冷却水温度补偿控制方法与流程

1.本发明属于冷却设备技术领域，特别涉及一种冷却水温度补偿控制方法。


背景技术：

2.数据中心内的计算机工作时会产生大量的热，为维持计算机的正常工作，需要采用冷却设备对计算机进行降温。冷却设备通常采用冷冻机、冷却塔作为冷源。在气温较低时，采用冷却塔对计算机进行降温，能有效降低能耗；在气温较高时，冷却塔的出水温度无法满足散热需求，采用冷冻机对计算机进行降温。
3.目前采用冷却塔作为冷源时，监测冷却塔的出水温度，当冷却塔的出水温度高于某一设定值时，将冷源切换为冷冻机。然而采用该冷源切换方式时，春秋季节一天内外界气温会发生多次波动，进而现多次满足冷源切换条件的情况，使冷源的切换过于频繁，影响冷却设备的高效稳定运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种冷却水温度补偿控制方法，能避免春秋季节气温波动导致的冷源频繁切换，并能在外界气温满足冷源切换条件时，及时实现自冷却塔转换冷冻机的冷源切换。
5.为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种冷却水温度补偿控制方法，冷却设备工作时，控制系统监测室外湿球温度，并根据室外湿球温度判断是否进行冷源切换，记t0为冷却塔安全工作温度，t1为冷冻机安全工作温度，且t0《t1；
6.步骤a：当前冷源为冷却塔时，若室外湿球温度大于t0，控制系统即刻根据步骤a1、步骤a2将冷源自冷却塔切换为冷冻机，进入步骤b；其中，
7.步骤a1：控制系统开启冷冻机，同时控制管路阀门使冷却塔的出水流经冷冻机并与数据中心机房负载的出水在换热器一处换热后回水；
8.步骤a2：待流经冷冻机的冷却水温度上升至冷冻机制冷启动设定值时，冷冻机启动制冷，控制系统控制管路阀门使数据中心机房负载的出水与冷冻机的出水在换热器二换热后回水，然后断开冷却塔与换热器一的连通管路，再关闭冷却塔；
9.步骤b：当前冷源为冷冻机时，若室外湿球温度小于t1，控制系统根据步骤b1、步骤b2将冷源切换为冷却塔，完成冷源切换后进入步骤a；其中，
10.步骤b1：继续应用当前冷源t0时长，并在t0时长后检测室外湿球温度；
11.步骤b2：如果在t0时长后内室外湿球温度大于t0，进入步骤b；
12.如果t0时长后室外湿球温度小于等于t0，控制系统开启冷却塔，并控制管路阀门使冷却塔与数据中心机房负载的出水在换热器一处换热后回水，然后断开冷冻机与换热器二的连通管路，再关闭冷冻机；
13.如果t0时长后室外湿球温度大于t0并小于t1，进入步骤b1。
14.与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：冷源切换条件合理，能过滤外界短期
温度波动，从而保证冷却设备在春秋季节的长效稳定运行，并能基于外界温度对冷源进行及时切换，在保障设备运行的前提下降低能耗。
附图说明
15.下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
16.图1是本发明的示意图；
17.图2是本冷冻水塔工作或补偿状态示意图；
18.图3是本冷冻机制冷、冷冻水塔辅助散热工作状态示意图；
19.图4是本单独冷冻机制冷工作状态示意图；
20.图5、6是本发明的控制方法示意图。
21.图中：10.机房负载，20.冷却塔，30.冷冻机，40.换热器一，50.换热器二，c1.阀门一，c2.阀门二，c3.直通管路一，r1.阀门四，r2.阀门五，r3.直通管路二。
具体实施方式
22.下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
23.一种冷却水温度补偿控制方法，冷却设备工作时，控制系统监测室外湿球温度，并根据室外湿球温度判断是否进行冷源切换，记t0为冷却塔安全工作温度，t1为冷冻机安全工作温度，且t0《t1；
24.步骤a：当前冷源为冷却塔20时，若室外湿球温度大于t0，控制系统即刻将冷源自冷却塔20切换为冷冻机30，进入步骤b。
