CN113316367A - 一种数据中心诱导调温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据中心机房温度控制技术领域，具体是一种数据中心诱导调温系统。该系统包括调温单元、一列以上的用于承载服务器的机柜单元和设置在相邻机柜单元间的冷热通道，冷热通道包括封闭冷通道和与调温单元相连通的热通道，每列所述机柜单元的内部均设置有温度传感器，温度传感器电连接中央温度处理器，封闭冷通道的内顶面设置有诱导调温装置，中央温度处理器控制诱导调温装置和调温单元的运行。本发明相较于现有技术，能更灵活、更智能地优化数据中心内气流组织，改善数据中心空气环境品质，同时有效降低数据中心能源消耗，具有广阔的应用前景。

Description

一种数据中心诱导调温系统

技术领域

本发明涉及数据中心机房温度控制技术领域，具体是一种数据中心诱导调温系统。

背景技术

随着物联网、云计算等新技术的快速发展，数据中心受到了越来越多的关注和重视。与此同时，数据中心巨大的能源消耗问题也日益显露出来，不仅给企业增加了巨大的负担，而且给整个社会的能源与环境带来了巨大的挑战。就数据中心空调系统而言，气流组织设计不合理会导致服务器设备运行阶段出现局部过热的问题，为了降低局部热点温度，通常通过增加冷量来改善，但增加冷量往往需要调低整个机房的设置温度，会导致巨大的能源浪费，增加电力系统的负担。此外，数据中心内冷、热空气循环流动不畅，也导致局部温度过高问题频发，进一步恶化了数据中心内的热环境。

针对上述问题，人们致力于研究出能够为有效缓解数据中心气流组织不均匀的方案，目前主要是提出了封闭冷热通道、改变送风方式等设计方案以指导数据中心气流组织设计。上述方案可有效解决气流组织水平方向不均匀问题，但如何解决局部热点问题仍是一大难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种数据中心诱导调温系统，在传统空调系统的基础上耦合诱导通风技术，利用诱导器射出的高速射流有效疏散气流的停滞死区，为解决数据中心局部热点问题提供新的思路。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种数据中心诱导调温系统，包括调温单元、一列以上的用于承载服务器的机柜单元和设置在相邻机柜单元间的冷热通道，所述冷热通道包括封闭冷通道和与调温单元相连通的热通道，每列所述机柜单元的内部均设置有温度传感器，所述温度传感器电连接中央温度处理器，所述封闭冷通道的内顶面设置有诱导调温装置，所述中央温度处理器电连接所述诱导调温装置和调温单元并控制其运行。

进一步的，所述封闭冷通道的两端被隔板封闭，顶部设置有顶部隔板，所述封闭冷通道沿其长度方向的两侧面设置有带孔隔板，所述带孔隔板与机柜单元间具有间隙，所述带孔隔板上开设有若干个连通封闭冷通道和机柜单元所在空间的通孔，封闭冷通道中的冷风经带孔隔板分配至机柜单元所在空间。

进一步的，所述诱导调温装置包括至少一台诱导风机，所述诱导风机由风机箱体、设置在风机箱体内部的风机发动机、连接在风机箱体一侧用于出风的喷嘴和连接在风机箱体周侧，并与所述喷嘴避让的进风口组成，所述进风口用于吸入并提供所述喷嘴吹出的空气。

进一步的，所述进风口还连接有温控装置，所述温控装置包括测温计和空气冷却机，当测温计测得进风口吸入的空气温度低于28℃时所述空气冷却机不工作，当测温计测得进风口吸入的空气温度等于或超出28℃时，空气冷却机启动对进风口吸入的空气进行降温处理。

进一步的，所述诱导温度装置还包括连接封闭冷通道顶部隔板和所述诱导风机的高度调节机构，所述高度调节机构高度调节机构通过驱动电机电连接所述中央温度处理器，并根据接收到的温度信息由所述驱动电机调节伸缩量。

进一步的，所述诱导调温装置还包括万向调节机构，所述万向调节机构设置在所述高度调节机构与所述封闭冷通道顶部隔板之间，或设置在所述高度调节机构与所述诱导风机之间；所述万向调节机构与所述驱动电机电连接，并由所述驱动电机调节转动量。

