CN102884876A - 数据中心冷却 - Google Patents

Abstract

一种数据中心包括具有倾斜屋顶的建筑物。该建筑物包括延伸建筑物的长度的通风室。通风室形成在倾斜屋顶的峰尖处并且包括竖直的百叶窗式墙壁。该数据中心包括设备室，设备室从结构上支撑通风室并且包括形成建筑物的长度和宽度的外部竖直墙。一系列电气设备安装在设备室内的布置为两行的设备架中，这两行形成这两行之间的公共通道。电气设备包括朝向外部竖直墙的冷却入口和朝向公共通道的排放出口。通道隔离器从设备架竖直延伸至通风室。

Description

数据中心冷却

背景技术

用于为当今常见的数据中心中的电子设备供电和冷却的能量显著地增加数据中心运营的总成本。而且，在现有数据中心的示例状态中，总能量使用量的三分之一到二分之一用于冷却电子设备。传统上，数据中心热控制包括使用冷冻器或制冷器来冷却体积恒定的再循环空气的闭环热控制。该能量使用量的大部分用于使用直接膨胀式空调单元或冷冻水空调单元的闭环再循环空气冷却系统。

一种新型数据中心冷却被称为空气侧节能器，其促使冷却器外部的空气进入到数据中心内，来增强传统计算机机房空调器（CRAC）冷却。空气侧节能器部分地利用降低的外部温度，但与传统CRAC数据中心设计相比，空气侧节能器数据中心设计在其它方面没有明显改变。典型的空气侧节能器设施保持闭环设施特有的传统平屋顶、低天花板箱式结构，因此不能完全利用冷却器外部的空气。

由于这些及其它原因，存在对本发明的需求。

附图说明

包括附图来提供对实施例的进一步理解，附图包含在本说明书中且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例且与具体实施方式一起用于解释实施例的原理。其它实施例和实施例的许多期望优势将容易理解，因为它们通过参考下面的具体实施方式变得更好理解。附图的要素不必相对于彼此按比例绘制。相同的附图标记代表对应的相似部分。

图1是根据一个实施例的数据中心的剖面图。

图2是根据一个实施例的数据中心的设备室的平面图。

图3是根据一个实施例的冷却数据中心的过程的流程图。

具体实施方式

在下面的具体实施方式中，参考构成本说明书一部分的附图，在附图中通过图解示出可以实践本发明的特定实施例。在这一点，关于所描述的附图的方向使用方向术语，比如“上”、“下”、“前”、“后”、“前列”、“结尾”等。

由于本发明的实施例的组成部分可以被放置在多个不同方位上，因此方向术语用于图示的用途而决不是限制性的。应当理解，可以使用其它实施例，并且可以在不背离本发明的范围的条件下进行结构变化或逻辑变化。因此，下面的具体实施方式不应按照限制性意义来理解，并且本发明的范围由所附权利要求限定。

应当理解，在本文中描述的各个示例性实施例的特征可以互相组合，除非另外具体注明。

图1是根据一个实施例的数据中心100的剖面图。数据中心100包括建筑物102和建筑物102内的电气设备104及通道隔离器106。建筑物102包括通风室108和设备室110。电气设备104安装在布置于设备室110内的设备架112上。通道隔离器106从设备架112竖直延伸至通风室108。

在一个实施例中，建筑物102是组合式金属建筑物。其它适合的建筑物材料可以用在建筑物102中，比如水泥和木头。在一个实施例中，建筑物102是预先组装的结构。在一个实施例中，在所选位置现场建造建筑物102。

在一个实施例中，建筑物102的屋顶118是倾斜的或有坡度的。在一个实施例中，屋顶118具有伸出的坚固屋檐120，屋檐120大致沿每个屋顶层次的端缘顺延屋顶118的坡度。在一个实施例中，屋檐120延伸超出建筑物102占用区域几英尺。在图示的实施例中，屋顶118具有两层，包括设备室110上方的下屋顶118b和通风室108上方的上屋顶118a。以此方式，屋顶118a升高并且与下屋顶118b分离。

