一種數據中心冷凍水輸送控制方法及系統與流程

技述領域

本發明涉及空調領域，更具體地說，涉及一種數據中心冷凍水輸送控制方法及系統。

背景技述

在我國，2014年建筑能耗問題超過12.5億噸標準煤，占社會總能耗30％。中央空調能耗占建筑總能耗65％，其中空調機房能耗占空調系統能耗70％左右。其中冷凍水泵能耗占用了空調機房能耗相當大比例。數據中心動環系統的空調機房的冷凍水系統有別常規建筑的冷凍水系統，為了防止出現制冷機組故障無法保證數據中心機房室內溫度于設備安全運行溫度敬意的情況，在數據中心空調機房冷凍水管網中通常會設置小型冷凍水儲水罐(通常有2路供水，每路供水設置1個冷凍水儲水罐)。所有的冷凍水經過水路管網供應到空調末端都必須流經儲水罐，這樣可保證在制冷機組出現故障的情況下，可使用儲水罐中儲存的冷凍水進行短時間的冷量供應，給制冷機組搶修及數據中心正常運行贏得寶貴時間。但是，這種串聯儲水罐的冷凍水管網設計在正常運行期間增大了不少的系統阻力，無形中浪費了許多水泵的能耗。

技術實現要素：

本發明要解決的技述問題在于，針對現有技述的上述缺陷，提供一種數據中心冷凍水輸送控制方法及系統。本發明通過對原有的串聯儲水罐管路設計進行改善，增加旁通管路、閥門及溫度傳感器，并添加了冷凍水系統閥門新的控制策略，根據儲水罐底部的水溫實時監測結果，控制串聯儲水罐閥門及旁通閥門的開關，從而既可實現原有設計的備用冷量儲存效果，又可減少冷凍水系統在正常運行時的能耗。

本發明解決其技述問題所采用的技述方案是：構造一種數據中心冷凍水輸送控制方法，包括以下步驟：

s11、實時采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan；

s12、基于所采集的冷凍水的實時溫度ttan，判斷所述實時溫度ttan是否超出預設溫度，若是，則輸出控制信號；

s13、根據所述控制信號控制儲水罐閥門或旁通管路閥門開啟或關閉，以使所述冷凍水經所述儲水罐向所述數據中心提供冷量或經所述旁通管路向所述數據中心提供冷量。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，所述方法還包括：

s14、若所述實時溫度ttan未超出所述預設溫度，則維持所述儲水罐閥門和所述旁通管路閥門的原有狀態。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，所述方法還包括，在所述步驟s11之前，設定所述預設溫度。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，所述預設溫度包括所述儲水罐底部冷凍水的下限溫度tl和上限溫度th。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，在所述步驟s11中，采用水溫傳感器實時采集所述儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan，并將所述實時溫度ttan傳輸至主控器。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，所述控制信號包括第一控制信號或第二控制信號，且所述步驟s12包括：

若所述實時溫度ttan低于所述下限溫度tl，則輸出第一控制信號；若所述實時溫度ttan高于所述上限溫度th，則輸出第二控制信號。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，所述步驟s13包括：

s13-0、根據所述第一控制信號開啟所述旁通管路閥門，并在所述旁通管路閥門完全開啟后，關閉儲水罐的水管前端閥門；

s13-1、根據所述第二控制信號開啟所述儲水罐的水管前端閥門，并在所述儲水罐的水管前端閥門完全開啟后，關閉所述旁通管路閥門。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，所述步驟s12-0還包括：

a、若所述實時溫度ttan低于所述下限溫度tl，則在預設時間t內連續采集所述儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan；

b、當達到預設時間t時，并判斷在所述預設時間t內所采集的所述實時溫度ttan是否全部低于所述下限溫度tl，若是，執行步驟s13-0；若否，則返回步驟a。

在本發明所述的數據中心冷凍水輸送控制方法中，優選地，根據公式1.1和公式1.2控制所述儲水缺勤的水管前端閥門和所述旁通管路閥門的開啟或關閉：

其中，tsup表示制冷機冷凍水出水溫度；ontan，offtan，分別表示串聯儲水罐水管前端閥門的開關狀態；onbypass，offbypass，分別表示旁通管路閥門的開關狀態；lstatus，hstatus分別表示觸及下限溫度tl設定值和下限溫度tl設定值時的控制狀態及動作，其中0表示無動作執行。

