一种数据中心智能气流控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种数据中心智能气流控制系统及其控制方法，属于数据中心温度控制技术领域。

背景技术：

采用下送风方式的数据中心，当前随着计算机、通讯及其相关行业的不断发展，机房建设规模越来越大，系统集成度越来越高，设备密集度越来越大；当前受业务系统建设需求、设备布局合理性以及机房建设环境的影响，数据中心存在以下的问题：

1)服务器设备负载分布不均，机柜发热密度高，局部热点；

2)制冷系统集成度低，系统单一，主要以精密空调系统做为制冷来源；

3)精密空调系统不能针对数据中心内的机柜实际散热需求进行定点制冷；

4)精密空调功能单一，设备功率大，运转耗能高，常规情况下，无法接入UPS电源，当数据中心遇到停电情况下，无法在数据中心内机柜设备通过电池供电运行时提供制冷。

如不能有效的解决上述这些存在的问题，将导致数据中心运行能耗高，业务中断，设备损坏，造成极大的经济损失。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种数据中心智能气流控制系统及其控制方法，能够针对局部进行热量精确控制，定点制冷，冷却效果更好，设备使用寿命更长，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种数据中心智能气流控制系统，其特征在于：包括数据采集系统、数据记录分析系统和控制系统，数据采集系统连接有组合式机柜测温装置、区域温度监测装置、室外环境监测装置、主动式气流引流通风装置、数据中心精密空调系统和数据中心新风系统，并连接到数据记录分析系统，数据记录分析系统连接到控制系统，控制系统连接到主动式气流引流通风装置、数据中心精密空调系统和数据中心新风系统，数据中心新风系统连接有UPS。

组合式机柜测温装置包括底座、绝缘材料制作的滑块和温度元件，底座为条状结构，水平固定连接在柜体内，其上设置有多个滑块，滑块可沿着底座长度方向移动，滑块上设置有插孔，温度元件可插入插孔内，温度原件连接到数据采集系统。

滑块通过T型槽螺母嵌入到底座上的T型槽中，T型螺母通过螺钉固定连接到滑块上。

主动式气流引流通风装置包括无极变速风机，无极变速风机采用多个，间隔均匀地布置在固定框架上，固定框架安装在通风地板的支架上，其上端设置有通风地板，其底部设置有遮风板，每块通风地板上的多个无极变速风机独立连接到控制系统，还包括出风口温度传感器，出风口温度传感器布置在通风底板出风网孔处，监测送风温度，并连接到数据采集系统，数据采集系统通过网络同步采集数据中心内各类设备的硬件可测运行温度。

遮风板采用两块，对称地布置在通风地板下通风孔两侧的滑槽中，每块遮风板底部设置有旋向相反的丝母，丝母连接有丝杠，丝杠连接到驱动电机，丝杠旋转后能够将遮风板相对运动后打开或关闭遮风板，驱动电机连接到控制系统。

一种数据中心智能气流控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据数据中心建设级别，引用数据中心最佳运行温度作为当前数据中心最优温度参数，结合室外温度条件，控制系统控制新风系统启动；

当室外温度高于数据中心运行环境温度，不启动新风系统，当室外温度低于数据中心运行环境温度时，启动新风系统，数据中心运行环境温度为18-27℃；

(2)通过数据采集系统采集监测数据中心内各类设备硬件可测运行温度以及组合式机柜测温装置、区域温度监测装置、室外环境监测装置、主动式气流引流通风装置、数据中心精密空调系统和数据中心新风系统的机柜设备进风口温度变化趋势、各区域温度、室外环境温湿度、主动式气流引流通风装置出风口温度、精密空调系统运行状态、新风系统运行状态；

(3)将数据采集系统采集的数据传送到数据分析处理系统进行分析处理，分析处理之前对主动式气流引流通风装置出风口温度进行评估，评估后进入控制模型计算；

(4)通过控制模型计算获得当前精密空调系统最优运行参数值以及主动式气流引流通风装置最优运行状态；

(5)控制系统提取当前精密空调系统最优运行参数值以及主动式气流引流通风装置最优运行状态对主动式气流引流通风装置和数据中心精密空调系统进行控制。

步骤(4)中控制模型为：

T_i(k+1)和T_i(k)分别是时刻k+1和时刻k时的某机柜设备环境温度，C_i代表热回流对温度的影响，F_i代表制冷系统对温度的影响，是主动式气流引流通风装置和精密空调运行状态参数的加权和，T_sup为机柜进风口温度，即出风口温度，VFD代表精密空调送风风扇的转速。

步骤(5)中通过控制模型计算出T_i(k+1)时刻的温度，通过T_i(k+1)时刻的温度变化趋势，结合当前数据中心进风口温度测点的温度变化趋势，判断当前数据中心精密空调系统和数据中心新风系统及主动式气流引流通风装置运行状态是否满足数据中心每个机柜设备运行温度，若低于数据中心运行温度，首先减少或关闭主动式气流引流通风装置运行的无极变速风机，若数据中心当前运行环境温度仍然不满足，根据数据中心精密空调系统当前的运行状态，调高精密空调系统温度值；若高于数据中心运行温度要求，首先，加大直至全开主动式气流引流通风装置的无极变速风机，若数据中心当前运行环境温度仍然不满足，根据数据中心精密空调系统当前的运行状态，调低精密空调系统温度值。

