一种数据中心的空调控制系统及多层级智能温控调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种数据中心的空调控制系统及多层级智能温控调度方法，其系统包括参数采集单元和控制单元；参数采集单元包括温度传感器、湿度传感器和通信模块；温度传感器用于采集温度数据，湿度传感器用于采集湿度数据，通信模块用于将温度和湿度数据传输到控制单元；控制单元部署在云端，包括数据存储模块和数据处理模块，用于存储温度、湿度数据并根据温度、湿度数据生成通风系统控制指令；在控制单元采用多层级智能温控调度方法获取空调系统的运行状态，根据运行状态生成通风系统控制指令；本发明基于一个小型数据中心验证了其可行性，实验结果表明,本发明在不降低数据中心制冷效果的情况下可以降低数据中心的能耗。
【专利说明】
一种数据中心的空调控制系统及多层级智能温控调度方法
技术领域
[0001]本发明属于数据中心领域，更具体地，涉及一种数据中心的空调控制系统及多层级智能温控调度方法。
【背景技术】
[0002]近年来，物联网、云计算和大数据技术取得了显著进展，在全球移动互联网快速发展的时代背景下，连接到互联网的设备与日倶增，这些设备所产生数据量的高速增长对计算和存储的需求呈指数级增加;因此数据中心作为信息化的核心基础设施显得至关重要。
[0003]数据中心不仅包括计算机系统和与之配套的通信、存储系统，还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置;绿色节能的数据中心成为未来数据中心的发展趋势。现在，数据中心呈现“云化”的特点，通过使用云计算和虚拟化技术，极大的提高数据中心资源利用率，降低数据中心的能耗。
[0004]数据中心的能耗主要包括IT设备能耗和空调系统能耗;在降低IT设备能耗方面已经有了一些成熟的应用。在降低空调系统能耗方面通常采取的措施包括，将数据中心建在常年气温较低的地方，优化机房的通风系统，采用水冷的冷却模式等，这些降低机房空调系统能耗的方案，要么前期投资成本过高，要么后期维护不便，难以满足所有的数据中心的建设场景。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数据中心的空调控制系统及多层级智能温控调度方法，其目的在于在不降低制冷效果的情况下降低数据中心的能耗。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种数据中心的空调控制系统，基于包括空调系统和通风系统的数据中心，包括参数采集单元和控制单元；
[0007]其中，参数采集单元包括温度传感器、湿度传感器和通信模块；
[0008]其中，温度传感器用于采集数据中心外部自然环境温度数据、数据中心机房温度数据、以及数据中心的运维中心温度数据；
[0009]湿度传感器用于采集数据中心外部自然环境湿度数据，和数据中心机房环境湿度数据;通信模块用于将上述温度数据和湿度数据发送到控制单元；
[0010]控制单元部署在云端，用于根据接收到的温度数据和湿度数据生成控制信号，控制空调系统与通风系统的开启；
[0011]当自然环境的温度低于预设的阈值，而湿度在数据中心正常运行所要求的湿度范围内，则通过控制信号控制通风系统开启，将自然环境的冷空气通过通风系统引入数据中心，起到制冷节能的作用；由于利用了自然环境的低温条件对数据中心进行降温，因此达到在不降低数据中心制冷效果的情况下降低数据中心的能耗的目的；其中，温度阈值根据数据中心正常运行需要的温度区间设置；
[0012]使用时，将温度传感器部署在数据中心的外部自然环境、数据中心机房的机架以及数据中心的运维中心操作平台上，采集摄氏温度数据;将湿度传感器部署在数据中心的外部自然环境和数据中心机房的机架，采集环境湿度数据。
[0013]现有的数据中心大多数采用空调对数据中心降温，虽然降温效果明显，但是空调耗电量大;本发明提供的这种空调控制系统，在自然环境温度低于数据中心温度时，控制通风系统开启，引入外部低温空气对数据中心进行温度调节，进而达到节能的目的。
[0014]优选地，上述数据中心的空调控制系统，其控制单元包括数据存储模块和数据处理模块；
[0015]其中，数据存储模块用于接收并存储温度数据和湿度数据;数据处理模块用于对温度数据和湿度数据进行处理，实时地将温度数据与温度阈值进行比较，根据比较结果生成控制信号，包括通风系统控制信号和空调系统控制信号；
