一種數據中心智能氣流控制系統及其控制方法與流程
本發明涉及一種數據中心智能氣流控制系統及其控制方法，屬于數據中心溫度控制技術領域。
背景技術：
采用下送風方式的數據中心，當前隨著計算機、通訊及其相關行業的不斷發展，機房建設規模越來越大，系統集成度越來越高，設備密集度越來越大；當前受業務系統建設需求、設備布局合理性以及機房建設環境的影響，數據中心存在以下的問題：
1)服務器設備負載分布不均，機柜發熱密度高，局部熱點；
2)制冷系統集成度低，系統單一，主要以精密空調系統做為制冷來源；
3)精密空調系統不能針對數據中心內的機柜實際散熱需求進行定點制冷；
4)精密空調功能單一，設備功率大，運轉耗能高，常規情況下，無法接入UPS電源，當數據中心遇到停電情況下，無法在數據中心內機柜設備通過電池供電運行時提供制冷。
如不能有效的解決上述這些存在的問題，將導致數據中心運行能耗高，業務中斷，設備損壞，造成極大的經濟損失。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供一種數據中心智能氣流控制系統及其控制方法，能夠針對局部進行熱量精確控制，定點制冷，冷卻效果更好，設備使用壽命更長，以解決現有技術中存在的問題。
本發明采取的技術方案為：一種數據中心智能氣流控制系統，其特征在于：包括數據采集系統、數據記錄分析系統和控制系統，數據采集系統連接有組合式機柜測溫裝置、區域溫度監測裝置、室外環境監測裝置、主動式氣流引流通風裝置、數據中心精密空調系統和數據中心新風系統，并連接到數據記錄分析系統，數據記錄分析系統連接到控制系統，控制系統連接到主動式氣流引流通風裝置、數據中心精密空調系統和數據中心新風系統，數據中心新風系統連接有UPS。
組合式機柜測溫裝置包括底座、絕緣材料制作的滑塊和溫度元件，底座為條狀結構，水平固定連接在柜體內，其上設置有多個滑塊，滑塊可沿著底座長度方向移動，滑塊上設置有插孔，溫度元件可插入插孔內，溫度原件連接到數據采集系統。
滑塊通過T型槽螺母嵌入到底座上的T型槽中，T型螺母通過螺釘固定連接到滑塊上。
主動式氣流引流通風裝置包括無極變速風機，無極變速風機采用多個，間隔均勻地布置在固定框架上，固定框架安裝在通風地板的支架上，其上端設置有通風地板，其底部設置有遮風板，每塊通風地板上的多個無極變速風機獨立連接到控制系統，還包括出風口溫度傳感器，出風口溫度傳感器布置在通風底板出風網孔處，監測送風溫度，并連接到數據采集系統，數據采集系統通過網絡同步采集數據中心內各類設備的硬件可測運行溫度。
遮風板采用兩塊，對稱地布置在通風地板下通風孔兩側的滑槽中，每塊遮風板底部設置有旋向相反的絲母，絲母連接有絲杠，絲杠連接到驅動電機，絲杠旋轉后能夠將遮風板相對運動后打開或關閉遮風板，驅動電機連接到控制系統。
一種數據中心智能氣流控制系統的控制方法，該方法包括以下步驟：
(1)根據數據中心建設級別，引用數據中心最佳運行溫度作為當前數據中心最優溫度參數，結合室外溫度條件，控制系統控制新風系統啟動；
當室外溫度高于數據中心運行環境溫度，不啟動新風系統，當室外溫度低于數據中心運行環境溫度時，啟動新風系統，數據中心運行環境溫度為18-27℃；
(2)通過數據采集系統采集監測數據中心內各類設備硬件可測運行溫度以及組合式機柜測溫裝置、區域溫度監測裝置、室外環境監測裝置、主動式氣流引流通風裝置、數據中心精密空調系統和數據中心新風系統的機柜設備進風口溫度變化趨勢、各區域溫度、室外環境溫濕度、主動式氣流引流通風裝置出風口溫度、精密空調系統運行狀態、新風系統運行狀態；
(3)將數據采集系統采集的數據傳送到數據分析處理系統進行分析處理，分析處理之前對主動式氣流引流通風裝置出風口溫度進行評估，評估后進入控制模型計算；
(4)通過控制模型計算獲得當前精密空調系統最優運行參數值以及主動式氣流引流通風裝置最優運行狀態；
