CN114206071A - 基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统。所述系统包括压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置、蒸发器和服务器；所述服务器接收所述压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置和蒸发器上传的数据信息；基于所述数据信息计算压缩机的运行频率，控制所述冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置向蒸发器输送制冷剂。以此方式，大幅度降低了数据中心的能耗。

Description

基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统

技术领域

本申请的实施例涉及工业冷却领域，尤其涉及基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统。

背景技术

据统计，从2011年-2016年，数据中心耗电量快速增加，每年以超过10％的速度快速增长。2017年，国内数据中心总耗电量达到1300千瓦时，而当年的三峡大坝全年发电量为976.05亿千瓦时。2018年，全国数据中心总耗电量1500亿千瓦时，达到了社会总用电量的2％。预计到2025年，占比将增加一倍，达到4.05％。

大型数据中心会采用传统水侧免费自然冷却为制冷系统架构，该系统配置冷水机组、板换、冷却塔、水泵、蓄冷罐等设备。夏季由冷水机组以机械制冷方式向数据中心提供冷源，冬季由冷却塔和板换以水侧免费自然冷却方式向数据中心提供冷源，过渡季节冷水机组、冷却塔和板换联合运行向数据中心提供冷源。以高水温传统水侧自然冷却制冷系统为计算依据，在北京、上海、深圳、成都地区建设的超大型数据中心PUE分别为1.25、1.30、1.35、1.30，可以满足工信部发布的《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》。但因为已经采用了高水温水侧自然冷却系统，能效进一步提升的空间有限，很难满足北京等地区制定的PUE 1.15、1.25限值的要求。

基于上述情况，势必需要推动新的制冷系统方案以让数据中心能效提高，以匹配现行大环境要求，符合未来趋势。

发明内容

根据本申请的实施例，提供了一种基于双曲线冷却塔的数据中心冷却方案。

在本申请的第一方面，提供了一种基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统。该系统包括：

压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置、蒸发器和服务器；

所述服务器接收所述压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置和蒸发器上传的数据信息；基于所述数据信息计算压缩机的运行频率，通过所述冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置向蒸发器输送制冷剂；

所述冷凝器用于，冷却所述压缩机输送的制冷剂，并输送至一级氟泵；

所述一级氟泵用于，接收所述冷凝器输送的制冷剂，并输送至二级氟泵；

所述二级氟泵用于，接收所述一级氟泵输送的制冷剂，并通过所述节流装置输送至蒸发器；

所述蒸发器用于，释放制冷剂。

进一步地，所述基于所述数据信息计算压缩机的运行频率包括：

基于所述数据信息，生成设备运行曲线；

基于所述运行曲线和数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定压缩机的运行频率。

进一步地，所述基于所述运行曲线和数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定压缩机的运行频率包括：

