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數據中心能耗控制系統及方法.pdf

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數據中心 能耗 控制系統 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210328260.2

申請日:

2012.09.06

公開號:

CN103673200A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F24F 11/00申請日:20120906|||公開
IPC分類號: F24F11/00 主分類號: F24F11/00
申請人: 中國建筑科學研究院
發明人: 于震; 高彩鳳; 吳劍林; 朱江
地址: 100013 北京市朝陽區北三環東路30號空調所111
優先權:
專利代理機構: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002 代理人: 王瑩
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210328260.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.06.01|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及數據中心監控技術領域,公開了一種數據中心能耗控制系統及方法。本發明通過部署分布式無線溫度傳感器,實時監控數據中心溫度信息,實現對數據中心能耗的精確控制,并在線計算數據中心熱環境評價指標RCI和RTI,通過調整數據中心的氣流組織和CRAC的啟停,提高數據中心熱環境,實現按需供給冷量,提高數據中心綜合能效。

權利要求書

權利要求書
1.  一種數據中心能耗控制系統,其特征在于,包括:
無線溫度傳感器,用于測量數據中心內各機架的各送風口處的進風和排風溫度值,以及數據中心內機房空調的供風和回風溫度值;
無線數據采集器,用于收集無線溫度傳感器所測量的溫度值,以及無線溫度傳感器的工作狀態信息,并發送給中央控制器;
中央控制器,用于根據無線溫度傳感器所測量的溫度值以及無線溫度傳感器的工作狀態信息實時計算數據中心的熱環境評價指標值,并根據所述熱環境評價指標值調整電動風閥的閥位,以及機房空調的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量;
電動風閥,用于控制數據中心的地板的送風條縫風口通過的風的風量、風速和風向。

2.  如權利要求1所述的系統,其特征在于,所述系統還包括網關,用于中央控制器與機房空調之間的數據通信,以及實現中央控制器對機房空調的啟停狀態改變和供風溫度設定值和供風量改變。

3.  如權利要求1所述的系統,其特征在于,所述無線溫度傳感器為分布式無線溫度傳感器,位于機架的上端、下端和中間部位以及機房空調上。

4.  如權利要求1~3中任一項所述的系統,其特征在于,所述無線溫度傳感器替換為無線溫濕度傳感器。

5.  一種利用權利要求1~4中任一項所述的系統進行能耗控制的方法,其特征在于,包括以下步驟:
S1、所述無線溫度傳感器測量數據中心內各機架的各送風口處的進風和排風溫度值,以及數據中心內機房空調的供風和回風溫度值;
S2、所述無線數據采集器收集無線溫度傳感器所測量的溫度值,以及無線溫度傳感器的工作狀態信息,并發送給中央控制器;
S3、所述中央控制器根據所測量的溫度值以及無線溫度傳感器的 工作狀態信息實時計算數據中心的熱環境評價指標值,并根據所述熱環境評價指標值調整電動風閥的閥位,以及機房空調的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量。

6.  如權利要求5所述的系統,其特征在于,步驟S3中利用在線遍歷優化的方法調整電動風閥的閥位,以及機房空調的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量。

7.  如權利要求5所述的系統,其特征在于,所述環境評價指標值包括所述機架的冷卻指數以及機房空調的回風溫度指數。

8.  如權利要求7所述的系統,其特征在于,所述冷卻指數包括RCIHI,RCIHI用于評價進入機架的風溫度是否過熱,計算公式如下:
RCIHI=[1-ΣTx(Tx-Tmax-rec)(Tmax-all-Tmax-rec)n]×100%]]>
其中:Tx表示機架送風口的進風溫度;n表示機架送風口數量;Tmax-rec表示進入機架的風的建議溫度上限;Tmax-all為進入機架的風的允許溫度上限。

