数据中心冷站的智能优化控制系统的制作方法

本实用新型涉及制冷领域，特别是涉及一种数据中心冷站的智能优化控制系统。

背景技术：

相比于一般的建筑系统，数据中心的空调需求具有以下主要特点：负荷大，时间长；能效要求高；安全性要求高。目前数据中心冷站控制系统基本可实现本地控制、远程监控、实时报警、图形化界面、数据存储及趋势显示等功能，但是由于空调水系统较复杂，数据中心对空调水温有严格的要求，众多机电设备运行能耗巨大等原因，大多数冷站控制还存在很多问题。

例如：多台冷机常常以较低制冷百分比的低效工况运行，开的冷机台数越多，相关的机电设备也需投运，造成能源损耗。冷冻泵和冷却泵采用了变频转速控制，实际运行中转速控制没有结合冷站的整体最佳能耗进行控制。大多数冷却塔采用与冷机台数对应控制开启，往往塔中风机未全部开启，也未高速运行，这将造成冷却塔能耗较高，但散热性能不佳，也影响冷机的制冷效率。冷冻泵的转速不合理，导致空调末端供冷冻水不足或水泵能耗较大。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是要提供一种节约能耗的数据中心冷站的智能优化控制系统。

本实用新型一个进一步的目的是要提高数据中心冷站的设备的智能化程度。

特别地，本实用新型提供了一种数据中心冷站的智能优化控制系统。该数据中心冷站的智能优化控制系统包括：冷机参数监测装置，与冷站的冷机组连接，以监测冷机组的运行参数；室外参数监测装置，设置于冷站的室外环境，以监测室外环境的温度与湿度；冷却水温度监测装置，设置于冷站的冷却塔所供应的冷却水的进口处与出口处，以监测冷却水的进水温度和出水温度；冷却水变流量控制器，与冷机参数监测装置、室外参数监测装置、冷却水温度监测装置连接，以根据冷机组的运行参数、室外环境的温度与湿度以及冷却水的进水温度和出水温度确定冷站的冷却泵的转速；以及冷却泵驱动装置，其分别与冷却水变流量控制器和冷却泵连接，以驱动冷却泵以冷却水变流量控制器确定的转速转动。

可选地，该数据中心冷站的智能优化控制系统还包括：冷冻水温度监测装置，设置于冷站的冷冻水的进口处与出口处，以监测冷冻水的进水温度与出水温度；冷冻水流量监测装置，设置于冷站的冷冻水的进口处与出口处，以监测流经冷站的冷冻水的流量；冷机控制器，与冷冻水温度监测装置、冷冻水流量监测装置以及冷却水温度监测装置连接，以根据冷冻水的进水温度与出水温度、流经冷站的冷冻水的流量以及冷却水的进水温度确定冷机组的开启台数；以及冷机驱动装置，其分别与冷机控制器和冷机组连接，以驱动冷机组以冷机控制器确定的开启台数启动。

可选地，该数据中心冷站的智能优化控制系统还包括：冷却塔参数监测装置，与冷站的冷却塔连接，以监测冷却塔的运行参数；冷却塔控制器，与冷却塔参数监测装置、冷机参数监测装置、冷却水温度监测装置连接，以根据冷却塔的运行参数、冷机组的运行参数、冷却水的出水温度确定冷却塔的风扇的转速；以及风扇驱动装置，与冷却塔控制器、冷却塔的风扇连接，以驱动风扇以冷却塔控制器确定的转速转动。

可选地，该数据中心冷站的智能优化控制系统还包括：压差监测装置，与冷站和冷站的空调连接，以监测导出冷站的冷冻水的压力与空调末端的冷冻水的压力的供回水压差；冷冻水变流量控制器，与压差监测装置、冷机参数监测装置、冷冻水温度监测装置连接，以根据供回水压差、冷机组的运行参数、冷冻水的进水温度与出水温度确定冷站的冷冻泵的转速；以及冷冻泵驱动装置，其分别与冷冻水变流量控制器和冷冻泵连接，以驱动冷冻泵以冷冻水变流量控制器确定的转速转动。

