CN102037288B - 多度量水平下可操作的管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于管理具有冷却液的结构的系统包括被配置成从冷却液吸收热量的多个独立冷却机构，该冷却液被配置成环绕该结构中包含的组件流动并从中吸收热量。多个独立冷却机构中的至少两个具有相对于彼此的至少一个不同的度量水平。该系统还包括被配置成按分阶段方式实现多个独立冷却机构来从冷却液中排除热量的控制器。分阶段方式包括首先实现具有至少一个相对较低度量水平的冷却机构，最后实现具有至少一个相对较高度量水平的冷却机构来冷却该结构。
Description
相关申请的交叉引用
本申请涉及2007年4月30日提交的题为“System and Method for ModularComputing(用于模块化计算的系统和方法)”的共同受让和共同待审的美国专利申请第11/796,944号(代理案卷号200700107)，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。
背景
采用了各种类型的冷却机构来冷却诸如大楼、数据中心、电子机柜和服务器等的各种类型的结构中的空间。冷却机构通常包括基于被预测为在该结构中出现的最大热负荷而选择的空气调节单元。在这点上，常常向结构提供被配置成根据所预测的最大热负荷在基本上最大的水平上工作的单个高输出空气调节单元。
在其他实例中，向结构提供位于结构中的多个位置处的且被设计成向结构中的相应位置提供基本上最大水平的冷却的多个高输出空气调节单元。在这些实例中，空气调节单元通常相对于彼此消耗相同能量且还被配置成根据所预测的结构中的最大热负荷在基本上最大的功率水平上工作。
然而，在常规结构中，热负荷水平通常保持在所预测的最大水平以下，因此，使空气调节单元持续工作在最大水平上常常导致结构的过度冷却。这导致了浪费的能源和提高的工作成本。
因此，能够冷却结构同时基本上最小化能源消耗将是有益的。
附图简述
从以下参考附图的描述中，本发明的特征对于本领域技术人员将变得显而易见，其中：
图1示出根据本发明一实施例的用于管理结构中的冷却的系统的框图；
图2是根据本发明另一实施例的用于冷却带有具有至少一个不同度量水平的多个独立冷却机构的结构的方法的流程图；
图3-5分别示出根据本发明一实施例的具有由多个冷却机构组成的冷却管理系统的各种结构的简化示意图；
图6示出根据本发明一实施例的可被采用来执行系统管理器的各种功能的计算机系统。
发明详述
出于简明和说明的目的，本发明主要参考其示例性实施例来描述。在下面的描述中，阐述了众多具体细节以便提供对本发明的完全理解。然而，对本领域普通技术人员显而易见的是，无须对这些具体细节的限制也可以实践本发明。在其它实例中，未详细描述公知的方法和结构以免不必要地使本发明显得晦涩难懂。
此处公开的是一种用于管理具有冷却液的结构的系统，该冷却液被配置成环绕该结构中包含的组件流动并从这些组件吸收热量。该系统包括被配置成从冷却液排除热量的多个冷却机构，其中冷却机构中的至少两个具有相对于彼此不同的能耗水平。从冷却液中排除的热量在对冷却机构中的一个或多个的整个调节过程中是不同的。另外，在将冷却液冷却至所需温度范围时冷却机构被操纵来基本上最小化至少一个度量水平，诸如，消耗的能量、破坏的有效能量、所涉及的总所有权成本等。
根据一示例，当需要增加冷却时，首先激活具有诸如最低度量水平等的相对较低度量水平的冷却机构，而最后激活具有诸如最高度量水平等的相对较高度量水平的冷却机构。当需要减少冷却时，首先激活具有诸如最高度量水平等的相对较高度量水平的冷却机构，最后激活具有诸如最低度量水平等的相对较低度量水平的冷却机构。
此处还公开了一种管理使用多个冷却机构的结构的方法，其中多个冷却机构中的至少两个具有相对于彼此的至少一个不同的度量水平。在该方法中，多个冷却机构可被操作来基本上确保满足一个或多个服务级协定(SLA)的规定。一个或多个SLA可被解释成定义例如在计算设备的入口处的温度设置，其目标是驱使入口处的供应空气温度尽可能合理地高的同时符合一个或多个SLA的所解释的规定。作为示例，需要较长正常运行时间的SLA与较多地聚焦于能源节省的SLA相比可使得入口温度被设为更低的温度。
首先参考图1，示出了根据一示例的用于管理结构中的冷却的系统100的框图。应该理解，对框图的下列描述只是可配置该冷却管理系统100的各种各样不同的方式中的一种方式。另外，应该理解，冷却管理系统100可包括附加组件且此处描述的某些组件可被移除和/或修改而不背离冷却管理系统100的范围。
该结构可包括例如相对较大的结构，诸如单层大楼、多层大楼、房间、数据中心等。该结构还可包括相对较小的结构，诸如，容纳诸如服务器、存储器、电源、交换机等的多个电子组件的电子机柜。该结构还可包括诸如汽车、火车、船、飞机等的交通工具。就任一点而言，该结构包括冷却液，该冷却液可包括被配置成在该结构内流动或流过该结构从而冷却该结构的内部及其容纳的组件的液体、气体或其组合。作为示例，冷却液可包括用于吸收热能并将热能从一个位置传递至另一位置从而将热量从该位置驱散的空气或其他流体装置。合适的结构的示例在稍后的附图中示出并在以下讨论。
