專利名稱：高密度計算機房室自動控制制冷系統及其方法
技術領域：
本發明屬于空調制冷領域，尤其涉及一種利用室外冷源和空調制冷的設計方案和方法、相應的氣流通道及全系統的自動控制系統。
背景技術：
在不間斷運行的高密度計算機或通信機房中，設備功耗大，一般在幾十至幾百千瓦甚至上千千瓦，而且熱源集中，熱密度很高。目前設備冷卻方式均為空調裝置室內風循環。此方式空調設備所耗功率接近甚至有的超過設備功耗的50%，其耗能相當可觀。同時， 由于機房內高密度機柜內安裝的設備節點數不同，容易產生機房內局部區域溫差過大的現象。另外，當空調系統出現故障停止制冷時，來自設備的熱源沒有排出通道，導致機房溫度急劇上升，對機房設備產生致命損害。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種高密度計算機房室自動控制制冷系統及其方法，能夠節約大量電能。本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為高密度服務器機柜房室自動控制制冷系統，包括機房，機房由地板、墻體和天花板構成，其特征在于機房內設有夾層隔板和熱腔隔離板，熱腔隔離板連接天花板和服務器機柜頂端使得服務器機柜后的空間形成熱腔，夾層隔板與天花板之間形成新風與回風通道，熱腔通過排風機與外界相通，新風與回風通道通過含過濾器電動風閥與外界相通；熱腔和新風與回風通道之間設有內外循環隔離電動風閥和抗過冷風機；服務器機柜與空調之間形成冷卻氣流通道，空調頂端前部與夾層隔板之間設有新風口電動風閥，空調頂端后部與夾層隔板之間設有過濾網；所述的熱腔、冷卻氣流通道和外界分別設有熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器；熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器分別與主控制器的I/O 口連接；所述的空調、排風機、含過濾器電動風閥、新風口電動風閥、內外循環隔離電動風閥和抗過冷風機均分別由主控制器控制。按上述方案，所述的主控制器通過網絡與遠程控制器連接。按上述方案，所述的主控制器還與消防報警裝置連接。按上述方案，所述的主控制器為PLC控制器或DDC控制器或單片機。按上述方案，所述的排風機與其他房間相通，并在相通的房間內設有與主控制器連接的供暖溫度傳感器。高密度服務器機柜房室自動控制制冷方法，其特征在于它包括以下步驟1)主控制器設定空調輸出風溫度值T^外界內循環溫度I^mi= IV + (1 2)°C、 外界外循環溫度τ外外循=T冷-(1 2) °C ；2)通過熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器實時監測熱腔、 冷卻氣流通道和外界的溫度；若外界溫度值> ，則啟動內循環通路；若外界溫度值〈、卜內循，則啟動外循環通路；I外外循彡若外界溫度值〈、卜內循，則啟動過渡循環通路； 〔0013〕 所述的內循環通路包括關閉排風機、新風口電動風閥和含過濾器電動風閥，打開 內外循環隔離電動風閥、抗過冷風機，空調工作；服務器機柜產生的熱量從熱腔-新風與回 風通道-空調，再由空調制冷經過冷卻氣流通道送給服務器機柜；
〔0014〕 所述的外循環通路包括關閉內外循環隔離電動風閥，打開排風機、抗過冷風機、 新風口電動風閥和含過濾器電動風閥，空調停止工作；服務器機柜產生的熱量從熱腔到外 界，外界新風從含過濾器電動風閥-新風與回風通道-新風口電動風閥-冷卻氣流通道直 接送給服務器機柜；
〔0015〕 所述的過渡循環通路包括關閉內外循環隔離電動風閥和新風口電動風閥，打開 排風機、抗過冷風機和含過濾器電動風閥，空調工作；熱腔中的熱氣流經抗過冷風機到新風 與回風通道與從含過濾器電動風閥進入的外界新風混合后給空調的壓縮機以保證壓縮機 溫度正常，空調輸出冷風給服務器機柜。
〔0016〕 按上述方案，所述的外循環通路還包括若外界溫度〈0 8〉I，則通過調節 抗過冷風機與排風機的配合流量，使得過熱腔中的熱氣流通過抗過冷風機進入新風與回風 通道與低溫度的新風混合達到合適的冷卻氣流，通過新風口電動風閥進入冷卻氣流通道。 〔0017〕 按上述方案，增加30^；6室外相對濕度值6 80^作為所述的過渡循環通路和外 循環通路開啟條件。
