專利名稱：一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集群功耗管理領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)中心的能源構(gòu)成主要分為四大部分，SP 供電系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)、IT設(shè)備以及其他基礎(chǔ)設(shè)施(如照明、安防系統(tǒng)等)。供電系統(tǒng)的能耗主要指數(shù)據(jù)中心輸入電量在UPS和 PDU處進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換損失的電量，約占數(shù)據(jù)中心總能耗的20% 25% ；冷卻系統(tǒng)的能耗主要指冷卻系統(tǒng)自身消耗的電量，約占數(shù)據(jù)中心總能耗的45% 55% ；照明和安防系統(tǒng)的耗電量較少，約占數(shù)據(jù)中心總能耗的2% 3% .可見，冷卻系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的能耗結(jié)構(gòu)中有著舉足輕重的地位。數(shù)據(jù)中心的專用空調(diào)的配置是設(shè)計(jì)人員根據(jù)夏季的平均熱負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其主要的“冷量峰值”是夏季的最高溫度時(shí)段，如午后太陽西曬時(shí)，也就是說空調(diào)的設(shè)計(jì)制冷量是滿足夏季最高溫度時(shí)的冷卻標(biāo)準(zhǔn)的，而設(shè)計(jì)的備用空調(diào)機(jī)組(n+1型)大部分時(shí)間也會(huì)投入使用，因此隨著晝夜、季節(jié)、地區(qū)的溫度變化，空調(diào)制冷富余量幾乎一直存在，如圖1所
7J\ ο基于數(shù)據(jù)中心高熱流密度、高能耗的發(fā)展現(xiàn)狀，業(yè)界也涌現(xiàn)出了許多降低數(shù)據(jù)中心能耗的措施和方法，如引進(jìn)刀片式架構(gòu)、虛擬化、對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行能耗管理等。這些節(jié)能措施都有效地減少了數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的總耗電量，但I(xiàn)T設(shè)備功耗降低的同時(shí)，冷卻系統(tǒng)的耗電量并沒有隨之進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而造成了冷量的極度浪費(fèi)。為了使冷卻系統(tǒng)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的瞬時(shí)熱負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，一些機(jī)房精密控制空調(diào)(CRAC)廠商，在CRAC的回風(fēng)口設(shè)置溫度傳感器和濕度傳感器進(jìn)行監(jiān)控，如果回風(fēng)溫度降低到某一特定值，就對(duì)CRAC的制冷量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，這種做法雖然對(duì)于降低制冷系統(tǒng)的能耗起到了一定的作用，但是這種做法還是存在一些缺陷1、控制壓縮機(jī)的啟停和工作狀態(tài)的依據(jù)是空調(diào)回風(fēng)口的溫度參考值。然而，空調(diào)機(jī)組通常安裝在靠窗或靠墻的位置，其頂部回風(fēng)口的氣流溫度并不能準(zhǔn)確代表每個(gè)機(jī)架的環(huán)境溫度，且往往會(huì)有很大的局部偏差。2、由于整個(gè)機(jī)房空間的幾何復(fù)雜性，以及空調(diào)出風(fēng)口位置和出口參數(shù)的不盡合理，機(jī)房內(nèi)部氣流的速度場和壓力場都是極其不均勻的，其中存在很多低壓低速的漩渦區(qū)， 從而使機(jī)架內(nèi)的電子元器件和環(huán)境氣流的對(duì)流換熱狀態(tài)呈現(xiàn)出嚴(yán)重的不一致性。CRAC調(diào)整的制冷量是否合適，以及制冷量調(diào)整后，室內(nèi)的氣流組織會(huì)發(fā)生怎樣的變化，是否會(huì)形成新的局部熱點(diǎn)和局部冷點(diǎn)等問題，這些僅僅靠分布在數(shù)據(jù)中心不同位置的傳感器是不能解決的。3、機(jī)房專用空調(diào)有智能功能，但空調(diào)用于機(jī)房溫濕度范圍合理控制的“功能不足”，以及在“空調(diào)群”的組合使用過程中各自為政，大大降低了它的使用效率
發(fā)明內(nèi)容