如图1所示，冷却管理系统100包括系统管理器110，系统管理器110一般包括被配置成在冷却管理系统100中执行各种功能的计算设备。系统管理器110包括控制器112，控制器112可包括被配置成执行各种处理功能的微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)等。另外地或另选地，控制器112可包括在多个计算设备中的任一个中运行的软件。
系统管理器110可包括计算设备而控制器112可包括该计算设备的微处理器。控制器112访问被配置成存储提供控制器112的功能的软件或算法的存储器114。在这点上，存储器114可包括，例如，易失性或非易失性存储器，诸如DRAM、EEPROM、MRAM、闪存、软盘、CD-ROM、DVD-ROM或其他光或磁介质等。
存储器114包括分阶段调节模块116，控制器112被配置成在控制多个冷却机构120a-120n时调用或实现该分阶段调节模块116，其中“n”是大于一的整数。分阶段调节模块116包括被设计成响应于一个或多个传感器130a-130n所检测的条件来标识要调节多个冷却机构120a-120n中的哪一个的软件、硬件或其组合，其中“n”是大于一的整数。更具体地，分阶段调节模块116在被实现或调用时被配置成以分阶段方式调节冷却机构120a-120n，该分阶段方式在将传感器130a-130n所检测的诸如温度、压力、气流速率、气流速度、汽相或质量等的一个或多个环境条件基本上维持在一个或多个预定范围内时，最小化多个冷却机构120a-120n的至少一个度量水平，如消耗的能量、破坏的有效能量、所涉及的总所有权成本等。根据一示例，分阶段调节模块116可基于多个独立冷却机构120a-120n各自的至少一个度量水平来调节这多个独立冷却机构120a-120n中的一个或多个，如下文参考图2更详细地描述的。
一个或多个预定范围可基于一个或多个因素来选择，这些因素可包括，例如，用于容纳在组件制造商所阐述的或者通过测试所确定的结构中的各种组件的安全工作温度范围、湿度范围、气流量范围等。这些因素还可包括在一个或多个服务级协定(SLA)中阐述的或者从一个或多个服务级协定(SLA)中得到的环境条件设置。系统管理器110可从输入源140接收预定范围和/或关于一个或多个SLA的信息。输入源140可包括用户可实现将数据输入到系统管理器110的计算设备。在这点上，输入源140可作为外围设备直接连接到系统管理器110或者输入源140可通过诸如因特网等的网络连接到系统管理器110。
冷却机构120a-120n中的每一个的至少一个度量水平也可通过输入源140被输入到系统管理器110中。度量水平可被存储在存储器114中或其他数据存储中，且可在对冷却机构120a-120n的分阶段调节操作中访问。根据一示例，冷却机构120a-120n中的一个或多个可包括需要很少或不需要电能来工作的无源冷却机构。另外，冷却机构120a-120n中的一个或多个可包括需要电能来工作的有源冷却机构。一个或多个无源冷却机构和一个或多个有源冷却机构中的每一个包括被配置成在诸如蒸发器部分等的吸热部分和诸如冷凝器部分或热交换器部分等的排热部分之间移动的冷却介质。
“无源”冷却机构一般包括需要很少或不需要电能来使得冷却介质在吸热收部分和排热部分之间移动的冷却机构。换言之，无源冷却机构在物理上被配置成包含适当的冷却介质来使得该冷却介质能够在相变和重力的影响下流动。另外，无源冷却机构可包括位于排热部分处的、增强从冷却介质的排热的一个或多个风扇。合适的无源冷却机构的一示例是如图3-5所示的循环温差环流系统。
“有源”冷却机构一般可被定义为需要电能来使得冷却介质流过其中的冷却机构。有源冷却机构因此可包括，例如，被配置成对冷却介质授予原动力并使得冷却介质在吸热和排热部分之间流动的一个或多个泵、压缩机等。合适的有源冷却机构的示例包括地耦合冷却器循环、蒸汽压缩循环、带有一个或多个风扇的冷却塔等。
根据一示例，分阶段调节模块116可基于从一个或多个传感器130a-130n接收的数据来进一步实现冷却机构120a-120n。传感器130a-130n还能够通过输入模块118与系统管理器110接口。传感器130a-130n可位于遍布结构的不同位置处，例如，位于那些需要温度控制的位置处。作为特定示例，该结构可包括容纳多个电子机柜的IT数据中心。在该示例中，多个传感器130a-130n可位于部分或全部电子机柜的入口处，且分阶段调节模块116可使用传感器130a-130n所收集的数据来调节冷却机构120a-120n中的一个或多个以努力将电子机柜入口处的温度基本上维持在预定温度范围内。