在一个实施例中，屋檐120b延伸下屋顶118b并超出设备室110的围墙122。类似地，在一个实施例中，屋檐120a延伸上屋顶118a并超出上部墙124。在一个实施例中，屋檐120a和屋檐120b在建筑物102的相对侧沿建筑物长度（由图2中的箭头114指示）延伸。在一个实施例中，屋檐120a和屋檐120b提供不受外部天气要素影响的保护，并且防止降水进入建筑物120内。

在一个实施例中，屋顶118由例如深波纹状金属的自支撑式材料构成。屋顶118可以由其它适合的屋顶材料，比如具有支撑结构的沥青屋面板构成。

通风室108在设备室110上方延伸，并且沿屋顶118的尖顶119形成。在一个实施例中，通风室108和设备室110在内部开放地连接。在一个实施例中，通风室108延伸建筑物102的建筑物长度（由图2中的箭头114指示），并且未被分隔。

在一个实施例中，通风室108的外墙124从设备室110的屋顶118b竖直延伸至通风室108的屋顶118a。在一个实施例中，通风室108的墙124是百叶窗式的或者包括百叶窗126，百叶窗126提供空气从内部到建筑物102的外部的通路。在一个实施例中，百叶窗126沿墙124的由箭头114指示的长度成串装配。在一个实施例中，百叶窗126仅包含在位于伸出的延伸屋檐120下方的相对墙124上。在另一实施例中，百叶窗126包含在通风室108的所有墙124上。百叶窗126可以是固定的或者可调整的，或者二者的结合。

在一个实施例中，通风室108包括一个或多个流通风扇130。流通风扇130促进经过设备室110和通风室108的空气运动。在一个实施例中，每个流通风扇130均沿对立墙124安装。在另一实施例中，流通风扇130沿通风室108的底部水平安装，以将空气从设备室110向上推进。

在一个实施例中，流通风扇130包括可变速驱动系统。在一个实施例中，根据电气设备140所处的环境因素（比如温度）的测量结果，利用风扇控制器控制流通风扇130的速度。在通风室108中使用的流通风扇130的数量、大小、位置和类型可以通过如下设计因素确定，例如建筑物102的大小、电气设备104的类型和数量、电气设备104所产生的功率、电气设备104中包含的风扇以及建筑物102所处的环境。例如，在一个实施例中，流通风扇130是电气设备140中已经包含的风扇的补充，并且可以增加穿过建筑物102的气流。

在一个实施例中，流通风扇130提供穿过电气设备104的气流，使在电气设备104内使用最少的风扇或者不使用风扇。在另一示例中，可以使用大的流通风扇130，以便减少流通风扇130的数量和/或电气设备104内的风扇数量。在一个实施例中，流通风扇130有助于平衡建筑物102的内部压力以及平衡在过滤器140和百叶窗126之间的气流中可能出现的压降。

图2是根据一个实施例的数据中心100的设备室110的平面图。在一个实施例中，建筑物102是由箭头114指示的建筑物长度超过由箭头116指示的建筑物宽度的狭长结构。由箭头114指示的建筑物长度是达到所期望的设备容量的适合的长度。在一个实施例中，通风室108的118的长度与上面由箭头114指示的设备室110的长度相同。在一个实施例中，设备室110的由箭头116指示的宽度大于图1中由箭头128指示的通风室108的宽度。

设备室110被建造和配置成容纳电气设备104。在一个实施例中，一系列电气设备104（比如服务器、磁盘驱动器阵列、网络交换设备以及其它电气和数据设备）安装在布置于设备行132中的设备架112上。在一个实施例中，设备架112是机柜。在一个实施例中，设备架112布置在两个设备行132中，两个设备行132形成这两个设备行132之间的公共通道134。在一个实施例中，设备行132是基本平行的，然而，设备行132可以是能够形成设备行132之间的公共通道134的任何适合构造。