基于這些問題和缺陷，本專利提出一種“基于CFD的數(shù)據(jù)中心空調(diào)自適應(yīng)監(jiān)控方法”。一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，步驟如下A、將機(jī)房按功能分區(qū)，每個(gè)區(qū)設(shè)置N+1臺(tái)空調(diào)，根據(jù)制冷作用的重要程度進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序；B、用監(jiān)控軟件按照業(yè)務(wù)負(fù)荷對(duì)機(jī)房服務(wù)器的功耗進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，同時(shí)記錄該時(shí)刻服務(wù)器的熱功耗，計(jì)算出該時(shí)刻需要的制冷量，通過制冷量對(duì)空調(diào)進(jìn)行調(diào)頻以及開關(guān)機(jī)操作，同時(shí)兼顧室內(nèi)環(huán)境和空調(diào)系統(tǒng)的其他影響因素；C、在CFD仿真計(jì)算結(jié)果的輔助下完成空調(diào)調(diào)整策略的制定；D、用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略對(duì)機(jī)房空調(diào)進(jìn)行控制。優(yōu)選的，所述模糊神經(jīng)控制策略包括下述步驟D1、應(yīng)用監(jiān)控軟件根據(jù)服務(wù)器的業(yè)務(wù)負(fù)載的變化調(diào)整其功耗，并記錄服務(wù)器的瞬時(shí)功耗以及CPU的實(shí)時(shí)溫度情況；D2、根據(jù)服務(wù)器的瞬時(shí)功耗估計(jì)功能區(qū)域內(nèi)的所需要的瞬時(shí)制冷量，同時(shí)將室外環(huán)境那溫度、室內(nèi)觀點(diǎn)位置風(fēng)速、空調(diào)回風(fēng)口溫度、CPU溫度影響因素衡量權(quán)重，作為神經(jīng)元輸入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器中；D3、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器輸出空調(diào)集群中各個(gè)空調(diào)器應(yīng)處的狀態(tài)，然后，運(yùn)用CFD 仿真預(yù)測在該狀態(tài)下空調(diào)機(jī)房的散熱效果，并將結(jié)果反饋給CRAC模糊控制器以進(jìn)行有效調(diào)整；D4、空調(diào)器自身接受到集群控制器傳遞的調(diào)整信號(hào)后，啟動(dòng)自身的模糊控制器，對(duì)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和電子膨脹閥進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。較優(yōu)選的，所述D2中模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器工作過程為D21、平衡各“溫度區(qū)域”的目標(biāo)制冷量；D22、監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境溫度，流速等相關(guān)參數(shù)；D23、采用模糊邏輯控制法定期判斷各區(qū)域各空調(diào)器應(yīng)處的合理工作狀態(tài)；D24、確定控制策略是否合理；D25、發(fā)送信號(hào)給空調(diào)控制器。較優(yōu)選的，所述D4中的模糊控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則對(duì)空調(diào)開關(guān)機(jī)，風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和電子膨脹閥調(diào)整進(jìn)行控制。較優(yōu)選的，所述CRAC模糊控制器控制包括開機(jī)、關(guān)機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和電子膨脹閥動(dòng)作的模糊控制。較優(yōu)選的，所述空調(diào)開機(jī)過程為上電；上電延時(shí)五秒；循環(huán)掃描按鍵；檢測到啟動(dòng)按鈕按下；啟動(dòng)壓縮機(jī)；風(fēng)機(jī)啟動(dòng)延時(shí)五秒；啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。
較優(yōu)選的，所述空調(diào)關(guān)機(jī)過程為循環(huán)掃描按鍵；檢測到停止按鈕按下；停止壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行。較優(yōu)選的，所述風(fēng)機(jī)控制方法為當(dāng)溫度大于預(yù)先設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；溫度在預(yù)先設(shè)定溫度的-2攝氏度內(nèi)，風(fēng)機(jī)停止。較優(yōu)選的，所述壓縮機(jī)控制方法為用戶設(shè)定制冷量Qs，設(shè)定制冷量偏差Δ Q，以延+ Δ Q和Qs- Δ Q為界①當(dāng)仏 < 延-Δ Q時(shí)，壓縮機(jī)停機(jī)；②當(dāng)仏 > 延+Δ Q時(shí)，壓縮機(jī)處于滿載區(qū)，以全轉(zhuǎn)速運(yùn)行；③當(dāng)Δ Q <仏< Qs+ Δ Q時(shí)，壓縮機(jī)處于變轉(zhuǎn)速區(qū)，采用模糊邏輯(制定控制法則)決定壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；④壓縮機(jī)停機(jī)后，需延時(shí)后方可再次啟動(dòng)。較優(yōu)選的，所述電子膨脹閥的開度由吸氣過熱度決定，吸氣過熱度的計(jì)算公式是 T =T-T