虽然冷却管理系统100被描绘为包括三个或更多冷却机构120a-120n，但应该理解，冷却管理系统100可包括任意合理合适数量的冷却机构120a-120n。
就任一点来说，参考以下附图更详细地描述在管理带有具有至少一个不同度量水平的多个冷却机构的结构时系统管理器110的各种操作。另外，在下面的附图中提供了包含各种类型的冷却机构的结构的具体示例。
首先参考图2，示出了根据一示例的用于管理带有具有至少一个不同度量水平的多个独立冷却机构的结构的方法200的流程图。应该理解，下文对方法200的描述只是可以实践本发明的一示例的各种各样不同的方式中的一种。方法200表示概括性的说明且可以在不背离方法200的范围的情况下添加其他步骤或者移除、修改或重新安排现有步骤，这对本领域技术人员而言也是显而易见的。
参考图1中示出的冷却管理系统100，并因此参考其中引用的元件来做出对方法200的描述。然而，应该理解，方法200不限于在冷却管理系统100中阐述的这些元件。相反，应该理解，方法200可由具有与在冷却管理系统100中阐述的配置不同的配置的系统来实践。
一般而言，方法200可包括分阶段调节模块116的算法或程序。就此，控制器112可在执行方法200来操作多个冷却机构120a-120n时实现或调用分阶段调节模块116以便，例如，将结构内的温度基本上维持在预定范围之内。在一个示例中，预定范围可由一个或多个服务级协定(SLA)来定义或者从一个或多个服务级协定(SLA)中得到。
作为可以例如在结构的设计和/或构造阶段执行的初始步骤，可以标识冷却机构120a-120n的至少一个度量水平。度量水平也可在稍后在结构的工作中标识。根据一示例，冷却机构120a-120n的度量水平一般被定义为冷却机构120a-120n在其工作期间消耗的能量。相应的能耗水平可包括冷却机构120a-120n在其工作期间消耗的最大能量、标称能量、平均能量等。
根据另一示例，冷却机构120a-120n的度量水平一般被定义为冷却机构120a-120n中的每一个的总所有权成本且可包括，例如，能耗水平、初始设立成本、维护成本等。作为另一示例，冷却机构120a-120n的度量水平一般被定义为冷却机构120a-120n的有效能量损失值，且可包括，例如，在冷却机构120a-120n的制造期间破坏的有效能量、在冷却机构120a-120n的工作期间破坏的有效能量、在冷却机构120a-120n的移除期间破坏的有效能量等。
度量水平可以从制造商数据和/或从冷却机构120a-120n的工作期间的测试中确定。另外，度量水平可通过使用输入源140被输入到系统管理器110并可被存储在存储器114中。
就任一点而言，控制器112一般被配置成实现或调用方法200来将结构内的温度维持在最高的可接受水平，从而基本上最小化对具有较高度量水平的冷却机构120a-120n的使用。
作为另一初始步骤，在具有多个区的结构中或在具有被安排成冷却结构内的不同区域的多个冷却机构120a-120n的结构中，可以标识冷却机构120a-120n的影响区域。影响区域一般标识多个冷却机构120a-120n中的每一个对哪个区或区域具有特定的影响水平。因此，影响区域可用于确定应该调节冷却机构120a-120n中的哪一个来获得结构中的一个或多个区或区域中的所需结果。该步骤可例如在结构包括单个区或区域的配置中或者在所有冷却机构120a-120n向结构的相同区或区域供应冷却的配置中被省略。
作为示例，在诸如具有多个楼层的大楼等结构中，每一楼层可具有独立的冷却机构120a-120n。在该示例中，大楼中的特定楼层可被认为是在向该特定楼层提供冷却的一个或多个冷却机构120a-120n的影响区域内。
在另一示例中，在诸如IT数据中心等的结构中，电子机柜可根据其中包含的服务器所执行的工作负荷的关键程度来分类。在该示例中，被分类为较关键的那些电子机柜，与被分类为次关键的那些电子机柜相比，可由较多数量的独立冷却机构来冷却。由此，较关键的电子机柜可具有较高的冗余水平且因此不易于发生故障。
间接向不同区或区域提供冷却的冷却机构120a-120n也被认为具有影响区域。例如，被配置成从直接冷却结构中的一个区的第二冷却机构120b中吸取热量的第一冷却机构120a也被认为是在冷却该区。换言之，该区被认为是在第一冷却机构120a和第二冷却机构120b的影响区域内。根据其他示例，第一冷却机构120a可被配置成从多于一个第二冷却机构120b-120n中吸取热量且因此可包括多个影响区域。第二冷却机构120b-120n还可将热量传递至多于一个第一冷却机构120a，其中第一冷却机构120a中的每一个被配置成通过驱散第二冷却机构120b-120n中的一个或多个所吸收的热量来间接驱散结构中产生的热量。
回头具体参考图2，在步骤202处，控制器112被配置成定义结构中的一个或多个位置处的预定给定值范围。顾名思义，预定给定值范围可定义一个或多个位置处的目标范围。作为特定示例，预定给定值范围可定义IT数据中心结构中容纳的电子机柜的入口处的目标温度范围。
