一种设备机柜冷却散热系统论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种设备机柜冷却散热系统，包括用于采集设备实时电能参数的电能监测单元、用于采集机房外、冷却散热循环单元各区域和设备区实时温湿度参数的温湿度监测单元、用于采集冷却散热循环单元各区域和设备区实时压力参数的压力监测单元、中央控制单元和调节设备区温湿度的冷却散热循环单元，电能监测单元、温湿度监测单元和压力监测单元均与中央控制单元的输入端连接，中央控制单元的输出端与冷却散热循环单元连接。本实用新型可对设备区的温湿度进行实时动态调整，到达智能化调节控制、趋势预判、节能管理、降低能耗，减少营运成本等效果。

主设计要求

1.一种设备机柜冷却散热系统，其特征在于：包括用于采集设备实时电能参数的电能监测单元、用于采集机房外、冷却散热循环单元各区域和设备区实时温湿度参数的温湿度监测单元、用于采集冷却散热循环单元各区域和设备区实时压力参数的压力监测单元、中央控制单元和调节设备区温湿度的冷却散热循环单元，电能监测单元、温湿度监测单元和压力监测单元均与中央控制单元的输入端连接，中央控制单元的输出端与冷却散热循环单元连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种设备机柜冷却散热系统，其特征在于：所述的电能监测单元包括电流互感器和多功能电量表，所述的设备包括服务器、交换机、存储设备及UPS。

3.根据权利要求1所述的一种设备机柜冷却散热系统，其特征在于：所述的温湿度监测单元包括温湿度传感器，所述的压力监测单元包括压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种设备机柜冷却散热系统，其特征在于：所述的中央控制单元包括运算器、控制器和存储器。

5.根据权利要求1所述的一种设备机柜冷却散热系统，其特征在于：所述的冷却散热循环单元包括送风系统、排风系统和回风系统，通过制冷系统和除湿系统运行相耦合。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及通风散热领域，具体涉及一种设备机柜冷却散热系统。

背景技术

社会发展信息化程度越来越大，信息化由各种服务器及通讯设备搭建而成，信息设备能耗以电为主，其中信息设备的散热冷却需求所占用的电量占大部分。随着机房运行电力成本的增加，信息网络的扩大，机房电费支出逐渐增大，信息设备的散热冷却电费支出所占比例较大。据统计分析，平均每个信息设备的散热冷却电费支出约占整个机房运行电费支出的54％左右，空调成为机房运行中的主要耗电设备。

目前的机房运行均为全封闭机房，机房内的电源设备、服务器设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持机房一定的工作环境温湿度(环境标准GB50174-93规定长年温度18℃-28℃，湿度40％-70％)，主要靠空调来实现。一年365天大部分时间空调均处于运行状态(制冷)，即使温度在20℃左右(此温度也满足室内设备工作环境要求)，空调也是开启的。这样，冬、春、秋三季，以及夏早晚时段的室外低温可散热降温的有利条件被忽视，导致电能不必要的浪费，运营成本高居不下。

另外，现有的信息设备的冷却散热多数使用的是机房整体通风空调控制，设定全封闭机房在一定温度范围内，但机房内电源设备、服务器设备、传输设备等在不同的运行状态下发热量不一样，需求散热也不同，通风空调系统只执行设定的参数，并不会自动根据发热量和环境变化而改变运行模式，造成不必要的能源浪费。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型的目的在于提供一种设备机柜冷却散热系统及方法，保证数据机房各个机柜内设备对环境需求的状态下控制冷却散热系统能效最大化，降低能耗成本。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种设备机柜冷却散热系统，包括用于采集设备实时电能参数的电能监测单元、用于采集机房外、冷却散热循环单元各区域和设备区实时温湿度参数的温湿度监测单元、用于采集冷却散热循环单元各区域和设备区实时压力参数的压力监测单元、中央控制单元和调节设备区温湿度的冷却散热循环单元，电能监测单元、温湿度监测单元和压力监测单元均与中央控制单元的输入端连接，中央控制单元的输出端与冷却散热循环单元连接。

优选的，所述的电能监测单元包括电流互感器和多功能电量表，所述的设备包括服务器、交换机、存储设备及UPS。

优选的，所述的温湿度监测单元包括温湿度传感器，所述的压力监测单元包括压力传感器。

优选的，所述的中央控制单元包括运算器、控制器和存储器。

优选的，所述的冷却散热循环单元包括送风系统、排风系统和回风系统，通过制冷系统和除湿系统运行相耦合。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型根据设备的实时电能参数和设备区的实时温湿度，预测设备的发热量，并根据机房外、冷却散热循环单元各区域和设备区的实时温湿度参数、以及冷却散热循环单元各区域和设备区的实时压力参数，控制冷却散热循环单元对设备区的温湿度进行实时动态调整，到达智能化调节控制、趋势预判、节能管理、降低能耗，减少营运成本等效果。

