数据中心复杂水冷系统运行控制装置及控制方法
【专利摘要】一种数据中心复杂水冷系统运行控制装置及控制方法，装置包括水冷系统、中央控制器、温度检测装置和电动阀门控制器，各组水冷空调室外机组通过支管道并联接在水冷进水主管道和水冷回水主管道之间并与水冷空调室内机连通，每组水冷空调室外机组包括水冷空调室外机、干冷器、电动阀门和电动三通调节阀；所述的温度检测装置、电动阀门控制器、水冷空调室外机和干冷器分别与中央控制器连接。方法包括手动选择运行控制模式、时间策略自运行控制模式和自寻优控制模式等三种控制方法。本发明不仅规避了手动操作失误与运行切换冲击所引发的潜在风险，而且有效解决多空调机组及管网的自动化控制问题，方便维修保养。
【专利说明】数据中心复杂水冷系统运行控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水冷系统的控制装置及方法，具体地说是一种数据中心复杂水冷系统运行控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]空调是耗能大户，约占数据中心耗能的60%。由此引起了人们越来越多的的关注和认识。近年来，国际上高效节能的水冷空调得到逐步普及，在单室外机组控制技术的研究开发方面有了长足的进步和发展。但由于数据中心制冷需求量的不断增长，原有的单机组的制冷能力已不能满足实际需要，必须进一步扩展的要求，形成双机组或多机组制冷系统，并引入了自由干冷设备以利用天然气温冷却空调循环水，降低室外机组负载压力，减少空调能耗。随着其复杂性逐步增加，各机组及管网的操作难度不断加大，继续依靠人为研判、凭经验管理的方式已远远不够。制冷系统的能力不能充分发挥，能耗严重，设备运用不合理均衡导致或长期运行或长期闲置，直接影响设备的使用寿命，特别是离散性手动操作容易失误，引发潜在风险。因此建立复杂结构水冷系统的自动化的控制系统十分必要。
【发明内容】
[0003]针对上述不足，本发明提供了一种数据中心复杂水冷系统运行控制装置及控制方法，根据数据中心制冷需求合理组合并控制相关设备运行，自动地完成复杂结构水冷系统的操作，有效解决多组水冷空调室外机组的自动化控制问题。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种数据中心复杂水冷系统运行控制装置，包括水冷系统，其特征是，还包括中央控制器、温度检测装置和电动阀门控制器，所述水冷系统包括水冷进水主管道、水冷回水主管道、纵向主管道、若干支路管道、若干水冷空调室外机组和若干水冷空调室内机，所述水冷进水主管道和水冷回水主管道分别与水冷空调室内机连通，所述的支路管道并联接在水冷进水主管道和水冷回水主管道之间，所述的各组水冷空调室外机组设置在支路管道中；所述的每组水冷空调室外机组包括水冷空调室外机、干冷器、电动阀门和电动三通调节阀，所述的每个设置有水冷空调室外机组的支路管道靠近水冷回水主管道处设置有电动阀门，所述干冷器设置在支路管道上水冷空调室外机前并通过两个电动三通调节阀与支路管道连通；所述的纵向主管道分别与所述支路管道连通且连通点在每个支路管道上干冷器与水冷空调室外机之间，所述水冷空调室外机的进入口处靠近纵向主管道处还设置有电动阀门；所述的温度检测装置、电动阀门控制器、水冷空调室外机和干冷器分别与中央控制器连接，所述电动阀门控制器分别与各组水冷空调室外机组的电动阀门和电动三通调节阀连接；所述温度检测装置包括设置在数据中心机房室内外的室内温度传感器和室外温度传感器。
[0005]优选地，所述中央控制器采用DDC控制器。
[0006]优选地，水冷空调室内机采用水冷式机房精密空调室内机。
[0007]优选地，所述水冷空调室外机组至少包括两组水冷空调室外机组。[0008]优选地，所述的数据中心复杂水冷系统运行控制装置还包括上位机，所述上位机与中央处理器连接。
[0009]本发明还提供了一种数据中心复杂水冷系统的运行控制方法，其特征是，包括手动选择运行控制模式、时间策略自运行控制模式和自寻优控制模式，
所述手动选择运行控制模式包括以下步骤:
按照设定的组合配置启动一组水冷空调室外机组进行工作，
进行时间累计，
当已启动的一组设定组合配置水冷空调室外机组运行时间超过一个季度时通过报警方式提示切换启动下一组设定组合配置水冷空调室外机组进行工作；
所述时间策略自运行控制模式包括以下步骤:
按照设定的组合配置启动一组水冷空调室外机组进行工作，
进行时间累计，
当已启动的一组设定组合配置水冷空调室外机组运行时间超过一个季度时自动切换启动下一组设定组合配置水冷空调室外机组进行工作；
所述自寻优控制模式包括以下步骤:
采集数据中心机房温度，
如果数据中心机房温度高于标准温度值上限时，自动按需依次启动各组水冷空调室外机组，
如果数据中心机房温度在标准温度值范围内，则根据系统运行季节执行相应的季节自寻优控制模式，系统运行季节如果是夏季，则执行夏季自寻优控制模式，如果是冬季则执行冬季自寻优控制模式，如果是春秋季节则执行过渡季节自寻优控制模式。
[0010]进一步地，所述的设定的组合配置包括单水冷空调室外机、单水冷空调室外机+单干冷器、单水冷空调室外机+多干冷器、单干冷器、多干冷器、多水冷空调室外机和多水冷空调室外机+多干冷器。
[0011]进一步地，所述夏季自寻优控制模式包括以下步骤:
101)采集机房室内温度；