(5)控制系統提取當前精密空調系統最優運行參數值以及主動式氣流引流通風裝置最優運行狀態對主動式氣流引流通風裝置和數據中心精密空調系統進行控制。
步驟(4)中控制模型為：
Ti(k+1)和Ti(k)分別是時刻k+1和時刻k時的某機柜設備環境溫度，Ci代表熱回流對溫度的影響，Fi代表制冷系統對溫度的影響，是主動式氣流引流通風裝置和精密空調運行狀態參數的加權和，Tsup為機柜進風口溫度，即出風口溫度，VFD代表精密空調送風風扇的轉速。
步驟(5)中通過控制模型計算出Ti(k+1)時刻的溫度，通過Ti(k+1)時刻的溫度變化趨勢，結合當前數據中心進風口溫度測點的溫度變化趨勢，判斷當前數據中心精密空調系統和數據中心新風系統及主動式氣流引流通風裝置運行狀態是否滿足數據中心每個機柜設備運行溫度，若低于數據中心運行溫度，首先減少或關閉主動式氣流引流通風裝置運行的無極變速風機，若數據中心當前運行環境溫度仍然不滿足，根據數據中心精密空調系統當前的運行狀態，調高精密空調系統溫度值；若高于數據中心運行溫度要求，首先，加大直至全開主動式氣流引流通風裝置的無極變速風機，若數據中心當前運行環境溫度仍然不滿足，根據數據中心精密空調系統當前的運行狀態，調低精密空調系統溫度值。
超過機柜內設備硬件(包括主板、CPU等硬件)運行溫度正常范圍，優先調節主動式氣流引流通風裝置，若不能有效降溫的情況下，調節數據中心精密空調系統和數據中心新風系統參數。
步驟(3)中數據處理分析前，需要評估主動式氣流引流通風裝置出風口溫度，根據數據中心機房建設標準，數據中心運行環境溫度為18-27℃，允許溫度為15-32℃，依照主動式氣流引流通風裝置出風口溫度進行冷卻系數RCI評估，可將冷卻系數RCI評估包括以下兩種：
RCIH——評估進入機柜溫度是否過熱的冷卻系數；
RCIL——評估進入機柜溫度是否過冷的冷卻系數；
Tx——機柜送風溫度；
n——機柜送風口數量；
Tmax-rec——建議溫度上限
Tmax-all——允許溫度上限
Tmin-rec——建議溫度下限
Tmin-all——允許溫度下限
通過RCI的計算值，調節空調系統的制冷參數值，使其得到更好的制冷環境，在RCIH值過熱情況下，主動降低空調系統制冷參數值，在RCIL值過冷情況下，主動提升空調系統制冷參數值。
本發明的有益效果：與現有技術相比，本發明的效果如下：
(1)本發明通過整合數據中心精密空調系統及新風系統，優化制冷輸送方式，根據機柜溫度實時散熱情況分析，智能控制主動式氣流引流通風裝置，高效利用機房現有制冷量，達到更好的制冷效果，避免市電短時間停電造成的數據中心內溫度快速升高，系統設備過熱造成的業務中斷；
(2)本發明通過插接的多個溫度元件，能夠對監測數據中心機柜內的設備散熱情況進行監控，插接方式能夠方便裝卸和維護，連接可靠，大大減少布線，建造成本和維護成本大大降低，通過滑塊移動式實現溫度元件的位置可變，從而可以根據數據中心不同機柜內的設備運行情況，對溫度元件位置進行最佳位置調整實現設定位置的溫度監測，通過插接的方式和T型槽連接滑塊的連接方式，各個元部件安裝便捷，也利于進行增加、更換監測元件，擴展方便；
(3)通過設置多個無極變速風機在通風地板內，從而能夠根據數據中心的環境溫度變化情況，進行無極變速風機的個數控制以及風量控制，實現了數據中心的氣流主動調節，氣流輸送更合理，大大提高了數據中心散熱效果，避免了突發斷電導致的氣流無輸出，設備運行安全；
(4)通過數據采集分析，結合控制模型的計算，調節數據中心溫度，使其達到最佳運行環境，控制更精確方便。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明的控制流程示意圖；
圖3是本發明的組合式機柜測溫裝置結構示意圖；