1 sup 1 sue 1 e式中，Tsup是吸氣過熱度，Tsuc是壓縮機(jī)吸氣口溫度，Te是蒸發(fā)器入口溫度。本發(fā)明采用傳統(tǒng)的PID與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器相結(jié)合的方法決定空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)整策略，控制器在不確定的環(huán)境下進(jìn)行有條件的決策，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)定的工作點(diǎn)，選用能效比函數(shù)對(duì)空調(diào)工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用BP學(xué)習(xí)算法調(diào)節(jié)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正器的參數(shù)，使送風(fēng)溫度在不同負(fù)荷、不同工況條件下，保證了散熱效果和低能耗條件下，達(dá)到最佳值。


圖1為空調(diào)冗余制冷量示意2為數(shù)據(jù)中心自適應(yīng)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)流程3為壓縮機(jī)調(diào)控范圍示意4為壓縮機(jī)模糊控制器結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明運(yùn)用的技術(shù)要點(diǎn)如下1、首先，機(jī)房內(nèi)按照各部分功能進(jìn)行分區(qū)，每個(gè)功能分區(qū)一般設(shè)有N+1臺(tái)精密空調(diào)，根據(jù)制冷作用的重要程度進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序(空調(diào)制冷量冗余大的時(shí)候，執(zhí)行N+0，N-I等優(yōu)先排序的機(jī)組的關(guān)機(jī)或開機(jī))。2、機(jī)房內(nèi)采用監(jiān)控軟件按照業(yè)務(wù)負(fù)荷對(duì)服務(wù)器的功耗進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，這樣就降低了 IT設(shè)備產(chǎn)生的冷負(fù)荷，同時(shí)記錄該時(shí)刻服務(wù)器的熱功耗，這樣就可以準(zhǔn)確地得到該時(shí)刻數(shù)據(jù)中心所需要的制冷量，通過制冷量對(duì)空調(diào)進(jìn)行調(diào)頻、開機(jī)或關(guān)機(jī)的調(diào)整，同時(shí)兼顧室內(nèi)環(huán)境和空調(diào)系統(tǒng)的其他影響因素，如室外環(huán)境溫度、室內(nèi)氣流組織等。3、在CFD仿真計(jì)算結(jié)果的輔助下完成空調(diào)調(diào)整策略的制定，這樣可以保證調(diào)整策略能夠更加滿足實(shí)際需求，防止新的調(diào)整策略造成空調(diào)系統(tǒng)散熱不均衡，出現(xiàn)新的局部熱點(diǎn)和局部冷點(diǎn)。
4、由于機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)具有時(shí)變性、非線性、大滯后、大慣性的特點(diǎn)，無法獲得較精確的數(shù)學(xué)模型或模型非常粗糙，擬采用具有自學(xué)習(xí)能力的智能控制方法，提出了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制策略。采用傳統(tǒng)的PID與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器相結(jié)合的方法決定空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)整策略，控制器在不確定的環(huán)境下進(jìn)行有條件的決策，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)定的工作點(diǎn)，選用能效比函數(shù)對(duì)空調(diào)工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用BP學(xué)習(xí)算法調(diào)節(jié)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正器的參數(shù)，使送風(fēng)溫度在不同負(fù)荷、不同工況條件下，在保證散熱效果和低能耗條件下，達(dá)到最佳值。