102)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤103，否则进入步骤104；
103)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤101；
104)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤105，否则进入步骤106 ；
105)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤101；
106)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出。
[0012]进一步地，所述冬季自寻优控制模式包括以下步骤:
201)采集机房室内温度；
202)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤203，否则进入步骤204；
203)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤201；
204)判别是否存在未启动的备用干冷器，如果有则进入步骤205，否则进入步骤206；
205)启动运行该路备用干冷器，然后转入步骤201；
206)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤207，否则进入步骤208 ；
207)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤201；
208)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出。
[0013]进一步地，所述过渡季节自寻优控制模式包括以下步骤:
301)采集机房室外温度；
302)如果机房室外温度高于5°，则进入步骤303，否则进入步骤308；
303)采集机房室内温度；
304)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤305，否则进入步骤306；
305)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
306)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤307，否则进入步骤315 ；
307)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
308)采集机房室内温度；
309)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤310，否则进入步骤311；
310)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
311)判别是否存在未启动的备用干冷器，如果有则进入步骤312，否则进入步骤313；
312)启动运行该路备用干冷器，然后转入步骤301；
313)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤314，否则进入步骤315 ；
314)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
315)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出。
[0014]本发明通过室外温度传感器实时将室外温度信号上传给DDC控制器，DDC控制器将室外温度发送给上位机。操作人员根据室外温度、季节等因素通过上位机设定水冷系统的运行模式，DDC控制器根据选定的运行模式按照程序流程下达指令给执行设备。根据模式的不同，DDC控制器下达不同的控制命令给相应的多组控制设备，实现多机组、多组合模式的功能。
[0015]本发明采用“水冷空调室外机组+干冷器+水冷式机房精密空调室内机”方式的优化组合模式，充分利用冬季室外的低温气候，大大降低了冬季空调运行时产生的电力损耗。本发明通过水冷空调室外机组内置的水泵提供动力，将机房内产生的热量通过循环水运至室外的干冷器，在干冷器内循环水和室外的冷空气通过风扇进行热量交换冷却，再由水泵将冷却后的循环水送至机房内进行下一个循环。如果水冷系统运行环境为冬季，在干冷器运行模式下，从机房内出来的热水先进干冷器热量交换，然后再进入空调室外机组，若水温低于设定温度，则机组不开压缩机，达到了冬季节能的目的。相对于单套模式，多套组合的方式更加灵活，策略更加具体，节能效果更加明显，同时提高了系统的可靠性、安全性。
[0016]本发明具有以下突出的有益效果:本发明利用智能控制技术，根据数据中心制冷需求和节能降耗、提高自控水平需要，合理组合并控制水冷空调室外机组、干冷器、进出水管网、管道阀门及控制执行机构等相关设备运行，自动地完成复杂结构水冷系统的操作，充分发挥制冷潜力，并按周期切换，保证设备均衡使用，延长了设备的使用寿命，不仅规避了手动操作失误与运行切换冲击所引发的潜在风险，而且有效解决多空调机组及管网的自动 化控制问题，方便维修保养。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明所述水冷系统的结构示意图；
图2是本发明所述控制装置的原理框图；