本發明一種數據中心冷凍水輸送控制系統，包括儲水罐，還包括:

采集單元，用于實時采集所述儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan；

判斷單元，用于基于所采集的冷凍水的實時溫度ttan，判斷所述實時溫度ttan是否超出預設溫度，若是，則輸出控制信號；

控制單元，用于根據所述控制信號控制儲水罐閥門或旁通管路閥門開啟或關閉，以使所述冷凍水經所述儲水罐向所述數據中心提供冷量或經所述旁通管路向所述數據中心提供冷量。

實施本發明的數據中心冷凍水輸送控制方法及系統，具有以下有益效果：本發明的數據中心冷凍水輸送控制方法包括步驟：s1、實時采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan；s2、基于所采集的冷凍水的實時溫度ttan，判斷實時溫度ttan是否超出預設溫度，若是，則輸出控制信號；s3、控制儲水罐閥門或旁通管路閥門開啟或關閉，以使冷凍水經儲水罐向數據中心提供冷量或經旁通管路向數據中心提供冷量。本發明根據儲水罐底部的水溫監測結果，控制儲水罐閥門和旁通管路閥門的開啟或關閉，引導冷凍水路徑流向，在滿足空調末端功能要求的前提下，既可達到備用冷量儲存的效果，又能實現冷凍水系統在正常運行時節能的目的。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明一種數據中心冷凍水輸送控制方法第一實施例的流程示意圖；

圖2是本發明一種數據中心冷凍水輸送控制方法第二實施例的流程示意圖；

圖3是本發明一種數據中心冷凍水輸送控制系統的邏輯框圖；

圖4是本發明一種數據中心冷凍水輸送控制系統的功能框圖。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

參見圖1為本發明一種數據中心冷凍水輸送控制方法第一實施例的流程示意圖；該實施例的冷凍水輸送控制方法可以應用于數據中心空調機房的冷量輸送系統中。如圖1所示，該實施例的數據中心冷凍水輸送控制方法包括以下步驟：

s11、實時采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan。

在該步驟中，儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan可采用水溫傳感器進行實時測量以采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan。在本實施例中，根據數據中心冷凍水系統的設置方式，通常有2路供水，每路供水設置1個冷凍水儲水罐，因此，在對儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan采集時，每個儲水罐冷凍水的水溫都需要采集，即可在每個儲水罐的底部設置一個水溫傳感器，分別對每個儲水罐底部的水溫進行監測。在本發明的實施例中，每個儲水罐底部水溫的監測是相互獨立且互不影響的，主控器對各個儲水罐的水溫監測及相關的控制原理相同，這里不再贅述。可以理解地，如果數據中心冷凍水系統設置有兩個以上的儲水罐，其冷凍水輸送亦可采用本發明所說的控制方法。

另外，該步驟中，因為溫度低的水密度較高，會自然沉降在底部，因此，將水溫傳感器設置在儲水罐底部用于監測儲水罐底部冷凍水的溫度即可保證整個儲水罐的水溫狀態滿足運行要求，而不需設置多個水溫傳感器監測儲水罐內冷凍水的溫度，可以在物料成本上進一步降低。

其次，該步驟中，水溫傳感器對儲水罐底部冷凍水溫度的實時監測是依據水溫傳感器的測量頻率而定的，也就是說，采用不同的水溫傳感器，對儲水罐底部冷凍水溫度的采集頻率不同。本發明的水溫傳感器可采用現有常規水溫傳感器。