本專利提出的控制方法的流程圖如圖2所示，應(yīng)用監(jiān)控軟件根據(jù)服務(wù)器的業(yè)務(wù)負(fù)載的變化調(diào)整其功耗，同時(shí)也記錄服務(wù)器的瞬時(shí)功耗，以及CPU的實(shí)時(shí)溫度情況。根據(jù)服務(wù)器的瞬時(shí)功耗就可以估計(jì)出功能區(qū)域內(nèi)的所需要的瞬時(shí)制冷量，同時(shí)將室外環(huán)境那溫度、 室內(nèi)觀點(diǎn)位置風(fēng)速、空調(diào)回風(fēng)口溫度、CPU溫度等影響因素衡量權(quán)重，作為神經(jīng)元輸入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器中，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器輸出空調(diào)集群中各個(gè)空調(diào)器應(yīng)處的狀態(tài)(開機(jī)、 關(guān)機(jī)和調(diào)速)，然后，運(yùn)用CFD仿真預(yù)測在該狀態(tài)下空調(diào)機(jī)房的散熱效果，并將結(jié)果反饋給控制器以進(jìn)行有效調(diào)整?？照{(diào)器自身接受到集群控制器傳遞的調(diào)整信號(hào)(制冷量)后，啟動(dòng)自身的模糊控制器，對(duì)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和電子膨脹閥進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，達(dá)到自適應(yīng)監(jiān)控的目的。對(duì)于發(fā)明中的兩個(gè)主要部件，空調(diào)集群模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和CRAC模糊控制器， 是本發(fā)明的關(guān)鍵，將兩個(gè)控制器的控制邏輯詳述如下空調(diào)集群模糊控制器機(jī)房內(nèi)按照各部分功能進(jìn)行分區(qū)，每個(gè)功能分區(qū)一般設(shè)有N+1臺(tái)精密空調(diào)，根據(jù)制冷作用的重要程度進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序(空調(diào)制冷量冗余大的時(shí)候，執(zhí)行N+0，N-I等優(yōu)先排序的機(jī)組的關(guān)機(jī)或開機(jī))，空調(diào)集群控制過程如下平衡各“溫度區(qū)域”的目標(biāo)制冷量一監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境溫度，流速等相關(guān)參數(shù)一采用模糊邏輯控制法(制定控制法則)定期判斷各區(qū)域各空調(diào)器應(yīng)處的合理工作狀態(tài)(開機(jī)、 關(guān)機(jī)或調(diào)頻)一確定控制策略是否合理一發(fā)送信號(hào)給空調(diào)控制器空調(diào)狀態(tài)控制方法空調(diào)狀態(tài)的控制要綜合考慮室外環(huán)境溫度、室內(nèi)設(shè)備散熱所需制冷量、室內(nèi)關(guān)鍵位置的氣流組織以及空調(diào)的優(yōu)先級(jí)決定，并且參考CFD仿真的計(jì)算結(jié)果，所以采用模糊邏輯控制法，以求調(diào)整策略實(shí)現(xiàn)的高優(yōu)越性和高可靠性。CRAC的模糊控制CRAC的模糊控制主要包括開關(guān)機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和電子膨脹閥動(dòng)作的模糊控制，具體控制方法如下1)空調(diào)開機(jī)上電開機(jī)過程如下上電一延時(shí)5s I上電延時(shí)一循環(huán)掃描按鍵一檢測到啟動(dòng)按鈕按下一啟動(dòng)壓縮機(jī) —延時(shí)5s I風(fēng)機(jī)啟動(dòng)延時(shí)一啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。當(dāng)風(fēng)機(jī)受{Tcond}控制時(shí)，風(fēng)機(jī)并不立即啟動(dòng)，而是等到{Tcond}彡40°C |風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度時(shí)，方才啟動(dòng)。說明①設(shè)置5s I上電延時(shí)的目的是等待傳感器穩(wěn)定；
②壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)避免同時(shí)啟動(dòng)，以免造成啟動(dòng)電流過大。2)空調(diào)關(guān)機(jī)關(guān)機(jī)過程如下循環(huán)掃描按鍵一檢測到啟動(dòng)(停止)按鈕按下一停止壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行3)風(fēng)機(jī)控制程序中設(shè)一個(gè)狀態(tài)位f_FANbyTemp (風(fēng)機(jī)受冷凝器出風(fēng)溫度控制標(biāo)志位)當(dāng) f^FANby^Temp = = 1 時(shí)，{Tcond}彡40°C |風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行；{Tcond} <40°C |風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度-[2°C |風(fēng)機(jī)停止回差時(shí)，風(fēng)機(jī)停止。當(dāng) f^FANby^Temp = = 0 時(shí)，風(fēng)機(jī)不受冷凝器出風(fēng)溫度控制。(冷凝風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)風(fēng)機(jī)，冷凝溫度低時(shí)不需要開啟冷凝風(fēng)機(jī))4)壓縮機(jī)控制壓縮機(jī)控制包括啟?？刂坪娃D(zhuǎn)速控制兩部分。通常采用溫度控制的方法，如圖3所示，第i個(gè)控制區(qū)域的制冷量控制目標(biāo)為Qs， 制冷量控制控制偏差為Δ Q，以延+ Δ Q和( - Δ Q為界，將控制范圍劃分為3個(gè)區(qū)域，分別是滿載區(qū)、變速區(qū)和停機(jī)區(qū)。在本控制器設(shè)計(jì)中，可以通過監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)采集和計(jì)算“溫度區(qū)域”應(yīng)供給的制冷量，所以擬采用制冷量控制方式，則壓縮機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速控制遵循以下4條規(guī)則(用戶設(shè)定制冷量Qs,設(shè)定制冷量偏差Δ Q，以Qs+ Δ Q和Qs- Δ Q為界)①當(dāng)仏 < 延-Δ Q時(shí)，壓縮機(jī)停機(jī)；②當(dāng)仏 > 延+Δ Q時(shí)，壓縮機(jī)處于滿載區(qū)，以全轉(zhuǎn)速運(yùn)行；③當(dāng)延-Δ Q彡仏彡Qs+ Δ Q時(shí)，壓縮機(jī)處于變轉(zhuǎn)速區(qū)，采用模糊邏輯(制定控制法則)決定壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；④壓縮機(jī)停機(jī)后，需延時(shí)180s I壓縮機(jī)啟動(dòng)延時(shí)后方可再次啟動(dòng)。變頻空調(diào)的模糊控制規(guī)則考慮到變量變化的正負(fù)性，對(duì)壓縮機(jī)制冷量誤差ec及制冷量變化率f和控制量e 常選用“正大” (PB)，“正中” (PM)，“正小” (PS)，“零” (ZO)，“負(fù)小” (NS)，“負(fù)中” (NM)，“負(fù)大”(NB)等七個(gè)語言變量來描述。規(guī)則建立的基本思想1、誤差為負(fù)大時(shí)，若誤差變化為負(fù)，則誤差有增大的趨勢，所以為盡快消除已有的負(fù)大誤差并抑制誤差變大，所以控制量的變化取正大；2、誤差為負(fù)而誤差變化為正時(shí)，系統(tǒng)本身已有減小誤差的趨勢，所以為盡快消除誤差且不超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量；3、誤差為負(fù)中時(shí)，控制量的變化應(yīng)使誤差盡快消除，基于這種基本原則，控制量的變化選取同誤差為負(fù)大時(shí)相同；4、當(dāng)誤差為負(fù)小時(shí)，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，若誤差變化為負(fù)時(shí)，選取控制量變化為正中， 以抑制誤差往負(fù)方向變化；若誤差變化為正時(shí)，系統(tǒng)本身有趨勢消除負(fù)小的誤差，選取控制量變化為正小即可。
5、誤差為正時(shí)，情況按上面討論?？傊?dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差為主；而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。對(duì)于內(nèi)部已經(jīng)設(shè)有變速控制器的空調(diào)，則需要將制冷量轉(zhuǎn)化為溫度，并將溫度信號(hào)傳遞給空調(diào)內(nèi)部已有的控制器，執(zhí)行控制指令?？照{(diào)制冷量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系根據(jù)熱力學(xué)第一定律，空調(diào)理論循環(huán)的制冷量計(jì)算公式為Qc=VhX^-其中，Vh—壓縮機(jī)進(jìn)口的工質(zhì)的體積流量hi—壓縮起始狀態(tài)工質(zhì)的焓值h4——膨脹過程的焓(蒸發(fā)器入口的焓值)V1——壓縮機(jī)進(jìn)口處的工質(zhì)比容
/ χ χ FVh=Ax-p-
