CN209857293U - 一种数据机房冷却散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数据机房冷却散热系统，包括电能监测单元，用于采集设备的实时电能参数；温湿度监测单元，用于采集机房外、冷却散热循环单元、可控水帘保温单元和机房内的实时温湿度参数；中央控制单元，预测机房温湿度，并输出控制命令至冷却散热循环单元或/和可控水帘保温单元；冷却散热循环单元，用于执行中央控制单元的控制命令，调节机房的温湿度；可控水帘保温单元，用于执行中央控制单元的控制命令，调节机房的温度。本实用新型可对数据机房的温湿度进行实时动态调整，到达智能化调节控制、趋势预判、节能管理、降低能耗，减少营运成本等效果。

Description

一种数据机房冷却散热系统

技术领域

本实用新型涉及通风散热与自动化控制领域，具体涉及一种数据机房冷却散热系统。

背景技术

社会发展信息化程度越来越大，信息化由各种服务器及通讯设备搭建而成，信息设备能耗以电为主，其中信息设备的散热冷却需求所占用的电量占大部分。随着机房运行电力成本的增加，信息网络的扩大，机房电费支出逐渐增大，信息设备的散热冷却电费支出所占比例较大。据统计分析，平均每个信息设备的散热冷却电费支出约占整个机房运行电费支出的54％左右，空调成为机房运行中的主要耗电设备。

目前的机房运行均为全封闭机房，机房内的电源设备、服务器设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持机房一定的工作环境温湿度(环境标准GB50174-93规定长年温度18℃-28℃，湿度40％-70％)，主要靠空调来实现。一年365天大部分时间空调均处于运行状态(制冷)，即使温度在20℃左右(此温度也满足室内设备工作环境要求)，空调也是开启的。这样，冬、春、秋三季，以及夏早晚时段的室外低温可散热降温的有利条件被忽视，导致电能不必要的浪费，运营成本高居不下。

现有的数据机房的散热冷却多数使用的是机房整体通风空调控制，设定全封闭机房在一定温度范围内，但机房内电源设备、服务器设备、传输设备等在不同运作状态下发热量不一样，需求散热也不同，而通风空调系统只执行设定的参数，并不会自动根据发热量和环境变化而改变运行模式，造成不必要的能源浪费。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型的目的在于提供一种数据机房冷却散热系统，集预测与在线监测相结合，对冷却散热系统的运行参数进行优化控制，并利用水帘作为数据机房保温层，在保证数据机房对环境需求的状态下，控制冷却散热系统能效最大化，降低能耗成本。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种数据机房冷却散热系统，包括用于采集设备实时电能参数的电能监测单元、用于采集机房外、冷却散热循环单元各区域、可控水帘保温单元各区域和机房内实时温湿度参数的温湿度监测单元、中央控制单元、以及调节数据机房温湿度的冷却散热循环单元和可控水帘保温单元，电能监测单元和温湿度监测单元均与中央控制单元的输入端连接，中央控制单元的输出端与冷却散热循环单元和可控水帘保温单元连接。

作为本实用新型的一种改进，所述的电能监测单元包括电流互感器和多功能电量表，所述的设备包括服务器、交换机、存储设备及UPS。

作为本实用新型的一种改进，所述的冷却散热循环单元包括新风管道、进风管道、出风管道、回风管道、排风管道、除湿外引风管道、新风风机、除湿转轮、进风风机、蒸发器、机房抽风风机、压缩机、膨胀阀、冷凝器、电加热器、除湿外引风机和控制各管道开闭的阀门，新风管道出口与除湿转轮干端一侧相连，除湿转轮干端另一侧与进风管道入口相连，进风管道出口与数据机房进风口相连，数据机房出风口与出风管道入口相连，出风管道出口分别与回风管道入口、排风管道入口、除湿外引风管道出口相连，回风管道出口与新风管道相连，新风管道入口、除湿外引风管道入口、排风管道出口均与外界相连，新风风机设置在新风管道中且位于回风管道入口下游，进风风机设置在进风管道中，蒸发器设置在进风管道出口处，冷凝器、电加热器和除湿转轮湿端沿排风方向依次设置在排风管道中，蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀依次连接构成制冷回路。