根据一示例，预定给定值范围可包括用于电子机柜中容纳的组件的安全工作温度范围。预定给定值范围还可包括被标识为为位于结构中的个体提供舒适的环境的温度范围。在这些示例中，控制器112可用预定给定值范围来编程。
根据另一示例，控制器112被配置成基于一个或多个服务级协定(SLA)中包含的规定来定义预定给定值范围。作为特定示例，一个或多个SLA可直接规定各个位置要维持的环境条件。作为另一示例，包含在一个或多个SLA中的条款可被解释来确定在各个工作负荷的执行期间诸如服务器、存储器等的组件被允许遭受的“损坏”级别。在该示例下，可以有三个“损坏”级别，包括，不允许性能上的改变、允许性能上的改变但可通过重试来恢复差错、以及允许系统关闭。
“损坏”级别中的每一个可与不同的预定给定值范围相关联。例如，“不允许性能上的改变”可与最低预定给定值范围相关联以基本上阻止组件上的故障。另外，“允许系统关闭”水平可与最高预定给定值范围相关联以基本上最小化与冷却组件相关联的成本。此外，“性能上的改变”级别可与落在前两个预定给定值温度范围之间的预定给定值范围相关联。
根据一示例，控制器112可为结构中的不同区定义不同的预定给定值范围。例如，在第一区包含被配置成执行第一SLA下的第一工作负荷的组件而第二区包含被配置成执行第二SLA下的第二工作负荷的组件的情况下，控制器112可定义不同的预定给定值范围。
在步骤204处，控制器112可激活冷却机构120a-120n中具有相对较低度量水平的一个或多个，如冷却机构120a-120n中具有最低度量水平的一个或多个。根据冷却机构120a-120n中的一个或多个包括无源冷却机构的一示例，控制器112可使得无源冷却机构中的一个或多个阀打开，从而使得其中包含的冷却介质能够循环通过该一个或多个无源冷却机构。在冷却机构120a-120n中的一个或多个包括有源冷却机构的一示例中，控制器112可激活有源冷却机构中具有较低能耗水平的一个或多个。
在该示例中，如果结构中所检测的条件保证增长，则控制器112可增加激活的有源冷却机构120a-120n的数量和当前的有源冷却机构120a-120n的工作中的一个或两者。然而，另选地，控制器112可激活全部或近乎全部冷却机构120a-120n，并且在结构中所检测的条件允许降低的情况下可按比例减少有源冷却机构的使用。
在步骤206处，控制器112接收传感器130a-130n中的一个或多个所检测的环境条件(EC)。在步骤208处，控制器112分析所接收的环境条件来判定环境条件是否在步骤202处所定义的预定给定值范围内。
如果分析指示环境条件在预定给定值范围内，则控制器112继续从一个或多个传感器130a-130n接收所检测的环境条件数据。然而，如果分析指示环境条件在预定给定值范围之外，则控制器分析环境条件来判定环境条件是否低于预定给定值范围，如步骤210处所指示的。
如果在步骤210处执行的分析指示环境条件低于预定给定值范围，则控制器112减小冷却机构120a-120n中的一个或多个的冷却输出。另外地或另选地，在步骤212处控制器112停用冷却机构120a-120n中具有相对较高度量水平的一个或多个。
在步骤212之后，在步骤206处控制器112可继续接收传感器130a-130n所检测的环境条件。另外，控制器112可重复步骤208-212来基本上不断减小冷却机构120a-120n的度量水平(如果减小可用的话)。
然而，如果在步骤210处执行的分析指示环境条件高于预定给定值温度范围，则控制器112判定具有相对较低度量水平的冷却机构120a-120n是否可用，如步骤214处所指示的。更具体地，在步骤214处，控制器112判定是否存在任何尚未被激活的可用的冷却机构120a-120n，或者是否存在任何具有可用容量且具有与已经激活的一个或多个冷却机构120a-120n相比更低度量水平的可用的冷却机构120a-120n。
如果控制器112判定带有相对较低度量水平的冷却机构120a可用，则控制器112调节该冷却机构120a从而增大该冷却机构120a所提供的冷却，如步骤216处所指示的。控制器112可通过如果在停用状态中则激活冷却机构120a或者通过增加冷却机构120a工作来调节该冷却机构120a。
然而，如果在步骤214处控制器112判定带有相对较低度量水平的冷却机构120a不可用，则控制器调节具有相对较高度量水平的另一冷却机构120b，如步骤218处所指示的。同样，控制器112可通过如果在停用状态中则激活冷却机构120b或者通过增加冷却机构120b工作来调节该冷却机构120b。
在步骤216和218之一或两者之后，控制器112可重复步骤206-218任何合理合适的持续时间或任何合理合适的迭代次数来充分地冷却冷却液同时高效地管理结构。
