CN111132510B - 一种机柜式数据中心运行环境监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机柜式数据中心运行环境监控系统及方法，包括有柜体，柜体内设置有主机室和降温室，主机室从上至下依次设置有主机隔柜、监控隔柜、配电隔柜、主供电隔柜以及备用电隔柜；主机隔柜内设置有服务器主机；监控隔柜内设置有监控模块，与服务器主机电连接；配电隔柜内设置有配电模块，与服务器主机电连接；主供电隔柜内设置有主电池组，与配电模块电连接；备用电隔柜内设置有备用电池组，与配电模块电连接；降温室内设置有降温设备和灭火设备，降温设备和灭火设备的控制端分别与服务器主机控制端电连接。该方案在柜体内设置有降温装置，通过降温装置的气体流动，带走机柜内的热空气进行降温，降低能耗的同时具有很好的降温效果。

Description

一种机柜式数据中心运行环境监控系统及方法

技术领域

本发明涉及控制系统领域，具体的涉及一种机柜式数据中心运行环境监控系统及方法。

背景技术

当前，伴随着能源互联网关键技术的不断突破和综合能源服务业态的不断创新，面向能源消费侧多元化需求的综合能源系统在物理层面承载能源互联网、在信息层面融入泛在物联网，满足差异化用能需求的同时有效提升能源效率，支撑信息灵活互通的同时实现能源价值共创共享，是改变传统能源系统建设路径和发展模式的必由之路。数据中心既能提供对内服务，也能提供对外服务。对内，可为泛在电力物联网提供数据转存，边缘计算，海量数据分析利用，实时计算和数据服务，开展用电信息采集、分布式能源、充电站、综合能源管控和营销平台搭建，筑牢泛在电力物联网基石，对外提供基础设施、边缘计算等IT服务，因此数据中心在电力系统改革中起到非常重要的作用。

数据中心设置在分布式机房中，为了保障机房适宜的运行环境，设置一些调控设备实施监控机房的环境温度、湿度，确保数据中心安全运行，数据中心本身由于运行时产生大量的热，机柜内的温度远远大于机房的温度，因此需要单独设置降温设备给机柜环境降温，现有的机柜式数据中心采用空调降温，虽然降温效果明显，但空调的长期运行会浪费大量的电能，增加运行成本。

中国专利，公开号：CN 105992499 A，公开日：2016年10月5日，公开了一种机柜式数据中心，包含柜体、服务器主机以及空调模块。柜体内形成有主机室以及空调室，空调室设有可选择性开闭的主进风门，主机室与空调室之间设有进气风扇，且主机室设有排风门。服务器主机设置在主机室之内且服务器主机在主机室之内围设成相互隔离的冷通道以及热通道，进气风扇对应冷通道配置。空调模块包含有设置在空调室内的盘管，主进风门介于盘管及进气风扇之间。排风门供热通道内的空气通过而排出柜体。该技术采用空调系统降温，增加了能源消耗，同时采用自然风进入冷却管道，带动气流降温，气流会将空气中的灰尘等杂质带入机柜内部，数据的元器件覆盖灰尘会引起运行故障。

发明内容

本发明的目的是解决机柜式数据中心采用传统的降温措施导致能源消耗过大问题，提出了一种机柜式数据中心运行环境监控系统及方法，该技术方案在柜体内设置有降温装置，通过降温装置的气体流动，带走机柜内的热空气进行降温，降低能耗的同时具有很好的降温效果。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种机柜式数据中心运行环境监控系统，包括有柜体，所述柜体内设置有主机室，所述主机室和柜体的留置空间设置为降温室，所述主机室从上之下依次设置有主机隔柜、监控隔柜、配电隔柜、主供电隔柜以及备用电隔柜；

所述主机隔柜内设置有服务器主机，所述服务器主机用于数据的集中管控和处理；

所述监控隔柜内设置有监控模块，所述监控模块采集柜体内的环境状况信息，与服务器主机电连接；

所述配电隔柜内设置有配电模块，用于将供电电源转换成服务器主机运行所需的安全电源，与服务器主机电连接；

所述主供电隔柜内设置有主电池组，所述主电池组为服务器主机供电，与配电模块电连接；所述备用电隔柜内设置有备用电池组，当主电池组供电故障时为服务器主机供电，与配电模块电连接；