图3是本发明所述手动选择运行模式的方法流程图；
图4是本发明时间策略自运行模式的方法流程图；
图5是本发明所述夏季自寻优控制模式的方法流程图；
图6是本发明所述冬季自寻优控制模式的方法流程图；
图7是本发明所述过渡季自寻优控制模式的方法流程图。
[0018]图1中，I水冷进水主管道、2水冷回水主管道、3纵向主管道、4第一支路管道、5第二支路管道、6水冷式机房精密空调室内机、7水冷空调室外机、8干冷器、9第一电动阀门、10第二电动阀门、11第一电动三通调节阀、12第二电动三通调节阀。
【具体实施方式】
[0019]下面以两组水冷空调室外机组为例，结合附图对本发明作进一步说明。
[0020]如图1和图2所示，本发明的一种数据中心复杂水冷系统运行控制装置，它包括水冷系统、DDC控制器、温度检测装置、电动阀门控制器和上位机，所述水冷系统包括水冷进水主管道1、水冷回水主管道2、纵向主管道3、第一支路管道4、第二支路管道5、两组水冷空调室外机组和水冷式机房精密空调室内机6，所述水冷进水主管道I和水冷回水主管道2分别与水冷式机房精密空调室内机6连通，所述的第一支路管道4和第二支路管道5并联接在水冷进水主管道I和水冷回水主管道2之间，所述的两组水冷空调室外机组分别设置在第一支路管道4和第二支路管道5中；所述的每组水冷空调室外机组包括水冷空调室外机
7、干冷器8、第一电动阀门9、第二电动阀门10、第一电动三通调节阀11和第二电动三通调节阀12，所述的第一支路管道4和第二支路管道5靠近水冷回水主管道I处设置有第一电动阀门9，所述干冷器8设置在第一支路管道4和第二支路管道5上水冷空调室外机前并通过第一电动三通调节阀11和第二电动三通调节阀12与支路管道连通，第一电动三通调节阀11和第二电动三通调节阀12分别与干冷器进水口和出水口连接；所述的纵向主管道3分别与第一支路管道4和第二支路管道5连通且纵向主管道3与第一支路管道4和第二支路管道5的连通点在每个支路管道上干冷器9与水冷空调室外机8之间的位置，所述水冷空调室外机7的进入口处靠近纵向主管道3处还设置有第二电动阀门10 ;所述的温度检测装置、电动阀门控制器、水冷空调室外机3、干冷器4和上位机分别与DDC控制器连接，所述电动阀门控制器分别与各组水冷空调室外机组的电动阀门和电动三通调节阀连接，用以控制各种阀动作；所述温度检测装置包括设置在数据中心机房室内外的室内温度传感器和室外温度传感器。
[0021]本发明的一种数据中心复杂水冷系统的运行控制方法，它包括手动选择运行控制模式、时间策略自运行控制模式和自寻优控制模式。
[0022]如图3所示，本发明所述的手动选择运行控制模式包括以下步骤:
工作开始； 按照设定的组合配置启动一组水冷空调室外机组进行工作；
进行时间累计；
当已启动的一组设定组合配置水冷空调室外机组运行时间超过一个季度时转入下一步，否则继续进行时间累计；
通过报警方式提示切换启动下一组设定组合配置水冷空调室外机组进行工作；
工作结束。
[0023]如图4所示，本发明所述的时间策略自运行控制模式包括以下步骤:
工作开始；
按照设定的组合配置启动一组水冷空调室外机组进行工作，
进行时间累计，
当已启动的一组设定组合配置水冷空调室外机组运行时间超过一个季度时转入下一步，否则继续进行时间累计；
自动切换启动下一组设定组合配置水冷空调室外机组进行工作；
工作结束。
[0024]本发明所述的自寻优控制模式包括以下步骤:
采集数据中心机房温度，
如果数据中心机房温度高于标准温度值上限时，自动按需依次启动各组水冷空调室外机组，
如果数据中心机房温度在标准温度值范围内，则根据系统运行季节执行相应的季节自寻优控制模式，系统执行季节如果是夏季，则运行夏季自寻优控制模式，如果是冬季则执行冬季自寻优控制模式，如果是春秋季节则执行过渡季节自寻优控制模式。
[0025]如图5所示，本发明所述的夏季自寻优控制模式包括以下步骤:
100)工作开始；
101)采集机房室内温度；
102)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤103，否则进入步骤104；
103)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤101；
104)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤105，否则进入步骤106 ；
105)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤101；
106)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出；
107)工作结束。
[0026]如图6所示，本发明所述的冬季自寻优控制模式包括以下步骤:
200)工作开始；
201)采集机房室内温度；
202)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤203，否则进入步骤204；
203)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤201；
204)判别是否存在未启动的备用干冷器，如果有则进入步骤205，否则进入步骤206；
205)启动运行该路备用干冷器，然后转入步骤201；