进一步的，所述调温单元为设置于数据中心机房前端的空调机组，所述封闭冷通道的地板设置有穿孔，所述空调机组吹出的冷风由空调送风口流入地板下静压层，并自所述穿孔流出，进入所述封闭冷通道。

进一步的，所述隔板、带孔隔板均使用耐高温绝缘材料；所述通孔大小相同，且均匀开设在带孔隔板上；所述通孔的大小和所述带孔隔板的开孔率根据需要进行设置。

进一步的，所述驱动电机接收中央温度处理器的机柜单元热环境信息，控制所述诱导风机选以下三种工作方式：

A.当机柜单元温度均衡，未出现明显热点，且平均温度低于28℃时，所述高度调节机构和万向调节机构工作或不工作，所述诱导风机暂停吹风或减小出流速度，以0.5-1m/s的速度缓慢吹风；

B.当机柜单元温度均衡，未出现明显热点，且平均温度等于或高于28℃时，所述诱导风机按照设定路径进行循环往复运动，并以2-4m/s的风速吹风；

C.当机柜单元出现明显热点时，所述驱动电机控制高度调节机构和万向调节机构带动所述诱导风机靠近热点位置，并通过喷嘴向热点位置以2-4m/s的风速吹风。

进一步的，当所述诱导风机为多台时，各诱导风机间的开启、运动和流速均独立设置，并按照统一方式运行，或者部分统一运行，或者全部独立运行。

本发明的有益效果在于：

1.根据本发明提供的一种数据中心诱导调温系统，可实现对机柜单元热环境及机柜温度的实时监测，中央温度处理器将接收到的温度信号反馈给空调机组及诱导风机，以便空调机组调节制冷量，合理优化数据中心机房内热环境；以便诱导风机调整其高度及射流角度，扰动局部停滞气流，缓解局部热点问题，保证服务器安全稳定运行。

2.本发明使用的诱导风机为无风管诱导风机，通过进风口直接为喷嘴提供射流空气，可以突破数据中心建筑层高、设备布局等因素的局限性；且尺寸小，操作简便，可安装在冷通道顶部不同位置，易于修改设计。该诱导风机可根据机柜温度信息实时智能调射流高度及角度，并实现射流方向万向调节，为数据中心气流组织均匀分布提供最佳方案。

3.本发明使用的诱导风机带有温控装置，可以实现对冷通道内空气的二次降温。调节该诱导风机可使高速气流具有一定有效射程和覆盖宽度，除了提供冷风，更可以疏散冷通道内气流死区，在保障数据中心安全运行的前提下达到更高的冷气利用效率，节省运行成本，也使原地板下送风气流获得新的动力，可进一步优化数据中心内气流组织。

4.本发明所涉及的空调送风系统及诱导调温系统相对独立，便于控制调节；该诱导调温系统在空调送风发生故障或停止运行时仍能正常运行，保证数据中心内空气的循环流动。

5.本发明在传统数据中心的基础上，耦合了地板下送风、封闭冷热通道和诱导风机，可根据实际工况的变化，通过调节诱导风机的高度及角度，用高速射流带动局部热点处的停滞气流，引导空气沿设定路线流动。本系统相较于现有技术，能更灵活、更智能地优化数据中心内气流组织，改善数据中心空气环境品质，同时有效降低数据中心能源消耗，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为数据中心诱导通风系统三维示意图；

图2为数据中心诱导通风系统俯视图；

图3为冷通道剖面图；

图4为诱导风机结构示意图；

图中标注符号的含义如下：

1-空调机组 11-空调送风口 12-系统回风口

2-封闭冷通道 3-热通道 4-机柜单元 5-诱导风机

51-风机箱体 52-喷嘴 53-进风口 531-测温计 532-空气冷却机

6-高度调节机构 7-万向调节机构

8-带孔隔板

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做出更为具体的说明：

实施例1

如图1-4所示，一种数据中心诱导调温系统，包括调温单元、一列以上的用于承载服务器的机柜单元4和设置在相邻机柜单元4间的冷热通道，所述冷热通道包括封闭冷通道2和与调温单元相连通的热通道3，每列所述机柜单元4的内部设置有温度传感器，所述温度传感器电连接中央温度处理器，所述封闭冷通道2的内顶面设置有诱导调温装置，所述中央温度处理器控制所述诱导调温装置和调温单元的运行。