所述降温室内设置有降温设备和灭火设备，所述降温设备和灭火设备的控制端分别与服务器主机控制端电连接。

本方案中，监控模块实时采集机柜内的环境参数，服务器主机通过对监控模块反馈的信息进行分析和判断，继而控制降温设备和灭火设备动作，保证数据中心的运行安全。

作为优选，所述的监控模块包括有：

若干温度传感器，用于检测柜体内的环境温度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干湿度传感器，用于检测柜体内的环境湿度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干灰尘传感器、用于检测柜体内的灰尘浓度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干烟雾传感器，用于检测柜体内的烟雾浓度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干明火传感器，用于检测柜体内的有无明火，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接。

本方案中，数据中心由各种电子元器件集成，在高速运行时产生局部高温，当没有及时降温时，会导致电子元器件烧毁或起火，为了减少损失和防止次生灾害的发生，采用烟雾传感器和明火传感器实时监控机柜内的环境信息，服务器主机可以针对故障及时作出反应，采用温度传感器、湿度传感器和灰尘传感器监控机柜内的温湿度以及灰尘度信息，可以供服务器作出判断的依据，同时可以减少机柜内设备的维护频次。

作为优选，所述的降温设备包括有四组降温装置，四组降温装置对称设置在柜体内，所述降温装置包括有风扇、冷却管、排风扇以及两个漏斗形软管，所述风扇设置在柜体的上部，所述柜体的下部设置有基座，所述排风扇设置在基座侧面，所述风扇与一个漏斗形软管的大径端密封连接，冷却管的上端与漏斗形软管的小径端密封连接，所述排风扇与另一个漏斗形软管的大径端密封连接，冷却管的下端与漏斗形软管的小径端密封连接；所述风扇和排风扇分别与配电模块电连接。

本方案中，由于主机室和柜体之间留置有空间，用于热空气的扩散，降温设备设置在柜体的四个侧面，可以对整个留置空间进行降温，外部自然风经由漏斗形软管进入冷却管，根据空气压缩原理，空气由大口径入以及小口径出时会吸收大量的热，因此冷却管道的空气温度会明显小于入口处的温度，冷却管的温度低会吸收附近大量的热，根据热传导原理，冷却管附近的热空气会得到快速降温；同时排风扇高速运转，导致冷却管内的空气高速流动，冷却管内的气压小于机柜内的空气气压，根据空气动力学原理，流动的空气总是从高压区域流向低压区域，因此，热空气经过冷却管被排除机柜外，实现降温。

作为优选，所述冷却管采用铝合金材质制成，所述冷却管的周身均匀设置有若干吸气管，所述吸气管的管口斜朝上，所述吸气管的管身与冷却管的管身呈锐角，所述锐角的范围15°～75°之间，最佳锐角为45°。

本方案中，冷却管采用铝合金制成，价格低廉，具有良好的热导率，冷却管的周身均匀设置有若干吸气管增大吸热面积，使得降温效果更好，同时吸气管的管身与冷却管的管身呈一定角度，便于机柜内的空气进入冷却管内，提高降温效果。

作为优选，所述灭火设备包括有灭火罐、金属管以及阀门，所述灭火罐固定设置柜体的上部，所述灭火罐通过阀门与金属管连接，所述金属管的下端设置有放射状喷头，所述阀门控制端与服务器主机电连接。

本方案中，当服务器主机接收到明火传感器反馈的明火信息时，服务器主机控制阀门打开，阻燃剂通过放射状喷头喷出，快速灭火，避免更大的次生灾害。

作为优选，所述的机柜的侧面对称设置有进气窗，所述进气窗的进气口设置有过滤网。

本方案中，由于机柜内的热空气被快速排出机柜外，需要设置进气口保证空气的正常流通，因此在机柜的柜体侧面设置进气窗，为了避免空气中的灰尘等杂质进入机柜内对机柜内的设备运行造成干扰，在进气口设置有过滤网。

作为优选，还包括有显示屏，所述显示屏安装在机柜的侧面，所述显示屏与服务器主机电连接。本方案中，显示屏可以显示机柜内的环境状况信息以及设备的运行信息，可以对服务器主机的控制参数进行设定，便于维修人员调取历史运行数据。