〔0018〕 按上述方案，還包括步驟3〉排風機與其他房間相通，預設其他房間的室溫閾值I 6，當其他房間的室溫〉16，則斷開排風機與其他房間的連接。 〔0019〕 按上述方案，所述的I冷二 22。0，1外內循二 23。0，1外外循二 21。0。 ^00203 本發明的有益效果為
〔0021〕 1、根據檢測室外溫度和機房內溫度的數值，自動控制空調、排風機、各風閥等執行 機構動作，以保持機房內溫度達到規定的范圍，同時達到節約電能的目的。 〔0022〕 2、系統適用于全年工作，氣象季節的轉換無需人工干預，尤其是冬天使用外循環 通路，空調完全關閉，大大的節約了電能。
〔0023〕 3、將排風機與其他房間連通進行供暖，使得產生的熱氣流能夠再次利用。


〔0024〕 圖1為本發明一實施例的結構框圖。 ^00253 圖2為圖1的六-八剖視圖。 〔0026〕 圖3為內循環通路示意圖。 〔0027〕 圖4為外循環通路示意圖。 〔0028〕 圖5為過渡循環通路示意圖。 〔0029〕 圖6為制冷系統硬件框圖。 ^0030^ 圖7為制冷方法流程圖。 〔0031〕 圖8為內循環通路流程圖。 〔0032〕 圖9為過渡循環通路流程圖。 〔0033〕 圖10為外循環通路流程圖。
具體實施例方式圖1為本發明一實施例的結構框圖，圖2為圖1的A-A剖視圖，包括機房，機房由地板K、墻體L和天花板構成；機房內設有夾層隔板M和熱腔隔離板N，熱腔隔離板N連接天花板和服務器機柜010頂端使得服務器機柜010后的空間形成熱腔001，夾層隔板M與天花板之間形成新風與回風通道003，熱腔001通過排風機002與外界相通，新風與回風通道 003通過含過濾器電動風閥006與外界相通；熱腔001和新風與回風通道003之間設有內外循環隔離電動風閥004和抗過冷風機005 ；服務器機柜010與空調009之間形成冷卻氣流通道008，空調009頂端前部與夾層隔板M之間設有新風口電動風閥007，空調009頂端后部與夾層隔板M之間設有過濾網。熱腔001、冷卻氣流通道008和外界分別設有熱腔溫度傳感器012、機房溫濕度傳感器011和室外溫濕度傳感器013。為了更好的利用排出的熱氣流，可以選擇性的將排風機002與其他房間相通，在冬天的時候進行供暖。在相通的房間內還可以選擇性的設有與主控制器連接的供暖溫度傳感器014，可監控房間溫度以控制排風機002對房間的供暖。排風機002、含過濾器電動風閥006、熱腔溫度傳感器012、機房溫濕度傳感器011 和室外溫濕度傳感器013的數量可根據機房大小而設定，本實施例中排風機002和含過濾器電動風閥006各設置3個。圖6為制冷系統硬件框圖，熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器分別與主控制器的I/O 口連接，主控制器時刻監控熱腔、機房以及外界溫度；所述的空調、排風機、含過濾器電動風閥、新風口電動風閥、內外循環隔離電動風閥和抗過冷風機均分別由主控制器控制。自動控制系統之人機接口實時輸出機房環境參數和日志，作為可選的，主控制器通過網絡與遠程控制器連接以實現遠程控制；主控制器還可與消防報警裝置連接，接受消防報警信號后關閉空調和所有風機與風閥。本實施例選用PLC作為主控制器， 用戶可根據自身需要選擇合適的主控制器，例如DDC控制器或單片機等。高密度服務器機柜房室自動控制制冷方法如圖7所示，包括以下步驟1)主控制器設定空調輸出風溫度值1^、外界內循環溫度I^mi= IV + (1 2)°C、 外界外循環溫度T外外循=T冷-(1 2) 0C ；本實施例中T冷=22T外內循=23T外外循= 21°C。用戶也可根據實際需要進行設定。2)通過熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器實時監測熱腔、 冷卻氣流通道和外界的溫度；若外界溫度值> ，則啟動內循環通路；若外界溫度值 <，則啟動外循環通路；I^mi彡若外界溫度值<、_，則啟動過渡循環通路；本實施例中還增加室外相對濕度值< 80%作為所述的過渡循環通路和外循環通路開啟條件。