9.  如權利要求7所述的系統,其特征在于,所述冷卻指數還包括RCILO,RCILO用于評價進入機架的風溫度是否過冷,計算公式如下:
RCILO=[1-ΣTx(Tmin-rec-Tx)(Tmin-rec-Tmin-all)n]×100%]]>
其中:Tx表示機架送風口的進風溫度;n表示機架送風口數量;Tmin-rec表示進入機架的風的建議溫度下限;Tmin-all表示進入機架的風的允許溫度下限。

10.  如權利要求7所述的系統,其特征在于,回風溫度指數RTI的計算公式為:
RTI=[TR-TSΔTequtp]×100%]]>
其中:TR表示機房空調的回風溫度;TS表示機房空調的供風溫 度;ΔTequtp表示機架送風口的進風與排風的溫度差。

說明書

說明書數據中心能耗控制系統及方法
技術領域
本發明涉及數據中心監控技術領域,特別是涉及一種數據中心能耗控制系統及方法。
背景技術
數據中心已經占全球電能消耗的1%左右,在中國,數據中心能耗占全國電能消耗的2.4%。中國也已將IT行業定義為第三類節能降耗行業。隨著中國互聯網行業和IT行業的迅猛發展,中國數據中心的能耗前景不容樂觀。數據中心能耗控制系統是數據中心能源管理的重要工具。
公開號為CN102213475A的中國專利申請提出一種數據中心功耗自適應管理方法,其能夠按照業務負荷對服務器功耗進行實時調整,在CFD仿真結果輔助下,進行空調調整策略的制定,從而保障散熱效果和低能耗。然而,此專利申請沒有對數據中心溫濕度場進行多點測量,無法進行重要的機房熱點辨識,此專利申請也沒有對室內氣流組織進行精確的控制。
公開號為CN101029762的中國專利申請提出一種程控交換機房專用空調自適應控制恒溫節能監控裝置,該裝置能夠與程控機房內所有空調機連接,根據采集到的溫濕度和設定的溫濕度比較,進行空調機的起停。然而,此專利申請僅進行空調機的起停控制,無法對室內氣流組織進行精確控制,同時也沒有對室內環境的控制需求進行分布式測量以及基于評估指標的需求分析。
發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題是:如何實現對數據中心能耗的精確控 制,提高數據中心綜合能效。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題,本發明提供一種數據中心能耗控制系統,包括:
無線溫度傳感器,用于測量數據中心內各機架的各送風口處的進風和排風溫度值,以及數據中心內機房空調的供風和回風溫度值;
無線數據采集器,用于收集無線溫度傳感器所測量的溫度值,以及無線溫度傳感器的工作狀態信息,并發送給中央控制器;
中央控制器,用于根據無線溫度傳感器所測量的溫度值以及無線溫度傳感器的工作狀態信息實時計算數據中心的熱環境評價指標值,并根據所述熱環境評價指標值調整電動風閥的閥位,以及機房空調的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量;
電動風閥,用于控制數據中心的地板的送風條縫風口通過的風的風量、風速和風向。
優選地,所述系統還包括網關,用于中央控制器與機房空調之間的數據通信,以及實現中央控制器對機房空調的啟停狀態改變和供風溫度設定值和供風量改變。
優選地,所述無線溫度傳感器為分布式無線溫度傳感器,位于機架的上端、下端和中間部位以及機房空調上。
優選地,所述無線溫度傳感器替換為無線溫濕度傳感器。
本發明還提供了一種利用所述的系統進行能耗控制的方法,包括以下步驟:
S1、所述無線溫度傳感器測量數據中心內各機架的各送風口處的進風和排風溫度值,以及數據中心內機房空調的供風和回風溫度值;
S2、所述無線數據采集器收集無線溫度傳感器所測量的溫度值,以及無線溫度傳感器的工作狀態信息,并發送給中央控制器;
S3、所述中央控制器根據所測量的溫度值以及無線溫度傳感器的 工作狀態信息實時計算數據中心的熱環境評價指標值,并根據所述熱環境評價指標值調整電動風閥的閥位,以及機房空調的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量。