圖4是圖3中的A向結構示意圖；
圖5是本發明的主動式氣流引流通風裝置結構示意圖；
圖6是圖5中的B向結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及具體的實施例對本發明進行進一步介紹。
實施例：如圖1-圖6所示，一種數據中心智能氣流控制系統，包括數據采集系統、數據記錄分析系統和控制系統，數據采集系統連接有組合式機柜測溫裝置、區域溫度監測裝置、室外環境監測裝置、主動式氣流引流通風裝置、數據中心精密空調系統和數據中心新風系統，并連接到數據記錄分析系統，數據記錄分析系統連接到控制系統，控制系統連接到主動式氣流引流通風裝置、數據中心精密空調系統和數據中心新風系統，數據中心新風系統連接有UPS，區域溫度監測裝置用于監測機柜區域內環境溫度變化。
組合式機柜測溫裝置包括底座101、絕緣材料制作的滑塊102和溫度元件103，底座101為條狀結構，水平固定連接在柜體104內，其上設置有多個滑塊102，滑塊102可沿著底座101長度方向移動，滑塊102上設置有插孔105，溫度元件103可插入插孔105內，溫度原件103連接到數據采集系統，滑塊102通過T型槽螺母106嵌入到底座101上的T型槽107中，T型螺母106通過螺釘108固定連接到滑塊102上，溫度元件103在柜體104內豎直方向設置多排，能夠方便快捷地布置，監測更準確，滑塊102設置有3-5個，滑塊102底部設置有凸臺110，凸臺110與T型槽107接觸面設置有彈性層109，通過凸臺方便快速地定位以及滑塊滑動導向性更好，設置彈性層方便滑塊自定位，定位穩定，連接測溫更加可靠，測溫數據更精確，能夠實現機柜內底部進風口的溫度測量以及內部其余位置的溫度測量。
主動式氣流引流通風裝置包括無極變速風機201，無極變速風機201采用多個，間隔均勻地布置在固定框架206上，固定框架206安裝在通風地板202的支架205上，其上端設置有通風地板202，其底部設置有遮風板204，每塊通風地板202上的多個無極變速風機201獨立連接到控制系統，還包括出風口溫度傳感器，出風口溫度傳感器布置在通風底板202出風網孔處，監測送風溫度，并連接到數據采集系統，數據采集系統通過網絡同步采集數據中心內各類設備的硬件可測運行溫度，能夠針對出風口溫度的變化以及數據中心的環境溫度測量裝置測得的區域溫度變化情況，控制區域溫度值處對應的機柜改變進風量大小。
遮風板204采用兩塊，對稱地布置在通風地板202下通風孔兩側的滑槽207中，每塊遮風板204底部設置有旋向相反的絲母208，絲母208連接有絲杠209，絲杠209連接到驅動電機210，絲杠209旋轉后能夠將遮風板相對運動后打開或關閉遮風板，驅動電機210連接到控制系統，根據控制系統控制是否需要打開遮風板進行送風，大大提高通風地板主動氣流調節的精確性，更利于數據中心溫度均衡的控制，絲杠209兩端通過軸承座211安裝到通風腔212底面，兩遮風板204封閉一端設置有密封層213，保持密封，調節更精確，遮風板204頂面設置有彈性密封層214，保持密封，調節更精確，控制系統還連接到數據中心的新風系統，新風系統與無極變速風機同時對數據中心進行冷氣流輸送，有效解決了因市電斷電造成的精密空調系統停運、新風系統不能合理對數據中心機柜設備進行制冷量輸出的問題；控制系統還連接有用于溫度報警的報警裝置，當環境溫度達到閾值時進行報警提醒，大大提高使用安全性。
一種數據中心智能氣流控制系統的控制方法，該方法包括以下步驟：
(1)根據數據中心建設級別，引用數據中心最佳運行溫度作為當前數據中心最優溫度參數，結合室外溫度條件，控制系統控制新風系統啟動；
當室外溫度高于數據中心運行環境溫度，不啟動新風系統，當室外溫度低于數據中心運行環境溫度時，啟動新風系統，數據中心運行環境溫度為18-27℃；