[0016]其中，数据存储模块采用大数据存储系统，数据处理模块应用大数据分析技术来处理数据，采用多层级智能温控调度方法对空调系统的运行状态进行分析，获取数据中心温度与湿度状况;根据数据中心温度与湿度状况生成控制指令。
[0017]为实现本发明目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种数据中心的多层级智能温控调度方法，包括如下步骤:
[0018](I)判断数据中心机房与自然环境的温度差(Tdc-Tn)是否大于T1;若是，则发送通风系统开启指令，控制数据中心的通风系统开启;若否，则进入步骤(2);
[0019]其中，Tdc是数据中心机房的温度，Tn是自然环境的温度，T1是指第一温差阀值；
[0020](2)判断数据中心机房与运维中心的温度差(Tdc-Tqr)是否大于!^，若是，则发送通风系统开启指令，控制数据中心的通风系统和运维中心的通风系统开启；若否，则进入步骤(3)；
[0021]其中，Tqr是指运维中心的温度;T2是指第二温差阈值；
[0022](3)判断数据中心机房温度Tdc是否大于T3，若是，则开启数据中心空调;若否，则等待时间Tw，进入步骤(I);其中，T3是指第三温度阀值；
[0023]T^T2根据环境低温设置，T3根据数据中心正常运行的温度要求设置;等待时间Tw根据数据中心正常运行所要求的温度范围与多层级智能温控调度的实时性要求设置。
[0024]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0025](I)本发明提供的数据中心的空调控制系统，将控制单元部署在云端，在云端对接收到的温度数据和湿度数据进行存储和分析，根据分析结果生成空调控制信号，控制空调系统以及通风系统的开启，实现了空调系统、通风系统与云端管理平台的信息相互反馈，通过云端管理平台智能控制空调系统，适时关闭空调系统、打开通风系统，引入外部自然冷空气调节数据中心温度，达到降低数据中心能耗的目的；
[0026](2)本发明提供的数据中心的空调控制系统，应用时，仅需在数据中心机房的机架等部件上加装温度传感器、湿度传感器;因此对现有数据中心空调系统的兼容性较高，在现有设备的基础上易于改造，不需要破坏已建成设备，改造成本低而节能效果明显；
[0027](3)本发明提供的数据中心空调系统的控制系统及多层级智能温控调度方法，采用大数据存储模块存储采集到的温度和湿度数据，采用多层级智能温控调度方法对空调系统的运行状态进行分析，获取数据中心温度与湿度状况;根据数据中心温度与湿度状况生成控制指令，适时的开启或关闭通风系统，实现了根据外界环境对数据中心空调系统的智能调控，在不降低制冷效果的情况下降低了数据中心的能耗；
[0028](4)本发明提供的多层级智能温控调度方法及多层级智能温控调度方法，根据数据中心机房与自然环境的温差、数据中心机房与运维中心的温差与各自的阈值比较结果，控制通风系统逐级开启，利用自然环境与运维中心的相对低温条件来对数据中心进行降温，将空调的开启时间尽量延迟，进而达到节能的目的。
【附图说明】
[0029]图1是实施例提供的数据中心空调系统的控制系统的结构示意图；
[0030]图2是实施例提供的多层级智能温控调度方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032]实施例提供的这种数据中心的空调控制系统的功能模块框图如图1所示，包括参数采集单元和控制单元；
[0033]其中，参数采集单元包括温度传感器、湿度传感器和通信模块;使用时，将温度传感器部署在数据中心的外部自然环境、数据中心机房的机架以及数据中心的运维中心操作平台上，采集温度数据;将湿度传感器部署在数据中心的外部自然环境和数据中心机房的机架，采集环境湿度值数据;通信模块用于将上述温度和湿度数据传输到控制单元；
[0034]控制单元部署在云端，用于根据接收到的温度和湿度数据生成系统控制信号；当自然环境的温度低于预设的温度阈值，而湿度在湿度阈值范围内，则通过控制信号控制通风系统开启，将自然环境的冷空气通过通风系统引入数据中心，起到制冷节能的作用；由于利用了自然环境的低温条件对数据中心进行降温，而延迟了数据中心空调系统的开启，在延迟的时间段内降低了空调所消耗的这部分能耗;因此达到了在不降低数据中心制冷效果的情况下降低数据中心的能耗的目的。
[0035]基于上述数据中心的空调控制系统，实施例提供了一种多层级智能温控调度方法，其流程如图2所示，包括如下步骤:
[0036](I)判断数据中心机房与自然环境的温度差(Tdc-Tn)是否大于T1;若是，则发送通风系统开启指令，控制数据中心的通风系统开启;若否，则进入步骤(2);
[0037]其中，Tdc是数据中心机房的温度，Tn是自然环境的温度，T1是指第一温差阀值，实施例里设置为3°C;
[0038](2)判断数据中心机房与运维中心的温度差(Tdc-Tqr)是否大于!^，若是，则发送通风系统开启指令，控制数据中心的通风系统和运维中心的通风系统开启；若否，则进入步骤(3)；
[0039]其中，Tor是指运维中心的温度;T2是指第二温差阈值，实施例里设置为2°C;
[0040](3)判断数据中心机房温度Tdc是否大于T3，若是，则开启数据中心空调;若否，则等待时间Tw，进入步骤(I);
[0041]其中，T3是指第三温度阀值，实施例里T3设置为15°C;等待时间Tw根据数据中心正常运行所要求的温度范围与多层级智能温控调度的实时性要求设置;取值过小则带来过多的不必要的运算量，取值过大则可能使得数据中心在等待时间内的温度过高;实施例里，Tw在60秒?180秒范围内取值。
[0042]实施例提供的这种空调控制系统，在一个小型数据中心上得到验证;该小型数据中心的面积约二十平方米，具有三台空调，六个机架，在其中一个机架上部署了一个温度传感器和一个湿度传感器;在运维中心的操作台上部署了一个温度传感器和一个湿度传感器;在室外安装了一个塑料箱，在其中部署了一个温度传感器和一个湿度传感器。
[0043]该小型数据中心所在地区的昼夜温差较大，夜晚的自然环境平均温度在1TC，低于数据中心机房要求的15°C;在夜晚，当自然环境温度低于温度阈值13°C，而湿度在数据中心正常运行所要求的范围内时，控制数据中心的通风系统开启，同时关闭数据中心的空调系统，由此达到节约被关闭的空调的能耗;在该小型数据中心的测试结果表明，在一个月内，空调系统耗电量占数据中心总耗电量的比例降低了 10%，达到了节能的目的。
[0044]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种数据中心的空调控制系统，其特征在于，包括参数采集单元和控制单元； 所述参数采集单元包括温度传感器、湿度传感器和通信模块； 所述温度传感器用于采集数据中心外部自然环境温度数据、数据中心机房温度数据、以及数据中心的运维中心温度数据； 所述湿度传感器用于采集数据中心外部自然环境湿度数据和数据中心机房环境湿度数据;通信模块用于将所述温度数据和湿度数据发送到控制单元； 所述控制单元部署在云端，用于根据接收到的温度数据和湿度数据生成控制信号，控制数据中心的空调系统与通风系统的开启。2.如权利要求1所述的空调控制系统，其特征在于，当自然环境的温度低于预设的阈值、湿度在数据中心正常运行所要求的范围内时，控制通风系统开启，将自然环境的冷空气通过通风系统引入数据中心，起到制冷节能的作用;所述阈值根据数据中心正常运行所要求的温度区间设置。3.如权利要求1或2所述的空调控制系统，其特征在于，所述控制单元包括数据存储模块和数据处理模块； 所述数据存储模块用于接收并存储温度数据和湿度数据;所述数据处理模块用于对温度数据和湿度数据进行处理，实时地将温度数据与温度阈值进行比较，根据比较结果生成控制信号，包括通风系统控制信号和空调系统控制信号。4.一种数据中心的多层级智能温控调度方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)判断数据中心机房与自然环境的温度差(Tdc-Tn)是否大于T1;若是，则发送通风系统开启指令，控制数据中心的通风系统开启;若否，则进入步骤(2); 其中，Tdc是数据中心机房的温度，Tn是自然环境的温度，T1是第一温差阀值； (2)判断数据中心机房与运维中心的温度差(Tdc-Tqr)是否大于!^，若是，则发送通风系统开启指令，控制数据中心的通风系统和运维中心的通风系统开启;若否，则进入步骤(3); 其中，TClR是运维中心的温度;T2是第二温差阈值； (3)判断数据中心机房温度Tdc是否大于T3，若是，则开启数据中心空调;若否，则等待时间Tw，进入步骤(I);其中，T3是第三温度阀值。
【文档编号】F24F11/00GK106052033SQ201610460130
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】陈敏, 马玉军, 王露, 周萍, 刘梦辰, 李伟, 师彬杰
【申请人】华中科技大学