控制原理相同，这里不再赘述。可以理解地，如果数据中心冷冻水系统设置有两个以上的储水罐，其冷冻水输送亦可采用本发明所说的控制方法。

另外，该步骤中，因为温度低的水密度较高，会自然沉降在底部，因此，将水温传感器设置在储水罐底部用于监测储水罐底部冷冻水的温度即可保证整个储水罐的水温状态满足运行要求，而不需设置多个水温传感器监测储水罐内冷冻水的温度，可以在物料成本上进一步降低。

其次，该步骤中，水温传感器对储水罐底部冷冻水温度的实时监测是依据水温传感器的测量频率而定的，也就是说，采用不同的水温传感器，对储水罐底部冷冻水温度的采集频率不同。本发明的水温传感器可采用现有常规水温传感器。

优选地，在步骤S21之前可预先设置冷冻水的预设温度。预设温度包括下限温度T_L和上限温度T_H。下限温度T_L和上限温度T_H为储水罐冷冻水储存的冷量的分界值；例如，当储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan达到下限温度T_L，则说明储水罐所储存的冷冻水已达到系统运行的要求，当储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan低于下限温度T_L时，则表明储水罐所储存的冷冻水冷量超过系统运行需求。

S12-0、若实时温度T_tan低于下限温度T_L，则输出第一控制信号；若实时温度T_tan高于上限温度T_H，则输出第二控制信号。在该步骤中，当储水罐内的水温传感器检测到储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan时，实时温度T_tan可输出至系统中内置的主控制器或其他具有数据运算处理功能的处理器或控制器，包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算器、中央处理器、场编程门陈列、可编程逻辑设备、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何基于操作指令操作信号(模拟和/或数字)的设备，由其判断实时温度T_tan是否超出预设温度。

关于储水罐底部冷冻水的预设温度，可由用户预先设置得到，例如，用户可在主控制器首次开机时设置预设温度，或者主控制器在使用过程中通过输入某一预置口令后进行条件设置，等等，本发明实施例对此不作具体限定。本发明可以通过各种存储器件存储预设温度，各存储器件可由一个或多个存储组件所实现。在此，存储组件可以是诸如内在或缓存器等，但在此并不对其限制。内存可诸如只读存储器(Read-Only Memory；ROM)、随机存取内存(Random Access Memory；RAM)、非永久性内存、永久性内存、静态内存、易失存储器、闪存和/或任何存储数字信息的设备。

优选地，步骤S12-0还包括：

A、若实时温度T_tan低于下限温度T_L，则在预设时间t内连续采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan。

在该步骤中，预设时间t由内置于主控制器的计时器执行，其可预先在主控制器中设置。当水温传感器采集到储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan低于下限温度T_L时，主控制器控制计时器开始计时，且在预设时间t内连续采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan并发送给主控器。

B、当达到预设时间t时，并判断在预设时间t内所采集的实时温度T_tan是否全部低于下限温度T_L，若是，执行步骤S13-0；若否，则返回步骤A。

在该步骤中，主控制器接收水温传感器上传的温度数据并在达到预设时间t时，判断在预设时间t内连续采集的实时温度T_tan是否低于下限温度T_L，若是，则根据第一控制信号开启旁通管路阀门，并在旁通管路阀门完全开启后，关闭储水罐的水管前端阀门；若否，则返回步骤A重新执行，即重新开始计时，继续监测并采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan。

S13-0、根据第一控制信号开启旁通管路阀门，并在旁通管路阀门完全开启后，关闭储水罐的水管前端阀门。

在该步骤中，在接收到第一控制信号后，可根据第一控制信号控制旁通管路阀门开启，并等候旁通管路阀门完全开启后，关闭储水罐水管前端的阀门，使冷冻水经由旁通管路向数据中心提供冷量。

S13-1、根据第二控制信号开启储水罐的水管前端阀门，并在储水罐的水管前端阀门完全开启后，关闭旁通管路阀门。

在该步骤中，在接收到第二控制信号后，可根据第二控制信号控制储水罐水管前端阀门开启，并等候储水罐水管前端的阀门完全开启后，关闭旁通管路阀门，使冷冻水经储水罐向数据中心提供冷量。

优选地，在本发明的实施例中，对储水罐阀门和旁通管路阀门开启或关闭的控制可根据公式1.1和公式1.2进行逻辑控制：

其中，T_sup表示制冷机冷冻水出水温度；On_tan，Off_tan，分别表示串联储水罐水管前端阀门的开关状态；On_bypass，Off_bypass，分别表示旁通管路阀门的开关状态；L_status，H_status分别表示触及下限温度T_L设定值和下限温度T_L设定值时的控制状态及动作，其中0表示无动作执行。

参见公式1.1，在该实施例中，下限温度T_L可为比制冷机组出水温度高出1℃；上限温度T_H可为比制冷机组出水温度高出5℃。预设时间t可设为5分钟(300s)，计时器计时的时间对阀门的开启有很大的影响，如果计时时间过长就会导致需要更长的时间开启阀门，容易造成水泵能源浪费，若计时时间过短，则由于水温存在波动性，则有可能导致判断错误，导致不必要的阀门控制，因此，根据实际的使用经验，通常可将预设时间t设为5分钟。

本发明实施例一和实施例二所说的数据中心冷冻水输送控制方法是针对一路供水的控制方法，其也适应于2路或多路供水的控制方法。当有多路供水时也可采用本发明实施例一和实施例二的冷冻水输送控制方法，在此不作限定。

