靶向式制冷系統(tǒng)在信息機(jī)房中的應(yīng)用研究

云南電網(wǎng)公司曲靖供電局 艾 淵

云南迪智科技有限公司 楊 哲

靶向式制冷系統(tǒng)在信息機(jī)房中的應(yīng)用研究

云南電網(wǎng)公司曲靖供電局 艾 淵

云南迪智科技有限公司 楊 哲

在當(dāng)前信息化時(shí)代，數(shù)據(jù)機(jī)房的廣泛應(yīng)用和高昂的運(yùn)行成本使得其節(jié)能指標(biāo)愈發(fā)受到企業(yè)的重視。各種節(jié)能技術(shù)越來越多的應(yīng)用到數(shù)據(jù)機(jī)房中，國內(nèi)數(shù)據(jù)機(jī)房的節(jié)能指標(biāo)也越來越受到關(guān)注，在國外有專業(yè)的公司進(jìn)行數(shù)據(jù)機(jī)房的節(jié)能改造，靶向式制冷系統(tǒng)也是重點(diǎn)改造之一。本文研究靶向式制冷系統(tǒng)在曲靖供電局信息機(jī)房中的應(yīng)用，為推動智能綠色機(jī)房建設(shè)做貢獻(xiàn)。

綠色機(jī)房；靶向式制冷系統(tǒng)；PUE；信息化

前言

靶向式制冷系統(tǒng)受到氣候條件限制，即使在曲靖地區(qū)，也有個(gè)別月份（如夏季高溫高濕氣候條件下）無法正常使用，需要啟動精密空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)房溫濕度調(diào)節(jié)，此時(shí)的PUE高達(dá)2.8或者更高。其次，新風(fēng)及蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)受到工程占地限制，并不適合所有數(shù)據(jù)機(jī)房的推廣使用，尤其是已經(jīng)投入運(yùn)行的數(shù)據(jù)機(jī)房，很難有空間實(shí)施本系統(tǒng)。

因此設(shè)計(jì)一套基于數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的靶向式智能控制系統(tǒng)，通過提高空調(diào)系統(tǒng)對IT設(shè)備的制冷效率，有效降低數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的總體能耗，達(dá)到降低機(jī)房PUE指標(biāo)的目標(biāo)。[1]實(shí)施“靶向式制冷系統(tǒng)”，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房制冷系統(tǒng)的深度節(jié)能化和智能化。

1.靶向式制冷系統(tǒng)介紹

靶向式制冷系統(tǒng)是針對提高數(shù)據(jù)機(jī)房能耗大戶而設(shè)計(jì)的提高其能源效率的節(jié)能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理，則可以做到不受氣候條件、實(shí)施空間的限制，具備大規(guī)模推廣的有利條件。

曲靖供電局信息中心數(shù)據(jù)機(jī)房共計(jì)有3個(gè)冷通道，均采用制冷方式為新風(fēng)及蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)加精密空調(diào)后備模式實(shí)現(xiàn)溫濕度調(diào)節(jié)。本研究設(shè)計(jì)在其中的一個(gè)通道上實(shí)施“靶向式制冷控制系統(tǒng)”，通過與其他2個(gè)通道的實(shí)時(shí)比對，可以客觀的比對“靶向式制冷控制系統(tǒng)”的運(yùn)行效果和節(jié)能效果。針對數(shù)據(jù)機(jī)房研發(fā)特定的風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制算法實(shí)施有效控制。機(jī)房IT設(shè)備工作時(shí)間模式為7×24，對機(jī)房工作環(huán)境的安全、健康和環(huán)保有很高的要求。

綠色機(jī)房靶向式制冷系統(tǒng)研究包括：（1）研究設(shè)計(jì)一套針對每個(gè)IT機(jī)柜排風(fēng)溫濕度實(shí)施監(jiān)測的精密監(jiān)測系統(tǒng)；（2）研究設(shè)計(jì)一套針對每個(gè)IT機(jī)柜通風(fēng)量實(shí)施精確調(diào)節(jié)的精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)；（3）研究設(shè)計(jì)一套實(shí)現(xiàn)每個(gè)IT機(jī)柜排風(fēng)溫度均衡的精密控制算法；（4）研究設(shè)計(jì)一套控制調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)效果展示的上位機(jī)控制軟件系統(tǒng)，并融入原有機(jī)房智能控制系統(tǒng)中。

靶向式制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 精密監(jiān)測系統(tǒng)研究

精密監(jiān)測是達(dá)成精密控制的前提，靶向式制冷的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對每個(gè)IT機(jī)柜通風(fēng)量的精確控制，保證熱負(fù)荷不同的機(jī)柜通風(fēng)量不同，在保證IT設(shè)備安全運(yùn)行環(huán)境的基礎(chǔ)上，達(dá)成溫度場均衡，進(jìn)而達(dá)成節(jié)能的目標(biāo)。

根據(jù)以上需求每一個(gè)IT機(jī)柜后背板（排風(fēng)口）處均部署上下2個(gè)溫濕度傳感器，由此可以精密監(jiān)控每個(gè)機(jī)柜的排風(fēng)溫濕度，從而構(gòu)建IT機(jī)柜排風(fēng)溫濕度場數(shù)據(jù)，為精密控制每個(gè)IT機(jī)柜的通風(fēng)量提供調(diào)控依據(jù)。由于傳感器部署較密集，且安裝空間有限，每個(gè)IT機(jī)柜后部排風(fēng)側(cè)上下部各部署1個(gè)，采用數(shù)字化傳感器，并通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)。

