CN115540199A - 一种智能水分配器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能水分配器，包括进水管组、出水管组和控制系统，进水管组包括进水总管和若干个与进水总管连通的分支进水管，每个分支进水管皆设置有手动球阀和电动球阀，出水管组包括出水总管和若干个与出水总管连通的分支出水管，每个分支出水管皆设置有手动球阀和能量阀。本发明还涉及一种智能水分配器的控制方法，包括步骤S1连通电源；步骤S2进行程序自检延时；步骤S3检测通讯状态：步骤S4根据是否出现漏水告警，控制系统做出相应操作。本发明通过漏水报警绳来检测机房是否漏水，根据相应的控制逻辑，如果满足阀门关闭条件，则将相应分支通路的能量阀和电动球阀关闭，防止冷冻水进一步泄露。

Description

一种智能水分配器及控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能水分配器及控制方法，属于机房空调技术领域。

背景技术

从近几年数据中心空调系统的应用趋势不难看出，相较于风冷式机房空调，冷冻水型机房空调由于系统能效高 30％左右而得到大量应用。在机房设计领域上，水不能进入机房内部的观念也逐渐被抛弃，尤其是在通信行业，新建机房在设计施工阶段一般通过设置地沟、挡水围堰等设施，避免空调和管路漏水时的水进入服务器机柜。但是在要求严苛的其他行业，比如金融、证券，这种行业机房一般都是通过现有办公场所改造，楼层高度、基础设施等不尽规范，也缺少专业的运维保障部门，对新概念新标准接受程度低，需要谨慎面对漏水风险。

发明内容

为了解决客户之忧，将冷冻水型机房空调末端应用地更加安全，需要更加智能化的装置和方法来确保数据中心安全稳定地运行，本发明提供一种智能水分配器及控制方法，其具体技术方案如下：

一种智能水分配器，包括进水管组、出水管组和控制系统，所述进水管组包括进水总管和若干个与进水总管连通的分支进水管，每个所述分支进水管皆设置有手动球阀和电动球阀，所述出水管组包括出水总管和若干个与出水总管连通的分支出水管，每个所述分支出水管皆设置有手动球阀和能量阀。所述进水总管连接外部冷水机组的供水管，并通过分支进水管输送给冷冻水型机房空调，分支出水管接收来自冷冻水型机房空调的经过换热后升温的回水，并通过出水总管再输送给外部冷水机组的回水管进行冷却。安装完毕后的使用阶段，所述分支进水管和分支出水管上的手动球阀开启，让冷冻水流经过，正常情况下手动球阀处于打开状态，如果遇到需要检修的情况，亦或者该分支通路空调还没投入使用可以手动关闭该路手动球阀。

所述分支进水管和分支出水管需进行保温操作以防止产生冷凝水滴漏，并的表面缠绕第一套漏水报警绳以探测管路是否漏水，所述控制系统连接每个电动球阀、能量阀和第一套漏水报警绳，并通讯连接冷冻水型机房空调。根据控制系统的控制信号，所述分支进水管的电动球阀具备打开和关闭管路的功能，当打开时冷冻水可流通，当关闭时冷冻水不可流通。由于所述进水总管连接外部的冷冻水源，当机房内发生空调或管路漏水事故时，控制系统关闭对应分支进水管的电动球阀，即可隔断外部水源的压力，配合能量阀的控制可完全隔绝该支路上的机房空调，防止水患事故进一步扩大影响。

进一步的，所述进水总管和出水总管铺设在机房静电地板上方，所述分支进水管和分支出水管铺设在机房静电地板下方，所述分支进水管和分支出水管的下方地面铺设有第二套漏水报警绳以探测地面是否积水。针对漏水问题，在管道的表面及下方设置双重检测，保证机房运行安全。

进一步的，所述控制系统连接第二套漏水报警绳。

进一步的，所述能量阀包括控制球阀、执行器、超声波流量计和供回水温度传感器，通过采集超声波流量计测得的流量信号与供回水温度传感器测得的温度信号，控制系统可计算每个分支通路的负载，即每个分支通路空调的制冷量，并通过控制系统上传至控制平台，便于数据中心维护人员实时了解服务器负载功率和空调制冷量状态。将可调节的最大流量Vmax的值分配给最大控制信号(通常为10V)。测得的能量值与能量设定值进行比较，然后执行器通过改变阀门的开度来修正偏差，执行器旋转角度随着通过终端控制冷冻水的压差变化而变化。通过能量阀门的等比例特性曲线，来实现执行器控制信号与能量（制冷量）成线性关系。 Vnom指能量阀本体可以达到的最大流量，Vmax是根据最大控制信号可设置的最大流量，Vmax可在Vnom的30%-100%之间范围内设定。Qnom指可以达到的最大输出能量，Qmax是根据最大控制信号可设置的最大能量，Qmax可以在1%-100%的Qnom范围内设定。