在方法200的实现过程中，当传感器130a-130n所检测的并在步骤206处所接收的环境条件中的一个或多个高于预定给定值范围时，控制器112例如通过在调节具有相对较高度量水平的冷却机构120a-120n之前调节具有相对较低度量水平的冷却机构120a-120n来设法降低供应到传感器130a-130n的位置的冷却液的温度。同样，当传感器130a-130n所检测的并在步骤206处所接收的环境条件中的一个或多个低于预定给定值范围时，控制器112例如通过在调节具有相对较低度量水平的冷却机构120a-120n之前调节具有最高度量水平的冷却机构120a-120n来设法提高供应到传感器130a-130n的位置的冷却液的温度。就此，例如，可基本上最小化冷却机构120a-120n在将结构内的温度维持在预定给定值温度范围内的时候所消耗的能量。
方法200中阐述的部分或全部操作可作为至少一个实用程序、程序或子程序来包含在任何所需计算机可访问介质中。另外，方法200中的部分或全部步骤可按活动的和不活动的各种各样的形式存在的由计算机程序来具体化。例如，该计算机程序可作为由源代码、目标代码、可执行代码或其他格式的程序指令组成的软件程序而存在。以上的任一个可被包含在包括存储设备和压缩或未压缩形式的信号的计算机可读介质上。
示例性计算机可读存储设备包括常规的计算机系统RAM、ROM、EPROM、EEPROM和磁盘或光盘或磁带。无论是否使用载波来调制，示例性计算机可读信号是主存或运行计算机程序的计算机系统可被配置来访问的信号，包括通过因特网或其他网络下载的信号。前述的具体示例包括在CD ROM上对程序的分发或经由因特网的下载。在某种意义上，因特网本身作为一抽象实体是计算机可读介质。一般而言对于计算机网络也是如此。因此，应该理解，能够执行上述功能的任何电子设备可执行以上枚举的这些功能。
现在转向图3-5，示出了根据三个示例的具有由多个冷却机构120a-120n组成的冷却管理系统100的各种结构的简化示意图300、400和500。应该理解，图300、400和500可包括附加组件且此处描述的某些组件可被移除和/或修改而不背离冷却管理系统100的范围。另外，应该理解，冷却管理系统100可在具有除在图300、400和500中描绘的那些配置之外的配置的结构中实现。此外，应该理解，冷却机构120a-120n的示例可应用于较小规模的结构，诸如，大楼内的房间、房间内的区、电子机柜等。
一般而言，图300、400和500描绘了冷却管理系统100的示例。就此，图300、400和500描绘了在图1的冷却管理系统100中描绘的系统管理器110、多个冷却机构120a-120n、以及多个传感器130a-130n。
首先参考图3，图300示出诸如IT数据中心连同冷却管理系统100一起等的结构302，在这种情况下是大楼。结构302被描绘为包括抬高的地板304和降低的天花板306。抬高的地板304和降低的天花板306包括换气片308来使得诸如空气或其他合适的物质等的冷却液能够在结构302中环绕流动。位于抬高的地板304上的是发热组件310，诸如容纳多个服务器、电源、存储器等的电子机架。同样位于抬高的地板304上的是吸热组件312，诸如蒸发器或其中发生热传递的其他装置。吸热组件312被描绘为包括被设计成产生穿过发热组件310和吸热组件312的气流的一对风扇314。
图3-5中描绘的实线箭头一般指示相对较低温度下的冷却液或冷却介质，而虚线箭头一般指示已被加热的冷却液或冷却介质。如图所示，当冷却液流过发热组件310时可变为已加热的，而当其流过吸热组件312时可变为已冷却的。冷却液因此可贯穿结构302在已冷却的和已加热的状态之间循环以从发热组件310排除热量。
排热组件312包括诸如制冷剂、冷却水、减压的水等的冷却介质流过其中的多个管道(未示出)。来自冷却液的热量通过传导被传递到包含在管道内的冷却介质，而热传递通过附连到管道的散热片(未示出)来增强。
虽然未明确地示出，但排热组件312包括承载两个独立冷却介质的两组独立的管道。管道彼此分开以阻止一个管道中的冷却介质与另一管道中的冷却介质混合。另外，两组管道都可被配置成在排热组件312的较大区域上延伸，从而使得每一个管道中的冷却介质具有其上从冷却液中传递热量的较大区域。
第一组管道形成第一冷却机构120a的一部分并连接到第一冷却机构120a的管道320a和320b。管道320a和320b也连接到冷凝器322并与第一组管道和冷凝器322形成闭环。被配置成基于其温度经历相变的冷却介质被包含在形成第一冷却机构120a的闭环中。冷却介质可包括，例如，被配置成在相对较低温度下改变相位的减压的水、冷却剂等。
第一冷却机构120a一般通过使冷却介质循环通过闭环中的汽-液循环来工作。更具体地，冷却介质主要是第一组管道内的液体，并在热量从包含在结构302中的冷却液被吸收时汽化，从而冷却冷却液。汽化的冷却介质向上流过管道320a并在冷凝器322中聚集。包含在汽化的冷却介质中的某些热量通过冷凝器322被驱散，而汽化的冷却介质冷凝成液体324。从冷却介质的排热可通过风扇326的工作来增强。就任一点而言，液体冷却介质通过管道320b被传递回到蒸发器312并重复汽-液循环来不断冷却冷却液。