超过机柜内设备硬件(包括主板、CPU等硬件)运行温度正常范围，优先调节主动式气流引流通风装置，若不能有效降温的情况下，调节数据中心精密空调系统和数据中心新风系统参数。

步骤(3)中数据处理分析前，需要评估主动式气流引流通风装置出风口温度，根据数据中心机房建设标准，数据中心运行环境温度为18-27℃，允许温度为15-32℃，依照主动式气流引流通风装置出风口温度进行冷却系数RCI评估，可将冷却系数RCI评估包括以下两种：

RCI_H——评估进入机柜温度是否过热的冷却系数；

RCI_L——评估进入机柜温度是否过冷的冷却系数；

T_x——机柜送风温度；

n——机柜送风口数量；

T_max-rec——建议温度上限

T_max-all——允许温度上限

T_min-rec——建议温度下限

T_min-all——允许温度下限

通过RCI的计算值，调节空调系统的制冷参数值，使其得到更好的制冷环境，在RCI_H值过热情况下，主动降低空调系统制冷参数值，在RCI_L值过冷情况下，主动提升空调系统制冷参数值。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

(1)本发明通过整合数据中心精密空调系统及新风系统，优化制冷输送方式，根据机柜温度实时散热情况分析，智能控制主动式气流引流通风装置，高效利用机房现有制冷量，达到更好的制冷效果，避免市电短时间停电造成的数据中心内温度快速升高，系统设备过热造成的业务中断；

(2)本发明通过插接的多个温度元件，能够对监测数据中心机柜内的设备散热情况进行监控，插接方式能够方便装卸和维护，连接可靠，大大减少布线，建造成本和维护成本大大降低，通过滑块移动式实现温度元件的位置可变，从而可以根据数据中心不同机柜内的设备运行情况，对温度元件位置进行最佳位置调整实现设定位置的温度监测，通过插接的方式和T型槽连接滑块的连接方式，各个元部件安装便捷，也利于进行增加、更换监测元件，扩展方便；

(3)通过设置多个无极变速风机在通风地板内，从而能够根据数据中心的环境温度变化情况，进行无极变速风机的个数控制以及风量控制，实现了数据中心的气流主动调节，气流输送更合理，大大提高了数据中心散热效果，避免了突发断电导致的气流无输出，设备运行安全；

(4)通过数据采集分析，结合控制模型的计算，调节数据中心温度，使其达到最佳运行环境，控制更精确方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制流程示意图；

图3是本发明的组合式机柜测温装置结构示意图；

图4是图3中的A向结构示意图；

图5是本发明的主动式气流引流通风装置结构示意图；

图6是图5中的B向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例：如图1-图6所示，一种数据中心智能气流控制系统，包括数据采集系统、数据记录分析系统和控制系统，数据采集系统连接有组合式机柜测温装置、区域温度监测装置、室外环境监测装置、主动式气流引流通风装置、数据中心精密空调系统和数据中心新风系统，并连接到数据记录分析系统，数据记录分析系统连接到控制系统，控制系统连接到主动式气流引流通风装置、数据中心精密空调系统和数据中心新风系统，数据中心新风系统连接有UPS，区域温度监测装置用于监测机柜区域内环境温度变化。

组合式机柜测温装置包括底座101、绝缘材料制作的滑块102和温度元件103，底座101为条状结构，水平固定连接在柜体104内，其上设置有多个滑块102，滑块102可沿着底座101长度方向移动，滑块102上设置有插孔105，温度元件103可插入插孔105内，温度原件103连接到数据采集系统，滑块102通过T型槽螺母106嵌入到底座101上的T型槽107中，T型螺母106通过螺钉108固定连接到滑块102上，温度元件103在柜体104内竖直方向设置多排，能够方便快捷地布置，监测更准确，滑块102设置有3-5个，滑块102底部设置有凸台110，凸台110与T型槽107接触面设置有弹性层109，通过凸台方便快速地定位以及滑块滑动导向性更好，设置弹性层方便滑块自定位，定位稳定，连接测温更加可靠，测温数据更精确，能够实现机柜内底部进风口的温度测量以及内部其余位置的温度测量。

主动式气流引流通风装置包括无极变速风机201，无极变速风机201采用多个，间隔均匀地布置在固定框架206上，固定框架206安装在通风地板202的支架205上，其上端设置有通风地板202，其底部设置有遮风板204，每块通风地板202上的多个无极变速风机201独立连接到控制系统，还包括出风口温度传感器，出风口温度传感器布置在通风底板202出风网孔处，监测送风温度，并连接到数据采集系统，数据采集系统通过网络同步采集数据中心内各类设备的硬件可测运行温度，能够针对出风口温度的变化以及数据中心的环境温度测量装置测得的区域温度变化情况，控制区域温度值处对应的机柜改变进风量大小。