優選地，在步驟s11之前可預先設置冷凍水的預設溫度。預設溫度包括下限溫度tl和上限溫度th。下限溫度tl和上限溫度th為儲水罐冷凍水儲存的冷量的分界值；例如，當儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan達到下限溫度tl，則說明儲水罐所儲存的冷凍水已達到系統運行的要求，當儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan低于下限溫度tl時，則表明儲水罐所儲存的冷凍水冷量超過系統運行需求。

s12、基于所采集的冷凍水的實時溫度ttan，判斷實時溫度ttan是否超出預設溫度，若是，則輸出控制信號。

在該步驟中，當儲水罐內的水溫傳感器檢測到儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan時，實時溫度ttan可輸出至系統中內置的主控制器或其他具有數據運算處理功能的處理器或控制器，包括但不限于微處理器、微控制器、數字信號處理器、微型計算器、中央處理器、場編程門陳列、可編程邏輯設備、邏輯電路、模擬電路、數字電路和/或任何基于操作指令操作信號(模擬和/或數字)的設備，由其判斷實時溫度ttan是否超出預設溫度。

關于儲水罐底部冷凍水的預設溫度，可由用戶預先設置得到，例如，用戶可在主控制器首次開機時設置預設溫度，或者主控制器在使用過程中通過輸入某一預置口令后進行條件設置，等等，本發明實施例對此不作具體限定。本發明可以通過各種存儲器件存儲預設溫度，各存儲器件可由一個或多個存儲組件所實現。在此，存儲組件可以是諸如內在或緩存器等，但在此并不對其限制。內存可諸如只讀存儲器(read-onlymemory；rom)、隨機存取內存(randomaccessmemory；ram)、非永久性內存、永久性內存、靜態內存、易失存儲器、閃存和/或任何存儲數字信息的設備。

當判斷出所采集的冷凍水的實時溫度ttan超出預設溫度時，輸出一控制信號，該控制信號用于控制儲水罐閥門的開啟或關閉、和控制旁通管路閥門的開啟或關閉。

s13、根據控制信號控制儲水罐閥門或旁通管路閥門開啟或關閉，以使冷凍水經儲水罐向數據中心提供冷量或經旁通管路向數據中心提供冷量。

在該步驟中，在接收到控制信號后，可根據該控制信號控制儲水罐閥門開啟或關閉，同時還控制旁通管路閥門開啟或關閉，以使得冷凍水經儲水罐所在管路向數據中心提供冷量，或者使得冷凍水經旁通管路向數據中心提供冷量。

參見圖2，圖2是本發明一種數據中心冷凍水輸送控制方法第二實施例的流程示意圖；該實施例的冷凍水輸送控制方法可以應用于數據中心空調機房的冷量輸送系統中。如圖2所示，該實施例的數據中心冷凍水輸送控制方法包括以下步驟：

s21、實時采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan。

在該步驟中，儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan可采用水溫傳感器進行實時測量以采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan。在本實施例中，根據數據中心冷凍水系統的設置方式，通常有2路供水，每路供水設置1個冷凍水儲水罐，因此，在對儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan采集時，每個儲水罐冷凍水的水溫都需要采集，即可在每個儲水罐的底部設置一個水溫傳感器，分別對每個儲水罐底部的水溫進行監測。在本發明的實施例中，每個儲水罐底部水溫的監測是相互獨立且互不影響的，主控器對各個儲水罐的水溫監測及相關的控制原理相同，這里不再贅述。可以理解地，如果數據中心冷凍水系統設置有兩個以上的儲水罐，其冷凍水輸送亦可采用本發明所說的控制方法。

另外，該步驟中，因為溫度低的水密度較高，會自然沉降在底部，因此，將水溫傳感器設置在儲水罐底部用于監測儲水罐底部冷凍水的溫度即可保證整個儲水罐的水溫狀態滿足運行要求，而不需設置多個水溫傳感器監測儲水罐內冷凍水的溫度，可以在物料成本上進一步降低。

其次，該步驟中，水溫傳感器對儲水罐底部冷凍水溫度的實時監測是依據水溫傳感器的測量頻率而定的，也就是說，采用不同的水溫傳感器，對儲水罐底部冷凍水溫度的采集頻率不同。本發明的水溫傳感器可采用現有常規水溫傳感器。