附图说明

图1是本实用新型的设备机柜冷却散热系统的控制原理图；

图2是本实用新型的设备机柜冷却散热系统的结构示意图，其中，中央控制单元未示出；

附图标记说明：1-新风管道；2-新风风阀；3-初效过滤器；4-新风进口风机；5-新风旁路管道；6-新风除湿进口风阀；7-除湿转轮；8-新风旁路风阀；9-新风除湿出口风阀；10-中效过滤器；11-送风风机；12-蒸发器；13-进风管道；14-设备机柜；15-设备区进风风阀；16-设备区加压风机；17-设备区出风风阀；18-出风管道；19-压缩机；20-膨胀阀；21-铜管；22-排风风机；23-排风内风阀；24-回风风阀；25-回风管道；26-冷凝器；27-电加热器；28-排风隔离网；29-排风外风阀；30-排风管道；31-除湿外风机；32-除湿外隔离网；33-除湿外引风风阀；34-除湿外引管道；101-户外温湿度传感器；102-进风压力传感器；103-除湿后压力传感器；104-送风管温湿度传感器；105-送风管压力传感器；106-设备区温湿度传感器；107-设备区压力传感器；108-出风管压力传感器；109-出风管温湿度传感器；110-回风管压力传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本实用新型的一种设备机柜冷却散热系统，包括中央控制单元及分别与之相连并通信的电能监测单元、温湿度监测单元、压力监测单元和冷却散热循环单元。

电能监测单元，主要包括电流互感器、多功能电量表等，串联于设备的电源线上，实时获取设备的电能参数，并上传至中央控制单元。电能参数包括但不限于电流、电压、功率等信息，用于设备发热量的预测。设备主要是指信息设备，包括但不限于服务器、交换机、存储设备、UPS等用电设备。

温湿度监测单元，包括布置在机房外、冷却散热循环单元各区域、设备区的温湿度传感器，具体位置和数量在下面的冷却散热循环单元的具体构造中进行详细描述，实时获取机房外、冷却散热循环单元各区域和设备区的实时温湿度参数，并上传至中央控制单元。

压力监测单元，包括布置在冷却散热循环单元各区域、设备区的压力传感器，具体位置和数量在下面的冷却散热循环单元的具体构造中进行详细描述，实时获取冷却散热循环单元各区域和设备区的实时压力参数，并上传至中央控制单元。

中央控制单元，主要由运算器、控制器与存储器组等硬件组成，通过建立BP神经网络算法，将电能监测、温湿度监测、压力监测、冷却散热循环控制等相耦合，根据设备的实时电能参数和设备区的实时温湿度，预测设备的发热量，并根据机房外、冷却散热循环单元各区域和设备区的实时温湿度参数、以及冷却散热循环单元各区域和设备区的实时压力参数，通过BP神经网络的计算分析，输出控制命令至冷却散热循环单元。需要指出的，BP神经网络算法为现有技术，本申请将设备的电能参数作为BP神经网络算法的输入神经元，使之可以根据设备发热量的变化趋势，动态调节设备区的温湿度，中央控制单元具体功能的实现为现有技术，不属于本实用新型的保护范围。

冷却散热循环单元，冷却散热循环单元包括送风系统、排风系统和回风系统，通过制冷系统和除湿系统相耦合，以调节设备区的温湿度，具体如图2所示。

新风管道1、新风旁路管道5、进风管道13、出风管道18、回风管道25、排风管道30和除湿外引风管道30构成空气流通的管道系统。新风管道1的入口依次设有新风风阀2和初效过滤器3，回风管道25一端连接在新风管道1上，其出口位于初效过滤器3的下游，另一端通过回风风阀24与出风管道18出口连接，出风管道18出口还通过排风内风阀23与排风管道30连接，排风管道30出口依次设有排风隔离网28和排风外风阀29，除湿外引风管道30连接在排风管道30上，其出口位于排风内风阀23下游，除湿外引风管道30入口依次设有除湿外引风风阀33和除湿外隔离网32，新风旁路管道5并接在新风管道1上，其内设有新风旁路风阀8，新风管道1出口与进风管道13入口相连，进风管道13出口与设备机柜14入口相连，设备机柜14出口与出风管道18入口相连。新风管道1设有新风进口风机4，其位于回风管道25出口下游，进风管道13设有送风风机11，并在其上游设有中效过滤器10，出风管道18设有排风风机22，除湿外引风管道30设有除湿外风机31。

设备机柜14包含多个机柜，每个机柜构成一个存放信息设备的设备区，各设备区的入口设有设备区进风风阀15，出口设有设备区出风风阀17，内部设有设备区加压风机16。本申请将机房划分为相互独立的设备区，可以根据各设备区内设备的运行状况进行单独控制。