在一个实施例中，生热电气设备104的冷却入口160朝向外部围墙122，以从外部通道138之一接收较冷的空气。在一个实施例中，生热设备104的排气出口162朝向公共通道134，以将较暖的空气排放到公共通道134内。在一个实施例中，公共通道134沿建筑物102的中央长轴线136延伸。在一个实施例中，公共通道134位于通风室108下方中央，以允许自然对流力将暖排放气提升并排出建筑物102。该自然对流的气流通过安装在电气设备104内的将来自冷的外部通道138的空气移动到暖的公共通道134中的风扇得到补充，还通过流通风扇130补充。在一个实施例中，自然对流力、电气设备104内的风扇以及流通风扇130的合并行为产生经过建筑物102的正向气流流通，而没有空气的再流通。

在一个实施例中，通道隔离器106从设备架112延伸到通风室108。在一个实施例中，通道隔离器106提供设备架112的顶部和屋顶118b的顶部之间的密封。在一个实施例中，通道隔离器106形成由屋顶118b的屋顶结构支撑的悬吊系统。在一个实施例中，通道隔离器106被配置成将由工作的电气设备104产生的热空气改向并引导到公共通道134内。在一个实施例中，通道隔离器106防止热空气从公共通道134再流回到电气设备104的冷却入口160内。这还可以允许设备104内的风扇产生压差，以增加由自然对流产生的经过建筑物102的气流流通。在另一实施例中，可变开口再流通气门107包含到通道隔离器106内，以允许空气从公共通道134向外部通道138的受控的内部再流通。

在一个实施例中，在设备行132的末端146安装附加的密封墙144，以防止在行132的末端146周围发生的再流通。在另一实施例中，通道隔离器106沿设备室110的由箭头114指示的长度配置，以便毗邻对立的外墙122。在一个实施例中，通道隔离器在没有电气设备104的区域中延伸至地板156。

在一个实施例中，通道隔离器106是由适合材料（比如金属、木框架和干式墙）构成的标准墙结构。通道隔离器106的实施例还可以由例如有机玻璃和金属片的其它适合材料构成。在一个实施例中，通道隔离器106是可以调整、移除和替换的预制片段。在一个实施例中，通道隔离器106被建造为连续的长度。在一个实施例中，通道隔离器106的角度和位置是固定的。在另一实施例中，通道隔离器106的角度、位置和/或长度是可调整的。

在一个实施例中，一个或多个空气过滤器140被配置为过滤和去除来自进入通道138的外部空气的微粒和/或气体污染物，并且被安装在外部围墙122上。在一个实施例中，空气过滤器140是具有箱式结构的过滤器箱。在一个实施例中，在建筑物102的对立侧沿由箭头114指示的建筑物长度，安装一系列空气过滤器140。在一个实施例中，空气过滤器140安装在竖直围墙122的基部142处。

在一个实施例中，空气过滤器140包括附接到支撑框架上的滚式馈给过滤介质方案，该滚式馈给过滤介质方案能提供较长的维护间隔。在一个实施例中，空气过滤器140被分成具有合理长度（例如大约10英尺）的片段。空气过滤器140的分段可以允许在不中断数据中心100的工作的条件下检修空气过滤器140片段之一。在一个实施例中，因为空气过滤器140和电气设备104之间的开放空间允许外部空气的混合，因此被构造为箱式片段的空气过滤器140提供过滤器重复设置。例如，在一个实施例中，即便在工作过程中空气过滤器140的一个片段被完全阻挡，数据中心100中的电气设备104也继续工作。

在一个实施例中，空气过滤器140被配置成在室外空气进入建筑物102时或在室外空气进入建筑物102以前从室外空气中除去微粒。在一个实施例中，空气过滤器140被配置为减少电气设备104的气体污染和微粒污染。在一个实施例中，当外部空气进入设备室110时，空气过滤器140从冷的外部空气中除去大的微粒。在一个实施例中，当外部空气进入设备室110时，空气过滤器140从冷的外部空气中除去极细微粒。在一个实施例中，根据在数据中心100内支持的电气设备104的类型，选择由空气过滤器140提供的过滤类型。