进一步地，所述的冷却散热循环单元还包括新风旁路管道，其一端连接在新风风机与除湿转轮之间的新风管道上，另一端连接在除湿转轮与进风风机之间的进风管道上。

作为本实用新型的一种改进，所述的可控水帘保温单元包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、水帘内墙、水帘内墙换热器、水帘外墙、水帘墙导通水管和水帘墙泵，水帘内墙换热器、压缩机、冷凝器和膨胀阀依次连接构成制冷回路，水帘内墙换热器与水帘内墙相连，用于向水帘内墙供冷，水帘内墙设置在数据机房墙壁内侧，水帘外墙设置在数据机房墙壁外侧，水帘墙导通水管连通水帘内墙和水帘外墙，水帘墙泵设置在水帘墙导通水管上。

作为本实用新型的一种改进，所述的温湿度监测单元包括设置在新风管道入口的户外温湿度传感器、设置在新风管道并位于回风管道入口下游的进风温湿度传感器、设置在进风管道中的除湿后温湿度传感器、设置在数据机房内的机房温湿度传感器、设置在水帘内墙内的水帘内墙温度传感器、设置在水帘外墙内的水帘外墙温度传感器、以及设置在回风管道内的回风温湿度传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型根据设备的实时电能参数和机房内的实时温湿度，预测数据机房内的热量变化，并根据机房外、冷却散热循环单元各区域、可控水帘保温单元各区域、以及机房内的实时温湿度参数，控制冷却散热循环单元对机房内的温湿度进行实时动态调整，控制可控水帘保温单元对数据机房进行保温和调温，以到达智能化调节控制、趋势预判、节能管理、降低能耗，减少营运成本等效果。

附图说明

图1是本实用新型数据机房冷却散热系统的流程示意图；

图2是本实用新型数据机房冷却散热系统的结构示意图，其中，中央控制单元未示出；

图3是本实用新型的BP神经网络算法示意图；

图4是本实用新型的模糊算法示意图；

图5是本实用新型的可控水帘保温单元的控制逻辑示意图；

附图标记说明：1-新风风阀；2-初效过滤器；3-新风风机；4-新风除湿进口风阀；5-除湿转轮；6-新风旁路风阀；7-新风除湿出口风阀；8-中效过滤器；9-送风风机；10-蒸发器控制阀；11-蒸发器；12-水帘内墙热交换器控制阀；13-水帘内墙热交换器；14-水帘内墙；15-数据机房墙壁；16-水帘外墙；17-水帘墙导通水管；18-水帘墙泵；19-机房抽风阀；20-机房抽风风机；21-压缩机；22-膨胀阀；23-铜管；24-排风内风阀；25-回风风阀；26-除湿外引风机；27-冷凝器；28-电加热器；29-排风隔离网；30-排风外风阀；31-除湿外隔离网；32-除湿外引风风阀；

101-户外温湿度传感器；102-进风温湿度传感器；103-除湿后温湿度传感器；104-机房温湿度传感器；105-水帘内墙温度传感器；106-水帘外墙温度传感器；107-回风温湿度传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图5所示，本实用新型的一种数据机房冷却散热系统，包括中央控制单元及分别与之相连并通信的电能监测单元、温湿度监测单元、冷却散热循环单元和可控水帘保温单元。冷却散热循环单元和可控水帘保温单元组合构成冷却散热系统。

电能监测单元，主要包括电流互感器、多功能电量表等，串联于设备的电源线上，实时获取设备的电能参数，并上传至中央控制单元。电能参数包括但不限于电流、电压、功率等信息，用于设备发热量的预测。设备主要是指信息设备，包括但不限于服务器、交换机、存储设备、UPS等用电设备。同时，各信息设备还配套温度传感器，用于采集设备的温度并上传至至中央控制单元。

温湿度监测单元，包括布置在机房外、冷却散热循环单元各区域、可控水帘保温单元各区域、机房内的温湿度传感器，具体位置和数量在下面的冷却散热循环单元和可控水帘保温单元的具体构造中进行详细描述，实时获取机房外、冷却散热循环单元各区域、可控水帘保温单元各区域和机房内的实时温湿度参数，并上传至中央控制单元。