25.需要说明的是，采用室外湿球温度作为冷源切换条件时，存在测得的外界气温满足冷源切换条件，然而冷却塔的出水温度低于冷冻机的制冷启动条件，使得冷冻机无法启动制冷程序的情况。冷冻机启动制冷条件的变更困难且费用高昂，如果等到冷却塔的出水温度升高至冷冻机制冷启动设定值才切换冷源，可能会导致数据中心内过热，降低计算机的运行效率。故而本方法采用如下步骤将冷源自冷却塔20切换为冷冻机30：
26.步骤a1：如附图2所示，控制系统开启冷冻机30，同时控制管路阀门使冷却塔20的出水流经冷冻机30并与数据中心机房负载10的出水在换热器一40处换热后回水。
27.步骤a2：如附图3、4所示，待流经冷冻机30的冷却水温度上升至冷冻机制冷启动设定值时，冷冻机30启动制冷，控制系统控制管路阀门使数据中心机房负载10的出水与冷冻机30的出水在换热器二50换热后回水，然后断开冷却塔20与换热器一40的连通管路，再关闭冷却塔20。
28.步骤b：当前冷源为冷冻机30时，若室外湿球温度小于t1，控制系统根据步骤b1、步骤b2进行冷源切换，完成冷源切换后进入步骤a。其中，
29.步骤b1：继续应用当前冷源t0时长，并在t0时长后检测室外湿球温度；
30.步骤b2：如果在t0时长后内室外湿球温度大于t0，进入步骤b；
31.如果t0时长后室外湿球温度小于等于t0，控制系统开启冷却塔20，并控制管路阀门使冷却塔20与数据中心机房负载10的出水在换热器一40处换热后回水，然后断开冷冻机30与换热器二50的连通管路，再关闭冷冻机30；
32.如果t0时长后室外湿球温度大于t0并小于t1，进入步骤b1。
33.这里需要说明的是，所述的安全工作温度，指的是应用某一冷源时，对机房负载10的散热效果能满足数据中心稳定运行的室外湿球温度。即当室外湿球温度不高于t0时，应用冷却塔20为冷源对机房负载10的散热效果好，能保证数据中心的稳定运行；当室外湿球温度不低于t1时，应用冷冻机30为冷源对机房负载10进行散热的效果方才能满足需求；当室外湿球温度低于t1并高于t0时，应用冷冻机30为冷源能耗较高，应用冷却塔20为冷源存在散热效果不满足需求的风险。
34.本方法为保证数据中心的稳定可靠运行，若室外湿球温度自低温上升至冷却塔20的安全工作温度，便进行冷源切换，将冷源自冷却塔20切换为冷冻机30。若室外湿球温度自高温下降至冷冻机30的安全工作温度，先继续应用冷冻机30为冷源并观察t0时长，如果经过t0观察期后，室外湿球温度下降至冷却塔20安全工作温度，才进行冷源切换，这样便能过滤t0时长范围内的气温波动，从而避免冷源的频繁切换。为进一步降低能耗，在步骤b2中，如果t0时长内室外湿球温度下降至t0，便可以进行冷源切换，将冷源自冷冻机30切换为冷却塔20。观察期的时长t0优选为2h≤t0≤14h，本实施例中，t0为4h或12h。
35.为降低能耗，记t2为冷却塔20辅助散热工作温度，在所述的步骤a2中断开冷却塔20与换热器一40的连通管路后，采用如下步骤关闭冷却塔20：判断冷却塔20的出水温度，如果冷却塔20的出水温度小于等于t2，应用冷却塔20对冷冻机30进行散热，即附图3所示工作模式；一旦冷却塔20的出水温度大于t2，断开冷却塔20与冷冻机30的连接并关闭冷却塔20，即附图4所示工作模式。事实上，在步骤b中，即应用冷冻机30为冷源时，也可以在冷却塔20的出水温度小于等于t2时，应用冷却塔20对冷冻机30进行散热。
36.在另一实施例中，为简化冷源切换条件，步骤b可以采用如下方法，当前冷源为冷冻机30时，若室外湿球温度小于t0，控制系统将冷源自冷冻机30切换为冷却塔20，进入步骤a。如附图5所示，监测室外湿球温度，在t2时刻进行自冷冻机30至冷却塔20的冷源切换。
37.本实施例的管路如附图1所示，机房负载10的出水在换热器一40处与冷却塔20的出水换热、在换热器二50处与冷冻机30的出水换热，冷却塔20与冷冻机30、换热器一40串联布置在同一回路上并由阀门控制冷却塔20与换热器一40的通断。机房负载10与换热器一40、换热器二50串联布置在同一回路上并由阀门控制机房负载10与换热器一40的通断。具体管路布置为，冷却塔20的出水端依次设有阀门一c1、阀门二c2，阀门一c1连接在冷却塔20的出水口与换热器一40的入口之间，阀门二c2连接在换热器一40的出口与冷却塔20的回水口之间，阀门一c1与阀门二c2之间设有直通管路一c3。