一种机房空调控制方法及系统与流程

本发明涉及机房空调技术领域，尤其涉及一种机房空调控制方法及系统。

背景技术：

数据中心机房作为数据处理设备和电子通讯设备的工作场所，其热负荷比较大，需要常年进行空气调节。机房空调的运行周期比较长，耗能也比较大，占企业运营成本的比例越来越大。具体地，制冷的成本占到了各类数据中心运行费用的45％以上。

随着电子设备向体积小型化和功能多样化方向的发展以及其运行速度的不断提高，单位面积的散热量大幅增长，从而导致机房空调系统的耗电量也越来越大。而云计算、大数据、互联网+等技术的产生与实施，更使得数据中心的能量密度达到了一个新的高度。而且机柜中的不同设备的散热量差异巨大，传统的空调系统常用的控制方式已经不能满足机房内IT设备的散热需求。如果某些重点公司、单位的机房发生过热保护从而引发宕机，将会造成重大的社会影响和人员财产损失。在高密度机房中，即便采用双电源接入，在电源切换的间隔时间内，高密度机房的发热量依然可能给机房设备造成损害。

目前，机房空调控制系统普遍采用设置一个固定的运行温度来制造机房整体的低温环境的粗放型控制方法。随着网络应用的越来越广泛，新建机房以及现有老旧机房的扩容受制于投资成本等因素的制约，机房面积不可能无限增大。因此，机柜的IT设备摆放更加紧促，从而导致发热量急剧升高，某些高发热量设备会在机房中形成局部热点。为了消除局部热点，运行人员只得设定更低的空调温度，能耗巨大。但是即便如此，某些局部热点依然不能被消除。

此外，对于某些业务量周期变化的企业来说，IT设备的访问量不是固定不变的，因而其发热量也是实时变化的，传统的机房空调控制系统不能够实时地监控发热量的变化并做出调整，调节滞后。而且，传统的机房空调控制系统的送风单元的风量不可调节，即当设备的发热量变化时，不能够自动增加或者减少风量。

综上所述，传统的机房制冷系统已经不能满足需求。

技术实现要素：

本发明通过提供一种机房空调控制方法及系统，解决了现有技术中无法根据用电设备的发热量调节制冷量的技术问题，实现了对制冷设备的制冷量的灵活调节的技术效果。

本发明提供了一种机房空调控制方法，至少包括：

获取各个用电设备的电流；

根据所述用电设备的电流变化量预判所述各个用电设备发热量的变化；

基于所述用电设备发热量的变化，对局部和/或整体的制冷量作出调整。

进一步地，所述根据所述用电设备的电流变化量预判所述各个用电设备发热量的变化，具体包括：

基于在单相交流电路焦耳定律公式得到所述用电设备在时间t内的发热量Q，并得到各用电设备发热量的变化；

其中，U为所述用电设备的额定电压，I为所述用电设备在时间t内的电流，为功率因数。

进一步地，所述基于所述用电设备发热量的变化，对局部和/或整体的制冷量作出调整，具体包括：

将得到的用电设备发热量的变化与发热量变化阈值进行比较；

若所述得到的用电设备发热量的变化等于或者大于所述发热量变化阈值，对局部和/或整体的制冷量作出调整。

进一步地，所述对局部和/或整体的制冷量作出调整，具体包括：

由所述各用电设备的发热量的变化得到总的发热量的变化；

由所述各用电设备的发热量的变化对各用电设备进行制冷，使各用电设备的制冷量等于各用电设备的发热量；

由总的发热量的变化对整体环境进行制冷，使所述整体环境的制冷量等于所述总的发热量。

进一步地，还至少包括：

对所述用电设备周围环境的温度进行监测；

通过监测到的温度值对所述对局部和/或整体的制冷量进行反馈调节。

进一步地，所述通过监测到的温度值对所述对局部和/或整体的制冷量进行反馈调节，具体包括：

将所述监测到的温度值与预设温度进行比较；

若所述监测到的温度值高于所述预设温度，加大对所述局部和/或整体的制冷量；

若所述监测到的温度值低于所述预设温度，减小对所述局部和/或整体的制冷量；

若所述监测到的温度值等于所述预设温度，保持对所述局部和/或整体的制冷量不变。

本发明提供的机房空调控制系统，至少包括：制冷设备、电流监测元件及控制器；所述制冷设备的输出端对向用电设备；所述电流监测元件的监测端接入所述用电设备；所述电流监测元件的信号输出端与所述控制器的信号输入端通讯连接；所述控制器的信号输出端与所述制冷设备的信号输入端通讯连接。

