一种服务器液冷冷却系统及工作方法与流程

本发明涉及数据中心的制冷技术领域，尤其涉及一种服务器液冷冷却系统及工作方法。

背景技术：

随着云计算、大数据、物联网及人工智能的兴起，大型数据中心的需求与日俱增；各国及各大公司对环境和能耗也越来越重视。数据中心作为耗能大户，且作为未来前沿技术的主要载体，其基础设施侧的主要要求在节能、快速灵活部署及成本优化上，制冷系统作为主要的耗能大户是优化的重点。同时，服务器及芯片技术的发展，以gpu、fpga及asic等异构计算及高性能cpu的发展，都使计算密度越来越高，这带来了，计算芯片密度的逐步攀升，服务器每u的密度也越来越高，风冷散热的代价越来越大，甚至不能满足基本散热需要。

为了满足散热需要，数据中心服务器的液冷技术逐步被认可和接受，并逐步开始普及性的应用。服务器液冷冷却系统，可以有效提高单机柜的装机数量，提升土地资源利用率，同时，液冷水温可以高达40℃及以上，实现液冷负荷下无冷机的运行模式，进一步降低了能耗。

但是，当前的液冷冷却系统仍然还不成熟，液冷冷却系统的冷量分配单元无法控制冷源侧，只能被动接受冷源侧的散热条件，极端情况下风险较大，不能满足服务器安全散热需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种服务器液冷冷却系统及工作方法，可以通过对冷却泵和冷冻泵的控制，实现冷量分配单元同时对热源侧(服务器)、冷源侧(干冷器或冷却塔)的流体控制，实现最优化节能运行。

本发明实施例的一方面，提供一种服务器液冷冷却系统，其特征在于，包括：

冷源侧液体回路系统、冷量分配单元和热源侧液体回路系统，所述冷源侧液体回路系统和热源侧液体回路系统通过冷量分配单元进行热量交换，将热源侧吸收的服务器热量传送并散发到大气中；其中，

所述冷源侧液体回路系统包括设置在室外的干冷器或冷却塔、冷却出水管道、冷却回水管道；

所述热源侧液体回路系统包括设置在室内的服务器液冷散热模组、冷冻出水管道、冷冻回水管道；

所述冷量分配单元包括设置在室内的冷却泵、液液换冷器、冷冻泵和控制器。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述冷冻泵设置在所述冷冻水出水管道中，由控制器采用压差控制方法进行控制，实现冷冻水的流量控制。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，冷冻出水管道中设置有冷冻出水压力传感器，冷冻回水管道中设置有冷冻回水压力传感器，控制器根据冷冻出水压力传感器提供的冷冻出水压力和冷冻回水压力传感器提供的冷冻回水压力获取实时冷冻出回水压差。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，冷冻出水管道和冷冻回水管道之间设置有冷冻出回水压差传感器，控制器获取冷冻出回水压差传感器提供的实时冷冻出回水压差。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述压差目标值根据热源侧所带载的服务器数量和所需流量确定。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述冷却泵设置在所述冷却水出水管管道中，由控制器采用温差控制方法进行控制，实现冷却水的流量控制。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，冷却出水管道中设置有冷却出水温度传感器，控制器获取冷却出水温度传感器提供的实时冷却出水温度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据服务器芯片可承受的最高温度设定冷冻出水温度，根据冷冻出水温度设定值减去板换逼近温度作为冷却出水温度目标值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，由控制器对冷却塔的风机采用恒出水温度的控制方式，对冷却泵采用恒温差的控制方式，实现冷却水的流量控制。

本发明的另一方面，提供一种服务器液冷冷却系统的工作方法，所述方法包括：

确定压差控制方法和温差控制方法的目标值；

采用压差控制方法控制冷冻水流量，采用温差控制方法控制冷却水流量。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，确定压差控制方法和温差控制方法的目标值包括：

根据热源侧所带载的服务器数量和所需流量确定压差目标值；根据服务器芯片可承受的最高温度设定冷冻出水温度，根据冷冻出水温度设定值减去板换逼近温度作为冷却出水温度目标值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，采用压差控制方法控制冷冻水流量，采用温差控制方法控制冷却水流量包括：

采用压差控制方法对冷冻泵进行控制，实现冷冻水的流量控制；同时，采用温差控制方法对冷却泵进行控制，实现冷却水的流量控制。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，采用温差控制方法对冷却泵进行控制包括：

由控制器对冷却塔的风机采用恒出水温度的控制方式，对冷却泵采用恒温差的控制方式。

由以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下有益效果：通过对冷却泵和冷冻泵的控制，实现了冷量分配单元同时对热源侧(服务器)、冷源侧(干冷器或冷却塔)的流体控制，实现最优化节能运行。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例所提供的服务器液冷冷却系统的结构图；

