空调制冷系统及空调制冷控制方法与流程

1.本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调制冷系统及空调制冷控制方法。


背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3.为了应对数据中心日益突出的空调系统能耗问题，数据中心采用的空调系统节能技术可归结为三类：自然冷源的利用、提高空调设备自身效率以及对气流组织进行优化。在现有空调制造技术以及特定自然条件下，对气流组织的优化无疑是最直接、最有效的节能方式。
4.对气流组织的优化经历了从最开始的风帽上送风，到风管上送风，再到如今被广泛使用的地板下送风以及适用模块化安装的列间空调布置方式，并且在各送风方式的基础上也提出了增加导流板、封闭冷热通道等进一步优化的方法。而这些技术主要用于消除机房内温度分布不均、避免冷风“短路”，未针对强化气流与服务器之间对流换热及减少服务器表面积灰等方面提出较好的解决方案。
5.目前，现有技术中对气流组织优化的方式主要有如下两种：
6.第一种，采用地板送风的方式，机柜采用背靠背、面对面布置，使得机柜间形成明显的冷热通道，封闭冷热通道，减少冷热气流之间的掺混。这种方式存在如下缺点：
①
地板内布置有大量线槽和线缆，增大了风阻，并且使个各送风口风量分配不均，出现局部温度偏高，局部温度偏低现象；
②
地板下积有许多粉尘等杂物，容易直接吹入服务期内，影响服务器换热，缩短服务器寿命；
③
对机柜顶部的散热效果较差。
7.第二种，采用列间空调布置的方式，将空调末端迁至服务器附近，极大地缩短了空调出风口到服务器的距离，最大程度的利用空调冷量，且可有效解决地板送风不能将冷风送到机柜顶部的问题。这种方式存在如下缺点：
①
空调机正对布置，空调出风气流之间形成强烈的干扰，不利于冷风第一时间与服务器进行换热；
②
相邻空调之间的横向距离较长，两空调中间位置，服务器散热效果不好；
③
未考虑强化冷气流与服务器散热表面之间对流换热问题；
④
服务器表面积灰问题没有明显改善。
8.针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

9.本发明实施例中提供了一种空调制冷系统，用以解决现有技术中采用空调机正对安装的列间空调布置方式，空调出风口的气流存在强烈干扰，无法第一时间与数据中心的服务器机柜进行换热的技术问题，该空调制冷系统包括：多个第一空调，布设于第一机柜排架内，与第一机柜排架内的服务器机柜并排设置；多个第二空调，布设于第二机柜排架内，与第二机柜排架内的服务器机柜并排设置；其中，第一机柜排架与第二机柜排架置于一个机房内，且第一机柜排架与第二机柜排架内的空调安装位置错位分布；第一机柜排架与第
二机柜排架之间形成冷通道，机房与第一机柜排架、第二机柜排架之间分别形成与冷通道隔离的热通道，以使冷热气流隔离。
10.本发明实施例中还提供了一种空调制冷控制方法，用以解决现有技术中采用空调机正对安装的列间空调布置方式，空调出风口的气流存在强烈干扰，无法第一时间与数据中心的服务器机柜进行换热的技术问题，该方法包括：获取脉动波形；根据获取的脉动波形，控制各个空调的出风速度。
11.本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有技术中采用空调机正对安装的列间空调布置方式，空调出风口的气流存在强烈干扰，无法第一时间与数据中心的服务器机柜进行换热的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述空调制冷控制方法。
12.本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有技术中采用空调机正对安装的列间空调布置方式，空调出风口的气流存在强烈干扰，无法第一时间与数据中心的服务器机柜进行换热的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述空调制冷控制方法的计算机程序。
13.本发明实施例中，将不同机柜排架内的空调安装位置错位分布，能够有效增大各个空调的送风范围，减小相邻空调之间的横向距离，避免现有技术中将列间空调正对布置所产生的气流干扰，有效提高数据中心机房的制冷效率；将冷通道和热通道隔离设置，能够实现冷热气流隔离，避免冷风“短路”现象，减少局部“热点”的产生。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