能量阀抑制湍流措施：在开启阀门的瞬间，流量超低，不在传感器的范围内，该范围由控制系统控制。能量阀开启操作，阀门保持关闭状态直到执行器位置信号Y对应Vnom的1%，当流量超过这个数值时，阀门特性曲线的控制信号生效。阀门关闭操作，当流量大于Vnom的1%时，符合阀门特性曲线的控制信号生效。当层流低于该值时，流量保持Vnom的1%，当参考变量Y值需求的层流低于Vnom的0.5%，阀门关闭。

在能量阀上可设置该路负载对应的所需水流量，能量阀的执行器可通过管理阀门开启角度修正偏差，实现水流量的合理分配，按需分配。对于暖通空调来说水力分配不均匀是机房里比较头痛的问题，往往引起近端空调水流量充足制冷量充足，远端空调水流量低制冷量弱的现象。能量阀具备线性控制特性，无论设置或压差如何变化，流量控制的线性特征都将保持不变。将流量限制在设定值，这样使得系统自动达到水力平衡。

进一步的，所述进水总管、出水总管、分支进水管和分支出水管的材料皆为镀锌钢管或不锈钢管。

进一步的，所述进水总管与分支进水管之间以及出水总管与分支出水管之间皆通过焊接方式连接。

一种智能水分配器的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：连通电源，给控制系统送电；

步骤S2：进行程序自检延时；

步骤S3：检测控制系统的通讯状态：

若通讯状态异常，为了优先保持机房的温度以免服务器宕机，打开所有能量阀和电动球阀并报警通讯丢失，保证最大的水流量进入列间空调，返回步骤S2；

若通讯状态正常，通过通讯检测冷冻水型机房空调（一般是列间空调）是否开机：

若没有开机，则关闭相应回路的能量阀和电动球阀以节约能源；

若已经开机，则打开对应回路的能量阀和电动球阀。

步骤S4：根据第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳是否出现告警，所述控制系统做出相应操作，返回步骤S3。

进一步的，每个所述第一套漏水报警绳与其下方对应的第二套漏水报警绳为同一组控制单元，每个分支通路空调设备设计的制冷量为该分支通路的最大冷负荷，所述步骤S4的具体情况为：

1、当仅第一套漏水报警绳出现告警时，控制系统只上报漏水报警，不做控制操作；

2、当仅第二套漏水报警绳出现告警时，控制系统只上报漏水报警，不做控制操作；

3、当同一组控制单元的第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳均出现告警，且在设定时间（可根据需要调整）内告警解除时，控制系统只上报漏水报警，不做控制操作；

4、当同一组控制单元的第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳均出现告警，且设定时间（可根据需要调整）内告警未解除时，判断当前控制单元对应分支通路空调的制冷量：

若制冷量大于该分支通路最大冷负荷的1/2，控制系统只上报漏水报警，不做控制操作；

若制冷量小于等于该分支通路最大冷负荷的1/2，控制系统关闭能量阀和电动球阀以关断水源，防止漏水故障进一步扩散，防止冷冻水进一步泄露，其余空调冗余的制冷量补充进来不至影响整体机房的运行。

当控制系统控制能量阀与电动球阀闭合后，必须通过维护人员手动清除，即维护人员在现场排查确认故障解决，系统正常后下发命令通知控制系统打开能量阀与电动球阀，否则控制系统不会因为液位告警解除而自动打开能量阀与电动球阀。

结合现场使用需求，本发明的智能水分配器可根据不同的漏水情况，采用不同的控制逻辑，既能保证监控有效的漏水情况，又能最大化地保证机房的温度。简单的说，本发明的智能水分配器具备水流通断、水力平衡、能量计量、统计分析、智能报警的功能，特别适用于使用冷冻水型机房空调的数据中心。

本发明的有益效果是：

本发明通过双重的漏水报警绳来检测机房是否漏水，根据相应的控制逻辑，如果满足阀门关闭条件，则将相应分支通路的能量阀和电动球阀关闭，防止冷冻水进一步泄露，避免漏水，确保数据中心的安全。