h 60其中，λ—輸氣系數(shù)i——?dú)飧讛?shù)η——壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/minVp——壓縮機(jī)氣缸工作容積。通過以上兩式，并由空調(diào)出風(fēng)口的溫度，可以求得空調(diào)回風(fēng)口的溫度(該溫度代表了空調(diào)所轄區(qū)域氣流的平均溫度，而不僅僅是回風(fēng)口局部位置的溫度)5)電子膨脹閥控制電子膨脹閥的開度由吸氣過熱度決定。吸氣過熱度的計(jì)算公式是Tsup = Tsuc-Te上式中，Tsup是吸氣過熱度，Tsuc是壓縮機(jī)吸氣口溫度，Te是蒸發(fā)器入口溫度(近似等于蒸發(fā)溫度)。電子膨脹閥采用脈寬調(diào)制控制方式，具體包括兩方面頻率f以及占空比R。電子膨脹閥動(dòng)作頻率越快，系統(tǒng)壓力的脈動(dòng)越小，但頻率太快，會(huì)導(dǎo)致電子膨脹閥動(dòng)作不可靠， 電子膨脹閥的最大頻率與電子膨脹閥的特性有關(guān)。最佳動(dòng)作頻率由實(shí)驗(yàn)得出。在頻率一定的情況下，占空比越大，則流過電子膨脹閥的制冷劑流量越大，系統(tǒng)過熱度變?。环粗畡t系統(tǒng)過熱度變大。由過熱度控制占空比的具體實(shí)現(xiàn)方式采用模糊邏輯。具體實(shí)現(xiàn)方式如下①采樣得到吸氣溫度Tsuc和蒸發(fā)器入口溫度Te ；②由Tsuc和Te計(jì)算當(dāng)前過熱度Tsup;③由當(dāng)前過熱度Tsup減去過熱度設(shè)定值I 一般是6°C，得到過熱度偏差值E ；④若_6°C彡E彡+6°C，則查取模糊邏輯控制表，并將得到的結(jié)果作為輸出；⑤若E < -6°C，則將最小開度作為輸出；⑥若E>+6°C，則將最大開度作為輸出。電子膨脹閥延時(shí)關(guān)閉功能
當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后，延時(shí)IOs I電子膨脹閥延時(shí)關(guān)閉時(shí)間后再關(guān)閉電子膨脹閥，以利于高、低壓力之間的平衡，以減小下次啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述方法包括如下步驟A、將機(jī)房按功能分區(qū)，每個(gè)區(qū)設(shè)置N+1臺(tái)空調(diào)，根據(jù)制冷作用的重要程度進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序；B、用監(jiān)控軟件按照業(yè)務(wù)負(fù)荷對(duì)機(jī)房服務(wù)器的功耗進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，同時(shí)記錄該時(shí)刻服務(wù)器的熱功耗，計(jì)算出該時(shí)刻需要的制冷量，通過制冷量對(duì)空調(diào)進(jìn)行調(diào)頻以及開關(guān)機(jī)操作，同時(shí)兼顧室內(nèi)環(huán)境和空調(diào)系統(tǒng)的其他影響因素；C、在CFD仿真計(jì)算結(jié)果的輔助下完成空調(diào)調(diào)整策略的制定；D、用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略對(duì)機(jī)房空調(diào)進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述模糊神經(jīng)控制策略包括下述步驟D1、應(yīng)用監(jiān)控軟件根據(jù)服務(wù)器的業(yè)務(wù)負(fù)載的變化調(diào)整其功耗，并記錄服務(wù)器的瞬時(shí)功耗以及CPU的實(shí)時(shí)溫度情況；D2、根據(jù)服務(wù)器的瞬時(shí)功耗估計(jì)功能區(qū)域內(nèi)的所需要的瞬時(shí)制冷量，同時(shí)將室外環(huán)境那溫度、室內(nèi)觀點(diǎn)位置風(fēng)速、空調(diào)回風(fēng)口溫度、CPU溫度影響因素衡量權(quán)重，作為神經(jīng)元輸入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器中；D3、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器輸出空調(diào)集群中各個(gè)空調(diào)器應(yīng)處的狀態(tài)，然后，運(yùn)用CFD仿真預(yù)測在該狀態(tài)下空調(diào)機(jī)房的散熱效果，并將結(jié)果反饋給CRAC模糊控制器以進(jìn)行有效調(diào)整； D4、空調(diào)器自身接受到集群控制器傳遞的調(diào)整信號(hào)后，啟動(dòng)自身的模糊控制器，對(duì)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和電子膨脹閥進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
3.如權(quán)利要求2所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述D2中模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器工作過程為D21、平衡各“溫度區(qū)域”的目標(biāo)制冷量； D22、監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境溫度，流速等相關(guān)參數(shù)；D23、采用模糊邏輯控制法定期判斷各區(qū)域各空調(diào)器應(yīng)處的合理工作狀態(tài)； D24、確定控制策略是否合理； D25、發(fā)送信號(hào)給空調(diào)控制器。