15.图1为本发明实施例中提供的一种空调制冷系统示意图；
16.图2为本发明实施例中提供的一种采用正弦波脉动的空调出风速度示意图；
17.图3为本发明实施例中提供的一种采用方波脉动的空调出风速度示意图；
18.图4为本发明实施例中提供的一种采用等腰三角波脉动的空调出风速度示意图；
19.图5为本发明实施例中提供的一种采用直角三角波脉动的空调出风速度示意图；
20.图6为本发明实施例中提供的一种空调制冷控制方法流程图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
22.本发明实施例中提供了一种空调制冷系统，图1为本发明实施例中提供的一种空调制冷系统示意图，如图1所示，该系统包括：多个第一空调101和多个第二空调102。
23.其中，多个第一空调101，布设于第一机柜排架201内，与第一机柜排架201内的服务器机柜3并排设置；多个第二空调102，布设于第二机柜排架202内，与第二机柜排架202内
的服务器机柜3并排设置；第一机柜排架201与第二机柜排架202置于一个机房4内，且第一机柜排架201与第二机柜排架202内的空调安装位置错位分布；第一机柜排架201与第二机柜排架202之间形成冷通道5，机房4与第一机柜排架201、第二机柜排架202之间分别形成与冷通道隔离的热通道，以使冷热气流隔离6。
24.在本发明实施例中，机房内的气流流动方式为：冷风由空调出风口出来进入到冷通道，再穿过服务器机柜，与服务器机柜进行换热后，进入热通道，再由空调回风口进入空调。
25.由于本发明实施例中将不同机柜排架内的空调安装位置错位分布，能够有效增大空调送风范围，减小相邻空调之间的横向距离以及气流之间的干扰，有效提高空调系统的制冷效率；另外，将热通道与冷通道是不连通的，实现冷热气流隔离，能够进一步地提高提高空调系统的制冷效率。
26.在一个实施例中，多个第一空调101可以均匀布设于第一机柜排架201内；多个第二空调102可以均匀布设于第二机柜排架202内。
27.在一个实施例中，第一机柜排架201与第二机柜排架202平行设置于机房4内。
28.需要说明的是，图1示出的空调制冷系统仅为示例，在具体实施时，可根据实际机房规模，对机柜列数、机柜及空调位置进行相应调整。
29.在一个实施例中，第一机柜排架201上相邻两个第一空调之间的距离等于第二机柜排架202上相邻两个第二空调的距离。
30.在具体实施时，可以根据实际应用环境，在第一机柜排架201上相邻两个第一空调之间间隔第一预设数量的服务器机柜，在第二机柜排架201上相邻两个第一空调之间间隔第二预设数量的服务器机柜。可选地，第一预设数量等于第二预设数量。
31.如图1所示，本发明实施例中提供的空调制冷系统中，机房4可以包括依次相连的第一墙体401、第二墙体402、第三墙体403和第四墙体404；其中，第一墙体401与第三墙体403相对设置，第二墙体402与第四墙体404相对设置，且第一墙体401与第一机柜排架201之间形成第一热通道601，第三墙体403与第二机柜排架202之间形成第二热通道602。第一热通道601与冷通道5隔离设置，使得第一热通道601的热气流与冷通道5冷气流隔离；第二热通道602与冷通道5隔离设置，使得第二热通道602的热气流与冷通道5冷气流隔离。
32.一个实施例中，第一墙体401与第三墙体403平行设置；第二墙体402与第四墙体404平行设置。
33.为了实现冷通道和热通道的气流流动，可在第一墙体401、第二墙体402和第三墙体403上分别设置有第一气流口701、第二气流口702和第三气流口703；其中，第一气流口701，用于外界空气进出第一热通道601；第二气流口702，用于外界空气进出冷通道5；第三气流口703，用于外界空气进出第二热通道602。
34.可选地，本发明实施例中提供的空调制冷系统中，第一气流口701、第二气流口702和第三气流口703处设置有可开合的门体。
35.由上可知，本发明实施例中提供的空调制冷系统，封闭冷热通道、空调错位布置的机房布置形式，进一步优化了气流组织，避免了冷风“短路”现象，减少气流之间的干扰以及局部“热点”的产生，从而提高机房的制冷效率。