中央控制单元，实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，软件部分嵌入了BP神经网络算法与模糊算法，通过信号接口接收监测数据，再经过处理后输出控制命令至冷却散热系统。如图3所示，中央控制单元调用BP神经网络算法，利用电能监测(电能监测单元)与环境监测(温湿度监测单元)所得的数据作为输入层间神经元的输入变量，经过相应隐含层的处理，计算出数据机房内的温湿度预测值。如图4所示，在得到数据机房内的温湿度预测值后，中央控制单元调用模糊算法，利用环境监测数据、数据机房的温湿度预测值、冷却散热循环单元的运行参数、可控水帘保温单元的运行参数作为输入变量，得到冷却散热系统运行的调整参数，并将调整参数发送至冷却散热系统。本申请将设备的电能参数作为BP神经网络算法的输入神经元，使之可以根据设备发热量的变化趋势，动态调节机房的温湿度，同时，通过水帘增加数据机房墙壁的比热容，提高数据机房的保温效果，从而达到降低能耗，减少营运成本等效果。需要说明的是，BP神经网络算法和模糊算法均是现有的算法，其功能的实现均为现有技术。

冷却散热循环单元和可控水帘保温单元组合构成冷却散热系统，将送风、排风、回风、制冷、除湿、水帘保温相耦合，以调节数据机房内的温湿度，具体结构如图2所示。

冷却散热循环单元包括新风管道、进风管道、出风管道、回风管道、排风管道、除湿外引风管道、新风风机3、除湿转轮5、进风风机9、蒸发器11、机房抽风风机20、压缩机21、膨胀阀22、除湿外引风机26、冷凝器27、电加热器28和控制各管道通断的阀门。

新风管道、新风旁路管道、进风管道、出风管道、回风管道、排风管道和除湿外引风管道构成空气流通的管道系统。新风管道入口依次设有新风风阀1和初效过滤器2，新风管道出口与除湿转轮5干端(图中的下端)一侧相连，且通过新风除湿进口风阀4进行通断，新风风机3设置在位于新风除湿进口风阀4上游的新风管道中。除湿转轮5干端另一侧与进风管道入口相连，且通过新风除湿出口风阀7进行通断，在新风除湿出口风阀7下游的进风管道中依次设有中效过滤器8和送风风机9，进风管道出口与数据机房进风口相连。新风旁路管道的一端连接在新风风机3与新风除湿进口风阀4之间的新风管道上，另一端连接在新风除湿出口风阀7与中效过滤器8之间的进风管道上，并通过其内的新风旁路风阀6进行通断。数据机房出风口通过机房抽风阀19与出风管道入口相连，出风管道中设有机房抽风风机20，出风管道出口通过回风风阀25与回风管道入口相连，通过排风内风阀24同时与排风管道入口和除湿外引风管道出口相连。回风管道出口连接在初效过滤器2与新风风机3之间的新风管道上。排风管道出口依次设有排风隔离网29和排风外风阀30。除湿外引风管道入口依次设有除湿外引风风阀32、除湿外隔离网31和除湿外引风机26。

除湿转轮5作为本单元的除湿系统，湿端(图中的上端)与排风管道相连，且位于排风隔离网29上游，并在除湿转轮5上游设置电加热器28，干端两侧分别与新风管道和进风管道相连。需要说明的是，本文中的湿端、干端只是为了清楚表示部件之间的连接关系而设定的，并非用来限定除湿转轮5的内部结构，可以简单的理解为，干端吸收新风通道中空气的水分，在湿端析出后经排风通道排出。

蒸发器11、压缩机21、冷凝器27、膨胀阀22、蒸发器控制阀10、蒸发器11通过铜管23依次相连，构成本单元的制冷系统，用于制冷进入数据机房的空气。蒸发器11设置在进风管道出口处，冷凝器27设置在排风管道中，并位于除湿外引风管道出口与电加热器27之间。制冷系统的工作原理为现有技术，在此不再赘述。