图2是本发明实施例所提供的服务器液冷冷却系统工作方法的流程图。

附图标记：

1-冷源侧液体回路系统、2-冷量分配单元、3-热源侧液体回路系统、4-干冷器或冷却塔、5-冷却出水管道、6-冷却回水管道、7-服务器液冷散热模组、8-冷冻出水管道、9-冷冻回水管道、10-冷却泵、11-液液换冷器、12-冷冻泵、13-控制器、14-冷冻出水压力传感器、15-冷冻回水压力传感器、16-冷冻出水温度传感器、17-冷却出水温度传感器、18-冷却回水温度传感器、19-电动二通调节阀。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

本发明实施例给出一种服务器液冷冷却系统，请参考图1，其为本发明实施例所提供的服务器液冷冷却系统实施例的结构图，如图1所示，所述服务器液冷冷却系统包括冷源侧液体回路系统1、冷量分配单元2和热源侧液体回路系统3。冷源侧液体回路系统1和热源侧液体回路系统3通过冷量分配单元2进行热量交换，将热源侧吸收的服务器的热量传送并散发到大气中。

所述冷源侧液体回路系统1包括设置在室外的干冷器或冷却塔4、冷却出水管道5、冷却回水管道6；

所述热源侧液体回路系统3包括设置在室内的服务器液冷散热模组7、冷冻出水管道8、冷冻回水管道9；

所述冷量分配单元2包括设置在室内的冷却泵10、液液换冷器11、冷冻泵12和控制器13；

其中，所述服务器液冷散热模组7设置于服务器内部，用于吸收服务器热量，将吸收服务器热量后升温的冷冻水通过冷冻水回水管道9传输至液液换冷器11；在液液换冷器11中将热量传递給冷源侧的冷却水，使冷源侧的冷却水升温；通过冷冻出水管道8经降温后的冷冻水传输至服务器液冷散热模组7。

在所述服务器液冷散热模组7中，冷却水与被冷却的服务器电子器件分离，不直接接触，而是通过液冷板等高效热传导部件将被冷却对象的热量传递到冷却水中。由于冷却水比空气的比热大，散热速度远远大于空气，因此制冷效率远高于风冷散热。

优选地，所述冷冻泵12设置在所述冷冻水出水管道8中，由控制器13采用压差控制方法进行控制，实现冷冻水的流量控制。

优选地，在冷冻出水管道8设置冷冻出水压力传感器14，在冷冻回水管道9设置冷冻回水压力传感器15，控制器13根据冷冻出水压力传感器14提供的冷冻出水压力和冷冻回水压力传感器15提供的冷冻回水压力获取冷冻出回水压差。

优选地，在冷冻出水管道8和冷冻回水管道9之间设置冷冻出回水压差传感器，所述冷冻回水压差传感器的两个接口分别安装于冷冻出水管道8和冷冻回水管道9，用于获取冷冻出回水压差提供给控制器13。

优选地，控制器13与冷冻出水压力传感器、冷冻回水压力传感器或冻出回水压差传感器或冷冻泵12之间，通过有线或无线连接进行压力数据的传输，优选地，采用zigbee、wifi或蜂窝无线网络建立连接。

其中，压差控制方法的目标值来自于热源侧所带载的服务器数量和所需流量。优选地，采用保证最不利工作点压差的恒压差控制方法如下：

在液冷冷却冷却系统启动时，开启全部末端设备，保证末端设备的流量控制阀门完全开启，查看最不利工作点的末端设备的进水端压力和出水端压力，同时调节冷冻泵的运行数量与频率，直至最不利工作点的末端设备的进水端与出水端压差恰好满足该设备的额定压差时，查看冷冻出回水压差pd1，作为冷冻泵恒压差控制方法的目标压差，并将这一压差目标值提供给控制器13。

控制器13通过不断采集实时的冷冻出回水压差pd2，根据冷冻出回水压差的目标值pd1和实时值pd2的比对进行运算，控制冷冻泵12的转速，使实时值pd2接近目标值pd1，实现冷冻水的流量控制。

其中，所述干冷器或冷却塔4将冷却水通过冷却出水管道5传输至液液换冷器11；在液液换冷器11中吸收热源侧的冷冻水的热量，使热源侧的冷冻水降温；通过冷却回水管道6将升温后的冷却水传输至所述干冷器或冷却塔4进行冷却。

优选地，所述干冷器用于冬季自由冷却期间使用，冬季不开启冷却塔，利用干冷器实现自由冷却，本实施例中，以冷却塔为例进行说明。升温后的冷却水通过冷却回水管道6进入所述干冷器或冷却塔4的换热器中，由风扇带动空气对换热器进行散热，使降温后的冷却水进入冷却出水管道5。优选地，采用喷淋水喷淋至换热器上表面，在风扇作用下使部分水发生蒸发而带走热量，从而进一步降低冷却水出水温度。

优选地，在冷冻出水管道8设置冷冻出水温度传感器16，向控制器13提供冷冻出水温度；在冷却出水管道5设置冷却出水温度传感器17，向控制器13提供冷却出水温度。

优选地，所述冷却泵10设置在所述冷却水出水管道5中，由控制器13采用温差控制方法进行控制，实现冷却水的流量控制。

优选地，控制器13与冷冻出水温度传感器16、冷却出水温度传感器17、冷却泵10之间，通过有线或无线连接进行压力数据的传输，优选地，采用zigbee、wifi或蜂窝无线网络建立连接。

