《數據中心熱管理與能效的最佳化理論研究》是依託同濟大學，由宋夢譞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：數據中心熱管理與能效的最佳化理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋夢譞
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在信息技術飛速發展的今天，網際網路數據中心在各行各業發揮著舉足輕重的作用。目前數據中心內空調設備耗費的能源較大，熱管理方案仍有很大改進餘地。其中存在的主要問題有：（1）評價體系不合理，不能充分反映影響散熱和節能性能的主要因素；（2）缺乏有效的最佳化和控制方法，傳統基於經驗的方法在大規模機房中表現不佳。針對這些問題，本項目從機房內空調和伺服器等設備的特性出發，建立基於流動和傳熱機制的數學模型，對影響散熱和節能性能的主要因素進行深入分析，建立全面的、能夠反映機房整體和局部熱環境特性及能效的評價體系。結合多種自動控制技術和最佳化算法，分別針對數據中心的建設期和運營期兩個階段，對設備選用、空間布局、自動調控等各個方面的最佳化問題開展理論研究，開發更全面的數據中心熱管理方案，達到節約能源的目的。
結題摘要
本項目通過結合傳熱傳質學科的基礎理論與最佳化控制學科的先進方法，針對數據中心機房能源利用效率低的問題開展了研究。在建模方面：基於計算流體力學數值模擬結果，建立了傳遞函式矩陣形式的數據中心動態溫度估計模型，能夠在伺服器發熱功率變化時快速而準確地計算其他位置的溫度變化；結合原有的溫升矩陣模型，建立了基於人工神經網路的數據中心溫度估計模型，能夠快速估算機房內流場變化時各機櫃的溫度。利用上述模型，在最佳化設計方面：提出了機櫃冷卻風量最佳化方法，該方法以降低製冷系統能耗為目標，採用粒子群算法求解各機櫃的最優風量設定。在最佳化控制方面：針對網際網路數據中心、小型任務高性能計算數據中心和大型任務高性能計算數據中心，在充分考慮它們的任務特點和需求的情況下，分別開發了基於模型預測控制的節能管理方法、切換模型預測控制方法和雙時間尺度控制方法，通過任務調度與製冷調節的協同實時最佳化控制，實現提高能源利用效率、降低系統能耗。本項目通過3年的研究，得到了豐富的理論成果，積累了重要的實驗數據。項目執行過程中，項目組多名成員完成了長期出國學習或國際國內會議交流，多名博士和碩士研究生畢業並獲得學位。基於項目科研成果，項目組共發表SCI論文7篇、EI論文1篇和國際會議論文3篇。