36.由于数据中心机房的服务器机柜3上容积积灰，因而，在一个实施例中，本发明实
施例中提供的空调制冷系统中，各个空调(第一空调101和第二空调102)上可设置一个脉动装置，用于控制第一空调101和第二空调102的风机转速，使得第一空调101和第二空调102的出风速度形成脉动流。本发明实施例中，控制各个空调形成脉动的风速，能够在为服务器机柜3降温的同时，减少或避免服务器机柜3上积灰。
37.可选地，本发明实施例中采用的脉动装置为变频器或永磁调速器。通过输入特定波形信号，控制风机转速，从而达到风量(风速)随相应波形脉动的目的。
38.可选地，本发明实施例中提供的空调制冷系统中，通过脉动装置的控制，可使得第一空调101和第二空调102的出风速度形成如下任意一种脉动波形的脉动流：正弦波、矩形波、等腰三角波和直角三角波。
39.图2为本发明实施例中提供的一种采用正弦波脉动的空调出风速度示意图；图3为本发明实施例中提供的一种采用方波脉动的空调出风速度示意图；图4为本发明实施例中提供的一种采用等腰三角波脉动的空调出风速度示意图；图5为本发明实施例中提供的一种采用直角三角波脉动的空调出风速度示意图。
40.本发明实施例中，通过脉动装置控制空调的出风速度，能够强化气流与服务器机柜之间的对流换热，在保证服务器机柜温度达到要求的条件下，尽可能提高室内设计温度，从而达到节能的目的，此外，脉动流的使用可以有效减缓服务器机柜上的积灰速率，减小积灰厚度，从而起到延长服务器寿命、强化服务器散热的作用。
41.在具体实施时，根据不同脉动波形特点，结合不同的工艺要求和建设条件，对脉动波形进行选择，在确保单位时间段内空调出风量和制冷量均满足要求的情况下，选择出风速度随相应波形脉动的空调机。其中，脉动强度和速度变化范围是脉动流的两个主要特征。脉动强度越强，强化换热以及增强壁面切应力的能力越强。在单位时间风量相等的前提下，脉动强度及速度变化范围有如下关系：
42.①
对于同一脉动波形，脉动振幅和脉动频率越大，脉动强度越强；
43.②
对于不同脉动波形，直角三角波＞矩形波＞正弦波＞等腰三角波。
44.速度变化范围：直角三角波＞等腰三角波≥正弦波(矩形波)，正弦波和矩形波的速度变化范围由其脉动振幅决定，振幅越大，速度变化范围越大。
45.基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种数据中心机房，包括：上述任一项的空调制冷系统。
46.基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种空调制冷控制方法，该方法用于控制上述任一项空调制冷系统中各个空调(第一空调和第二空调)的出风速度。如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与空调制冷系统相似，因此该方法的实施可以参见空调制冷系统的实施，重复之处不再赘述。
47.图6为本发明实施例中提供的一种空调制冷控制方法流程图，如图6所示，该方法包括如下步骤：
48.s601，获取脉动波形；
49.s602，根据获取的脉动波形，控制各个空调的出风速度。
50.需要说明的是，本发明实施例中，采用的脉动波形包括如下任意一种：正弦波、矩形波、等腰三角波和直角三角波。
51.在一个实施例中，当脉动波形为正弦波的情况下，第一空调和第二空调的出风速
度满足如下公式：
52.vi＝v0[1 a sin(2πft)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0053]
其中，vi表示形成正弦波的出风速度，单位为m/s；v0表示相同流量相同出风口匀速出风时的出风速度，单位为m/s；a表示无因次振幅，0≤a≤1；f表示脉动频率，单位为hz；t表示流体流动的时间，单位为s。
[0054]
在一个实施例中，当脉动波形为矩形波的情况下，第一空调和第二空调的出风速度满足如下公式：
[0055][0056]
其中，vi表示形成矩形波的出风速度，单位为m/s；v0表示相同流量相同出风口匀速出风时的出风速度，单位为m/s；a表示无因次振幅，0≤a≤1；t表示流体流动的时间，单位为s；t表示脉动周期，单位为s；j表示自然数。
[0057]