基于数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定冷却剂输送总量；

基于所述运行曲线确定每个区域完成制冷所需时间；

基于所述冷却剂输送总量和每个区域完成制冷所需时间，确定压缩机的运行频率。

进一步地，所述数据中心各区域所需的冷却剂输送量，通过如下方式进行确定：

通过传感器获取区域内的内温湿度、系统温度、系统流量和/或室外温湿度；

基于所述内温湿度、系统温度、系统流量和/或室外温湿度，确定区域所需的冷却剂输送量。

进一步地，还包括区域温度监测模块，具体用于：

获取冷却区域内的温度值，并上传至所述服务器；

所述服务器接收所述温度值，并根据所述温度值，调整输送至该区域的制冷剂流量。

进一步地，所述根据所述温度值，调整输送至该区域的制冷剂流量包括：

根据PID逻辑，调整输送至该区域的制冷剂流量。

进一步地，还包括压缩机监测模块，具体用于：

对所述压缩机的运行状态进行监控，并将监控数据上传至所述服务器；

所述服务器接收所述监控数据，根据所述监控数据调整所述压缩机的频率、流量、蒸发温度和/或冷凝温度。

进一步地，所述对所述压缩机的运行状态进行监控包括：

对压缩机的进口压力、出口压力和进口流量进行监控。

进一步地，

所述二级氟泵对应一个或多个蒸发器；

所述一级氟泵对应一个或多个二级氟泵。

进一步地，还包括室外环境温度监测模块，具体用于：

获取各区域外的环境温度，并上传至所述服务器；

所述服务器接收所述区域外的环境温度的值，若所述环境温度的值低于阈值，则关闭对应区域的制冷剂输送。

本申请实施例提供的基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统，通过获取设备的运行数据，生成与其对应的设备运行曲线；基于所述运行曲线和数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定压缩机的运行频率；基于所述压缩机的运行频率，向数据中心各区域输送冷却剂，大幅度降低了数据中心的能耗。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本申请的实施例的基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统的架构图；

图2示出了根据本申请的实施例的双曲线冷却塔数据中心内部结构示意图；

图3示出了执行根据本申请的实施例的基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统的方法流程图；

图4示出了适于用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1示出了本申请的实施例的基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统的架构图，包括压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置、蒸发器和服务器(中控系统)；

其中，所述压缩机用于，将制冷剂输送至双曲线冷却塔内部的冷凝器；

所述冷凝器用于，冷却所述压缩机输送的制冷剂，并发送至一级氟泵；可根据划分区域划分成多个小的可独立开启和关闭的分区；

所述一级氟泵用于，接收所述冷凝器输送的制冷剂，并输送至二级氟泵；

所述二级氟泵用于，接收所述一级氟泵输送的制冷剂，并通过所述节流装置输送至蒸发器；

所述蒸发器用于，释放制冷剂；通常每个制冷区域设置一个蒸发器；

所述节流装置用于，根据预先设定的PID逻辑调整节流装置开度，从而影响蒸发器内的制冷剂流量。

所述服务器通过有线或无线连接的方式和与上述设置相连；用于接收所述压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置和蒸发器上传的数据信息，如，设置在蒸发器进口的温度传感器上传的温度信息、设置在压缩机上的传感器上传的压缩机进口压力、出口压力和进口流量等信息；基于所述数据信息计算压缩机的运行频率，控制所述冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置向蒸发器输送制冷剂；

进一步地，本公开涉及的传感器包括：

室外温度传感器、室外相对湿度传感器、室外风速传感器、压缩机进口压力传感器、压缩机出口压力传感器、压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器、压缩机进口流量传感器、冷凝器进口压力传感器、冷凝器出口压力传感器、冷凝器进口温度传感器、冷凝器出口温度传感器、冷凝器进口流量传感器、氟泵进口压力传感器、氟泵出口压力传感器、氟泵进口温度传感器、氟泵出口温度传感器、氟泵进口流量传感器、蒸发器进口压力传感器、蒸发器出口压力传感器、蒸发器进口温度传感器、蒸发器出口温度传感器和/或蒸发器进口流量传感器等。

在本公开中，一级氟泵对应多个二级氟泵；二级氟泵对应多个蒸发器。

本公开应用于双曲线冷却塔，参考图2，图2示出了本公开实施例的双曲线冷却塔数据中心内部结构示意图。

需要说明的是，本公开的双曲线冷却塔数据中心结构沿用常规双曲线冷却塔结构，保留室外新风进风、室外新风排风通路、底部水池，在室外进风区之上设置设备基础，在设备基础上依次分别设置机房区/辅助区、管道和热回收系统区、自然/蒸发冷却盘管区、喷淋区等数据中心必要的功能区。

图3示出了执行根据本申请的实施例的基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统的方法流程图，包括：

S310，获取设备的运行数据，生成与其对应的设备运行曲线。

系统启动后，运行投入初期，压缩机、氟泵(一级、二级)和节流装置会优先在相对大的工况下运行，确保系统在短时间内循环起来，保证各部位均有足够的流量，再逐步根据设定值与实际值的比较和各位置的实际情况进行缓步、多级、分布式调整，逐步达到系统需求，使系统处于相对稳定的运行状态中。