優選地,步驟S3中利用在線遍歷優化的方法調整電動風閥的閥位,以及機房空調的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量。
優選地,所述環境評價指標值包括所述機架的冷卻指數以及機房空調的回風溫度指數。
優選地,所述冷卻指數包括RCIHI,RCIHI用于評價進入機架的風溫度是否過熱,計算公式如下:
RCIHI=[1-ΣTx(Tx-Tmax-rec)(Tmax-all-Tmax-rec)n]×100%]]>
其中:Tx表示機架送風口的進風溫度;n表示機架送風口數量;Tmax-rec表示進入機架的風的建議溫度上限;Tmax-all為進入機架的風的允許溫度上限。
優選地,所述冷卻指數還包括RCILO,RCILO用于評價進入機架的風溫度是否過冷,計算公式如下:
RCILO=[1-ΣTx(Tmin-rec-Tx)(Tmin-rec-Tmin-all)n]×100%]]>
其中:Tx表示送風口的進風溫度;n表示機架送風口數量;Tmin-rec表示進入機架的風的建議溫度下限;Tmin-all表示進入機架的風的允許溫度下限。
優選地,回風溫度指數RTI的計算公式為:
RTI=[TR-TSΔTequtp]×100%]]>
其中:TR表示機房空調的回風溫度;TS表示機房空調的供風溫度;ΔTequtp表示機架送風口的進風與排風的溫度差。
(三)有益效果
上述技術方案具有如下優點:本發明通過部署分布式無線溫度傳感器,實時監控數據中心溫度信息,實現對數據中心能耗的精確控制,并在線計算數據中心熱環境評價指標RCI和RTI,通過調整數據中心的氣流組織和CRAC的啟停,提高數據中心熱環境,實現按需供給冷量,提高數據中心綜合能效。
附圖說明
圖1是本發明的系統結構示意圖;
圖2是本發明的方法流程圖。
其中,1機架;2無線溫度傳感器;3電動風閥;4機房空調;5中央控制器;6網關;7無線數據采集器。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例,對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明,但不用來限制本發明的范圍。
如圖1所示,本發明提供了一種數據中心能耗控制系統,包括:
無線溫度傳感器2,用于測量數據中心內各機架1的各送風口處的進風和排風溫度值,以及數據中心內機房空調4的供風和回風溫度值;
無線數據采集器7,用于收集無線溫度傳感器2所測量的溫度值,以及無線溫度傳感器2的工作狀態信息,并發送給中央控制器5;該無線數據采集器以有線的形式與中央控制器通信,或者直接作為中央控制器的硬件組成;
中央控制器5,用于根據無線溫度傳感器所測量的溫度值以及無線溫度傳感器2的工作狀態信息實時計算數據中心的熱環境評價指標值,并根據所述熱環境評價指標值進行在線遍歷優化,調整電動風閥3的閥位,以及機房空調4的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量;
電動風閥3,用于控制數據中心的地板的送風條縫風口通過的風的風量、風速和風向。電動風閥安裝于地板送風條縫的風口,優選與 地板送風條縫集成為同一設備。
網關6,用于中央控制器5與機房空調4之間的數據通信,以及實現中央控制器5對機房空調4的啟停狀態改變和供風溫度設定值和供風量改變。
所述無線溫度傳感器2為分布式無線溫度傳感器,位于機架1的上端、下端和中間部位以及機房空調4上。該無線溫度傳感器采用Zigbee或WiFi通訊方式,并支持自動路由、在線報警等功能,其溫度測量精度應高于正負0.5度。
所述無線溫度傳感器替換為無線溫濕度傳感器。
系統還可以包括人機界面,設于數據中心監控室,用于顯示測量信息和控制信號,以使數據中心管理者了解和改變數據中心內的設備運行狀況。
如圖2所示,本發明還提供了一種利用所述的系統進行能耗控制的方法,包括以下步驟:
S1、所述無線溫度傳感器測量數據中心內各機架的各送風口處的進風和排風溫度值,以及數據中心內機房空調的供風和回風溫度值;
S2、所述無線數據采集器收集無線溫度傳感器所測量的溫度值,以及無線溫度傳感器的工作狀態信息,并發送給中央控制器;
S3、所述中央控制器根據所測量的溫度值以及無線溫度傳感器的工作狀態信息實時計算數據中心的熱環境評價指標值RCI和RTI指標,并根據所述熱環境評價指標值調整電動風閥的閥位,以及機房空調的啟停狀態、供風溫度設定值和供風量。具體為:根據預置的專家邏輯,定性選擇需要優化的域,根據RCI和RTI指標進行在線遍歷優化,以達到優化分配在數據中心不同位置的制冷量的目的。
在一個預設的、比較短的時間T1后,觀測調整后的無線溫度傳感器的工作狀態值,將此觀測值與期望值的誤差作為輸入,修改中央控制器發出的控制指令。在一個預設的、比較長的時間T2后,返回 執行步驟S1,并依次循環。
所述環境評價指標值包括所述機架的冷卻指數以及機房空調的回風溫度指數。
冷卻指數RCI用于評估空調設計是否能夠提供良好的工作環境給IT設備使用。評估RCI的主要目的是為了避免不當的空調冷卻及空間設計導致進入機架的溫度過熱或過冷,而造成IT設備工作的不良影響。其定義為機架進氣口在連續運行狀態下的溫度條件與設計建議溫度范圍的差異性。溫度范圍建議在18℃~27℃,允許溫度為15℃~32℃。依照空調出風進入機架溫度可將RCI分兩種方式評估。所述冷卻指數包括RCIHI,RCIHI用于評價進入機架的風溫度是否過熱,計算公式如下:
RCIHI=[1-ΣTx(Tx-Tmax-rec)(Tmax-all-Tmax-rec)n]×100%]]>
其中:Tx表示機架送風口的進風溫度,單位是℃;n表示機架送風口數量;Tmax-rec表示進入機架的風的建議溫度上限,單位是℃;Tmax-all為進入機架的風的允許溫度上限,單位是℃;表示對所有機架上測量點計算的差值Tx-Tmax-rec進行求和,例如有10個機架,每個機架上有3個測量點,則一共要對3*10=30個測量點計算的差值進行求和。
所述冷卻指數還包括RCILO,RCILO用于評價進入機架的風溫度是否過冷,計算公式如下:
RCILO=[1-ΣTx(Tmin-rec-Tx)(Tmin-rec-Tmin-all)n]×100%]]>
其中:Tx表示機架送風口的進溫度,單位是℃;n表示機架送風 口數量;Tmin-rec表示進入機架的風的建議溫度下限,單位是℃;Tmin-all表示進入機架的風的允許溫度下限,單位是℃。
RCI評價認定標準如表1所示:
表1
  等級  RCI  理想  100%  良好  大于等于96%  可接受  91%-95%  糟糕  小于等于90%
RTI指標是用來評估機房中氣流分布的狀況,借此了解冷空氣短循環與熱空氣回流的情形,其定義為機房空調供、回風的溫度差與機架進、出口(即送、排風)溫度差的比值。回風溫度指數RTI的計算公式為:
RTI=[TR-TSΔTequtp]×100%]]>
其中:TR表示機房空調的回風溫度,單位是℃;TS表示機房空調的供風溫度,單位是℃;ΔTequtp表示機架送風口的進風與排風的溫度差,單位是℃。
RTI評估等級表如表2所示:
表2
  等級  RTI  理想  100%  熱回流  大于100%  短循環  小于100%
由以上實施例可以看出,本發明通過部署分布式無線溫度傳感器,實時監控數據中心溫度信息,實現對數據中心能耗的精確控制,并在線計算數據中心熱環境評價指標RCI和RTI,通過調整數據中心 的氣流組織和CRAC的啟停,提高數據中心熱環境,實現按需供給冷量,提高數據中心綜合能效。
以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明技術原理的前提下,還可以做出若干改進和替換,這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。

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