可选地，该数据中心冷站的智能优化控制系统还包括：用户交互装置，与冷机控制器连接，以获取用户设置的冷机控制器的控制参数。

可选地，数据中心冷站包括：冷机组，由多台冷机组成，并配置成利用在其内部循环的冷媒对冷冻水进行制冷；自然冷却换热器，配置成利用冷却水对冷冻水进行制冷；冷却塔，与冷机组以及自然冷却换热器分别连接，并配置成向冷机组或自然冷却换热器供应冷却水，以冷却冷机组中的冷媒或者直接对冷冻水进行冷却，并且数据中心冷站的智能优化控制系统还包括：冷却水切换装置，连接于冷却塔与冷机组以及自然冷却换热器之间，配置成将冷却水供向冷机组以及自然冷却换热器中的一个，以使冷机组以及自然冷却换热器中的一个启动。

可选地，该数据中心冷站的智能优化控制系统还包括：自然冷却控制器，与冷却水切换装置和室外参数监测装置连接，以在室外环境的温度低于预设值时控制冷却水切换装置将冷却水供向自然冷却换热器，以使自然冷却换热器启动，利用冷却水直接对冷冻水进行冷却。

可选地，该数据中心冷站的智能优化控制系统还包括：故障诊断装置，与冷机参数监测装置、室外参数监测装置、冷却水温度监测装置、冷冻水温度监测装置、冷冻水流量监测装置、冷却塔参数监测装置以及压差监测装置分别连接，以根据监测数据和冷机的运行参数诊断冷站的故障。

本实用新型的数据中心冷站的智能优化控制系统，可以通过监测控制系统中各个监测装置的数据以及冷站主要设备的运行状态，提供相应的智能优化控制策略，其中包括冷机与水泵的优化运行，冷却塔与冷机的有效匹配，冷冻水温度设置，以及免费取冷等等，可以实现冷站的高效节能运行，有利于集中监控数据中心冷站的能效，节约运行管理费用，并且有效降低能耗。

进一步地，本实用新型的数据中心冷站的智能优化控制系统包括故障诊断装置，与冷机参数监测装置、室外参数监测装置、冷却水温度监测装置、冷冻水温度监测装置、冷冻水流量监测装置、冷却塔参数监测装置以及压差监测装置分别连接，以根据监测数据和冷机的运行参数诊断冷站的故障，可帮助管理人员更好地管理冷站系统，同时可给现场的操作人员一些指导建议，有利于避免冷站系统的误操作和提高冷站系统的能效。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统中数据中心冷站的结构框图；

图2是根据本实用新型一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统的结构框图；

图3是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统的结构框图；

图4是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统的结构框图；

图5是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统的结构框图；

图6是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统的结构框图；以及

图7是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统的结构框图。

具体实施方式

图1是根据本实用新型一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统中数据中心冷站200的结构框图。如图所示，该数据中心冷站200可以包括：冷却塔201、冷机组202、冷却泵204、冷冻泵205、负荷206。该数据中心冷站200可以持续将使用后的高温冷冻水引入并进行冷却，冷却介质为在数据中心冷站200内部持续循环的冷却水。

其中，冷却水在冷却塔201冷却后，可以选择导入冷机组202，冷机组202可以包括多台独立运行的冷机，以根据需要开启相应台数的冷机。冷机组202内部可以设置有两根独立的管道，分别供冷冻水和冷却水流入并分别与冷媒进行热交换，高温冷冻水与冷媒热交换后，将热量传递给冷媒，冷媒再将热量传递给冷却水，以完成整个冷媒循环过程。冷冻水由冷机组202流出后，可以提供给负荷206。冷却泵204和冷冻泵206用于驱动冷却水和冷冻水在整个数据中心冷站200中循环流动。

