自適應自動計算機機房空調CRAC主控制方法及系統與流程
2023-05-04 16:12:36 1
本發明涉及機械冷卻系統的優化控制和能量效率。
背景技術：
在美國，數據中心是最大和增長最快的電力消耗者之一。2013年，美國數據中心消耗了估計910億千瓦時的電力，這些電力足足是向紐約市所有家庭供應的電力的兩倍多，並且有望在2020年達到1400億千瓦時。為了確保數據中心的安全操作，其冷卻系統通常尺寸過大或過度操作以保持其儘可能地冷卻。然而這犧牲了冷卻效率，並且冷卻能耗因此迅猛增加。期望有一種智能冷卻系統的控制邏輯，其能夠驅動冷卻系統提供適當級別的冷卻，使得可以確保安全並且具有最小的冷卻能耗。
有一些公司提出開發用於解決上述問題的控制邏輯(control logic)。它們中的一些調整在其控制邏輯中的若干內在衝突的指標，導致效率變低的控制效果。一些使用單個HVAC單元來解決熱點問題，導致不令人滿意的熱工況。一些特定於某種類型的伺服器、機架或冷卻系統。還有一些需要人工幹預並且不夠自動化。
技術實現要素：
依照本發明，提供了一種智能自適應冷卻系統控制算法。該算法使用機架冷卻超溫指數(rack cooling index over temperature，RCIHI)來確定熱點的存在並將RCIHI維持在期望水平。當熱點出現或持續存在時，該邏輯生成向其它計算機機房空調(CRAC)發出的冷卻請求。目的是試圖從其它CRAC獲取額外的冷卻。在熱點不存在時，冷卻請求被逐漸撤回。在不存在冷卻請求時，該CRAC調整其控制目標以將RCIHI維持在期望水平。每個CRAC獨立地運行控制算法。
在一些實施例中，所描述的系統提供一種動態自適應算法以優化控制該冷卻系統的每個組件，包含但不限於HVAC單元的開/關狀態、迴風溫度(return air temperature)、送風風扇速度和冷卻閥。
在一些實施例中，提供了一種採用特殊指數來確定數據中心的熱健康狀態並且用於控制邏輯的邏輯。在一些實施例中，該特殊指數用於控制計算機機房空調系統。在一些實施例中，提供了一種將所有可用HVAC單元連網以便幫助消除熱點的算法。在一些實施例中，提供了一種能夠適用於任何數據中心，獨立於伺服器、機架和冷卻設備的類型的通用控制邏輯。在一些實施例中，提供了一種能夠最小化冷卻能耗並且確保數據中心的正常操作的控制邏輯。在一些實施例中，提供了一種不需要人工幹預的全自動控制邏輯。
附圖說明
參考附圖並結合隨後的詳細描述考慮時，可以獲得對本發明的完整理解，在附圖中：
圖1是根據本發明的數據中心的平面圖；
圖2是圖1中所示的計算機機房空調單元的正視圖；以及
圖3是自適應控制過程的流程圖。
為了清楚和簡潔的目的，所有附圖中相同的元件和組件將採用相同的標記和編號。
具體實施方式
圖1是數據中心1的平面圖。該數據中心1包括一個或多個機架(機架2)和多個CRAC單元(CRAC單元3)。機架2由一個或多個計算機裝備組成。例如，圖1中有25個CRAC和10列機架，每列具有15個機架。該方法能夠用於帶有任意數量CRAC單元的房間。
圖2是圖1中所示CRAC單元3的正視圖。來自數據中心1的內部空間的迴風4被送風風扇6通過該單元的頂部抽取。在通過冷卻盤管(cooling coil)5後，其被冷卻並變為冷卻的送風8。該冷卻盤管5內部流動著冷凍水(chilled water)、製冷劑或其它冷卻介質，它們的流動通過冷卻閥7調節。迴風4的溫度(RAT)通常是CRAC單元3的控制目標。送風風扇6的速度或冷卻閥7或另外裝置被調節以改變CRAC單元3的冷卻輸出並將控制目標維持在期望的水平，在這裡該控制目標為RAT。
圖3是每個CRAC單元3所運行的智能自適應冷卻系統控制邏輯的流程圖。它是基於若干概念的重複控制過程9，該若干概念為：CRAC的直接控制多個機架的RCIHI、單個機架2的RCIHI以及冷卻請求。RCI(機架冷卻指數)是用於用諸如ASHRAE和NEBS之類的熱數據中心標準來量化性能的最好的實際性能度量標準。該RCI度量標準將多個進氣溫度(測量的或模擬的)精簡為兩個數字：RCIHI和RCILO(Rack Cooling Index Under Temperature，機架冷卻欠溫指數)。這兩個指數分別在溫度範圍的高端(HI)和低端(LO)處測量裝備機房的健康狀況。RCIHI可以針對多個機架或單個機架進行計算。m級冷卻請求被定義為：當機架需要從其級別m(m為整數)的CRAC得到額外的冷卻(因為其自身RCIHI或其所在的直接控制區域的RCIHI低於設定點，並且在CRAC優先級向量中的級別m的CRAC之前所有m-1的CRAC都達到了最大冷卻輸出)時，該冷卻請求是m級冷卻請求。