参阅图3，图3是本发明一种数据中心冷冻水输送控制系统的逻辑框图。该实施例的数据中心冷冻水输送控制系统可由上述实施例一和实施例二的数据中心冷冻水输送控制方法实现。具体地，该控制系统包括数据中心100、制冷机组101、冷冻水泵102、旁通管路阀门103、储水罐水管前端阀门104、储水罐105、以及水温传感器106、主控制器107(图中未示出)。数据中心100为本发明提供冷量的目标对象，制冷机组101用于根据数据中心100的需求由提供适宜的冷冻水，冷冻水泵102用于将制冷机组101输出的冷冻水传输至相应的输送管路。旁通管路阀门103设置在旁通管路上，用于根据主控制器107输出的控制信号开启或关闭以使冷冻水可经旁通管路向数据中心提供冷量，或者使冷冻水不可经过旁通管路。储水罐水管前端阀门104设置在储水罐水管前端，用于根据主控制器107输出的控制信号开启或关闭以使冷冻水可经储水罐105向数据中心提供冷量或使冷冻水不可经过储水罐105。储水罐105用于储存冷冻水作为备用冷量。水温传感器106设置在储水罐105的底部，用于实时检测储水罐105底部冷冻水的温度并将温度数据传输至主控制器107。主控制器107根据水温传感器106传输的温度数据判断储水罐105底部的冷冻水温度是否满足预设条件，并在满足预设条件的前提下输出相应的控制信号控制储水罐阀门104的开启或关闭，或者储水罐水管前端阀门104，以使冷冻水经储水罐向数据中心提供冷量或经旁通管路向数据中心提供冷量。优选地，主控制器107的功能可在PLC或DDC控制器实现。

图4是本发明一种数据中心冷冻水输送控制系统的功能框图。该实施例的数据中心冷冻水输送控制系统可由上述实施例一和实施例二的数据中心冷冻水输送控制方法实现。在该实施例中，数据中心冷冻水输送控制系统包括：

采集单元10，用于实时采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan。

判断单元20，用于基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号。

控制单元30，用于根据控制信号控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使冷冻水经储水罐向数据中心提供冷量或经旁通管路向数据中心提供冷量。

其中，判断单元20与控制单元30设置在主控制器107内，主控制器107的功能可在PLC或DDC控制器实现。

以上实施例只为说明本发明的技述构思及特点，其目的在于让熟悉此项技述的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技述人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11、实时采集储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；

S12、基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断所述实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号；

S13、根据所述控制信号控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使所述冷冻水经所述储水罐向所述数据中心提供冷量或经所述旁通管路向所述数据中心提供冷量。

2.根据权利要求1所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

S14、若所述实时温度T_tan未超出所述预设温度，则维持所述储水罐阀门和所述旁通管路阀门的原有状态。

3.根据权利要求1所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，所述方法还包括，在所述步骤S11之前，设定所述预设温度。

4.根据权利要求1所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，所述预设温度包括所述储水罐底部冷冻水的下限温度T_L和上限温度T_H。

5.根据权利要求1所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，在所述步骤S11中，采用水温传感器实时采集所述储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan，并将所述实时温度T_tan传输至主控制器。

6.根据权利要求4所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，所述控制信号包括第一控制信号或第二控制信号，且所述步骤S12包括：

S12-0、若所述实时温度T_tan低于所述下限温度T_L，则输出第一控制信号；若所述实时温度T_tan高于所述上限温度T_H，则输出第二控制信号。

7.根据权利要求6所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，所述步骤S13包括：

S13-0、根据所述第一控制信号开启所述旁通管路阀门，并在所述旁通管路阀门完全开启后，关闭储水罐的水管前端阀门；

S13-1、根据所述第二控制信号开启所述储水罐的水管前端阀门，并在所述储水罐的水管前端阀门完全开启后，关闭所述旁通管路阀门。

8.根据权利要求6所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，所述步骤S12-0还包括：

A、若所述实时温度T_tan低于所述下限温度T_L，则在预设时间t内连续采集所述储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；

B、当达到预设时间t时，并判断在所述预设时间t内所采集的所述实时温度T_tan是否全部低于所述下限温度T_L，若是，执行步骤S13-0；若否，则返回步骤A。

9.根据权利要求8所述的数据中心冷冻水输送控制方法，其特征在于，根据公式1.1和公式1.2控制所述储水罐的水管前端阀门和所述旁通管路阀门的开启或关闭：

其中，T_sup表示制冷机冷冻水出水温度；On_tan，Off_tan，分别表示储水罐水管前端阀门的开关状态；On_bypass，Off_bypass，分别表示旁通管路阀门的开关状态；L_status，H_status分别表示触及下限温度T_L设定值和下限温度T_L设定值时的控制状态及动作，其中0表示无动作执行。

10.一种数据中心冷冻水输送控制系统，包括储水罐，其特征在于，还包括:

采集单元，用于实时采集所述储水罐底部冷冻水的实时温度T_tan；

判断单元，用于基于所采集的冷冻水的实时温度T_tan，判断所述实时温度T_tan是否超出预设温度，若是，则输出控制信号；

控制单元，用于根据所述控制信号控制储水罐阀门或旁通管路阀门开启或关闭，以使所述冷冻水经所述储水罐向所述数据中心提供冷量或经所述旁通管路向所述数据中心提供冷量。