所述调温单元为设置于数据中心机房前端的空调机组1，所述封闭冷通道2的顶部隔板或地板设置有进风孔，所述空调机组1吹出的冷风自进风孔流入所述封闭冷通道2。

封闭冷通道2的两端被隔板封闭，封闭冷通道2的顶部设置有顶部隔板进行封闭，所述封闭冷通道2的两侧面设置有带孔隔板8，所述带孔隔板8与机柜单元4间具有间隙，所述带孔隔板8上开设有若干个连通封闭冷通道2和机柜单元4所在空间的通孔，封闭冷通道2中的冷风经带孔隔板8分配至机柜单元4所在空间。

隔板、顶部隔板和带孔隔板8均使用耐高温绝缘材料制成，带孔隔板8上开设的通孔大小相同，且均匀布置在带孔隔板8上以便封闭冷通道2中的冷风可以均匀吹至机柜单元4；所述通孔的大小和所述带孔隔板8的开孔率可以根据需要进行设置。

在一种实施方式中，带孔隔板8上的通孔也可以不均匀开设，在机柜单元4热点高频率出现的位置提高设置密度，或增加通孔的直径。

诱导调温装置包括至少一台诱导风机5，诱导风机5的设置数量及在封闭冷通道2顶部封板的设置位置根据数据中心实际需求及机柜单元4的设置方式调整，所述诱导风机5由风机箱体51、设置在风机箱体51内部的风机发动机、连接在风机箱体51一侧用于出风的喷嘴52和连接在风机箱体周侧，并与所述喷嘴52避让的进风口53组成，所述进风口53用于吸入并提供所述喷嘴52吹出的空气。

进一步的，所述进风口53还连接有温控装置，所述温控装置包括测温计531和空气冷却机532，当测温计测得进风口53吸入的空气温度低于28℃时所述空气冷却机532不工作，当测温计测得进风口53吸入的空气温度等于或超出28℃时，空气冷却机532启动对进风口53吸入的空气进行降温处理。

本实施例中，进风口53还设置有湿度计和除湿装置，当湿度计测得进风口53空气湿度高于70％时，启动除湿装置使空气湿度低于70％，保证机柜单元4的安全和正常运行。

本诱导温度装置还包括连接封闭冷通道2顶部隔板和所述诱导风机5的高度调节机构6、万向调节机构7，高度调节机构6和万向调节机构7通过驱动电机电连接所述中央温度处理器。安装时，诱导风机5可以安装在万向调节机构7上，万向调节机构7通过连接高度调节机构6从而与封闭冷通道2的顶部隔板相连，或者诱导风机5安装在高度调节机构6的一端，高度调节机构6的另一端通过万向调节机构7与封闭冷通道2的顶部隔板相连。

工作时，中央温度处理器传递机柜单元4周围的热环境信息至驱动电机内置的信号接收器，驱动电机控制高度调节机构6和万向调节机构7带动所述诱导风机5移动，同时风机发动机启动通过喷嘴52吹出自进风口53吸入的封闭冷通道2冷风。

具体的，诱导风机5的高度调节机构6初始高度为距冷通道顶部隔板0.5m，万向调节机构7初始角度为与水平面夹角30°，驱动电机接收中央温度处理器的机柜单元4热环境信息，控制诱导风机5选择以下三种工作方式，实现对机柜温度环境的智能化调节：

A.当机柜单元4温度均衡，未出现明显热点，且平均温度低于28℃时，所述诱导风机5高度调节机构6和万向调节机构7处于初始高度和初始角度，且风机发动机不工作，诱导风机5停止吹风；