进一步地，还至少包括：报警设备；所述报警设备的信号输入端与所述控制器的信号输出端通讯连接。

进一步地，还至少包括：对所述用电设备周围环境进行温度监测的温度监测元件；所述温度监测元件的信号输出端与所述控制器的信号输入端通讯连接。

进一步地，所述制冷设备、所述电流监测元件和所述温度监测元件为一组温控机构，且所述温控机构的数量至少为2，一组所述温控机构对应于一个所述用电设备。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、先获取各个用电设备的电流，再根据各用电设备的电流变化量预判各个用电设备发热量的变化，最后基于用电设备发热量的变化，对局部和/或整体的制冷量作出调整，不仅实现了对制冷设备的制冷量的灵活调节，而且还实现了对局部热点的分布式制冷调节。

2、通过获取用电设备周围环境的温度，实现了对用电设备的制冷的反馈调节，从而确保了制冷的准确度。

3、通过电流监测元件对用电设备的实时电流进行测量，并将监测得到的电流值输出到控制器，控制器根据接收到的电流值控制制冷设备对相应的用电设备进行制冷，从而及时消除了局部热点，避免造成损失。

4、通过对报警设备的应用，实现了本发明的报警功能。

5、通过对温度监测元件的应用，能够确保制冷量的精确调节，消除局部热点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的机房空调控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的机房空调控制系统的通讯连接图；

图3为本发明实施例提供的机房空调控制系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的机房空调控制系统的外部连接图；

其中，1-温度传感器，2-机柜，3-电流传感器，4-调节阀，5-泵，6-用电设备，7-导风板。

具体实施方式

本发明通过提供一种机房空调控制方法及系统，解决了现有技术中无法根据用电设备的发热量调节制冷量的技术问题，实现了对制冷设备的制冷量的灵活调节的技术效果。

本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

先获取各个用电设备的电流，再根据各用电设备的电流变化量预判各个用电设备发热量的变化，最后基于用电设备发热量的变化，对局部和/或整体的制冷量作出调整，不仅实现了对制冷设备的制冷量的灵活调节，而且还实现了对局部热点的分布式制冷调节。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参见图1，本发明实施例提供的机房空调控制方法，至少包括：

步骤S110：获取各个用电设备的电流；

对本步骤进行说明：

可以通过电流传感器组实时获取各用电设备的电流。

步骤S120：根据用电设备的电流变化量预判各个用电设备发热量的变化；

对本步骤进行说明：

基于在单相交流电路焦耳定律公式得到用电设备在时间t内的发热量Q，并得到各用电设备发热量的变化；

其中，∪为用电设备的额定电压，I为用电设备在时间t内的电流，为功率因数。

对公式进行说明：

焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。

焦耳定律数学表达式：

Q＝|∧2R＊t(适用于所有电路)；

对于纯电阻电路可推导出：

Q＝W＝Pt；

Q＝∪lt；

Q＝(∪∧2/R)t

而用电设备大多属于感性设备，还需乘以一个功率因数。

在单相交流电路中：

式中：

-功率因数，一般估算取0.8.

-电阻性负载，其则P＝∪I

因此，此设备单位时间内的发热量：

-t单位时间

在调试阶段，空调控制系统在编写运行逻辑时，可根据不同时刻的室内室外参数(温度、湿度等)和围护结构的性质，计算出围护结构的逐时负荷。这样，机房的总发热量可以由围护结构的得热量和设备发热量之和得出。

当然，此估算方法只是给出设备发热量的估算值，本发明实施例可以通过广泛分布的温度传感器组提供的反馈信号作为补充，判定调整是否到位，从而实现快速、精确调整的目的。

步骤S130：基于用电设备发热量的变化，对局部和/或整体的制冷量作出调整。

对本步骤进行说明：

将得到的用电设备发热量的变化与发热量变化阈值进行比较；

若得到的用电设备发热量的变化等于或者大于发热量变化阈值，对局部和/或整体的制冷量作出调整；

其中，对局部和/或整体的制冷量作出调整，具体包括：

由各用电设备的发热量的变化得到总的发热量的变化；

由各用电设备的发热量的变化对各用电设备进行制冷，使各用电设备的制冷量等于各用电设备的发热量，从而对发热量不同的用电设备进行有针对性的制冷，不仅实现了精确制冷，而且还节省了电能；

由总的发热量的变化对整体环境进行制冷，使整体环境的制冷量等于总的发热量。

若得到的用电设备发热量的变化小于发热量变化阈值，不执行任何操作。

为了对制冷量进行反馈调节，本发明实施例还至少包括：

对用电设备周围环境的温度进行监测；

在本实施例中，可以通过温度传感器组对用电设备周围环境的温度进行监测。

通过监测到的温度值对局部和/或整体的制冷量进行反馈调节。

具体地，将监测到的温度值与预设温度进行比较；

若监测到的温度值高于预设温度，说明用电设备的环境温度过高，则继续加大对局部和/或整体的制冷量；

若监测到的温度值低于预设温度，说明用电设备的环境温度低，则可以减小对局部和/或整体的制冷量；

若监测到的温度值等于预设温度，说明用电设备的环境温度正常，则保持对局部和/或整体的制冷量不变。

参见图2，本发明实施例提供的机房空调控制系统，至少包括：制冷设备、电流监测元件及控制器；制冷设备的输出端对向用电设备；电流监测元件的监测端接入用电设备；电流监测元件的信号输出端与控制器的信号输入端通讯连接；控制器的信号输出端与制冷设备的信号输入端通讯连接。