優選地，在步驟s21之前可預先設置冷凍水的預設溫度。預設溫度包括下限溫度tl和上限溫度th。下限溫度tl和上限溫度th為儲水罐冷凍水儲存的冷量的分界值；例如，當儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan達到下限溫度tl，則說明儲水罐所儲存的冷凍水已達到系統運行的要求，當儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan低于下限溫度tl時，則表明儲水罐所儲存的冷凍水冷量超過系統運行需求。

s12-0、若實時溫度ttan低于下限溫度tl，則輸出第一控制信號；若實時溫度ttan高于上限溫度th，則輸出第二控制信號。在該步驟中，當儲水罐內的水溫傳感器檢測到儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan時，實時溫度ttan可輸出至系統中內置的主控制器或其他具有數據運算處理功能的處理器或控制器，包括但不限于微處理器、微控制器、數字信號處理器、微型計算器、中央處理器、場編程門陳列、可編程邏輯設備、邏輯電路、模擬電路、數字電路和/或任何基于操作指令操作信號(模擬和/或數字)的設備，由其判斷實時溫度ttan是否超出預設溫度。

關于儲水罐底部冷凍水的預設溫度，可由用戶預先設置得到，例如，用戶可在主控制器首次開機時設置預設溫度，或者主控制器在使用過程中通過輸入某一預置口令后進行條件設置，等等，本發明實施例對此不作具體限定。本發明可以通過各種存儲器件存儲預設溫度，各存儲器件可由一個或多個存儲組件所實現。在此，存儲組件可以是諸如內在或緩存器等，但在此并不對其限制。內存可諸如只讀存儲器(read-onlymemory；rom)、隨機存取內存(randomaccessmemory；ram)、非永久性內存、永久性內存、靜態內存、易失存儲器、閃存和/或任何存儲數字信息的設備。

優選地，步驟s12-0還包括：

a、若實時溫度ttan低于下限溫度tl，則在預設時間t內連續采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan。

在該步驟中，預設時間t由內置于主控制器的計時器執行，其可預先在主控制器中設置。當水溫傳感器采集到儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan低于下限溫度tl時，主控制器控制計時器開始計時，且在預設時間t內連續采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan并發送給主控器。

b、當達到預設時間t時，并判斷在預設時間t內所采集的實時溫度ttan是否全部低于下限溫度tl，若是，執行步驟s13-0；若否，則返回步驟a。

在該步驟中，主控制器接收水溫傳感器上傳的溫度數據并在達到預設時間t時，判斷在預設時間t內連續采集的實時溫度ttan是否低于下限溫度tl，若是，則根據第一控制信號開啟旁通管路閥門，并在旁通管路閥門完全開啟后，關閉儲水罐的水管前端閥門；若否，則返回步驟a重新執行，即重新開始計時，繼續監測并采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan。

s13-0、根據第一控制信號開啟旁通管路閥門，并在旁通管路閥門完全開啟后，關閉儲水罐的水管前端閥門。

在該步驟中，在接收到第一控制信號后，可根據第一控制信號控制旁通管路閥門開啟，并等候旁通管路閥門完全開啟后，關閉儲水罐水管前端的閥門，使冷凍水經由旁通管路向數據中心提供冷量。

s13-1、根據第二控制信號開啟儲水罐的水管前端閥門，并在儲水罐的水管前端閥門完全開啟后，關閉旁通管路閥門。

在該步驟中，在接收到第二控制信號后，可根據第二控制信號控制儲水罐水管前端閥門開啟，并等候儲水罐水管前端的閥門完全開啟后，關閉旁通管路閥門，使冷凍水經儲水罐向數據中心提供冷量。

優選地，在本發明的實施例中，對儲水罐閥門和旁通管路閥門開啟或關閉的控制可根據公式1.1和公式1.2進行邏輯控制：

其中，tsup表示制冷機冷凍水出水溫度；ontan，offtan，分別表示串聯儲水罐水管前端閥門的開關狀態；onbypass，offbypass，分別表示旁通管路閥門的開關狀態；lstatus，hstatus分別表示觸及下限溫度tl設定值和下限溫度tl設定值時的控制狀態及動作，其中0表示無動作執行。