206)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤207，否则进入步骤208 ；
207)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤201；
208)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出；
209)工作结束。
[0027]如图7所示，本发明所述的过渡季节自寻优控制模式包括以下步骤:
300)工作开始；
301)采集机房室外温度；
302)如果机房室外温度高于5°，则进入步骤303，否则进入步骤308；
303)采集机房室内温度；
304)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤305，否则进入步骤306；
305)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
306)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤307，否则进入步骤315 ；
307)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
308)采集机房室内温度；
309)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤310，否则进入步骤311；
310)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
311)判别是否存在未启动的备用干冷器，如果有则进入步骤312，否则进入步骤313；
312)启动运行该路备用干冷器，然后转入步骤301；
313)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤314，否则进入步骤315 ；
314)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤301；
315)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出；
316)工作结束。
[0028]上述方法中，所述的设定的组合配置包括单水冷空调室外机、单水冷空调室外机+单干冷器、单水冷空调室外机+多干冷器、单干冷器、多干冷器、多水冷空调室外机和多水冷空调室外机+多干冷器。下面以两组水冷空调室外机组为例，可概括为七种组合配置方式，随季节变化按负荷大小组合运行:
1)单水冷空调室外机:控制一个水冷空调室外机运行，并及时与另一个水冷空调室外机切换使用；
2)单水冷空调室外机+单干冷器:控制一个水冷空调室外机和一个干冷器组合运行，并及时与另外的一个水冷空调室外机和一个干冷器组合切换使用；
3)单水冷空调室外机+双干冷器:控制一个水冷空调室外机和二个干冷器组合运行，并及时与另一个水冷空调室外机切换使用；
4)单干冷器:控制一干冷器机运行，并及时与另一个干冷器切换使用；
5)双干冷器:同时控制二个干冷器组合运行；
6)双水冷空调室外机运行:同时控制两个水冷空调室外机组合运行；
7)双水冷空调室外机+双干冷器:同时控制两个水冷空调室外机和二个干冷器组合运
行； 本发明采用了 7种水冷空调室外机和干冷器配置组合，并具有手动选择运行控制模式、时间策略自运行控制模式和自寻优控制模式等三种控制方式，优化解决了复杂空调机组管网的自动操作和能力运用问题，充分发挥制冷潜力，物尽其用、用之有度，合理均衡使用设备，延长使用寿命，特别是规避手动操作失误与运行切换冲击所引发的潜在风险。
[0029]以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种数据中心复杂水冷系统运行控制装置，包括水冷系统，其特征是，还包括中央控制器、温度检测装置和电动阀门控制器，所述水冷系统包括水冷进水主管道、水冷回水主管道、纵向主管道、若干支路管道、若干水冷空调室外机组和若干水冷空调室内机，所述水冷进水主管道和水冷回水主管道分别与水冷空调室内机连通，所述的支路管道并联接在水冷进水主管道和水冷回水主管道之间，所述的各组水冷空调室外机组设置在支路管道中；所述的每组水冷空调室外机组包括水冷空调室外机、干冷器、电动阀门和电动三通调节阀，所述的每个设置有水冷空调室外机组的支路管道靠近水冷回水主管道处设置有电动阀门，所述干冷器设置在支路管道上水冷空调室外机前并通过两个电动三通调节阀与支路管道连通；所述的纵向主管道分别与所述支路管道连通且连通点在每个支路管道上干冷器与水冷空调室外机之间，所述水冷空调室外机的进入口处靠近纵向主管道处还设置有电动阀门；所述的温度检测装置、电动阀门控制器、水冷空调室外机和干冷器分别与中央控制器连接，所述电动阀门控制器分别与各组水冷空调室外机组的电动阀门和电动三通调节阀连接；所述温度检测装置包括设置在数据中心机房室内外的室内温度传感器和室外温度传感器。
2.根据权利要求1所述的数据中心复杂水冷系统运行控制装置，其特征是，所述中央控制器采用DDC控制器。
3.根据权利要求1所述的数据中心复杂水冷系统运行控制装置，其特征是，所述水冷空调室内机采用水冷式机房精密空调室内机。
4.根据权利要求1所述的数据中心复杂水冷系统运行控制装置，其特征是，所述水冷空调室外机组至少包括两组水冷空调室外机组。