图2是根据本实用新型一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100的结构框图，该数据中心冷站的智能优化控制系统100可以对上一实施例的数据中心冷站200中的各设备进行智能优化控制，以降低整体能耗。如图所示，该数据中心冷站的智能优化控制系统100可以包括：冷机参数监测装置11、室外参数监测装置12、冷却水温度监测装置13、冷却水变流量控制器10以及冷却泵驱动装置14。

其中，冷机参数监测装置11，与冷站的冷机组连接，以监测冷机组的运行参数。室外参数监测装置12，设置于冷站的室外环境，以监测室外环境的温度与湿度。冷却水温度监测装置13，设置于冷站的冷却塔所供应的冷却水的进口处与出口处，以监测冷却水的进水温度和出水温度。冷却水变流量控制器10，与冷机参数监测装置11、室外参数监测装置12、冷却水温度监测装置13连接，以根据冷机组的运行参数、室外环境的温度与湿度以及冷却水的进水温度和出水温度确定冷站的冷却泵的转速。冷却泵驱动装置14，其分别与冷却水变流量控制器10和冷却泵连接，以驱动冷却泵以冷却水变流量控制器10确定的转速转动。

冷却水变流量控制是影响冷机组性能的重要因素，冷却水流量的大小不仅直接决定了冷却泵的能耗，而且还影响冷机的能耗。冷却水变流量控制技术可以对变频冷却泵的转速进行实时调节，该技术从系统节能角度出发，采用自适应控制策略，和独特的微调方式精确调节冷却水流量至最优，确保在降低冷却泵功耗的同时保证冷机的合适运行工况。

本实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100，在冷机稳定运行后，根据冷机的运行参数、室外的温湿度条件和冷却水温变化的历史趋势，自适应调节冷却泵转速，在节约冷却泵的电能消耗同时兼顾冷机的高效运行。

图3是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100的结构框图。在上一实施例的基础上，该数据中心冷站的智能优化控制系统100可以包括：冷冻水温度监测装置21、冷冻水流量监测装置22、冷机控制器20以及冷机驱动装置23。

其中，冷冻水温度监测装置21，设置于冷站的冷冻水的进口处与出口处，以监测冷冻水的进水温度与出水温度。冷冻水流量监测装置22，设置于冷站的冷冻水的进口处与出口处，以监测流经冷站的冷冻水的流量。冷机控制器20，与冷冻水温度监测装置21、冷冻水流量监测装置22以及冷却水温度监测装置13连接，以根据冷冻水的进水温度与出水温度、流经冷站的冷冻水的流量以及冷却水的进水温度确定冷机组的开启台数。冷机驱动装置23，其分别与冷机控制器20和冷机组连接，以驱动冷机组以冷机控制器20确定的开启台数启动。

不同负荷下的冷机的能耗比(Coefficient of Performance，简称COP)不同。对某些型号的冷机而言，过高负荷或过低负荷下运行都会导致冷机的COP过低，引起冷机能耗的增加，从而增加整个数据中心冷站的运行能耗。变频冷机自动加/卸载优化控制逻辑可以充分考虑冷机、冷冻泵、冷却泵的能耗，寻求冷机的最优化运行工况，实现冷机以高COP运行或系统高效运行。

在其他一些实施例中，数据中心冷站的智能优化控制系统100还可以包括：用户交互装置，与冷机控制器20连接，以获取用户设置的冷机控制器20的控制参数。其中冷机控制器20的控制参数可以是冷冻水的出水温度。