可控水帘保温单元包括水帘内墙换热器13、水帘内墙14、水帘外墙16、水帘墙导通水管17、水帘墙泵18、压缩机21、膨胀阀22和冷凝器27。水帘内墙换热器13、压缩机21、冷凝器27、膨胀阀22、水帘内墙热交换器控制阀12、水帘内墙换热器13通过铜管23依次相连构成本单元的水帘制冷系统。水帘内墙换热器13与水帘内墙14相连，用于向水帘内墙14供冷，水帘内墙14设置在数据机房墙壁15内侧，水帘外墙16设置在数据机房墙壁15外侧，水帘内墙14和水帘外墙16通过水帘墙导通水管17连通，水帘墙泵18设置在水帘墙导通水管17上。

水帘内墙14和水帘外墙16利用水相对较大的比热容特性，作为数据机房墙壁15内外侧的保温层，提高数据机房的保温效果。如图5所示，当室外温度较低时通过水帘墙泵18将数据机房墙壁15两侧的水进行置换，将室内热量带出；当室内外温度都较高时，利用水帘制冷系统对数据机房墙壁15内侧的水帘墙进行降温。

温湿度监测单元包括设置在新风管道入口的户外温湿度传感器101、设置在新风管道并位于回风管道入口下游的进风温湿度传感器102、设置在进风管道中的除湿后温湿度传感器103、设置在数据机房内的机房温湿度传感器104、设置在水帘内墙14内的水帘内墙温度传感器105、设置在水帘外墙16内的水帘外墙温度传感器106、以及设置在回风管道内的回风温湿度传感器107。

下面结合图2对本实用新型的数据机房散热系统的具体工作过程进行说明：

步骤1、设定数据机房的温湿度运行参数。

步骤2、采集系统各区域的环境数据：户外温湿度传感器101采集机房外的温湿度实时值；进风温湿度传感器102采集新风的温湿度实时值；除湿后温湿度传感器103采集送风的温湿度实时值；机房温湿度传感器104采集数据机房内的温湿度实时值；水帘内墙温度传感器105采集水帘内墙14的温度实时值；水帘外墙温度传感器106采集水帘外墙16的温度实时值；回风温湿度传感器107采集回风的温湿度实时值。

步骤3、中央控制单元获取温湿度监测单元和电能监测单元的监测数据，获取冷却散热循环单元和可控水帘保温单元的运行数据。

步骤4、采集数据机房内放置设备的电能参数，根据电能参数的变化、机房温湿度传感器104采集的温湿度实时值、以及历史时间的温湿度变化，利用BP神经网络算法预测数据机房的温湿度，得到数据机房的温湿度变化趋势，并计算出数据机房的需冷量。

步骤5、根据步骤4计算的数据机房需冷量、步骤2采集的温湿度实时值、冷却散热循环单元和可控水帘保温单元的运行数据，利用模糊算法确定冷却散热系统的运行参数，对冷却散热系统运行参数进行调整输出。

步骤6、当机房温湿度传感器104采集的机房温度实时值高于设定值范围时，增加压缩机21运行频率；当机房温湿度传感器104采集的机房温度实时值低于设定值范围时，降低加压缩机21运行频率。

步骤7、送风风机9根据数据机房的需冷量控制风速。

步骤8、当户外温湿度传感器101采集的户外温度实时值小于设定值时，执行外循环模式；当户外温湿度传感器101采集的户外温度实时值大于设定值时，执行内循环模式。

步骤9、当机房温湿度传感器104采集的机房湿度实时值大于设定值时，新风除湿进口风阀4开启、新风除湿出口风阀7开启、新风旁路风阀6关闭、除湿转轮5运行；当机房温湿度传感器104采集的机房湿度实时值小于设定值时，新风除湿进口风阀4关闭、新风除湿出口风阀7关闭、新风旁路风阀6开启、除湿转轮5停止。

步骤10、当运行外循环模式时，排风外风阀30开启、排风内风阀24开启、新风风阀2开启、回风风阀25关闭；当运行内循环模式时，排风外风阀30关闭、排风内风阀24关闭、新风风阀2关闭、回风风阀25开启。