4.如權(quán)利要求2所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述D4中的模糊控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則對(duì)空調(diào)開關(guān)機(jī)，風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和電子膨脹閥調(diào)整進(jìn)行控制。
5.如權(quán)利要求2所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述CRAC模糊控制器控制包括開機(jī)、關(guān)機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和電子膨脹閥動(dòng)作的模糊控制。
6.如權(quán)利要求5所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述空調(diào)開機(jī)過程為上電；上電延時(shí)五秒； 循環(huán)掃描按鍵； 檢測到啟動(dòng)按鈕按下； 啟動(dòng)壓縮機(jī)； 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)延時(shí)五秒； 啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。
7.如權(quán)利要求5所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述空調(diào)關(guān)機(jī) 過程為循環(huán)掃描按鍵； 檢測到停止按鈕按下； 停止壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行。
8.如權(quán)利要求5所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述風(fēng)機(jī)控制 方法為當(dāng)溫度大于預(yù)先設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；溫度在預(yù)先設(shè)定溫度的-2攝氏度內(nèi)，風(fēng)機(jī)停止。
9.如權(quán)利要求5所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述壓縮機(jī)控 制方法為用戶設(shè)定制冷量も，設(shè)定制冷量偏差A(yù) Q，以延+ A Q和延-A Q為界①當(dāng)他< 延-A Q吋，壓縮機(jī)停機(jī)；②當(dāng)( >延+AQ時(shí)，壓縮機(jī)處于滿載區(qū)，以全轉(zhuǎn)速運(yùn)行；③當(dāng)( -AQ^^他^^延+AQ時(shí)，壓縮機(jī)處于變轉(zhuǎn)速區(qū)，采用模糊邏輯(制定控制法則) 決定壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；④壓縮機(jī)停機(jī)后，需延時(shí)后方可再次啟動(dòng)。
10.如權(quán)利要求5所述一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，其特征在于所述電子膨脹 閥的開度由吸氣過熱度決定，吸氣過熱度的計(jì)算公式是·1 SUp:suc 1 e式中，Tsup是吸氣過熱度，Tsuc是壓縮機(jī)吸氣口溫度，Te是蒸發(fā)器入口溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)中心功耗自適應(yīng)管理方法，將機(jī)房按各部分功能進(jìn)行分區(qū)，每個(gè)功能區(qū)設(shè)置N+1臺(tái)精密空調(diào)，根據(jù)制冷作用的重要程度進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序；機(jī)房采用監(jiān)控軟件按照業(yè)務(wù)負(fù)荷對(duì)服務(wù)器的功耗進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；在CFD仿真計(jì)算結(jié)果的輔助下完成空調(diào)調(diào)整策略的制定；采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略對(duì)機(jī)房空調(diào)進(jìn)行控制。本發(fā)明保證了散熱效果和低能耗條件下，達(dá)到最佳值。
文檔編號(hào)F24F11/00GK102213475SQ201110069288
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者劉瑞賢, 張晉鋒, 朱春屹, 溫鑫 申請(qǐng)人:曙光信息產(chǎn)業(yè)(北京)有限公司