机组运行人员经常将冷冻水的出水温度设定值维持某一个设定值，对于大多数的应用场合来讲，这是不节能的。因为对于空调系统来讲，空调负荷大多数的时间均低于其最大设计负荷。一般来讲，大多数时间冷冻水的出水温度设定值均可以提高。即使在满负荷的情况下，空气侧部件(空气处理机，风机盘管等)的超额配置也允许冷冻水的出水温度可以有略微的提高。冷冻水的出水温度越高，冷机的节能量越大。冷冻水的出水温度可以提高多少主要受限于满足制冷量的需求以及除湿需求两个方面。在数据中心冷站中，冷机组能耗占整个冷站能耗的绝大部分，因此如何最大限度减少冷机能耗至关重要。冷冻水的出水温度越高，冷机的COP越高，越利于降低冷站的整体能耗。冷冻水的出水温度每增加1℃，定频冷机的性能将增加2％，变频冷机的性能将增加5～7％。因此对于冷冻水的出水温度允许调整的系统，可通过提高冷冻水的出水温度设定值来达到节能的目的。以上具体数值仅为例举，而并非对本实用新型的限定。

在保证环境舒适的前提下，可根据室外温度或系统负荷自动修正系统冷冻水的出水温度设定以节约能源，也可设置需求限制以控制峰值能耗。在已完成项目中应用冷冻水的出水温度优化重设，用户可通过用户交互装置查看当前优化的冷冻水的出水温度。

本实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100通过实时监测冷冻水的进水温度和出水温度、冷冻水的流量，从而计算系统负荷，进而与冷却水的进水温度一同分析，得出冷机的最佳启动台数，自动进行加/卸载判断，智能匹配系统负荷。

图4是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100的结构框图。在上一实施例的基础上，该数据中心冷站的智能优化控制系统100可以包括：冷却塔参数监测装置31、冷却塔控制器30以及风扇驱动装置32。

其中，冷却塔参数监测装置31，与冷站的冷却塔连接，以监测冷却塔的运行参数。冷却塔控制器30，与冷却塔参数监测装置31、冷机参数监测装置11、冷却水温度监测装置13连接，以根据冷却塔的运行参数、冷机组的运行参数、冷却水的出水温度确定冷却塔的风扇的转速。风扇驱动装置32，与冷却塔控制器30、冷却塔的风扇连接，以驱动风扇以冷却塔控制器30确定的转速转动。

冷却塔作为冷站中的一个重要设备，其高效率的使用将会为整个冷站的低能耗运行起到举足轻重的作用。尽管冷却塔的运行能耗占整个冷站的能耗的比例较小，但控制冷却塔方式的优劣可以直接影响到冷机组的运行效率，也是决定整个系统能效比高低的主要因素之一。通过实时监测室外温湿度，并根据冷机及系统运行状况实时分析、判断冷却塔的最优使用台数，从而优化整个数据中心冷站的智能优化控制系统的运行效率，降低系统的运行能耗。同时可最大限度的避免冷机因高扬程而喘振。冷却塔台数优化控制技术突破了传统的冷机与冷却塔一一对应的运行方式，通过降低冷却水水温，从而减少冷机的运行能耗，同时也考虑了冷却塔增加的能耗与冷机降低的能耗之间的平衡。在实际工程项目中，冷却塔风扇变频控制使用非常广泛。在特定的运行工况下，尤其是系统部分负荷运行时，冷却塔风扇高速运行会带来冷却塔风扇能耗的增加，但是冷却塔风扇低速运行会导致冷却水出水温度过高，不利于冷机运行工况，增加能耗。因而对冷却塔风扇的变频优化控制逻辑需要平衡因冷却水出水温度高引起的冷机增加的能耗和冷却塔风扇高转速带来的风扇增加的能耗，进而保证冷站高效运行。

本实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100，冷却塔风扇的变频优化控制逻辑能通过实时监测室外气候条件，并实时分析冷机和冷却塔运行状态、冷却水的进出水温度，动态自适应调整冷却塔风扇转速，从而降低整个数据中心冷站的运行能耗。

图5是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100的结构框图。在上一实施例的基础上，该数据中心冷站的智能优化控制系统100可以包括：压差监测装置41、冷冻水变流量控制器40、冷冻泵驱动装置42。