或者所述诱导风机5减小出流速度，以0.5-2m/s的风速缓慢吹风，高度调节机构6和万向调节机构7按照设定可以运行或不运行。

B.当机柜单元4温度均衡，未出现明显热点，且平均温度等于或高于28℃时，所述诱导风机5按照设定路径进行循环往复运动，并以2-4m/s的风速吹风；

C.当机柜单元4出现明显热点时，所述驱动电机控制高度调节机构6和万向调节机构7带动所述诱导风机5靠近热点位置，并通过喷嘴52向热点位置以2-4m/s的风速定向吹风。

高度调节机构6为沿其长度方向可伸缩的连接单元，如可调节伸缩弹簧、伸缩铰链等，所述万向调节机构7为旋转连接件或球形关节件等。在一种实施方式中，高度调节机构6可以设置为由旋转接头连接的多段可伸缩杆件，优选为2-3段，以实现诱导风机5在封闭冷通道2的空间内多角度移动与吹风。

本发明中，当所述诱导风机5为多台时，各诱导风机5间的开启、运动和流速均独立设置，可以按照统一方式运行，或者部分统一运行，或者全部独立运行。

实施例2

如图1-4所示，数据中心设置有四列机柜单元4，形成一个热通道3和二个封闭冷通道2，数据中心的前端设置有空调机组1，空调机组1包含两台连接中央温度处理器的空调，用于数据中心制冷。该数据中心采用地板下送风系统，封闭冷通道2的地板设置有穿孔，空调机组1吹出的冷风由空调送风口11流入地板下静压层，并自穿孔流出，进入封闭冷通道2。

封闭冷通道2的两端被隔板封闭，顶部设置有顶部隔板进行封闭，两侧面设置有带孔隔板8以便冷气均匀分配至机柜单元4中。冷气经机柜单元4后再由系统回风口12返回空调机组1中。封闭冷通道2的顶部隔板设置有诱导调温装置，该诱导调温装置为分别设置在两个封闭冷通道2靠近空调机组1的一端的一台诱导风机5，进一步的，该诱导风机5设置在所在封闭冷通道2的1/4长度位置，该位置为封闭冷通道2两侧机柜单元4的热点集中区。

每列机柜单元4的内部均设置有温度传感器，所述温度传感器电连接中央温度处理器并将机柜单元4的温度信息实时反馈到中央温度处理器中。

当检测到机柜单元4温度升高时，中央温度处理器发出温度信号调节加大空调机组1的制冷量，当若机柜单元4温度过低，降低空调机组1制冷量。

同时，当检测到的四列机柜单元4平均温度低于28℃且各组间温度相差小于5℃度时，中央温度处理器发出调节信号至风机发动机和驱动电机，使诱导风机5停止吹风，数据中心依靠空调机组1制冷即可维持机柜单元4的稳定运行。

当检测到机柜单元4的温度持续升高，并超过28℃，但四组机柜单元4温度相差仍小于5℃度时，驱动电机控制高度调节机构6伸长，诱导风机5从初始高度降低到封闭冷通道2高度的一半，并由万向调节机构7带动其沿所在平面360°旋转，风机发动机工作使喷嘴52持续向封闭冷通道2空间内吹入进风口53获取的冷风形成射流，诱导风机5吹出的高速气流具有一定有效射程和覆盖宽度，可以疏散气流死区，减小机柜单元4进风和出风的水平温差和垂直温差，进一步提高冷气分散均匀度。

若温度继续升高，检测到某一机柜单元4温度高于其他组5℃以上时，中央温度处理器控制最接近该机柜单元4的诱导风机5向热点位置移动，并将喷嘴52对准热点位置或热点在封闭冷通道2中的临近区域吹风，加快热点位置的气流扰动，增加该区域的冷气流量，达到热点位置快速降温目的。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据中心诱导调温系统，包括调温单元、一列以上的用于承载服务器的机柜单元(4)和设置在相邻机柜单元(4)间的冷热通道，所述冷热通道包括封闭冷通道(2)和与调温单元相连通的热通道(3)，其特征在于，每列所述机柜单元(4)的内部均设置有温度传感器，所述温度传感器电连接中央温度处理器，所述封闭冷通道(2)的内顶面设置有诱导调温装置，所述中央温度处理器电连接所述诱导调温装置和调温单元并控制其运行。