5.根据权利要求1至4任一项所述的数据中心复杂水冷系统运行控制装置，其特征是，还包括上位机，所述上位机与中央处理器连接。
6.根据权利要求1所述的一种数据中心复杂水冷系统的运行控制方法，其特征是，包括手动选择运行控制模式、时间策略自运行控制模式和自寻优控制模式， 所述手动选择运行控制模式包括以下步骤: 按照设定的组合配置启动一组水冷空调室外机组进行工作， 进行时间累计， 当已启动的一组设定组合配置水冷空调室外机组运行时间超过一个季度时通过报警方式提示切换启动下一组设定组合配置水冷空调室外机组进行工作； 所述时间策略自运行控制模式包括以下步骤: 按照设定的组合配置启动一组水冷空调室外机组进行工作， 进行时间累计， 当已启动的一组设定组合配置水冷空调室外机组运行时间超过一个季度时自动切换启动下一组设定组合配置水冷空调室外机组进行工作； 所述自寻优控制模式包括以下步骤: 采集数据中心机房温度， 如果数据中心机房温度高于标准温度值上限时，自动按需依次启动各组水冷空调室外机组， 如果数据中心机房温度在标准温度值范围内，则根据系统运行季节执行相应的季节自寻优控制模式，系统运行季节如果是夏季，则执行夏季自寻优控制模式，如果是冬季则执行冬季自寻优控制模式，如果是春秋季节则执行过渡季节自寻优控制模式。
7.根据权利要求6所述的数据中心复杂水冷系统的运行控制方法，其特征是，所述的设定的组合配置包括单水冷空调室外机、单水冷空调室外机+单干冷器、单水冷空调室外机+多干冷器、单干冷器、多干冷器、多水冷空调室外机和多水冷空调室外机+多干冷器。
8.根据权利要求6或7所述的数据中心复杂水冷系统的运行控制方法，其特征是，所述夏季自寻优控制模式包括以下步骤: 101)采集机房室内温度； 102)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤103，否则进入步骤104； 103)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤101； 104)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤105，否则进入步骤106 ； 105)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤101； 106)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出。`
9.根据权利要求6或7所述的数据中心复杂水冷系统的运行控制方法，其特征是，所述冬季自寻优控制模式包括以下步骤: 201)采集机房室内温度； 202)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤203，否则进入步骤204； 203)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤201； 204)判别是否存在未启动的备用干冷器，如果有则进入步骤205，否则进入步骤206； 205)启动运行该路备用干冷器，然后转入步骤201； 206)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤207，否则进入步骤208 ； 207)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤201； 208)进行报警，提示水冷系统制冷能力不足，并退出。
10.根据权利要求6或7所述的数据中心复杂水冷系统的运行控制方法，其特征是，所述过渡季节自寻优控制模式包括以下步骤: 301)采集机房室外温度； 302)如果机房室外温度高于5°，则进入步骤303，否则进入步骤308； 303)采集机房室内温度； 304)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤305，否则进入步骤306； 305)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤301； 306)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤307，否则进入步骤315 ； 307)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤301； 308)采集机房室内温度； 309)如果机房室内温度不高于标准温度值上限，则进入步骤310，否则进入步骤311； 310)关闭一段时间已启动的水冷空调室外机组，然后转入步骤301； 311)判别是否存在未启动的备用干冷器，如果有则进入步骤312，否则进入步骤313； 312)启动运行该路备用干冷器，然后转入步骤301；313)判别是否存在未启动的备用水冷空调室外机组，如果有则进入步骤314，否则进入步骤315 ； 314)启动运行该路备用水冷空调室外机组，然后转入步骤301； 315)进行报警，提示水冷系统`制冷能力不足，并退出。
【文档编号】F24F11/02GK103673230SQ201310728699
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】王铁毅, 曹永彬 申请人:山东钢铁集团有限公司