在本实施例中，制冷设备可以是但不限于风冷设备或液冷设备。电流监测元件可以是但不限于电流传感器。

对本发明实施例的结构进行说明，还至少包括：对用电设备周围环境进行温度监测的温度监测元件；温度监测元件的信号输出端与控制器的信号输入端通讯连接。

在本实施例中，温度监测元件可以是但不限于温度传感器。

对本发明实施例的结构进行进一步说明，还至少包括：报警设备；报警设备的信号输入端与控制器的信号输出端通讯连接。

在本实施例中，制冷设备、电流监测元件和温度监测元件为一组温控机构，且温控机构的数量至少为2，一组温控机构对应于一个用电设备。温控机构的数量由用电设备的数量决定。

为了对各用电设备的温度进行显示，还至少包括：显示设备；显示设备的信号输入端与控制器的信号输出端通讯连接。

通过本发明实施例对机房内的用电设备进行降温的实施方式如下：

参见图3，将温度传感器1布置在机柜2中的用电设备6的前端和后端附近，将电流传感器3固定在机柜2的立柱上，显示设备可在每个机柜2前的面板上实时显示温度状况。将导风板7设置在机柜2的入风口处，对送入的冷风进行导流，以提高制冷效果。当机柜2内的用电设备6的工作状态发生变化时，其电流必然发生变化。电流传感器3将监测到的电流信号发送至控制器，控制器根据接收到的电流信号输出控制信号至制冷设备，从而控制制冷设备对相应的用电设备6制冷，进而实现对局部热点的制冷降温。当制冷设备是液冷设备时，控制器输出控制信号到调节阀4和泵5，调整调节阀4的开度和泵5的转速，从而对局部热点进行调节。此外，可以根据各用电设备6的发热量和围护结构的得热量得到整体环境内的发热量，从而可以对整体环境的制冷量进行调节。需要说明的是，温度传感器1对各用电设备6周围环境的温度变化进行监测，并向控制器提供反馈信号。

还需要说明的是，参见图4，本发明实施例可以与现有的空调制冷系统配合使用。本发明实施例采用分时蓄冷的部分蓄冷运行策略，电费低谷蓄冷，高峰期释放冷量，现有的空调制冷系统备用，在实行峰谷电价的地区可节省电费开支。在日常运行阶段，普通机房空调装置与本发明实施例可以协调运行，充分利用夜间时间，转移高峰负荷，在实行峰谷电价的地区亦可节省电费开支；故障时，本发明实施例可在双电源故障切换电源间隔内，协调运行的蓄冷空调，可以为机房提供短时制冷，避免机房设备过热损坏。

此外，将本发明实施例与普通机房空调装置协调运行，还可有效降低机房的初投资费用。设计人员不必为了满足短时间极限负荷而设计较大的空调系统冗余而增加不必要的投资。在现有机房扩容、老旧机房升级改造时，通过加入本发明实施例提供的系统，配合本发明实施例所述的实时调整、精确制冷的空调控制方案，可实现在不更换高制冷量空调或者增加机房空调数量的前提下，满足机房的散热需求。

【技术效果】

1、先获取各个用电设备6的电流，再根据各用电设备6的电流变化量预判各个用电设备6发热量的变化，最后基于用电设备6发热量的变化，对局部和/或整体的制冷量作出调整，不仅实现了对制冷设备的制冷量的灵活调节，而且还实现了对局部热点的分布式制冷调节。

2、通过获取用电设备6周围环境的温度，实现了对用电设备6的制冷的反馈调节，从而确保了制冷的准确度。

3、通过电流监测元件对用电设备6的实时电流进行测量，并将监测得到的电流值输出到控制器，控制器根据接收到的电流值控制制冷设备对相应的用电设备6进行制冷，从而及时消除了局部热点，避免造成损失。

4、通过对报警设备的应用，实现了本发明实施例的报警功能。

5、通过对温度监测元件的应用，能够确保制冷量的精确调节，消除局部热点。

6、通过对显示设备的应用，实现了对用电设备6的温度状况的可视化监测。

7、制冷设备可以为风冷设备或液冷设备，从而提高了本发明实施例的适用性。

本发明实施例通过设置的电流传感器组和温度传感器组，实时地掌控了各个局部热点的发热量变化，不仅可以及时对各热点进行分布式制冷降温，而不必使用增加空调数量、设置较低温度的不合理做法，从而实现节能降耗的目的；而且运维人员可以有效地掌握机房内各个机柜2、机柜2内各设备的发热量和机柜2微环境状态，从而有利于今后开展机房扩容改造工作。与传统的机房空调调节系统相比，本发明实施例具有制冷迅速和制冷精确的特点。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包合这些改动和变型在内。