步骤11、当水帘内墙温度传感器105采集的水帘内墙温度大于水帘外墙温度传感器106采集的水帘外墙温度，水帘墙泵18启动，将水帘内墙14与水帘外墙16中的水进行互换；当水帘内墙温度传感器105采集的水帘内墙温度小于水帘外墙温度传感器106采集的水帘外墙温度，水帘墙泵18停止，冷却散热系统的压缩机21运行，打开水帘内墙热交换器控制阀12，降低水帘内墙14温度。

步骤12、当运行外循环模式、压缩机21运行、除湿转轮5运行，满足其中之一条件时排风外风阀30开启；反之排风外风阀30关闭。

步骤13、当运行内循环模式、压缩机21运行或除湿转轮5运行时，除湿外引风风阀32开启、除湿外风机26运行；反之除湿外引风风阀32关闭、除湿外风机26停止。

步骤14、当除湿转轮5运行时，根据冷凝器27输出热量调节电加热器28输出热量，保证总输出热量大于除湿转轮5湿气排放需求量。

步骤15、不断循环步骤1至步骤14。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种数据机房冷却散热系统，其特征在于：包括用于采集设备实时电能参数的电能监测单元、用于采集机房外、冷却散热循环单元各区域、可控水帘保温单元各区域和机房内实时温湿度参数的温湿度监测单元、中央控制单元、以及调节数据机房温湿度的冷却散热循环单元和可控水帘保温单元，电能监测单元和温湿度监测单元均与中央控制单元的输入端连接，中央控制单元的输出端与冷却散热循环单元和可控水帘保温单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种数据机房冷却散热系统，其特征在于：所述的电能监测单元包括电流互感器和多功能电量表，所述的设备包括服务器、交换机、存储设备及UPS。

3.根据权利要求1所述的一种数据机房冷却散热系统，其特征在于：所述的冷却散热循环单元包括新风管道、进风管道、出风管道、回风管道、排风管道、除湿外引风管道、新风风机、除湿转轮、进风风机、蒸发器、机房抽风风机、压缩机、膨胀阀、冷凝器、电加热器、除湿外引风机和控制各管道开闭的阀门，新风管道出口与除湿转轮干端一侧相连，除湿转轮干端另一侧与进风管道入口相连，进风管道出口与数据机房进风口相连，数据机房出风口与出风管道入口相连，出风管道出口分别与回风管道入口、排风管道入口、除湿外引风管道出口相连，回风管道出口与新风管道相连，新风管道入口、除湿外引风管道入口、排风管道出口均与外界相连，新风风机设置在新风管道中且位于回风管道入口下游，进风风机设置在进风管道中，蒸发器设置在进风管道出口处，冷凝器、电加热器和除湿转轮湿端沿排风方向依次设置在排风管道中，蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀依次连接构成制冷回路。

4.根据权利要求3所述的一种数据机房冷却散热系统，其特征在于：所述的冷却散热循环单元还包括新风旁路管道，其一端连接在新风风机与除湿转轮之间的新风管道上，另一端连接在除湿转轮与进风风机之间的进风管道上。

5.根据权利要求3所述的一种数据机房冷却散热系统，其特征在于：所述的可控水帘保温单元包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、水帘内墙、水帘内墙换热器、水帘外墙、水帘墙导通水管和水帘墙泵，水帘内墙换热器、压缩机、冷凝器和膨胀阀依次连接构成制冷回路，水帘内墙换热器与水帘内墙相连，用于向水帘内墙供冷，水帘内墙设置在数据机房墙壁内侧，水帘外墙设置在数据机房墙壁外侧，水帘墙导通水管连通水帘内墙和水帘外墙，水帘墙泵设置在水帘墙导通水管上。

6.根据权利要求5所述的一种数据机房冷却散热系统，其特征在于：所述的温湿度监测单元包括设置在新风管道入口的户外温湿度传感器、设置在新风管道并位于回风管道入口下游的进风温湿度传感器、设置在进风管道中的除湿后温湿度传感器、设置在数据机房内的机房温湿度传感器、设置在水帘内墙内的水帘内墙温度传感器、设置在水帘外墙内的水帘外墙温度传感器、以及设置在回风管道内的回风温湿度传感器。