(2)通過數據采集系統采集監測數據中心內各類設備硬件可測運行溫度以及組合式機柜測溫裝置、區域溫度監測裝置、室外環境監測裝置、主動式氣流引流通風裝置、數據中心精密空調系統和數據中心新風系統的機柜設備進風口溫度變化趨勢、各區域溫度、室外環境溫濕度、主動式氣流引流通風裝置出風口溫度、精密空調系統運行狀態、新風系統運行狀態；
(3)將數據采集系統采集的數據傳送到數據分析處理系統進行分析處理，分析處理之前對主動式氣流引流通風裝置出風口溫度進行評估，評估后進入控制模型計算；
數據處理分析前，需要評估主動式氣流引流通風裝置出風口溫度，根據數據中心機房建設標準，數據中心運行環境溫度為18-27℃，允許溫度為15-32℃，依照主動式氣流引流通風裝置出風口溫度進行冷卻系數RCI評估，可將冷卻系數RCI評估包括以下兩種：
RCIH——評估進入機柜溫度是否過熱的冷卻系數；
RCIL——評估進入機柜溫度是否過冷的冷卻系數；
Tx——機柜送風溫度，℃；
n——機柜送風口數量；
Tmax-rec——建議溫度上限
Tmax-all——允許溫度上限
Tmin-rec——建議溫度下限
Tmin-all——允許溫度下限；
通過RCI的計算值，調節空調系統的制冷參數值，使其得到更好的制冷環境，在RCIH值過熱情況下，主動降低空調系統制冷參數值，在RCIL值過冷情況下，主動提升空調系統制冷參數值；
(4)通過控制模型計算獲得當前精密空調系統最優運行參數值以及主動式氣流引流通風裝置最優運行狀態；
控制模型為：
Ti(k+1)和Ti(k)分別是時刻k+1和時刻k時的某機柜設備環境溫度，Ci代表熱回流對溫度的影響，Fi代表制冷系統對溫度的影響，是主動式氣流引流通風裝置和精密空調運行狀態參數的加權和，Tsup為機柜進風口溫度，即出風口溫度，VFD代表精密空調送風風扇的轉速；
(5)控制系統提取當前精密空調系統最優運行參數值以及主動式氣流引流通風裝置最優運行狀態對主動式氣流引流通風裝置和數據中心精密空調系統進行控制。
制冷系統的制冷效率，使用CoP參數進行表示
CoP＝Q/W
Q表示移除的能量；W表示制冷系統本身消耗的能量.CoP越高代表制冷設備的制冷效率越高即移除相等的熱量所消耗的電能越少.同一個制冷系統的CoP值也并不固定，它會隨著工作溫度變化而變化.一般而言，制冷系統送出的氣流溫度越低，CoP值也越低，其制冷效率下降。
在滿足數據中心設備運行環境的條件下，精密空調制冷參數值以制冷效率CoP較高的值作為參考條件。
步驟(5)中通過控制模型計算出Ti(k+1)時刻的溫度，通過Ti(k+1)時刻的溫度變化趨勢，結合當前數據中心進風口溫度測點的溫度變化趨勢，判斷當前數據中心精密空調系統和數據中心新風系統及主動式氣流引流通風裝置運行狀態是否滿足數據中心每個機柜設備運行溫度，若低于數據中心運行溫度，首先減少或關閉主動式氣流引流通風裝置運行的無極變速風機，若數據中心當前運行環境溫度仍然不滿足，根據數據中心精密空調系統當前的運行狀態，調高精密空調系統溫度值；若高于數據中心運行溫度要求，首先，加大直至全開主動式氣流引流通風裝置的無極變速風機，若數據中心當前運行環境溫度仍然不滿足，根據數據中心精密空調系統當前的運行狀態，調低精密空調系統溫度值。
超過機柜內設備硬件(包括主板和CPU)運行溫度正常范圍，優先調節主動式氣流引流通風裝置，若不能有效降溫的情況下，調節數據中心精密空調系統和數據中心新風系統參數。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內，因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
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