在一些实施例中，系统正常运转后，通过设置在各组件上的传感器，获取每个设备的运行状态，即，各组件上传的数据信息，生成每个设备的运行曲线，在所述服务器中存有每个设备的历史运行曲线，基于所述历史运行曲线，通过用电结构变化(由产业结构变化、技术进步、生活水平提高等引起)、气温、需求侧管理等因素对生成的运行曲线进行修正。

S320，基于所述运行曲线和数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定压缩机的运行频率。

在一些实施例中，基于数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定冷却剂输送总量；所述各区域所需的冷却剂输送量，可根据区域内、外环境温度和区域空间大小进行确定；

基于所述运行曲线确定每个区域完成制冷所需时间；

基于所述冷却剂输送总量和每个区域完成制冷所需时间，确定压缩机的运行频率。

S330，基于所述压缩机的运行频率，向数据中心各区域输送冷却剂。

在一些实施例中，确定所述压缩机的运行频率后，将制冷剂输送至双曲线冷却塔内部的冷凝器，经过冷凝器降温后，制冷剂流经至一级氟泵，一级氟泵将制冷剂输送到蒸发器附近的管路，再由设置在蒸发器或蒸发器群附近的二级氟泵将制冷剂输送至各个蒸发器，蒸发器前的节流装置会根据蒸发器所在区域、房间的制冷需求进行调节，让制冷剂在蒸发器里进行充分释放，并保证具有足够的动力回到压缩机处。

进一步地，在系统的运行期间，为了确保系统的运行效率，需对各组件的工作效率进行监控；

具体的，在体统的整个制冷-散热循环过程中，实时获取设置在蒸发器进口或出口(根据实际应用场景进行设定)的温度传感器上传的温度值，将所述温度值和预设阈值进行比对，用于确定当前区域的制冷效果是否以满足制冷需求，并将信号传递给节流装置，节流装置根据预先设定的PID逻辑调整节流装置开度，从而影响蒸发器内的制冷剂流量；如，不满足需求，则加大节流装置的开度，反之，则减小或关闭所述节流转账的开度。此时，服务器记录所有蒸发器、节流装置、二级氟泵的调控数据和相关记录。

在一些实施例中，服务器根据记录的数据，调整压缩机的运行频率，即，服务器会根据压缩机、冷凝器、室外温度、设备能力情况进行综合判断；

具体的，当某一个蒸发器的实际制冷需求高于此时蒸发器的供冷能力时，即蒸发器进口温度或蒸发器出口温度高于设定阈值时，优先加大该处节流阀开度，当仍不起作用时加大二次氟泵的频率，当仍不能满足系统需求时，如只有该蒸发器处温度不满足要求，则调整蒸发器风扇频率或由中控系统进行综合判断，若经过多级调整后，仍不能满足系统需求时，向工作人员发送故障报警信息；所述故障报警信息包括蒸发器所在方位，和与其相关的数据信息，如制冷需求、调整记录等；

当实际制冷需求小于蒸发器供冷能力时，参考上述调整方式进行反向调整。

在一些实施例中，对蒸发器、节流装置、二次氟泵调控时，服务器会实时获取压缩机进口压力、出口压力和进口流量等数据信息和运行数据，根据压缩机的额定参数(性能参数)，和经过AI算法修正的运行数据判断压缩机是否运行在最佳的运行状态，调整压缩机的频率、流量、蒸发温度、冷凝温度到相对较低的功耗，同时会检测压缩机状态是否临近喘振风险区，如有必要(临近)会短时开启压缩机的热气旁通，并在此区间进行快速运算分析，寻找到满足此时制冷需求的最佳运行状态点并迅速调整。

进一步地，还包括：

根据室外环境温度(通过室外环境温度监测模块获取)和冷凝器开启区域、散热能力判断是否加大或减少冷凝器开启区域和冷凝温度；

具体地，当实际制冷需求大于蒸发器制冷能力的时候，且室外温度较低时，可以选择关闭部分冷凝器区域，或调低冷凝温度，达到降低系统综合运行能耗的目的，反之则反向调控。服务器会基于室外温度、压缩机负载、一级氟泵负载、冷凝器开启区域综合判断，通过调整对应参数达到系统最优运行状态，实现系统综合节能的目标。

