一种节能式集装箱数据中心及其温度控制方法与流程

1.本发明属于数据中心技术领域，具体涉及一种节能式集装箱数据中心及其温度控制方法。


背景技术：

2.计算机设备对机房的温度有着较高的要求，温度偏高易使机器散热不畅，使晶体管的工作参数产生漂移，影响电路的稳定性和可靠性，严重时还可造成元器件的击穿损坏。根据权威机构统计，电力在数据中心的消耗仅有33％供给了it负荷，散热负荷却高达62％，也就是说，用于空调冷却的电力已经等于或超过了计算所用电力。
3.pue(powerusage effectiveness)是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与it负载使用的能源之比，是dcie(data center infrastructure efficiency)的反比，它的基准是2，越接近1表明能效水平越好，为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。现有集装箱数据中心的pue值普遍偏高，并且其控制系统无法简单的判断出集装箱数据中心内开机设备功率，只有通过采购昂贵电力监控设备实现判断，或者现有其散热控制数据采集和计算含糊，由此一种合理的温度控制系统能有效的降低pue值且能高效的降低数据中心室温。
4.因此，本发明提供了一种节能式集装箱数据中心及其温度控制方法，解决现有集装箱数据中心无法准确判断数据中心内开启设备功率的大小，以及无法精准控制达到节能的技术问题，通过不同通道的温度平均值和温度差值的判定，实现低能耗的温度控制。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种节能式集装箱数据中心及其温度控制方法，解决现有集装箱数据中心无法低成本且准确判断数据中心内开启设备功率的大小，以及无法低成本且准确控制达到节能的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种节能式集装箱数据中心，包括集装箱和plc电控柜，集装箱内设有顺序连通的新风风道、节能通道、以及排风风道，节能通道内安装有it设备，it设备将节能通道分隔成与新风风道相连的第一节能通道、以及与排风风道相连的第二节能通道，新风风道内设有新风风机、湿度采集器、安装于回风百叶窗上的回风电动百叶电机、以及安装于新风百叶窗上的新风电动百叶电机，第一节能通道内设有第一温度采集器，第二节能通道内设有回风风机、以及第二温度采集器，排风风道内设有排风风机、设于排风百叶窗上的排风电动百叶电机；plc电控柜分别与新风风机、湿度采集器、回风电动百叶电机、新风电动百叶电机、温度采集器、回风风机、排风风机和排风电动百叶电机连接。
8.进一步地，新风风道、第一节能通道、第二节能通道和排风风道之间采用隔墙隔开，隔墙采用隔热、隔绝空气的材料制成。
9.进一步地，新风风机至少包括有第一新风风机和第二新风风机。
10.进一步地，新风电动百叶电机安装于新风风机前端或后端，回风电动百叶电机安装于回风风机前端或后端，排风电动百叶电机安装于排风风机前端或后端。
11.进一步地，第一温度采集器至少有两个，两个第一温度采集器分别安装于第一节能通道两端。
12.进一步地，第二温度采集器至少有两个，两个第二温度采集器分别安装于第二节能通道两端。
13.进一步地，排风风机至少包括有第一排风风机和第二排风风机。
14.一种节能式集装箱数据中心的温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.s1、第一节能通道内第一温度采集器、以及第二节能通道内第二温度采集器分别采集温度数据；新风风道内的湿度采集器采集湿度数据，设定为rh1；
16.s2、计算第一节能通道内第一温度采集器所采集温度数据的平均值作为第一节能通道内平均温度数值tβ，计算第二节能通道内第二温度采集器所采集温度数据的平均值作为第二节能通道内平均温度数值tα；
17.s3、计算第一节能通道与第二节能通道内的平均温度的差值数值δt；
18.s4、设定湿度参考数值a；分别设定第一温度参考数值b、第二温度参考数值c、第三温度参考数值d和第四温度参考数值e，其中40℃≥b＞c＞d＞e；
19.s5、计算出集装箱数据中心所需的散热风量q，q＝0.05p/δtc，
20.其中：p为it设备功率，
△
tc为允许温升，q为每分钟所排出空气体积；
21.s6、计算新风风机总风量和排风风机总风量均为所需散热风量q，回风风机的总风量为所需的散热风量q的1/3倍；
22.s7、启用不同风道降温：通过比较rh1与a、tβ与b、c、d、e、1，以及δt与