遮风板204采用两块，对称地布置在通风地板202下通风孔两侧的滑槽207中，每块遮风板204底部设置有旋向相反的丝母208，丝母208连接有丝杠209，丝杠209连接到驱动电机210，丝杠209旋转后能够将遮风板相对运动后打开或关闭遮风板，驱动电机210连接到控制系统，根据控制系统控制是否需要打开遮风板进行送风，大大提高通风地板主动气流调节的精确性，更利于数据中心温度均衡的控制，丝杠209两端通过轴承座211安装到通风腔212底面，两遮风板204封闭一端设置有密封层213，保持密封，调节更精确，遮风板204顶面设置有弹性密封层214，保持密封，调节更精确，控制系统还连接到数据中心的新风系统，新风系统与无极变速风机同时对数据中心进行冷气流输送，有效解决了因市电断电造成的精密空调系统停运、新风系统不能合理对数据中心机柜设备进行制冷量输出的问题；控制系统还连接有用于温度报警的报警装置，当环境温度达到阈值时进行报警提醒，大大提高使用安全性。

一种数据中心智能气流控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据数据中心建设级别，引用数据中心最佳运行温度作为当前数据中心最优温度参数，结合室外温度条件，控制系统控制新风系统启动；

当室外温度高于数据中心运行环境温度，不启动新风系统，当室外温度低于数据中心运行环境温度时，启动新风系统，数据中心运行环境温度为18-27℃；

(2)通过数据采集系统采集监测数据中心内各类设备硬件可测运行温度以及组合式机柜测温装置、区域温度监测装置、室外环境监测装置、主动式气流引流通风装置、数据中心精密空调系统和数据中心新风系统的机柜设备进风口温度变化趋势、各区域温度、室外环境温湿度、主动式气流引流通风装置出风口温度、精密空调系统运行状态、新风系统运行状态；

(3)将数据采集系统采集的数据传送到数据分析处理系统进行分析处理，分析处理之前对主动式气流引流通风装置出风口温度进行评估，评估后进入控制模型计算；

数据处理分析前，需要评估主动式气流引流通风装置出风口温度，根据数据中心机房建设标准，数据中心运行环境温度为18-27℃，允许温度为15-32℃，依照主动式气流引流通风装置出风口温度进行冷却系数RCI评估，可将冷却系数RCI评估包括以下两种：

RCI_H——评估进入机柜温度是否过热的冷却系数；

RCI_L——评估进入机柜温度是否过冷的冷却系数；

T_x——机柜送风温度，℃；

n——机柜送风口数量；

T_max-rec——建议温度上限

T_max-all——允许温度上限

T_min-rec——建议温度下限

T_min-all——允许温度下限；

通过RCI的计算值，调节空调系统的制冷参数值，使其得到更好的制冷环境，在RCI_H值过热情况下，主动降低空调系统制冷参数值，在RCI_L值过冷情况下，主动提升空调系统制冷参数值；

(4)通过控制模型计算获得当前精密空调系统最优运行参数值以及主动式气流引流通风装置最优运行状态；

控制模型为：

T_i(k+1)和T_i(k)分别是时刻k+1和时刻k时的某机柜设备环境温度，C_i代表热回流对温度的影响，F_i代表制冷系统对温度的影响，是主动式气流引流通风装置和精密空调运行状态参数的加权和，T_sup为机柜进风口温度，即出风口温度，VFD代表精密空调送风风扇的转速；

(5)控制系统提取当前精密空调系统最优运行参数值以及主动式气流引流通风装置最优运行状态对主动式气流引流通风装置和数据中心精密空调系统进行控制。

制冷系统的制冷效率，使用CoP参数进行表示

CoP＝Q/W

Q表示移除的能量；W表示制冷系统本身消耗的能量.CoP越高代表制冷设备的制冷效率越高即移除相等的热量所消耗的电能越少.同一个制冷系统的CoP值也并不固定，它会随着工作温度变化而变化.一般而言，制冷系统送出的气流温度越低，CoP值也越低，其制冷效率下降。

在满足数据中心设备运行环境的条件下，精密空调制冷参数值以制冷效率CoP较高的值作为参考条件。

步骤(5)中通过控制模型计算出T_i(k+1)时刻的温度，通过T_i(k+1)时刻的温度变化趋势，结合当前数据中心进风口温度测点的温度变化趋势，判断当前数据中心精密空调系统和数据中心新风系统及主动式气流引流通风装置运行状态是否满足数据中心每个机柜设备运行温度，若低于数据中心运行温度，首先减少或关闭主动式气流引流通风装置运行的无极变速风机，若数据中心当前运行环境温度仍然不满足，根据数据中心精密空调系统当前的运行状态，调高精密空调系统温度值；若高于数据中心运行温度要求，首先，加大直至全开主动式气流引流通风装置的无极变速风机，若数据中心当前运行环境温度仍然不满足，根据数据中心精密空调系统当前的运行状态，调低精密空调系统温度值。

超过机柜内设备硬件(包括主板和CPU)运行温度正常范围，优先调节主动式气流引流通风装置，若不能有效降温的情况下，调节数据中心精密空调系统和数据中心新风系统参数。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。