1.2 精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究

每個(gè)IT機(jī)柜部署的IT設(shè)備數(shù)量、種類均不同，因此負(fù)載、發(fā)熱量也是不同的，所需要的通風(fēng)量也不同，因此必須設(shè)計(jì)一種安裝簡便、安全可靠、可調(diào)范圍大的風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)備。[2]而IT機(jī)柜為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，可用空間有限，因此我們將為每個(gè)IT機(jī)柜設(shè)計(jì)配置一個(gè)可電動調(diào)節(jié)通風(fēng)量的前機(jī)柜門（即更換原有機(jī)柜前門為可電動調(diào)節(jié)通風(fēng)量的可控柜門），實(shí)現(xiàn)每個(gè)IT機(jī)柜柜門0-66%開度的連續(xù)調(diào)節(jié)能力。

鑒于IT機(jī)柜的特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)一款通風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，滿足如下需求：A.占用空間小，可以直接安裝在標(biāo)準(zhǔn)IT機(jī)柜上并不影響使用；B.通風(fēng)量可調(diào)范圍大,調(diào)節(jié)范圍0-66%；

采用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，供電電源為直流24V，每個(gè)IT機(jī)柜通風(fēng)量可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，每個(gè)IT機(jī)柜配置1個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)具備短路保護(hù)功能，故障時(shí)不能影響IT設(shè)備正常運(yùn)行；控制器具備安全運(yùn)行模式，當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障時(shí)，能夠自動運(yùn)行在安全模式。

1.3 精密控制算法的研究

靶向式制冷控制系統(tǒng)是以每個(gè)制冷通道作為整體進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的。一般每個(gè)IT機(jī)房根據(jù)規(guī)模大小，設(shè)計(jì)了多條冷通道系統(tǒng)，每個(gè)調(diào)節(jié)通道包括多個(gè)IT機(jī)柜，每個(gè)IT機(jī)柜通過可調(diào)通風(fēng)量柜門實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的調(diào)節(jié)，但同時(shí)由于風(fēng)阻的變化，也會影響到其他柜體已經(jīng)調(diào)節(jié)好的通風(fēng)量，因此可以看出這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)多輸入、多輸出、強(qiáng)耦合的復(fù)雜調(diào)控系統(tǒng)。

根據(jù)整個(gè)通風(fēng)道的排風(fēng)溫度場，需要一種精密控制算法，自適應(yīng)的完成對每個(gè)IT機(jī)柜柜門開度的準(zhǔn)確有效的調(diào)控，并有效的補(bǔ)償系統(tǒng)耦合帶來的復(fù)雜影響，從而最終達(dá)成排風(fēng)溫度場均勻分布，提高精密空調(diào)效率，解決數(shù)據(jù)機(jī)房中普遍存在的過度制冷和制冷欠缺等問題，最終達(dá)成實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

（1）中心控制器

系統(tǒng)配置一臺中心控制器，內(nèi)置控制算法，通過獲取全部IT機(jī)柜排風(fēng)溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后發(fā)送控制命令至每個(gè)IT機(jī)柜,實(shí)現(xiàn)每個(gè)IT機(jī)柜的通風(fēng)量調(diào)節(jié)，并最終達(dá)成排風(fēng)溫度均衡的目標(biāo)。

（2）與綠色數(shù)據(jù)機(jī)房智能控制系統(tǒng)的接口

中心控制器通過以太網(wǎng)接入控制網(wǎng)絡(luò)，并通過接口程序?qū)崿F(xiàn)與控制系統(tǒng)的對接。中心控制器采用有線或無線方式與IT機(jī)柜控制器連接，實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集和調(diào)節(jié)命令下發(fā)功能；并提供以太網(wǎng)口接入控制系統(tǒng)。

1.4 上位機(jī)控制和展示系統(tǒng)研究

靶向式制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自動運(yùn)行，參數(shù)設(shè)置和調(diào)控效果展示則需要在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。曲靖供電局?jǐn)?shù)據(jù)機(jī)房已經(jīng)具備了智能控制系統(tǒng)，因此靶向式制冷系統(tǒng)的控制設(shè)置和展示系統(tǒng)應(yīng)該無縫的融入原有控制系統(tǒng)中。

（1）參數(shù)設(shè)置功能

采用Web頁面方式實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置，包括：每個(gè)IT機(jī)柜通風(fēng)量上下限值設(shè)置、排風(fēng)溫度上下限值設(shè)置等；Web頁面融入原有控制系統(tǒng)，并通過原有控制系統(tǒng)的權(quán)限管理模塊進(jìn)行權(quán)限管理。

（2）調(diào)控效果展示系統(tǒng)

采用Web頁面方式實(shí)現(xiàn)調(diào)控效果展示，包括：以表格方式展示調(diào)控后溫濕度數(shù)據(jù)、以場圖方式展示溫度梯度等；Web頁面融入原有控制系統(tǒng)，并通過原有控制系統(tǒng)的權(quán)限管理模塊進(jìn)行權(quán)限管理。

2.結(jié)語

此系統(tǒng)的研究是建立一套新的系統(tǒng)來優(yōu)化我局新風(fēng)系統(tǒng)，由于靶向式制冷系統(tǒng)的制冷精度高，效果良好，能夠顯著提高目前的綠色機(jī)房的制冷效率，促進(jìn)信息機(jī)房的安全穩(wěn)定運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)高度智能化、精益化的信息機(jī)房。該課題的研究旨在提高信息機(jī)房IT設(shè)備運(yùn)行環(huán)境質(zhì)量，保障了信息系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]陳文博.典型通訊機(jī)房空調(diào)精確送風(fēng)方式研究[D].廣州大學(xué)碩士論文,2014.03期.

[2]褚立辰.電源機(jī)柜端子座的有限元建模與優(yōu)化[D].北京郵電大學(xué)碩士論文,2013.