△
tc、b、c、d、e得出的经验公式值的比较，调节不同风机的开关运行；
23.其中：rh1的参数判断设置为优先级，当rh1≥a时，新风电动百叶电机关闭，启用其他风道或者其他降温方式；当rh1＜a时，再进行第一节能通道内平均温度数值与b、c、d、e、1，以及δt与
△
tc、b、c、d、e比较，控制新风系统和排风系统的总风量，以及回风风机的风量。
24.进一步地，tβ和tα均可取更多采集数据，然后求平均值；也可增加更多的判断控制区间，设置更多的温度参考数值。
25.进一步地，可增加或减少新风风机数量、排风风机数量或回风风机数量，再将q分为更多等分或不等分到每个新风风机、排风风机或回风风机的风量。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.本发明设计科学合理，使用方便，解决现有集装箱数据中心无法低成本且准确判断数据中心内开启设备功率的大小，以及无法低成本且精准控制达到节能的技术问题，通过不同通道的温度平均值和温度差值的判定，实现低能耗的温度控制。
28.本发明的集装箱内设有顺序连通的新风风道、节能通道和排风风道，节能通道内安装有it设备，it设备将节能通道分隔为与新风风道相连的第一节能通道、以及与排风风道相连的第二节能通道，不同风道内设有风机进行温度调控，本发明采用自然风风冷冷却，通过新风风机将自然界的冷空气过滤后吹入到第一节能通道，再穿过it设备带走产生的热量到达第二节能通道，最后经排风风机吸入到达排风风道排出；其中第一节能通道和第二
节能通道两侧均设有温度采集器，新风风道内设有湿度采集器。
29.本发明可通过判断δt数值的大小，得出集装箱数据中心内开机设备功率，从而实现更加精准的控制，由于更加精准的控制，可以实现低能耗，从而有效降低集装箱数据中心pue值；通过前期风量的计算，判断tβ数值和δt数值的大小所在数字区间，可以精确控制新风系统和排风系统的总风量；通过rh1数值判断的优先级，确保集装箱数据中心内it设备的安全。除此之外，室外环境温度较低时，通过回风风机运行实现更低能耗，达到节能、环保。
附图说明
30.图1为本发明结构示意图。
31.图2为本发明控制方法图。
32.图3为本发明控制方法实际应用图。
33.其中，附图标记对应的名称为：1
‑
集装箱，2
‑
新风风道，3
‑
排风风道，4
‑
it设备，5
‑
第一节能通道，6
‑
第二节能通道，7
‑
plc电控柜，21
‑
新风风机，22
‑
湿度采集器，23
‑
回风电动百叶电机，24
‑
新风电动百叶电机，31
‑
排风风机，32
‑
排风电动百叶电机，51
‑
第一温度采集器，61
‑
第二温度采集器，62
‑
回风风机，210
‑
第一新风风机，211
‑
第二新风风机，310
‑
第一排风风机，311
‑
第二排风风机。
具体实施方式
34.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，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.如图1
‑
3所示，本发明提供的一种节能式集装箱数据中心及其温度控制方法，设计科学合理，使用方便，解决现有集装箱数据中心无法准确判断数据中心内开启设备功率的大小，以及无法精准控制达到节能的技术问题，通过不同通道的温度平均值和温度差值的判定，实现低能耗的温度控制。
38.本发明所述的集装箱数据中心温控系统采用的降温方式是自然风风冷冷却，通过新风风机21将自然界的冷空气在新风风道2过滤后吹入到第一节能通道5，冷空气通过第一节能通道2时带走it设备4产生的热量从而变成热空气到达第二节能通道6，再由排风风机
31吸入至排风风道3，最后由排风风道3将热空气排出，完成降温；其中新风风道2、第一节能通道5、第二节能通道6、以及排风风道3之间采用隔墙隔开，隔墙采用隔热、隔绝空气的材料制成。
39.本发明所述的第一节能通道5内设有第一温度采集器51，第一温度采集器51有两个，第一温度采集器51分别安装于第一节能通道5两端；所述,第二节能通道6内设有第三温度采集器61，第二温度采集器61有两个，第二温度采集器61同样分别安装于第二节能通道6两端，上述的安装方式能更好地应上述不同节能通道内的温度情况。
40.本发明所述的回风电动百叶电机23、新风电动百叶电机24、排风电动百叶电机32分别对应安装在回风风机62、新风风机21、排风风机31的前端或后端，当回风电动百叶电机23、新风电动百叶电机24、排风电动百叶电机32关闭时，对应控制回风百叶窗上、新风百叶窗上、以及排风百叶窗分别闭合，此时回风风机23、新风风机21、排风风机31分别处于完全密闭通道，无法实现送风。当回风电动百叶电机23、新风电动百叶电机24、排风电动百叶电机32打开时，对应控制回风百叶窗上、新风百叶窗上、以及排风百叶窗分别打开，此时回风风机23、新风风机21、排风风机31分别处于通透状态，能实现100％的送风效率。