2.如权利要求1或2所述的一种带有变截面冷通道的数据中心，其特征在于，所述封闭冷通道(2)沿其长度方向的两端被隔板封闭，顶部设置有顶部隔板，所述封闭冷通道(2)的两侧面设置有带孔隔板(8)，所述带孔隔板(8)与机柜单元(4)间具有间隙，所述带孔隔板(8)上开设有若干个连通封闭冷通道(2)和机柜单元(4)所在空间的通孔，封闭冷通道(2)中的冷风经带孔隔板(8)分配至机柜单元(4)所在空间。

3.如权利要求2所述的一种带有变截面冷通道的数据中心，其特征在于，所述诱导调温装置包括至少一台诱导风机(5)，所述诱导风机(5)由风机箱体(51)、设置在风机箱体(51)内部的风机发动机、连接在风机箱体(51)一侧用于出风的喷嘴(52)和连接在风机箱体周侧，并与所述喷嘴(52)避让的进风口(53)组成，所述进风口(53)用于吸入并提供所述喷嘴(52)吹出的空气。

4.如权利要求3所述的一种数据中心诱导调温系统，其特征在于，所述进风口(53)还连接有温控装置，所述温控装置包括测温计(531)和空气冷却机(532)，当测温计(531)测得进风口(53)吸入的空气温度低于28℃时所述空气冷却机(532)不工作，当测温计(531)测得进风口(53)吸入的空气温度等于或超出28℃时，空气冷却机(532)启动对进风口(53)吸入的空气进行降温处理。

5.如权利要求3所述的一种数据中心诱导调温系统，其特征在于，所述诱导调温装置包括连接所述封闭冷通道(2)顶部和所述诱导风机(5)的高度调节机构(6)，所述高度调节机构(6)通过驱动电机电连接所述中央温度处理器，并根据接收到的温度信息由所述驱动电机调节伸缩量。

6.如权利要求5所述的一种数据中心诱导调温系统，其特征在于，所述诱导调温装置还包括万向调节机构(7)，所述万向调节机构(7)设置在所述高度调节机构(6)与所述封闭冷通道(2)顶部之间，或设置在所述高度调节机构(6)与所述诱导风机(5)之间，所述万向调节机构(7)与所述驱动电机电连接，并由所述驱动电机调节转动量。

7.如权利要求1所述的一种数据中心诱导调温系统，其特征在于，所述调温单元为设置于数据中心机房前端的空调机组(1)，所述封闭冷通道(2)的地板设置有穿孔，所述空调机组(1)吹出的冷风由空调送风口(11)流入地板下静压层，并自所述穿孔进入所述封闭冷通道(2)。

8.如权利要求2所述的一种数据中心诱导调温系统，其特征在于，所述隔板、带孔隔板(8)均使用耐高温绝缘材料；所述通孔大小相同，且均匀开设在带孔隔板(8)上；所述通孔的大小和所述带孔隔板(8)的开孔率根据需要进行设置。

9.如权利要求5或6所述的一种数据中心诱导调温系统，其特征在于，所述驱动电机接收中央温度处理器的机柜单元(4)热环境信息，控制所述诱导风机(5)选择以下三种工作方式：

A.当机柜单元(4)温度均衡，未出现明显热点，且平均温度低于28℃时，所述高度调节机构(6)和万向调节机构(7)工作或不工作，所述诱导风机(5)暂停吹风或减小出流速度，以0.5-1m/s的速度缓慢吹风；

B.当机柜单元(4)温度均衡，未出现明显热点，且平均温度等于或高于28℃时，所述诱导风机(5)按照设定路径进行循环往复运动，并以2-4m/s的风速吹风；

C.当机柜单元(4)出现明显热点时，所述驱动电机控制高度调节机构(6)和万向调节机构(7)带动所述诱导风机(5)靠近热点位置，并通过喷嘴(52)向热点位置以2-4m/s的风速吹风。

10.如权利要求9所述的一种数据中心诱导调温系统，其特征在于，当所述诱导风机(5)为多台时，各诱导风机(5)间的开启、运动和流速均独立设置。

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