其中，压差监测装置41，与冷站和冷站的空调连接，以监测导出冷站的冷冻水的压力与空调末端的冷冻水的压力的供回水压差。冷冻水变流量控制器40，与压差监测装置41、冷机参数监测装置11、冷冻水温度监测装置21连接，以根据供回水压差、冷机组的运行参数、冷冻水的进水温度与出水温度确定冷站的冷冻泵的转速。冷冻泵驱动装置42，其分别与冷冻水变流量控制器40和冷冻泵连接，以驱动冷冻泵以冷冻水变流量控制器40确定的转速转动。

本实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100，可以根据供回水压差、冷冻水的进水温度与出水温度、冷机组的运行参数等自动调节冷冻泵的转速，在节约冷却泵的电能消耗同时兼顾冷机的高效运行。

图6是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100的结构框图。其中本实施例的数据中心冷站包括：冷机组202，由多台冷机组成，并配置成利用在其内部循环的冷媒对冷冻水进行制冷；自然冷却换热器203，配置成利用冷却水对冷冻水进行制冷；冷却塔201，与冷机组202以及自然冷却换热器203分别连接，并配置成向冷机组202或自然冷却换热器203供应冷却水，以冷却冷机组202中的冷媒或者直接对冷冻水进行冷却。

本实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100可以包括：冷却水切换装置51和自然冷却控制器50。

其中，冷却水切换装置51，连接于冷却塔201与冷机组202以及自然冷却换热器203之间，配置成将冷却水供向冷机组202以及自然冷却换热器203中的一个，以使冷机组202以及自然冷却换热器203中的一个启动。

自然冷却控制器50，与冷却水切换装置51和室外参数监测装置12连接，以在室外环境的温度低于预设值时控制冷却水切换装置51将冷却水供向自然冷却换热器203，以使自然冷却换热器203启动，利用冷却水直接对冷冻水进行冷却。

在冬季以及过度季节的夜晚，可以利用免费取冷完全或部分替代机械制冷，从而降低数据中心冷站的能耗。使用免费取冷技术，能最大限度地降低数据中心空调集中监控系统的能耗，尤其是在室外温度偏低的北方地区，节能效果非常明显。

本实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100，可以通过免费取冷优化逻辑实时监测室外温湿度，动态分析系统负荷和免费取冷制冷量的关系，自动使能或禁止免费取冷。然后针对不同的区域，采取相应的措施，尽量利用免费取冷模式，降低整个冷站的能耗。

图7是根据本实用新型另一个实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100的结构框图。在以上实施例的基础上，本实施例的数据中心冷站的智能优化控制系统100还包括：故障诊断装置60。

故障诊断装置60，与冷机参数监测装置11、室外参数监测装置12、冷却水温度监测装置13、冷冻水温度监测装置21、冷冻水流量监测装置22、冷却塔201参数监测装置31以及压差监测装置41分别连接，以根据监测数据和冷机的运行参数诊断冷站的故障。

数据中心冷站的智能优化控制系统100的监测装置数量较多(温度、压力和流量等)，并且布置分散，长时间的应用和缺少规律的校准工作会导致各监测装置的读数不准确，有的甚至严重偏离正常范围。监测装置读数的准确性直接关系到数据中心冷站的故障诊断的准确性，监测装置读数不合理可能导致冷站故障诊断得出不合理的结果，所以，对监测装置进行诊断是对冷站故障进行诊断的前提。

本实施例的故障诊断装置60设计为在线诊断，通过读取冷站各个监测装置的数据及冷站主要设备的运行状态，自动诊断当前工况下冷站存在的问题，可帮助管理人员更好地管理冷站，同时可以向现场的操作人员提供指导建议，有利于避免冷站的误操作和提高冷站的能效。其中，可以通过用户交互装置的图形界面来“启用/停用”某条诊断规则，当某条诊断规则触发时，会出现闪烁亮灯提示。对于部分诊断规则，可显示上一次报警时间段内的能耗浪费，同时界面上可以显示上一次报警的发生时间和持续时间。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。