41.本发明所述的plc电控柜7分别与新风风机21、湿度采集器22、回风电动百叶电机23、新风电动百叶电机24、温度采集器、回风风机62、排风风机31和排风电动百叶电机32连接，plc电控柜采用plc编程控制上述各风机与各电动百叶电机的运行。
42.本发明通过上述集装箱1及其内部的结构，实现以下温度控制方法，步骤如下：
43.s1、数据采集：两个第一温度采集器51分别采集的数据设定为t1和t2(℃)，两个第二温度采集器61分别采集的数据设定为t3和t4(℃)。
44.s2、计算第一节能通道5内平均温度数值为tβ(℃)和第二节能通道6内平均温度数值为tα(℃)，tβ＝(t1+t2)/2，tα＝(t3+t4)/2；
45.s3、计算第一节能通道5与第二节能通道6的平均温度的差值数值δt(℃)，δt＝tα
‑
tβ；
46.s4、设定湿度参考数值a(％rh)；分别设定第一温度参考数值b(℃)、第二温度参考数值c(℃)、第三温度参考数值d(℃)和第四温度参考数值e(℃)，其中40≥b＞c＞d＞e；
47.s5、计算集装箱数据中心所需的散热风量q：根据公式q＝0.05p/δtc计算。其中：p—it设备功率(w)；
48.△
tc—允许温升(℃)；
49.q—cmm(每分钟所排出空气体积m3/min)。
50.s6、根计算新风风机21、排风风机31和回风风机23的风量，其中：
51.第一新风风机210和第二新风风机211风量相等，为q/2；或第一新风风机210和第二新风风机211风量不等分；
52.第一排风风机310和第二排风风机311风量相等，为q/2；或第一排风风机310和第二排风风机311风量不等分；
53.回风风机23风量为q/3；
54.s7、启用不同风道降温：通过比较rh1与a、tβ与b、c、d、e、1，以及δt与
△
tc、b、c、d、e得出的经验公式值的比较，控制不同风机、以及不同电动百叶电机的开关运行；
55.其中：rh1的参数判断设置为优先级，当rh1≥a时，新风电动百叶电机24关闭，启用
其他风道或者其他降温方式；当rh1＜a时，再进行tβ与b、c、d、e、1的比较，以及δt与
△
tc、b、c、d、e得出的经验公式值的比较，控制新风系统和排风系统的总风量，以及回风风机的风量进行降温；
56.上述步骤中，tβ和tα均可取更多采集数据，然后求平均值；也可增加更多的判断控制区间，设置更多的温度参考数值；并且可增加或减少新风风机数量、排风风机数量或回风风机数量，再将q分为更多等分或不等分到每个新风风机、排风风机或回风风机的风量。
57.常规数据中心温度的控制办法为，读取第一节能通道5内两个第一温度采集器的数值取平均值作为判断依据，并无法准确的判断数据中心内开启设备功率的大小，更无法进行精准的控制达到节能的效果。而本发明由plc编程控制，由plc电控柜控制各风机与各电动百叶电机的运行。该控制逻辑中rh1的参数判断设置为优先级，当rh1≥a时，新风电动百叶电机24关闭，启用其他风道或者其他降温方式，这里不作阐述；而当rh1＜a时，执行如下具体的逻辑判断：
58.当tβ≥b时：
59.且当
△
t≥
△
tc时，第一新风风机210启动、第二新风风机211启动、新风电动百叶电机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
60.且当
△
tc＞δt≥
△
tc/2时，第一新风风机210启动、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
61.且当
△
tc/2＞δt≥0时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311停止、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭。
62.当b＞tβ≥c时：
63.且当δt≥
△
tc时，第一新风风机210启动、第二新风风机211启动、新风电动百叶机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
64.当
△
tc＞δt≥
△
tc/2时，第一新风风机210启动、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311停止、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
