靶向式制冷系統在信息機房中的應用研究

云南電網公司曲靖供電局 艾 淵

云南迪智科技有限公司 楊 哲

靶向式制冷系統在信息機房中的應用研究

云南電網公司曲靖供電局 艾 淵

云南迪智科技有限公司 楊 哲

在當前信息化時代，數據機房的廣泛應用和高昂的運行成本使得其節能指標愈發受到企業的重視。各種節能技術越來越多的應用到數據機房中，國內數據機房的節能指標也越來越受到關注，在國外有專業的公司進行數據機房的節能改造，靶向式制冷系統也是重點改造之一。本文研究靶向式制冷系統在曲靖供電局信息機房中的應用，為推動智能綠色機房建設做貢獻。

綠色機房；靶向式制冷系統；PUE；信息化

前言

靶向式制冷系統受到氣候條件限制，即使在曲靖地區，也有個別月份（如夏季高溫高濕氣候條件下）無法正常使用，需要啟動精密空調系統進行機房溫濕度調節，此時的PUE高達2.8或者更高。其次，新風及蒸發式制冷系統受到工程占地限制，并不適合所有數據機房的推廣使用，尤其是已經投入運行的數據機房，很難有空間實施本系統。

因此設計一套基于數據機房空調系統的靶向式智能控制系統，通過提高空調系統對IT設備的制冷效率，有效降低數據機房空調系統的總體能耗，達到降低機房PUE指標的目標。[1]實施“靶向式制冷系統”，進一步實現數據機房制冷系統的深度節能化和智能化。

1.靶向式制冷系統介紹

靶向式制冷系統是針對提高數據機房能耗大戶而設計的提高其能源效率的節能系統，設計合理，則可以做到不受氣候條件、實施空間的限制，具備大規模推廣的有利條件。

曲靖供電局信息中心數據機房共計有3個冷通道，均采用制冷方式為新風及蒸發式制冷系統加精密空調后備模式實現溫濕度調節。本研究設計在其中的一個通道上實施“靶向式制冷控制系統”，通過與其他2個通道的實時比對，可以客觀的比對“靶向式制冷控制系統”的運行效果和節能效果。針對數據機房研發特定的風量調節裝置，同時還要實現穩定的控制算法實施有效控制。機房IT設備工作時間模式為7×24，對機房工作環境的安全、健康和環保有很高的要求。

綠色機房靶向式制冷系統研究包括：（1）研究設計一套針對每個IT機柜排風溫濕度實施監測的精密監測系統；（2）研究設計一套針對每個IT機柜通風量實施精確調節的精密調節系統；（3）研究設計一套實現每個IT機柜排風溫度均衡的精密控制算法；（4）研究設計一套控制調節及調節效果展示的上位機控制軟件系統，并融入原有機房智能控制系統中。

靶向式制冷系統結構圖

1.1 精密監測系統研究

精密監測是達成精密控制的前提，靶向式制冷的目標是實現對每個IT機柜通風量的精確控制，保證熱負荷不同的機柜通風量不同，在保證IT設備安全運行環境的基礎上，達成溫度場均衡，進而達成節能的目標。

根據以上需求每一個IT機柜后背板（排風口）處均部署上下2個溫濕度傳感器，由此可以精密監控每個機柜的排風溫濕度，從而構建IT機柜排風溫濕度場數據，為精密控制每個IT機柜的通風量提供調控依據。由于傳感器部署較密集，且安裝空間有限，每個IT機柜后部排風側上下部各部署1個，采用數字化傳感器，并通過數字網絡接入系統。

1.2 精密調節系統研究

每個IT機柜部署的IT設備數量、種類均不同，因此負載、發熱量也是不同的，所需要的通風量也不同，因此必須設計一種安裝簡便、安全可靠、可調范圍大的風量調節設備。[2]而IT機柜為標準設備，可用空間有限，因此我們將為每個IT機柜設計配置一個可電動調節通風量的前機柜門（即更換原有機柜前門為可電動調節通風量的可控柜門），實現每個IT機柜柜門0-66%開度的連續調節能力。

鑒于IT機柜的特點，需要設計一款通風量調節裝置，滿足如下需求：A.占用空間小，可以直接安裝在標準IT機柜上并不影響使用；B.通風量可調范圍大,調節范圍0-66%；

采用電動執行機構，供電電源為直流24V，每個IT機柜通風量可以獨立調節，每個IT機柜配置1個控制器，實現對電動執行機構的控制。電動執行機構應具備短路保護功能，故障時不能影響IT設備正常運行；控制器具備安全運行模式，當調節系統故障時，能夠自動運行在安全模式。

1.3 精密控制算法的研究

靶向式制冷控制系統是以每個制冷通道作為整體進行調節控制的。一般每個IT機房根據規模大小，設計了多條冷通道系統，每個調節通道包括多個IT機柜，每個IT機柜通過可調通風量柜門實現通風量的調節，但同時由于風阻的變化，也會影響到其他柜體已經調節好的通風量，因此可以看出這個調節系統是一個多輸入、多輸出、強耦合的復雜調控系統。

根據整個通風道的排風溫度場，需要一種精密控制算法，自適應的完成對每個IT機柜柜門開度的準確有效的調控，并有效的補償系統耦合帶來的復雜影響，從而最終達成排風溫度場均勻分布，提高精密空調效率，解決數據機房中普遍存在的過度制冷和制冷欠缺等問題，最終達成實現節能的目標。

（1）中心控制器

系統配置一臺中心控制器，內置控制算法，通過獲取全部IT機柜排風溫濕度數據，經計算后發送控制命令至每個IT機柜,實現每個IT機柜的通風量調節，并最終達成排風溫度均衡的目標。

（2）與綠色數據機房智能控制系統的接口

中心控制器通過以太網接入控制網絡，并通過接口程序實現與控制系統的對接。中心控制器采用有線或無線方式與IT機柜控制器連接，實現溫濕度數據采集和調節命令下發功能；并提供以太網口接入控制系統。

1.4 上位機控制和展示系統研究

靶向式制冷系統設計為自動運行，參數設置和調控效果展示則需要在上位機實現。曲靖供電局數據機房已經具備了智能控制系統，因此靶向式制冷系統的控制設置和展示系統應該無縫的融入原有控制系統中。

（1）參數設置功能

采用Web頁面方式實現參數設置，包括：每個IT機柜通風量上下限值設置、排風溫度上下限值設置等；Web頁面融入原有控制系統，并通過原有控制系統的權限管理模塊進行權限管理。

（2）調控效果展示系統

采用Web頁面方式實現調控效果展示，包括：以表格方式展示調控后溫濕度數據、以場圖方式展示溫度梯度等；Web頁面融入原有控制系統，并通過原有控制系統的權限管理模塊進行權限管理。

2.結語

此系統的研究是建立一套新的系統來優化我局新風系統，由于靶向式制冷系統的制冷精度高，效果良好，能夠顯著提高目前的綠色機房的制冷效率，促進信息機房的安全穩定運行,實現高度智能化、精益化的信息機房。該課題的研究旨在提高信息機房IT設備運行環境質量，保障了信息系統的安全穩定運行。

[1]陳文博.典型通訊機房空調精確送風方式研究[D].廣州大學碩士論文,2014.03期.

[2]褚立辰.電源機柜端子座的有限元建模與優化[D].北京郵電大學碩士論文,2013.