作为优选，所述的灭火罐内填充有高压二氧化碳阻燃剂。本方案中，所述采用二氧化碳阻燃剂适用于电气设备起火，且对灭火环境不会造成二次污染。

9.一种机柜式数据中心运行环境监控方法，包括如下步骤：

S1、控制中心初始化设置；

S2、控制中心故障诊断；

S3、控制中心故障解除。

控制中心初始化设置包括如下步骤：

S11、温度阈值初始化设置：温度阈值端点为：T1、T2、T3以及T4，有共有五个阈值范围，五个阈值范围如下：

a<T1；T1≤a<T2；T2≤a<T3；T3≤a<T4；T4≤a；

其中a是若干温度传感器测得温度值的平均值；公式如下：

N为空间分布的传感器的个数，b_N为第N个温度传感器测得的温度值；

S12、功率等级初始化设置：所述风扇的功率等级设置为，W1、W2、W3、W4以及W5，所述排风扇的功率等级设置为：W2、W3、W4、W5以及W6；

所述功率大小关系如下：

W6>W5>W4>W3>W2>W1。

控制中心故障诊断方法如下：

S21、当机柜内环境温度出现在某一阈值范围内，排风扇和风扇在对应等级功率下运行；

S22、当服务器主机检测到供电电压不足时，控制配电模块切换至备用电池组供电；

S23、当机柜内出现电子元器件烧损冒烟现象，服务器主机立即发送故障信息给远程控制中心，服务器主机控制配电模块切断电源供应；

S24、当机柜内出现电子元器件出现燃烧明火现象，服务器主机立即发送故障信息给远程控制中心，服务器主机控制阀门打开，灭火罐喷出阻燃剂进行灭火，服务器主机控制配电模块切断电源供应。

本发明的有益效果：

1、该技术方案通过设置降温装置，通过空气动力学原理，将机柜内的温度迅速排出柜体外，节省了能源；

2、通过设置监控模块对机柜内的运行环境进行监控，针对不同的环境状况，制定不同的应对措施，有效的减少了数据中运行的故障率，避免了次生灾害的发生。

附图说明

图1为本发明一种机柜式数据中心运行环境监控系统的剖面结构图。

图2为本发明一种机柜式数据中心运行环境监控系统的主体结构图。

图3为本发明一种机柜式数据中心运行环境监控系统的降温装置结构图。

图4为本发明一种机柜式数据中心运行环境监控系统的冷却管的结构图。

图中标记说明：1-柜体，2-主机室，3-降温室，4-降温装置，5-灭火设备，11-显示屏，12-进气窗，21-主机隔柜，22-监控隔柜，23-配电隔柜，24-主供电隔柜，25-备用电隔柜，211-服务器主机，221-监控模块，231-配电模块，241-主电池组，251-备用电池组，41-风扇、42-冷却管、43-排风扇，44-漏斗形软管，421-吸气管，51-灭火罐，52-金属管，53-阀门。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，是一种机柜式数据中心运行环境监控系统的剖面结构图，一种机柜式数据中心运行环境监控系统，包括柜体1，柜体1内设置有主机室2，主机室2和柜体1的留置空间设置为降温室3，主机室2从上之下依次设置有主机隔柜21、监控隔柜22、配电隔柜23、主供电隔柜24以及备用电隔柜25；主机隔柜21内设置有服务器主机211，服务器主机211用于数据的集中管控和处理；监控隔柜22内设置有监控模块221，监控模块221采集柜体1内的环境状况信息，与服务器主机211电连接；配电隔柜23内设置有配电模块231，用于将供电电源转换成服务器主机211运行所需的安全电源，与服务器主机211电连接；主供电隔柜24内设置有主电池组241，主电池组241为服务器主机211供电，与配电模块231电连接；备用电隔柜25内设置有备用电池组251，当主电池组241供电故障时为服务器主机211供电，与配电模块231电连接；降温室3内设置有降温设备和灭火设备5，所述降温设备和灭火设备5的控制端分别与服务器主机211控制端电连接。监控模块221实时采集机柜内的环境参数，服务器主机211通过对监控模块221反馈的信息进行分析和判断，继而控制降温设备和灭火设备5动作，保证数据中心的运行安全。

监控模块221由若干温度传感器(未示出)、若干湿度传感器(未示出)、若干灰尘传感器(未示出)、若干烟雾传感器(未示出)以及若干明火传感器组成(未示出)，若干温度传感器、若干湿度传感器、若干灰尘传感器、若干烟雾传感器以及若干明火传感器空间分布在主机室2的外围，若干温度传感器、若干湿度传感器、若干灰尘传感器、若干烟雾传感器以及若干明火传感器分别与服务器主机211电连接；数据中心由各种电子元器件集成，在高速运行时产生局部高温，当没有及时降温时，会导致电子元器件烧毁或起火，为了减少损失和防止次生灾害的发生，采用烟雾传感器和明火传感器实时监控机柜内的环境信息，服务器主机211可以针对故障及时作出反应，采用温度传感器、湿度传感器和灰尘传感器监控机柜内的温湿度以及灰尘度信息，可以供服务器作出判断的依据，同时可以减少机柜内设备的维护频次。