65.当
△
tc/2＞δt≥0时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310启动、第二排风风机311停止、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭。
66.当c＞tβ≥d时：
67.且当δt≥(b
‑
c)/3+δtc时，第一新风风机停止210、第二新风风机211启动、新风电动百叶电机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
68.且当(b
‑
c)/3+δtc＞δt≥{(b
‑
c)/3+δtc}/2时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
69.且当{(b
‑
c)/3+δtc}/2＞δt≥0时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310停止、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭。
70.当d＞tβ≥e时：
71.且当δt≥(b
‑
c)/3+δtc时，第一新风风机210停止、第二新风风机211启动、新风电动百叶电机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
72.且当(b
‑
c)/3+δtc＞δt≥{(b
‑
c)/3+δt c}/2时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
73.且当{(b
‑
c)/3+δtc}/2＞δt≥0时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310停止、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭。
74.当e＞tβ≥1时：
75.且当δt≥(b
‑
c)/3+δtc时，第一新风风机210停止、第二新风风机211启动、新风电动百叶电机24开启，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
76.且当(b
‑
c)/3+δtc＞δt≥{(b
‑
c)/3+δtc}/2时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310启动、第二排风风机311启动、排风电动百叶电机32开启，回风风机62停止、回风电动百叶电机23关闭；
77.且当{(b
‑
c)/3+δtc}/2＞δt≥0时，第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310停止、第二排风风机311停止、排风电动百叶电机32关闭，回风风机62启动、回风电动百叶电机23开启。
78.当1＞tβ时：第一新风风机210停止、第二新风风机211停止、新风电动百叶电机24关闭，第一排风风机310停止、第二排风风机311停止、排风电动百叶电机32关闭，回风风机62启动、回风电动百叶电机23开启。
79.本发明的上述方法适用于tβ≤40℃，但当tβ＞40℃时，需适当改用其他降温手段或与本发明所述方法叠加使用，其中(b
‑
c)/3+δtc的计算公式为实验得出的经验公式，并且1＞tβ也为经验数据，不可更改。
80.图3所示为本发明控制方法的实际应用图，其中a＝80，δtc＝12，b＝30，c＝20，d＝15，e＝10。
81.本发明可通过其内部的设备简单判断出集装箱数据中心内开机设备功率从而实现更加低成本且精准的控制，从而降低现有集装箱数据中心pue值偏高的问题，同时更加精准有效的控制散热风量，降低能耗。除此之外，本发明设置的回风系统可在室外环境温度较低时工作，实现低能耗，使其更加有效、环保的控制集装箱数据中心温度。
82.本发明所用新风风机21、排风风机31、回风风机62、各电动百叶电机、温度采集器和湿度采集器22均为现有已知电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于新风风机21、排风风机31、回风风机62、各电动百叶电机、温度采集器和湿度采集器22的结构、电路、以及控制原理在此不赘述。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。