第一冷却机构120a被认为是“无源”冷却机构，因为不需要电能来使冷却介质流过闭环。
第二组管道形成第二冷却机构120b的一部分并连接到第二冷却机构120b的管道330a和330b。管道330a和330b也连接到累积器332、热交换器334和泵336。第二冷却机构120b也形成具有被配置成流过该循环的冷却介质的闭环。冷却介质一般包括在蒸发器312处从冷却液吸收热量的液体。已加热的冷却介质向下流过管道330a，该管道可埋藏在地340中直到具有与围绕结构302的环境空气温度相比更低温度的深度处。
当冷却介质流过管道330时，来自冷却介质的热量被驱散到地中，从而冷却冷却介质，如实线箭头和虚线箭头所指示的。已冷却的冷却介质在通过管道330b被重新放入第二组管道中之前在累积器332中聚集。泵336对冷却介质施加压力从而使得冷却介质流过闭环。就此，第二冷却机构120b被认为是“有源”冷却机构，因为需要电能来使冷却介质流过闭环。
包含在第二冷却机构120b中的冷却介质可通过在热交换器334处的热传递来进一步冷却。更具体地，在热交换器334处，来自包含在第二冷却机构120b中的冷却介质的热量被传递至包含在第三冷却机构120c的冷却介质，从而进一步冷却包含在第二冷却机构120b中的冷却介质。然而，如果控制器112判定从管道330a直接供应的包含在累积器332中的冷却介质的温度足够冷，则控制器112可以不激活第三冷却机构340或者可以将第三冷却机构340维持在相对较低功率状态。
第三冷却机构120c一般包括蒸汽压缩类冷却机构，包括蒸发器(热交换器334)、压缩机340、冷凝器342和膨胀阀344。冷凝器342还包括用于增加从包含在将第三冷却机构120c的组件连接在一起的循环350中的冷却介质的排热的风扇346。第三冷却机构120c也被认为是“有源”冷却机构，因为需要电能来为冷却介质提供原动力以流过循环350。
第二冷却机构120b和第三冷却机构120c具有比第一冷却机构120a相对更高的能耗水平。另外，第三冷却机构120c可具有比第二冷却机构120b的能耗水平相对更高的能耗水平。然而，控制器112可通过基本上限制第三冷却机构120c的激活和增加的工作直到需要附加冷却来基本上最小化能耗。
在工作中，系统管理器110可调节泵332和压缩机340之一或两者来改变包含在第二和第三冷却机构120b和120c中的冷却介质的温度，从而改变包含在结构302中的冷却液的温度。根据方法200，当第一冷却机构120a能够例如将冷却液的温度维持在预定给定值范围内时，系统管理器110可将第二和第三冷却机构120b和120c维持在不活动状态或较低功率状态。另外，当第一冷却机构120a不能够充分地冷却冷却液时，系统管理器110可调节第二冷却机构120b。当第一冷却机构120a和第二冷却机构120b不能够充分地冷却冷却液时，系统管理器110还可调节第三冷却机构120c。由此，系统管理器110，或更具体地，控制器112，被配置成按分阶段方式来实现冷却机构120a-120c，该分阶段方式基本上最小化在冷却结构302中的冷却液时所消耗的能量、总所有权成本、冷却机构120a-120c的有效能量损失等。
虽然排热组件312已经被描述为包含用于第一冷却机构120a和第二冷却机构120b的两组管道，但应该理解，第一冷却机构120a和第二冷却机构120b中的每一个可包括独立的排热组件312而不背离此处描述的冷却管理系统100的范围。
另外，虽然第二冷却机构120b已经被描述为包含延伸到地340中的管道330a，但管道330a可取决于结构302的地理位置而延伸至相对更低温度的位置。作为示例，在诸如水、空气、冰等材料可用且具有足够低的温度来充分冷却包含在第二冷却机构120b中的冷却介质的情况下，管道330a可延伸到这些材料中。
现在转向图4，图400示出根据另一示例的带有不同冷却管理系统100的图3中描绘的结构302。冷却管理系统100包括图3中描绘的相同的第一冷却机构120a。然而，图4中描绘的冷却管理系统100与图3的区别在于移除了第三冷却机构120c且第二冷却机构120b包括冷却塔402。冷却塔402包括被配置成使得环境气流流过冷却塔从而冷却第二冷却机构120b中的冷却介质的风扇404。
在该示例中，包含在第二冷却机构120b中的冷却介质最初由与地340的温差来冷却。当地循环330a不能够充分地冷却冷却介质时，系统管理器110，或更具体地，控制器112，调节风扇404来进一步冷却冷却介质。另选地，当地循环330a部分或第一冷却机构120a能够充分地冷却冷却液时，控制器112减少风扇404工作。
现在转向图5，图500示出根据一示例的带有不同冷却管理系统100的图3中描绘的结构302。冷却管理系统100包括第一冷却机构120a和第二冷却机构120b。第一冷却机构120a包括需要很少或不需要电能来工作的无源冷却机构。