在開始框10，該控制邏輯通過啟動CRAC並且將操作參數設置為默認值開始。在RCIHI測量框11，測量和計算該CRAC的直接控制下的所有機架的RCIHI。在RCIHI比較框12，該CRAC直接控制區域的實際RCIHI與設定點比較。
當實際RCIHI超過其設定點時，假如該CRAC直接控制區域中至少一個機架具備2級或更高級的冷卻請求(在冷卻請求存在框13)，那麼在生成冷卻請求撤回令框14處，基於適當的規則生成冷卻請求撤回令，並向目標CRAC發出撤回令，接著進行到測量CRAC控制目標框20。但假如不存在冷卻請求，如果該CRAC的冷卻輸出不處於最大值(在CRAC是否處於最大冷卻框15處進行比較)，那麼改變該CRAC的控制目標以使其冷卻輸出降低，例如適當地提高RAT設定點但限制在可允許的高限內(在降低冷卻框16)。否則，進行到測量CRAC控制目標框20。
當實際RCIHI低於設定點時，假如該CRAC的冷卻輸出不是最大輸出，那麼在增加冷卻框17處增加冷卻輸出，並前往CRAC測量控制目標框20。否則，該區域需要從其它CRAC得到額外冷卻。為此，在發現最高RCIHI的機架框18處，識別出在該CRAC直接控制區域內具有最高單個機架RCIHI的機架、該被識別出的機架的最高級冷卻請求、以及與該最高級冷卻請求相關聯的目標CRAC。如果已有的最高冷卻請求的目標CRAC處於其最大冷卻輸出，那麼在生成冷卻請求框26處，該邏輯將保持生成更高級冷卻請求。如果所有CRAC的冷卻輸出都達到最大但熱點仍舊存在，那麼應當在警告生成框19處生成警告。
在CRAC測量控制目標框20處測量該CRAC控制目標之後，如果該CRAC不具有來自任何機架的任何冷卻請求，那麼在維持控制目標框20處使該CRAC維持控制目標。否則，在冷卻請求撤回令框21處，檢查該CRAC是否接收到任何冷卻請求撤回令。如果沒有的話，那麼在基於控制目標調節冷卻框23處，基於冷卻請求的控制邏輯增加該CRAC的冷卻輸出。如果有的話，在執行撤回令框22處執行撤回令。如果高級冷卻請求被撤回，那麼在由撤回減少冷卻框24處，基於撤回冷卻請求的控制邏輯減少CRAC冷卻輸出。否則，在由高級冷卻請求增加冷卻框25處，基於高級冷卻請求的控制邏輯繼續增加CRAC冷卻輸出。在上述所有步驟之後，當前控制循環結束。新的控制循環從RCIHI測量框11再次開始。
每個CRAC獨立地運行上述控制算法。
因此，概括地說，可以看出，本發明提供了一種智能自適應冷卻系統控制算法。該算法使用RCIHI來確定熱點的存在並將RCIHI維持在期望水平。當熱點出現或持續存在時，該邏輯生成冷卻請求並且向其它CRAC發出冷卻請求。目的是試圖從其它CRAC得到額外的冷卻。在熱點不存在時，冷卻請求被逐漸撤回。在不存在冷卻請求時，該CRAC調整其控制目標以將RCIHI維持在期望水平。
為便於解釋，前文參考了具體實施例進行描述。然而，以上說明性的討論並非意在窮盡或將本發明限制到所公開的精確形式。鑑於前述教導，許多修改或改變是可能的。實施例被選擇並加以描述，以便最好地解釋該技術的原理和其實際應用。其它本領域技術人員由此能夠最好地利用該技術並且帶有各種修改的各種實施例也適於所設想的特定用途。各種實施例能夠由通過軟體、硬體或硬體和軟體的結合來實施。所述實施例還能夠體現為計算機可讀介質上的計算機可讀代碼，其能夠被一個或多個處理器執行。該計算機可讀介質被存儲在能夠存儲數據的任何數據存儲設備中，此後其能夠被計算機系統讀取。
雖然參考附圖已經充分描述了公開內容和實施例，但應當注意的是，對於本領域技術人員來說，各種改變和修改均是顯而易見的。這些改變和修改應當理解為包含在由權利要求所限定的公開內容和實施例的範圍之內。