降温设备由四组降温装置4组成，四组降温装置4对称设置在柜体1内，四组降温装置4的结构相同，均由服务器主机211控制；如图3所示，是一种机柜式数据中心运行环境监控系统的降温装置4结构图，降温装置4由风扇41、冷却管42、排风扇43以及两个漏斗形软管44组成，风扇41设置在柜体1的上部，柜体1的下部设置有基座，排风扇43设置在基座侧面，风扇41与一个漏斗形软管44的大径端密封连接，冷却管42的上端与漏斗形软管44的小径端密封连接，排风扇43与另一个漏斗形软管44的大径端密封连接，冷却管42的下端与漏斗形软管44的小径端密封连接；如图4所示，是一种机柜式数据中心运行环境监控系统的冷却管42的结构图，吸气管421的管身与冷却管42的管身呈锐角，锐角为45°，冷却管42采用铝合金材质制成，铝合金材质具有良好的热导率和价格低廉的优点，冷却管42的周身均匀设置有若干吸气管421增大吸热面积，使得降温效果更好，吸气管421的管口斜朝上，一方面便于机柜内的空气进入冷却管42内，提高降温效果，另一方面可以避免冷却管42内的空气流动时的灰尘进入机柜内，避免灰尘落入到电气元器件上对设备运行造成干扰。

本实施例中，由于主机室2和柜体1之间留置有空间，用于热空气的扩散，降温设备设置在柜体1的内，可以对整个留置空间进行降温，外部自然风经由漏斗形软管44进入冷却管42，根据空气压缩原理，空气由大口径入以及小口径出时会吸收大量的热，因此冷却管42道的空气温度会明显小于入口处的温度，冷却管42的温度低会吸收附近大量的热，根据热传导原理，冷却管42附近的热空气会得到快速降温；同时排风扇43高速运转，导致冷却管42内的空气高速流动，冷却管42内的气压小于机柜内的空气气压，根据空气动力学原理，流动的空气总是从高压区域流向低压区域，因此，热空气经过冷却管42被排除机柜外，实现降温。

灭火设备5包括由灭火罐51、金属管52以及阀门53组成，灭火罐51固定设置柜体1的上部，灭火罐51通过阀门53与金属管52连接，金属管52的下端设置有放射状喷头，阀门53控制端与服务器主机211电连接，灭火罐51内填充有高压二氧化碳阻燃剂，二氧化碳阻燃剂适用于电气设备起火，且对灭火环境不会造成二次污染，当服务器主机211接收到明火传感器反馈的明火信息时，服务器主机211控制阀门53打开，阻燃剂通过放射状喷头喷出，快速灭火，避免更大的次生灾害。

如图2所示，是一种机柜式数据中心运行环境监控系统的主体结构图，机柜的侧面对称设置有进气窗12，所述进气窗12的进气口设置有过滤网，由于机柜内的热空气被快速排出机柜外，需要设置进气口保证空气的正常流通，因此在机柜的柜体1侧面设置进气窗12，为了避免空气中的灰尘等杂质进入机柜内对机柜内的设备运行造成干扰，在进气口设置有过滤网。显示屏11安装在机柜的侧面，显示屏11与服务器主机211电连接，显示屏11可以显示机柜内的环境状况信息以及设备的运行信息，可以对服务器主机211的控制参数进行设定，便于维修人员调取历史运行数据。

一种机柜式数据中心运行环境监控方法，包括如下步骤：

S1、控制中心初始化设置；

控制中心初始化设置包括如下步骤：

S11、温度阈值初始化设置：温度阈值端点为：T1、T2、T3以及T4，有共有五个阈值范围，五个阈值范围如下：

a<T1；T1≤a<T2；T2≤a<T3；T3≤a<T4；T4≤a；

其中a是若干温度传感器测得温度值的平均值；公式如下：

N为空间分布的传感器的个数；

S12、功率等级初始化设置：所述风扇41的输出功率等级设置为，W1、W2、W3、W4以及W5，所述排风扇43的输出功率等级设置为：W2、W3、W4、W5以及W6；