在图500中，蒸发器312包括连接到第二冷却机构120b的管道330a和330b的单组管道。同样，管道330a被描绘为在地340之上且位于热交换器502内。热交换器被示为包括用于接收第一冷却机构120a的冷却介质的隔室504。
在工作时，来自包含在第二冷却机构120b中的冷却介质的热量被传递至包含在第一冷却机构中的冷却介质，这使得隔室504中的冷却介质蒸发。汽化的冷却介质被冷却并冷凝到冷凝器322中，并返回至热交换器502，如上文参考图3所讨论的。
第二冷却机构120b中的已冷却的冷却介质被返回至蒸发器312来重复对包含在结构302中的冷却液的冷却循环。
在该示例中，系统管理器，或更具体地，控制器112，调节第二冷却机构120b的泵336来改变冷却液的温度。
图6示出根据一实施例的可被采用来执行以上描述的系统管理器110的各功能的计算机系统600。在这一方面，计算机系统600可用作用于执行上文参考系统管理器110所描述的一个或多个功能的平台。
计算机系统600包括可用于执行在方法200中描述的部分或全部步骤的处理器602。来自处理器602的命令和数据通过通信总线604进行通信。计算机系统600还包括诸如随机存取存储器(RAM)等的主存储器606和二级存储器608，其中用于例如系统管理器110的程序代码可在运行时期间执行。二级存储器608包括，例如，可以存储用于管理结构的程序代码的副本的、表示软盘驱动器、磁带驱动器、紧致盘驱动器等的一个或多个硬盘610和/或可移动存储驱动器612。
可移动存储驱动器610按公知的方式对可移动存储单元614进行读和/或写。用户输入和输出设备可包括键盘616、鼠标618和显示器620。显示适配器622可与通信总线604和显示器620接口，且可从处理器602接收显示数据并将该显示数据转换成用于显示器620的显示命令。另外，处理器602可通过网络适配器624通过例如因特网、LAN等的网络进行通信。
可以添加或替换计算机系统600中的其他已知的电子组件对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。另外，计算机系统600可包括在数据中心中的机架中使用的系统板或刀片、常规的“白盒”服务器或计算设备等。同样，图6中的组件中的一个或多个可以是可选的(例如，用户输入设备、二级存储器等)。
此处描述并示出的是本发明的优选实施例及其某些变型。此处使用的术语、描述和附图仅作为说明而阐述且不旨在限制。本领域技术人员将认识到，在本发明的精神和范围内的许多变型及其等效方案是可能的，且本发明的范围旨在由所附权利要求书来定义，其中所有术语意味着其最宽泛合理的意义除非另外指定。
Claims (18)
1.一种用于管理具有冷却液的结构的系统，所述冷却液被配置成环绕所述结构中包含的组件流动并从中吸收热量，所述系统包括：
被配置成从冷却液吸收热量的多个独立冷却机构，所述多个独立冷却机构中的至少两个具有相对于彼此的至少一个不同的度量水平；以及
被配置成按分阶段方式来实现所述多个独立冷却机构以从所述冷却液排除热量从而管理所述结构的控制器，其中所述分阶段方式包括首先实现具有至少一个相对较低度量水平的冷却机构，最后实现具有至少一个相对较高度量水平的冷却机构，
其中所述结构被分成多个区，且其中所述多个区中的每一个被配置成由多个独立冷却机构来冷却，其中所述多个独立冷却机构中的至少两个具有相对于彼此不同的度量水平。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个独立冷却机构中的每一个包括吸热组件和被配置成流过所述吸热组件的冷却介质，且其中所述吸热组件被配置成便于从所述冷却液到所述冷却介质的相对高效的热传递。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个独立冷却机构中的至少一个包括具有较低能耗水平的无源冷却机构，且所述多个独立冷却机构中的至少一个包括具有较高能耗水平的有源冷却机构。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述无源冷却机构包括循环温差环流系统，所述循环温差环流系统具有在水平方向上位于与所述循环温差环流系统的蒸发器相比较高位置处的冷凝器，其中所述循环温差环流系统的冷却介质被配置成通过所述冷却介质中的相变来在所述蒸发器和所述冷凝器之间流动。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述有源冷却机构包括地耦合循环和冷却器装置中的至少一个。
6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述有源冷却机构包括具有被配置成从包含在所述有源冷却机构中的冷却介质排除附加热量的冷却塔的地耦合循环。