当冷冻水型机房空调某分支通路的设备出现机械故障需要关闭水源或进行更换时，本发明可方便地进行相关操作而不影响其他分支通路。每个分支进水管和分支回水管的手动球阀皆可进行单独的关闭，保证每个分支通路具有能隔离独立维修的功能。

附图说明

图1是本发明的管路图；

图2是本发明的控制图；

图中：1-进水总管，2-出水总管，3-分支进水管，4-分支出水管，5-手动球阀，6-电动阀，7-能量阀，8-控制系统。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种智能水分配器，包括进水管组、出水管组和控制系统8，进水管组包括进水总管1和四个与进水总管1连通的分支进水管3，每个分支进水管3皆设置有手动球阀5和电动球阀6，出水管组包括出水总管2和四个与出水总管2连通的分支出水管4，每个分支出水管4皆设置有手动球阀5和能量阀7。进水总管1、出水总管2、分支进水管3和分支出水管4的材料皆为镀锌钢管，进水总管1与分支进水管3之间以及出水总管2与分支出水管4之间皆通过焊接方式连接。

进水总管1连接外部冷水机组的供水管，并通过分支进水管3输送给冷冻水型机房空调，分支出水管4接收来自冷冻水型机房空调的经过换热后升温的回水，并通过出水总管2再输送给外部冷水机组的回水管进行冷却。分支进水管3和分支出水管4需进行保温操作以防止产生冷凝水滴漏，并的表面缠绕第一套漏水报警绳以探测管路是否漏水。进水总管1和出水总管2铺设在机房静电地板上方，分支进水管3和分支出水管4铺设在机房静电地板下方，分支进水管3和分支出水管4的下方地面铺设有第二套漏水报警绳以探测地面是否积水。针对漏水问题，在管道的表面及下方设置两条漏水报警绳进行双重检测，保证机房运行安全。漏水报警绳采用螺旋式设计，将两条检测线牢牢地嵌入线轴中，当发生漏水时，水触碰到两条检测线，两条检测线的线路导通，电路电压产生变化，进而引发报警。

控制系统8连接每个电动球阀6、能量阀7、第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳，并通讯连接冷冻水型机房空调。能量阀7包括控制球阀、执行器、超声波流量计和供回水温度传感器，通过采集超声波流量计测得的流量信号与供回水温度传感器测得的温度信号，控制系统8可计算每个分支通路的负载，即每个分支通路空调的制冷量，并通过控制系统8上传至控制平台，便于数据中心维护人员实时了解服务器负载功率和空调制冷量状态。机房现场按照使用要求布置的两套漏水报警绳，并按照下图2方法执行相应的控制逻辑，智能管理冷冻水型机房空调的水源，及时准确的控制水源的流量分配和水流的通断，降低漏水后造成的风险水平。

如图2所示，一种智能水分配器的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：连通电源，给控制系统8送电；

步骤S2：进行程序自检延时；

步骤S3：检测控制系统8的通讯状态：

若通讯状态异常，为了优先保持机房的温度以免服务器宕机，打开所有能量阀7和电动球阀6报警通讯丢失，保证最大的水流量进入列间空调，返回步骤S2；

若通讯状态正常，通过通讯检测冷冻水型机房空调是否开机：

若没有开机，则关闭相应回路的能量阀7和电动球阀6以节约能源；

若已经开机，则打开对应回路的能量阀7和电动球阀6。

步骤S4：每个第一套漏水报警绳与其下方对应的第二套漏水报警绳为同一组控制单元，每个分支通路空调设备设计的制冷量为该分支通路的最大冷负荷，步骤S4的具体情况为：

1、当仅第一套漏水报警绳出现告警时，控制系统8只上报漏水报警，不做控制操作，返回步骤S3；

2、当仅第二套漏水报警绳出现告警时，控制系统8只上报漏水报警，不做控制操作，返回步骤S3；

3、当同一组控制单元的第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳均出现告警，且在2min内告警解除时，控制系统8只上报漏水报警，不做控制操作，返回步骤S3；

4、当同一组控制单元的第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳均出现告警，且设定时间2min内告警未解除时，判断当前控制单元对应分支通路空调的制冷量：

若制冷量大于该分支通路最大冷负荷的1/2，控制系统8只上报漏水报警，不做控制操作，返回步骤S3；

若制冷量小于等于该分支通路最大冷负荷的1/2，控制系统8关闭能量阀7和电动球阀6以关断水源，防止漏水故障进一步扩散，防止冷冻水进一步泄露，其余空调冗余的制冷量补充进来不至影响整体机房的运行，返回步骤S3。