參見公式1.1，在該實施例中，下限溫度tl可為比制冷機組出水溫度高出1℃；上限溫度th可為比制冷機組出水溫度高出5℃。預設時間t可設為5分鐘(300s)，計時器計時的時間對閥門的開啟有很大的影響，如果計時時間過長就會導致需要更長的時間開啟閥門，容易造成水泵能源浪費，若計時時間過短，則由于水溫存在波動性，則有可能導致判斷錯誤，導致不必要的閥門控制，因此，根據實際的使用經驗，通常可將預設時間t設為5分鐘。

本發明實施例一和實施例二所說的數據中心冷凍水輸送控制方法是針對一路供水的控制方法，其也適應于2路或多路供水的控制方法。當有多路供水時也可采用本發明實施例一和實施例二的冷凍水輸送控制方法，在此不作限定。

參閱圖3，圖3是本發明一種數據中心冷凍水輸送控制系統的邏輯框圖。該實施例的數據中心冷凍水輸送控制系統可由上述實施例一和實施例二的數據中心冷凍水輸送控制方法實現。具體地，該控制系統包括數據中心100、制冷機組101、冷凍水泵102、旁通管路閥門103、儲水罐水管前端閥門104、儲水罐105、以及水溫傳感器106、主控制器107(圖中未示出)。數據中心100為本發明提供冷量的目標對象，制冷機組101用于根據數據中心100的需求由提供適宜的冷凍水，冷凍水泵102用于將制冷機組101輸出的冷凍水傳輸至相應的輸送管路。旁通管路閥門103設置在旁通管路上，用于根據主控制器107輸出的控制信號開啟或關閉以使冷凍水可經旁通管路向數據中心提供冷量，或者使冷凍水不可經過旁通管路。儲水罐水管前端閥門104設置在儲水罐水管前端，用于根據主控制器107輸出的控制信號開啟或關閉以使冷凍水可經儲水罐105向數據中心提供冷量或使冷凍水不可經過儲水罐105。儲水罐105用于儲存冷凍水作為備用冷量。水溫傳感器106設置在儲水罐105的底部，用于實時檢測儲水罐105底部冷凍水的溫度并將溫度數據傳輸至主控制器107。主控制器107根據水溫傳感器106傳輸的溫度數據判斷儲水罐105底部的冷凍水溫度是否滿足預設條件，并在滿足預設條件的前提下輸出相應的控制信號控制儲水罐閥門104的開啟或關閉，或者儲水罐水管前端閥門104，以使冷凍水經儲水罐向數據中心提供冷量或經旁通管路向數據中心提供冷量。優選地，主控制器107的功能可在plc或ddc控制器實現。

圖4是本發明一種數據中心冷凍水輸送控制系統的功能框圖。該實施例的數據中心冷凍水輸送控制系統可由上述實施例一和實施例二的數據中心冷凍水輸送控制方法實現。在該實施例中，數據中心冷凍水輸送控制系統包括：

采集單元10，用于實時采集儲水罐底部冷凍水的實時溫度ttan。

判斷單元20，用于基于所采集的冷凍水的實時溫度ttan，判斷實時溫度ttan是否超出預設溫度，若是，則輸出控制信號。

控制單元30，用于根據控制信號控制儲水罐閥門或旁通管路閥門開啟或關閉，以使冷凍水經儲水罐向數據中心提供冷量或經旁通管路向數據中心提供冷量。

其中，判斷單元20與控制單元30設置在主控制器107內，主控制器107的功能可在plc或ddc控制器實現。

以上實施例只為說明本發明的技述構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技述的人士能夠了解本發明的內容并據此實施，并不能限制本發明的保護范圍。凡跟本發明權利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應屬于本發明權利要求的涵蓋范圍。

應當理解的是，對本領域普通技述人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。