机房负载10的出水端依次设有阀门四r1、阀门五r2，阀门四r1连接在机房负载10的出水口与换热器一40的入口之间，阀门五r2连接在换热器一40的出口与机房负载10的回水口之间，阀门四r1与阀门五r2之间设有直通管路二r3。这样的话，当且仅当阀门一、二c1、c2断开直通管路一c3并连通冷却塔20与换热器一40，阀门四、五r1、r2断开直通管路二r3并连通机房负载10与换热器一40时，冷却塔20的出水在换热器一40处与机房负载10的出水换热。待冷冻机30制冷后，控制阀门使阀门一、二c1、c2连通直通管路一c3或阀门四、五r1、r2连通直通管路二r3，机房负载10的出水便会在换热器二50处与冷冻机30的出水换热。
38.附图所示的实施例中，冷冻机30位于换热器一40的上游，这样冷冻机30将在回路内的冷却水均升温至设定温度后方才开启，从而保证冷冻机30的稳定运行。为便于春秋时
节冷源的切换，采用冷却塔20为冷源时便可采用如附图2所示的运行模式。冷却水回路中换热器一40出口处的冷却水温度较高，若将冷冻机30设于换热器一40的下游、冷却塔20回水端的上游，能更加迅速地启动冷冻机30制冷程序，然而，由于回路中仍旧存在温度低于设定温度的冷却水，如果在冷冻机30的制冷程序启动后，流经冷冻机30的冷却水温度低于设定温度，可能导致冷冻机30停止制冷，影响冷冻机30工作的稳定性。
39.冷源自冷却塔20切换为冷冻机时，冷却塔20的出水温度高于冷冻机30的出水温度，附图所示的实施例中换热器二50位于换热器一40的下游，这样在附图2所示的运行模式下，冷冻机30开启并稳定运行前，机房负载10的出水先在换热器一40处初冷后再在换热器二50处进一步换热，能保证散热效果，进而保证冷源切换过程中计算机工作的可靠性。若将换热器二50设于换热器一40的上游，在附图2所示的运行模式中，冷冻机30开启后机房负载10的出水先在换热器二50处进行换热，若换热后机房负载水的温度低于冷却塔20的出水，在换热器一40处，反而会导致机房负载水的温度升高，进而影响机房负载10的散热效果。
40.在室外湿球温度高于t0时，若冷却塔20的出水温度低于冷冻机30的制冷启动温度，采用如附图2所示的运行模式，阀门一c1连通冷却塔20的出水口与换热器一40入口、阀门二c2连通换热器一40出口与冷却塔20的回水口，同时，机房回路中的阀门四r1连通机房负载10的出水口和换热器一40入口、阀门五r2连通换热器一40出口和机房负载10的回水口，如此，冷却塔20的出水在换热器一40处于机房负载水换热后能迅速升温，进而快速启动串联于同一回路上的冷冻机30。实际上，春秋季节冷却设备采用冷却塔20作为冷源时，便可采用如附图2所示的工作模式，这样当室外湿球温度温度高于t0时，冷却回路内冷却水的水温必然高于冷冻机30的制冷启动温度，无需切换工作模式就能启动冷冻机30的制冷程序。在实际应用过程中，为保证冷却设备维护与检修时对数据中心的冷却效果，冷却设备通常设有两个及以上的冷却塔组和冷冻机组，冷却塔组内的冷却塔并联布置，冷冻机组内的冷冻机并联布置。附图所示的实施例中，串联于同一回路内的冷却塔20、冷冻机30为当前工作的冷却塔20和冷冻机30，工作人员仍旧能对待机状态的冷却塔20、冷冻机30进行检修。
41.冷冻机30启动制冷并稳定工作后，先控制阀门四、五r1、r2连通直通管路二r3，断开机房负载回路与换热器一40的连通管路，即阀门四r1连通机房负载10的出水口与阀门五r2，阀门五r2连通阀门四r1与换热器二50入口；再控制阀门一、二c1、c2连通直通管路一c3，断开冷却回路与换热器一40的连通管路，即阀门一c1连通冷却塔20的出水口与阀门二c2，阀门二c2连通阀门一c1与冷却塔20的回水口，这样能应用冷却塔20对冷冻机30进行散热，以进一步降低能耗。具体实施时，记t2为冷却塔20辅助散热工作温度且t2大于冷冻机的制冷启动温度，判断冷却塔20的出水温度，当冷却塔20的出水温度小于等于t2，应用如附图3所示的运行模式，冷却水回路中冷却塔20与冷冻机30串联连接，冷却塔20对冷冻机30进行散热；当冷却塔20的出水温度大于t2，应用如附图4所示的运行模式，冷却塔20停止工作，冷冻机30采用其他的散热模式。
42.在其他的实施例中，也可以在冷冻机30启动制冷并稳定工作后，直接应用如附图4所示的运行模式。