內循環通路如圖3所示，內循環通路流程圖如圖8所示，包括關閉排風機、新風口電動風閥和含過濾器電動風閥，打開內外循環隔離電動風閥、抗過冷風機，空調工作；服務器機柜產生的熱量從熱腔-新風與回風通道-空調，再由空調制冷經過冷卻氣流通道送給服務器機柜。我們可以看到，當外界溫度高于空調輸出風溫度值IV時，內外循環隔離電動風閥004和抗過冷風機005打開，排風機002、含過濾器電動風閥006和新風口電動風閥007 關閉，空調009開啟工作，熱風流直接回到空調末端機回風口，構成常規的室內循環。此時， 設備熱量的冷卻運移全部由空調設備完成。內循環為傳統的循環方式，耗電量與傳統相當。圖中JFWD為冷卻氣流通道008的溫度，RQffD為熱腔溫度，SffffD為外界溫度。外循環通路如圖4所示，包括關閉內外循環隔離電動風閥，打開排風機、抗過冷風機、新風口電動風閥和含過濾器電動風閥，空調停止工作；服務器機柜產生的熱量從熱腔到外界，外界新風從含過濾器電動風閥-新風與回風通道-新風口電動風閥-冷卻氣流通道直接送給服務器機柜。我們看到，當外界溫度值< T^.內外循環隔離風閥004和空調009 關閉，排風機002、抗過冷風機005、含過濾器電動風閥006和新風口電動風閥007均開啟， 部分或全部新風和部分熱腔回風混合，經過新風口電動風閥007，通過冷卻氣流通道008構成外循環。自控系統通過分析室內外溫濕度，通過調節排風機002、抗過冷風機005的風量來調節機房溫度。此時，空調009停止工作，空調的壓縮機全部停止運行，空調設備系統功耗為零，大大節省能源。進一步的，若外界溫度< IV_(7 8) °C，例如15°C，為避免過冷的新風直接送給服務器機柜而影響服務器機柜的正常工作，則通過調節抗過冷風機005與排風機002的配合流量，使得過熱腔中的熱氣流通過抗過冷風機005進入新風與回風通道與低溫度的新風混合達到合適的冷卻氣流，通過新風口電動風閥007進入冷卻氣流通道008。過渡循環通路如圖5所示，包括關閉內外循環隔離電動風閥和新風口電動風閥， 打開排風機、抗過冷風機和含過濾器電動風閥，空調工作；熱腔中的熱氣流經抗過冷風機到新風與回風通道與從含過濾器電動風閥進入的外界新風混合后給空調的壓縮機以保證壓縮機溫度正常，空調輸出冷風給服務器機柜。當室外溫度低于空調末端機回風口溫度值但又高于機房設定溫度時，內外循環隔離風閥004、新風口電動風閥007均關閉，排風機002、 抗過冷風機005、含過濾器電動風閥006和空調009開啟工作，部分新風和部分熱腔回風混合進入空調末端機回風口，構成過渡循環。自控系統通過分析室內外溫濕度，通過調節排風機002、抗過冷風機005的風量來調節機房濕度。此時，空調末端機的回風溫度較內循環方式的回風溫度低，使得末端機回-出風溫差減小，從而減少空調壓縮機啟動時間和功耗。
權利要求
1.高密度服務器機柜房室自動控制制冷系統，包括機房，機房由地板、墻體和天花板構成，其特征在于機房內設有夾層隔板和熱腔隔離板，熱腔隔離板連接天花板和服務器機柜頂端使得服務器機柜后的空間形成熱腔，夾層隔板與天花板之間形成新風與回風通道，熱腔通過排風機與外界相通，新風與回風通道通過含過濾器電動風閥與外界相通；熱腔和新風與回風通道之間設有內外循環隔離電動風閥和抗過冷風機；服務器機柜與空調之間形成冷卻氣流通道，空調頂端前部與夾層隔板之間設有新風口電動風閥，空調頂端后部與夾層隔板之間設有過濾網；所述的熱腔、冷卻氣流通道和外界分別設有熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器；熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器分別與主控制器的I/O 口連接；所述的空調、排風機、含過濾器電動風閥、新風口電動風閥、內外循環隔離電動風閥和抗過冷風機均分別由主控制器控制。
2.根據權利要求1所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷系統，其特征在于所述的主控制器通過網絡與遠程控制器連接。
3.根據權利要求1所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷系統，其特征在于所述的主控制器還與消防報警裝置連接。