除湿转轮7作为本单元的除湿系统，一端与排风管道30相连，且位于排风隔离网28上游，并在除湿转轮7上游设置电加热器27，另一端与新风管道1相连，且位于新风旁路管道5两端之间，并在其两侧设有新风除湿进口风阀6和新风除湿出口风阀9。

蒸发器12、压缩机、膨胀阀20、铜管21和冷凝器26依次相连，构成本单元的制冷系统，蒸发器12设置在进风管道13中，并位于送风风机11下游，冷凝器26设置在排风管道30中，并位于除湿外引风管道30出口与电加热器27之间。

温湿度监测单元包括设置在新风管道1入口的户外温湿度传感器101、设置在送风管道13并位于蒸发器12下游的送风管温湿度传感器104、设置在各设备区的设备区温湿度传感器106和设置在出风管道18的出风管温湿度传感器109。

压力监测单元包括设置在新风进口风机4上游的进风压力传感器102、设置送风风机11上游的除湿后压力传感器103、设置在送风风机11下游的送风管压力传感器105、设置在设备区的设备区压力传感器107；设置在排风风机22上游的出风管压力传感器108、设置排风风机22下游的回风管压力传感器110。

下面结合图2对本实用新型的设备机柜冷却散热系统的具体工作过程进行说明：

步骤1、当机柜中放置有设备时，开启相应设备区的设备区进风风阀15与设备区出风风阀17；当机柜中没有放置设备时，关闭相应设备区的设备区进风风阀15与设备区出风风阀17。

步骤2、设定放置有设备的设备区的运行温湿度参数。

步骤3、采集系统各区域的环境数据：户外温湿度传感器101采集机房外的温湿度实时值；进风压力传感器102采集进风的气压实时值；除湿后压力传感器103采集除湿后的气压实时值；送风管温湿度传感器104采集送风的温湿度实时值；送风管压力传感器105采集送风的气压实时值；设备区温湿度传感器106采集设备区的温湿度实时值；设备区压力传感器107采集设备区的气压实时值；回风管压力传感器108采集出风的气压实时值；出风管温湿度传感器109采集出风的温湿度实时值；回风管压力传感器110采集回风或排风的气压实时值。

步骤4、采集设备区内放置设备的电能参数，根据电能参数的变化、设备区温湿度传感器106采集的温湿度实时值、以及历史时间的温湿度变化，利用BP神经网络算法预测设备的发热量，得到设备区的温湿度变化趋势，并计算出设备区的需冷量。

步骤5、当送风管温湿度传感器104采集的温度实时值高于设定值范围时，增加压缩机19的运行频率；当送风管温湿度传感器104采集的温度实时值低于设定值范围时，降低压缩机19运行频率；

步骤6、设备区加压风机16根据设备区的需冷量控制风速。

步骤7、控制新风进口风机4风速、送风风机11风速、排风风机22风速，保证进风气压传感器102的进风气压实时值≥除湿后压力传感器103的除湿后气压实时值≥送风管压力传感器105的送风气压实时值≥设备区压力传感器107的设备区气压实时值≥出风管压力传感器108的出风气压实时值≥回风管压力传感器110的回风或排风气压实时值。

步骤8、当户外温湿度传感器101采集的户外温度实时值小于设定值时，执行外循环模式；当户外温湿度传感器101采集的户外温度实时值大于设定值时，执行内循环模式。

步骤9、当送风管温湿度传感器104采集的送风湿度实时值大于设定值时，新风除湿进口风阀6开启、新风除湿出口风阀9开启、新风旁路风阀8关闭、除湿转轮7运行；当送风管温湿度传感器104采集的送风湿度实时值小于设定值时，新风除湿进口风阀6关闭、新风除湿出口风阀9关闭、新风旁路风阀8开启、除湿转轮7停止。

步骤10、当运行外循环模式时，排风内风阀23开启、新风风阀2开启、回风风阀24关闭；当运行内循环模式时，排风内风阀23关闭、新风风阀2关闭、回风风阀24开启。

步骤11、当运行外循环模式、压缩机19运行、除湿转轮7运行，满足其中之一条件时排风外风阀29开启；反之排风外风阀29关闭。

步骤12、当运行内循环模式、压缩机19运行或除湿转轮7运行时，除湿外引风风阀33开启、除湿外风机31运行；反之除湿外引风风阀33关闭、除湿外风机31停止。

步骤13、当湿转轮7运行时，根据冷凝器26输出热量调节电加热器27输出热量，保证总输出热量大于湿转轮7湿气排放需求量。

步骤14、不断循环步骤3至步骤13。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

设计图

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