根据本申请的实施例，实现了以下技术效果：

本公开采用的双曲线冷却塔+压缩机+氟泵组件制冷系统，可有效解决大型氟泵系统调节难、调控难得问题，同时，可将双曲线冷却塔的功能发挥至极致，提高了工作效率、降低了经济成本，同时大幅度降低了数据中心的能耗。

需要说明的是，对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

图4示出了可以用来实施本公开的实施例的电子设备400的示意性框图。如图所示，设备400包括中央处理单元(CPU)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的计算机程序指令或者从存储单元408加载到随机访问存储器(RAM)403中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还可以存储设备400操作所需的各种程序和数据。CPU 401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。

设备400中的多个部件连接至I/O接口405，包括：输入单元406，例如键盘、鼠标等；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘、光盘等；以及通信单元409，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元409允许设备400通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理单元401执行上文所描述的各个方法和处理。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 402和/或通信单元409而被载入和/或安装到设备400上。当计算机程序加载到RAM 403并由CPU 401执行时，可以执行上文描述的方法200的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU 401可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法200。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (10)

1.一种基于双曲线冷却塔的数据中心冷却系统，其特征在于，包括：

压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置、蒸发器和服务器；

所述服务器接收所述压缩机、冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置和蒸发器上传的数据信息；基于所述数据信息计算压缩机的运行频率，控制所述冷凝器、一级氟泵、二级氟泵、节流装置向蒸发器输送制冷剂；

所述冷凝器用于，冷却所述压缩机输送的制冷剂，并输送至一级氟泵；

所述一级氟泵用于，接收所述冷凝器输送的制冷剂，并输送至二级氟泵；

所述二级氟泵用于，接收所述一级氟泵输送的制冷剂，并通过所述节流装置输送至蒸发器；

所述节流装置用于，控制输送至蒸发器的制冷剂流量；

所述蒸发器用于，释放制冷剂。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于所述数据信息计算压缩机的运行频率包括：

基于所述数据信息，生成设备运行曲线；

基于所述运行曲线和数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定压缩机的运行频率。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述基于所述运行曲线和数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定压缩机的运行频率包括：

基于数据中心各区域所需的冷却剂输送量，确定冷却剂输送总量；

基于所述运行曲线确定每个区域完成制冷所需时间；

基于所述冷却剂输送总量和每个区域完成制冷所需时间，确定压缩机的运行频率。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据中心各区域所需的冷却剂输送量，通过如下方式进行确定：

通过传感器获取区域内的内温湿度、系统温度、系统流量和/或室外温湿度；

基于所述内温湿度、系统温度、系统流量和/或室外温湿度，确定区域所需的冷却剂输送量。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括区域温度监测模块，具体用于：

获取冷却区域内的温度值，并上传至所述服务器；

所述服务器接收所述温度值，并根据所述温度值，调整输送至该区域的制冷剂流量。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述根据所述温度值，调整输送至该区域的制冷剂流量包括：

根据PID逻辑，调整输送至该区域的制冷剂流量。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括压缩机监测模块，具体用于：

对所述压缩机的运行状态进行监控，并将监控数据上传至所述服务器；

所述服务器接收所述监控数据，根据所述监控数据调整所述压缩机的频率、流量、蒸发温度和/或冷凝温度。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述对所述压缩机的运行状态进行监控包括：

对压缩机的进口压力、出口压力和进口流量进行监控。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述一级氟泵对应一个或多个二级氟泵；

所述二级氟泵对应一个或多个蒸发器。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括室外环境温度监测模块，具体用于：

获取各区域外的环境温度，并上传至所述服务器；

所述服务器接收所述区域外的环境温度的值，若所述环境温度的值低于阈值，则关闭对应区域的制冷剂输送。

Images