当控制系统8控制能量阀7与电动球阀6闭合后，必须通过维护人员手动清除，即维护人员在现场排查确认故障解决，系统正常后下发命令通知控制系统8打开能量阀7与电动球阀6，否则控制系统8不会因为液位告警解除而自动打开能量阀7与电动球阀6。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种智能水分配器，其特征在于：包括进水管组、出水管组和控制系统（8），

所述进水管组包括进水总管（1）和若干个与进水总管（1）连通的分支进水管（3），每个所述分支进水管（3）皆设置有手动球阀（5）和电动球阀（6），

所述出水管组包括出水总管（2）和若干个与出水总管（2）连通的分支出水管（4），每个所述分支出水管（4）皆设置有手动球阀（5）和能量阀（7），

所述进水总管（1）连接外部冷水机组的供水管，并通过分支进水管（3）输送给冷冻水型机房空调，分支出水管（4）接收来自冷冻水型机房空调的经过换热后升温的回水，并通过出水总管（2）再输送给外部冷水机组的回水管进行冷却，

所述分支进水管（3）和分支出水管（4）的表面缠绕第一套漏水报警绳，

所述控制系统（8）连接每个电动球阀（6）、能量阀（7）和第一套漏水报警绳，并通讯连接冷冻水型机房空调。

2.根据权利要求1所述的一种智能水分配器，其特征在于：所述进水总管（1）和出水总管（2）铺设在机房静电地板上方，所述分支进水管（3）和分支出水管（4）铺设在机房静电地板下方，所述分支进水管（3）和分支出水管（4）的下方地面铺设有第二套漏水报警绳。

3.据权利要求2所述的一种智能水分配器，其特征在于：所述控制系统（8）连接第二套漏水报警绳。

4.根据权利要求1所述的一种智能水分配器，其特征在于：所述能量阀（7）包括控制球阀、执行器、超声波流量计和供回水温度传感器，通过采集超声波流量计测得的流量信号与供回水温度传感器测得的温度信号，控制系统（8）可计算每个分支通路的负载，即每个分支通路空调的制冷量。

5.根据权利要求1所述的一种智能水分配器，其特征在于：所述进水总管（1）、出水总管（2）、分支进水管（3）和分支出水管（4）的材料皆为镀锌钢管或不锈钢管。

6.根据权利要求1所述的一种智能水分配器，其特征在于：所述进水总管（1）与分支进水管（3）之间以及出水总管（2）与分支出水管（4）之间皆通过焊接方式连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种智能水分配器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：连通电源，给控制系统（8）送电；

步骤S2：进行程序自检延时；

步骤S3：检测控制系统（8）的通讯状态：

若通讯状态异常，打开所有能量阀（7）和电动球阀（6）并报警通讯丢失，返回步骤S2；

若通讯状态正常，通过通讯检测冷冻水型机房空调是否开机：

若没有开机，则关闭相应回路的能量阀（7）和电动球阀（6）；

若已经开机，则打开对应回路的能量阀（7）和电动球阀（6）；

步骤S4：根据第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳是否出现告警，所述控制系统（8）做出相应操作，返回步骤S3。

8.根据权利要求7所述的一种智能水分配器的控制方法，其特征在于：每个所述第一套漏水报警绳与其下方对应的第二套漏水报警绳为同一组控制单元，每个分支通路空调设备设计的制冷量为该分支通路的最大冷负荷， 所述步骤S4的具体情况为：

1、当仅第一套漏水报警绳出现告警时，控制系统（8）只上报漏水报警，不做控制操作；

2、当仅第二套漏水报警绳出现告警时，控制系统（8）只上报漏水报警，不做控制操作；

3、当同一组控制单元的第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳均出现告警，且在设定时间内告警解除时，控制系统（8）只上报漏水报警，不做控制操作；

4、当同一组控制单元的第一套漏水报警绳和第二套漏水报警绳均出现告警，且设定时间内告警未解除时，判断当前控制单元对应分支通路空调的制冷量：

若制冷量大于该分支通路最大冷负荷的1/2，控制系统（8）只上报漏水报警，不做控制操作；

若制冷量小于等于该分支通路最大冷负荷的1/2，控制系统（8）控制能量阀（7）和电动球阀（6）闭合。

Images