4.根據權利要求1或2或3所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷系統，其特征在于所述的主控制器為PLC控制器或DDC控制器或單片機。
5.根據權利要求1或2或3所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷系統，其特征在于所述的排風機與其他房間相通，并在相通的房間內設有與主控制器連接的供暖溫度傳感器。
6.高密度服務器機柜房室自動控制制冷方法，其特征在于它包括以下步驟1)主控制器設定空調輸出風溫度值IV、外界內循環溫度I^mi=IV+(Γ2) °C、外界外循環溫度T外外循=T冷-(Γ2) V ；2)通過熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器實時監測熱腔、冷卻氣流通道和外界的溫度；若外界溫度值彡，則啟動內循環通路；若外界溫度值<循，則啟動外循環通路；彡若外界溫度值< T外肖循，則啟動過渡循環通路；所述的內循環通路包括關閉排風機、新風口電動風閥和含過濾器電動風閥，打開內外循環隔離電動風閥、抗過冷風機，空調工作；服務器機柜產生的熱量從熱腔_新風與回風通道_空調，再由空調制冷經過冷卻氣流通道送給服務器機柜；所述的外循環通路包括關閉內外循環隔離電動風閥，打開排風機、抗過冷風機、新風口電動風閥和含過濾器電動風閥，空調停止工作；服務器機柜產生的熱量從熱腔到外界，外界新風從含過濾器電動風閥_新風與回風通道_新風口電動風閥_冷卻氣流通道直接送給服務器機柜；所述的過渡循環通路包括關閉內外循環隔離電動風閥和新風口電動風閥，打開排風機、抗過冷風機和含過濾器電動風閥，空調工作；熱腔中的熱氣流經抗過冷風機到新風與回風通道與從含過濾器電動風閥進入的外界新風混合后給空調的壓縮機以保證壓縮機溫度正常，空調輸出冷風給服務器機柜。
7.根據權利要求6所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷方法，其特征在于所述的外循環通路還包括若外界溫度< IV- (7、)°C，則通過調節抗過冷風機與排風機的配合流量，使得過熱腔中的熱氣流通過抗過冷風機進入新風與回風通道與低溫度的新風混合達到合適的冷卻氣流，通過新風口電動風閥進入冷卻氣流通道。
8.根據權利要求6所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷方法，其特征在于增加30%彡室外相對濕度值彡80%作為所述的過渡循環通路和外循環通路開啟條件。
9.根據權利要求6所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷方法，其特征在于還包括步驟3)排風機與其他房間相通，預設其他房間的室溫閾值Τβ，當其他房間的室溫> T β，則斷開排風機與其他房間的連接。
10.根據權利要求6所述的高密度服務器機柜房室自動控制制冷方法，其特征在于所 T冷=22 C，T外內循=23 C，T外外循=21 C1。
全文摘要
本發明提供一種高密度計算機房室自動控制制冷系統及其方法，通過在機房內設置夾層隔板和熱腔隔離板，機房內形成熱腔、新風與回風通道、冷卻氣流通道，熱腔通過排風機與外界相通，新風與回風通道通過含過濾器電動風閥與外界相通；熱腔、冷卻氣流通道和外界分別設有熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器；熱腔溫度傳感器、機房溫濕度傳感器和室外溫濕度傳感器分別與主控制器的I/O口連接；空調、排風機、含過濾器電動風閥、新風口電動風閥、內外循環隔離電動風閥和抗過冷風機均分別由主控制器控制。根據檢測室外溫度和機房內溫度的數值，自動控制空調、排風機、各風閥等執行機構動作，以保持機房內溫度達到規定的范圍。
文檔編號F24F13/02GK102306044SQ20111020133
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者徐繼紅, 杜西林, 鐘樹森, 鐘永智 申請人:中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司物探研究院