所述功率大小关系如下：

W6>W5>W4>W3>W2>W1。

具体控制策略如下：

当温度值a<T1时，风扇41的输出功率为W1，排风扇43的输出功率等级为W2；

当温度值T1≤a<T2时，风扇41的输出功率为W2，排风扇43的输出功率等级为W3；

当温度值T2≤a<T3时，风扇41的输出功率为W3，排风扇43的输出功率等级为W4；

当温度值T3≤a<T4时，风扇41的输出功率为W4，排风扇43的输出功率等级为W5；

当温度值T4≤a时，风扇41的输出功率为W5，排风扇43的输出功率等级为W6。

S2、控制中心故障诊断；

S21、当机柜内环境温度出现在某一阈值范围内，排风扇43和风扇41在对应等级功率下运行；

S22、当服务器主机211检测到供电电压不足时，控制配电模块231切换至备用电池组251供电；

S23、当机柜内出现电子元器件烧损冒烟现象，服务器主机211立即发送故障信息给远程控制中心，服务器主机211控制配电模块231切断电源供应；

S24、当机柜内出现电子元器件出现燃烧明火现象，服务器主机211立即发送故障信息给远程控制中心，服务器主机211控制阀门53打开，灭火罐51喷出阻燃剂进行灭火，服务器主机211控制配电模块231切断电源供应。

S3、控制中心故障解除；当远程控制终端发现故障，及时派遣维修人员前去维修，维修人员查看显示屏11上的故障信息，确定故障点，维修完成后，重启服务器主机211，故障警报解除。

以上所述之具体实施方式为本发明一种机柜式数据中心运行环境监控系统及方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种机柜式数据中心运行环境监控系统，其特征在于：

包括有柜体，所述柜体内设置有主机室，所述主机室和柜体的留置空间设置为降温室，所述主机室从上之下依次设置有主机隔柜、监控隔柜、配电隔柜、主供电隔柜以及备用电隔柜；

所述主机隔柜内设置有服务器主机，所述服务器主机用于数据的集中管控和处理；

所述监控隔柜内设置有监控模块，所述监控模块采集柜体内的环境状况信息，与服务器主机电连接；

所述配电隔柜内设置有配电模块，用于将供电电源转换成服务器主机运行所需的安全电源，与服务器主机电连接；

所述主供电隔柜内设置有主电池组，所述主电池组为服务器主机供电，与配电模块电连接；

所述备用电隔柜内设置有备用电池组，当主电池组供电故障时为服务器主机供电，与配电模块电连接；

所述降温室内设置有降温设备和灭火设备，所述降温设备和灭火设备的控制端分别与服务器主机控制端电连接；

所述的降温设备包括有四组降温装置，四组降温装置对称设置在柜体内，所述降温装置包括有风扇、冷却管、排风扇以及两个漏斗形软管，所述风扇与一个漏斗形软管的大径端密封连接，冷却管的上端与漏斗形软管的小径端密封连接，所述排风扇与另一个漏斗形软管的大径端密封连接，冷却管的下端与漏斗形软管的小径端密封连接；

所述冷却管采用铝合金材质制成，所述冷却管的周身均匀设置有若干吸气管，所述吸气管的管口斜朝上，所述吸气管的管身与冷却管的管身呈锐角。

2.根据权利要求1所述的一种机柜式数据中心运行环境监控系统，其特征在于：

所述的监控模块包括有：

若干温度传感器，用于检测柜体内的环境温度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干湿度传感器，用于检测柜体内的环境湿度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干灰尘传感器、用于检测柜体内的灰尘浓度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干烟雾传感器，用于检测柜体内的烟雾浓度，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接；

若干明火传感器，用于检测柜体内的有无明火，空间分布在主机室的外围，与服务器主机电连接。

3.根据权利要求1所述的一种机柜式数据中心运行环境监控系统，其特征在于：

所述风扇设置在柜体的上部，所述柜体的下部设置有基座，所述排风扇设置在基座侧面，所述风扇和排风扇分别与配电模块电连接。

4.根据权利要求1所述的一种机柜式数据中心运行环境监控系统，其特征在于：所述锐角的范围15°～75°之间，最佳锐角为45°。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种机柜式数据中心运行环境监控系统，其特征在于：所述的机柜的侧面对称设置有进气窗，所述进气窗的进气口设置有过滤网。

6.根据权利要求5所述的一种机柜式数据中心运行环境监控系统，其特征在于：

还包括有显示屏，所述显示屏安装在机柜的侧面，所述显示屏与服务器主机电连接。

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