7.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个独立冷却机构中的至少两个共享共同的蒸发器，其中所述共同的蒸发器包括多个管道组来维持所述多个独立冷却机构中的至少两个的冷却介质的分离。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
被配置成检测所述结构中一位置处的冷却液的环境条件的传感器；以及
其中所述控制器还被配置成按分阶段方式实现所述多个独立冷却机构来将所检测的环境条件基本上维持在预定范围内。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述结构包括大楼且所述组件包括电子设备，且其中所述传感器被配置成检测电子设备的一位置处的温度。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多个独立冷却机构包括具有被配置成从所述冷却液排除热量的第一冷却介质的第一有源冷却机构和具有第二冷却介质的第二有源冷却机构，其中所述第二冷却介质被配置成从所述第一冷却介质排除热量，且其中所述控制器还被配置成调节所述第二有源冷却机构来调节从所述第一冷却介质和所述冷却液的排热。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个不同的度量水平包括所述冷却机构的能耗水平、总所有权成本和有效能量损失中的至少一个。
12.一种用于管理具有冷却液的结构的方法，所述冷却液被配置成环绕所述结构中包含的组件流动并从中吸收热量，所述结构带有具有不同度量水平的多个独立冷却机构，所述方法包括：
接收在所述结构的一位置处所检测的环境条件；
判定所述环境条件是否低于预定给定值范围；以及
响应于所述环境条件超过所述预定给定值范围，通过首先调节具有相对较低度量水平的冷却机构且最后调节具有相对较高度量水平的冷却机构，以分阶段方式来调节所述多个独立冷却机构来在管理所述结构时充分地冷却所述冷却液，
其中所述结构被分成多个区，且其中所述多个区中的每一个被配置成由多个独立冷却机构来冷却，其中所述多个独立冷却机构中的至少两个具有相对于彼此不同的能耗水平，所述方法还包括：
独立于彼此地调节所述区中的至少两个中的多个独立冷却机构。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述环境条件包括温度，其中所述预定给定值范围包括预定给定值温度，且其中以分阶段方式调节所述多个独立冷却机构还包括：
响应于温度超过所述预定给定值温度，首先调节具有第一能耗水平的第一冷却机构；
判定调节所述第一冷却机构是否导致所述温度降低至所述预定给定值温度范围内；以及
响应于所述温度保持在所述预定给定值温度范围以上，调节具有比所述第一能耗水平高的第二能耗水平的第二冷却机构。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于对环境条件低于所述预定给定值范围的判定，进行以下两者的至少一个：减小来自所述多个独立冷却机构中具有相对较高度量水平的至少一个的冷却输出，和停用所述多个独立冷却机构中具有相对较高度量水平的至少一个。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个独立冷却机构包括无源冷却机构和至少一个有源冷却机构，且其中响应于所述环境条件超过所述预定给定值温度范围来以分阶段方式调节所述多个独立冷却机构还包括在调节所述至少一个有源冷却机构之前激活所述无源冷却机构。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个独立冷却机构包括无源冷却机构和至少一个有源冷却机构，所述方法还包括：
响应于所述一个或多个环境条件落在低于所述预定给定值范围，在分阶段方式调节所述无源冷却机构之前调节所述至少一个有源冷却机构。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个独立冷却机构包括具有被配置成从所述冷却液排除热量的第一冷却介质的第一有源冷却机构和具有第二冷却介质的第二有源冷却机构，其中所述第二冷却介质被配置成从所述第一冷却介质排除热量，所述方法还包括：
判定所述一个或多个环境条件是否高于第二预定给定值范围；以及
响应于所述一个或多个环境条件超过所述第二预定给定值范围，调节所述第二有源冷却机构来增加从所述第一冷却介质的排热。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
从定义所述结构要被操作的各种方式的一个或多个服务级协定所阐述的规定中定义所述预定给定值范围。
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