其中，根据服务器芯片可承受的最高温度设定冷冻出水温度，根据冷冻出水温度设定值减去板换逼近温度作为冷却出水温度目标值t1。即，冷冻出水温度目标值＝冷冻出水稳定设定值-板换逼近温度。

其中，板换逼近温度为液液换冷器11的结构特性决定，即进入液液换冷器11的冷却水出水与离开液液换冷器11的冷冻水出水的温度差。进入液液换冷器11的冷冻水回水与进入液液换冷器11的冷却水出水进行热量交换，降温后离开液液换冷器11的冷冻水出水的温度可以逼近但无法达到进入液液换冷器11的冷却水出水的温度，其温度差即为板逼近换热温度。

将冷冻出水温度目标值t1作为温差控制方法的目标值。控制器13通过不断采集实时的冷冻出水温度t2，根据冷冻出水温度目标值t1和实时值t2的比对进行运算，控制冷却泵10的转速，使冷冻出水温度实时值t2接近目标值t1，实现对冷却水的流量控制。

在本实施例的一种优选实现方式中，控制器13对冷却泵10和冷却塔4的风机分别进行控制，实现对冷却水的流量控制。

优选地，对冷却塔4的风机采用恒出水温度的控制方式，控制方法如下：

控制器13通过不断采集实时的冷冻出水温度t2，根据冷冻出水温度目标值t1和实时值t2的比对进行运算，控制冷却塔风机的运行数量和频率，实现冷却塔的出水温度控制。

优选地，对冷却泵10采用恒温差的控制方式，控制方法如下：

在冷却回水管道6设置冷却回水温度传感器18，控制器13通过冷却出水温度传感器17和冷却回水温度传感器18，实时获取冷却出水温度和冷却回水温度，以预设冷却水温差，例如5℃冷却水温差，为目标值，根据温差的目标值和实时值的比对，控制冷却泵10的运行频率，实现对冷却水的流量控制。

在本实施例中，冷源侧液体回路系统1中的冷却水循环受到冷却泵10的控制，而冷却泵10是根据冷冻出水稳定设定值确定度，实现了根据需求控制冷源侧。

优选地，控制器的控制原理如下：通过传感器获取设备的运行工况数据，然后对这些数据进行建模分析并根据分析结果产生控制信号对设备进行控制，而控制命令生效后数据的变化则通过传感器再次反馈给控制系统，对下一次的控制命令产生影响，形成一个闭环，进而保证设备稳定在预设的工况下运行。

优选地，在液冷冷却系统的运行过程中，可能会出现控制器13与冷冻泵12、冷却泵10及冷却塔4的风机的通讯故障，为了在故障情况下仍能维持冷却系统运转，对冷却泵10、冷冻泵12及冷却塔4的风机进行设置如下：

若控制器13与冷却塔4的风机的通讯出现中断，则冷却塔4的风机默认以最高频率运行。

若控制器13与冷却泵10的通讯出现中断，则冷却泵10会默认以额定最大转速运行，同时，控制器13启用设置在冷却出水管道5与冷却回水管道6之间的电动二通调节阀19。其中，所述电动二通调节阀19为常闭设置，仅在所述冷却泵10控制失效时进入调节状态，用于调节冷却水流量。所述电动二通调节阀19设置在冷却出水管道5与冷却回水管道6之间，而非设置在冷却出水管道5或冷却回水管道6中，可以减少系统正常运行状态中冷却水的在管道中的运行阻力。

本实施例所述方法，通过控制器对冷却泵和冷冻泵的控制，实现了冷量分配单元对热源侧(服务器)和冷源侧(干冷器或冷却塔)的流体的同时控制，实现最优化节能运行。

图2为本发明的服务器冷却系统工作方法的流程图。本实施例的工作方法为上述图1所示的服务器冷却系统的工作方法。如图2所示，本实施例的服务器冷却系统工作方法，具体可以包括如下步骤：

根据热源侧所带载的服务器数量和所需流量确定压差目标值；根据服务器芯片可承受的最高温度设定冷冻出水温度，根据冷冻出水温度设定值减去板换逼近温度作为冷却出水温度目标值；

由控制器13采用压差控制方法对冷冻泵12进行控制，实现冷冻水的流量控制；同时，由控制器采用温差控制方法对冷却泵10进行控制，实现冷却水的流量控制。

优选地，由控制器13对冷却塔4的风机采用恒出水温度的控制方式，对冷却泵10采用恒温差的控制方式。

本实施例的服务器冷却系统工作方法，原理与上述服务器冷却系统工作的原理相同，详细可以参考上述相关系统实施例的记载，在此不再赘述。

本实施例所述方法，由以上技术方案可以看出，通过对冷却泵和冷冻泵的控制，实现了冷量分配单元同时对热源侧(服务器)、冷源侧(干冷器或冷却塔)的流体控制，实现最优化节能运行。应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。