在一个实施例中，当脉动波形为等腰三角波的情况下，第一空调和第二空调的出风速度满足如下公式：
[0058][0059]
其中，
[0060]
其中，vi表示形成等腰三角波的出风速度，单位为m/s；k表示等腰三角波速度增加时的斜率；v0表示相同流量相同出风口匀速出风时的出风速度，单位为m/s；a表示无因次振幅，0≤a≤1；t表示流体流动的时间，单位为s；t表示脉动周期，单位为s；i表示正整数。
[0061]
在一个实施例中，当脉动波形为直角三角波的情况下，第一空调和第二空调的出风速度满足如下公式：
[0062][0063]
其中，
[0064]
其中，vi表示形成直角三角波的出风速度，单位为m/s；k表示直角三角波速度增加时的斜率；v0表示相同流量相同出风口匀速出风时的出风速度，单位为m/s；a表示无因次振幅，0≤a≤1；t表示流体流动的时间，单位为s；t表示脉动周期，单位为s；i表示正整数。
[0065]
需要注意的是，上述图2～图5所示的空调出风速度波形是在无因次振幅为1时得到的出风速度波形。
[0066]
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有技术中采用空调机正对安装的列间空调布置方式，空调出风口的气流存在强烈干扰，无法第
一时间与数据中心的服务器机柜进行换热的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述空调制冷控制方法。
[0067]
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有技术中采用空调机正对安装的列间空调布置方式，空调出风口的气流存在强烈干扰，无法第一时间与数据中心的服务器机柜进行换热的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述空调制冷控制方法的计算机程序。
[0068]
综上所述，本发明实施例中提供了一种空调制冷系统、空调制冷控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质，将不同机柜排架内的空调安装位置错位分布，能够有效增大各个空调的送风范围，减小相邻空调之间的横向距离，避免现有技术中将列间空调正对布置所产生的气流干扰，有效提高数据中心机房的制冷效率；将冷通道和热通道隔离设置，能够实现冷热气流隔离，避免冷风“短路”现象，减少局部“热点”的产生。
[0069]
此外，目前数据中心机房内气流形式多为稳态流动，运行一段时间后，机房内形成稳定的速度场和温度场，由于边界层的存在不利于服务器的散热，并且对服务器表面的积灰起到“保护作用”。而本发明实施例中，采用脉动流的形式，加强对服务器表面边界层的扰动，一方面可以强化冷空气与服务器之间的对流换热，从而保证空调在较高的出风温度下将机柜温度降低到规定范围内，进而达到节能的目的；另一方面在脉动流的作用下，增大壁面切应力，从而减缓服务器上的积灰速率，减小积灰厚度，在延长服务器寿命、强化服务器散热方面发挥积极作用。
[0070]
将本发明实施例提供的空调制冷系统应用于数据中心服务器机柜的降温，能够实现但不限于如下技术效果：
[0071]
(1)能够数据中心机房内的气流组织更加合理，局部“热点”问题明显改善，并且提高了机房制冷效率，进而达到节能的目的。
[0072]
(2)能够强化气流与服务器间的对流换热，使服务器散热效果更好，并且在此基础上可适当提高室内设计温度，保证了进一步节能的可行性。
[0073]
(3)能够增大服务器散热表面的壁面切应力，以此可有效减缓积灰速率、减小积灰厚度，在延长服务器寿命、强化服务器散热方面带来有益效果。
[0074]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0075]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0076]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0077]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0078]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。