在一个实施例中，建筑物102包括被配置为将空气过滤器140与设备室110隔离的一个或多个翻门（overhead door）150。在一个实施例中，建筑物102包括更多的翻门150，以允许设备和人进入和离开建筑物102的不同数据中心区域。在一个实施例中，至少一个翻门150是旋转翻门。在另一实施例中，至少一个翻门150是可拆卸翻门。每个翻门150能够以手动方式和/或以电机械方式工作。在一个实施例中，每个翻门150具有与空气过滤器140类似的尺寸（例如每个翻门150和每个过滤150均具有W宽的开口，W是适合的开口宽度，比如10英尺）。每个翻门150沿围墙122在每个过滤140处形成可密封的开口，从而在闭合时防止空气流经过对应过滤140片段。在一个实施例中，翻门150放置在空气过滤器140的内侧。关闭经过所选空气过滤器140片段的空气流的能力有助于在没有微粒进入的风险的条件下维护过滤介质。因此，在一个实施例中，当对应的翻门150暂时关闭时，移除并更换所选的空气过滤器140片段。在一个实施例中，在更换所选的空气过滤器140片段以后，再打开对应的翻门150。

在一个实施例中，每个翻门150在关闭时防止在过滤介质上捕获的微粒物质进入建筑物102，同时防止存在于室外空气中的微粒物质进入建筑物102。来自相邻空气过滤器140片段的空气将经过滤的冷空气提供给与维修中的所选空气过滤器140相邻的设备104的吸入冷却入口160。每次隔离一个所选的空气过滤器140片段能够提供数据中心100的不中断的工作。因为空气在未分隔的冷却外部通道138空气空间内任意混合，因此空气过滤器140和翻门150的结合为建筑物102内的空气过滤提供重复设置。

在一个实施例中，设备室110包括一个或多个配线管槽152。在一个实施例中，每个配线管槽152在设备室110内部悬吊于屋顶118上。每个配线管槽152提供对网络线缆和其它电线的便捷接入。

在一个实施例中，设备室110包括一个或多个电力槽154。在一个实施例中，每个电力槽154沿每个设备行132延伸。在一个实施例中，每个电力槽154放置在建筑物102的地板156凹处。在一个实施例中，每个电力槽154包括可移除的盖子158，以在地板156上提供电力槽上方的平整表面。在一个实施例中，每个电力槽154有助于电力线缆至电气设备104的分离选路。在一个实施例中，电力线缆在地板156上利用适合的覆盖物设定路线，以防止人绊到线缆上。

图3图示冷却数据中心100的过程200的一个实施例。在步骤202，将冷的外部环境空气吸入建筑物102的基部142处的开口内。在步骤204，当冷的外部环境空气进入建筑物102的设备室110内时，对其进行过滤。在步骤206，将冷空气吸入经过架112内的电气设备104。在步骤208，将热空气从工作的电气设备104排放到公共通道134内。在步骤210，使热空气向上流动并将其输送至建筑物102的通风室108。在步骤212，热空气通过通风室108的外墙124中的百叶窗126从建筑物102中排出。

电气设备104的工作所加热的暖空气的浮力，加上流通风扇130和/或在电气设备104中安装的风扇，产生从设备架112之间的公共通道134向上的流动。向上流动的暖空气通过百叶窗126离开通风室108，从而从数据中心100中除去热量。建筑物102的开放式设计有助于空气沿建筑物102的中心轴线136混合。离开建筑物102的上部通风室108的暖空气在建筑物102外部继续升高，并且不转为与进入建筑物102的冷空气混合。在一个实施例中，延伸的屋檐120被配置和放置为减少或防止离开的暖空气再次进入建筑物102。由延伸的屋檐120提供的物理分离减少或防止离开的空气再流通和升高建筑物102基部142处的吸入冷空气的进入温度。

在数据中心100位置处的外部天气变化（例如温度、湿度、风、雨雪、太阳等）可以表示（至少某些时候）外部温度充分低，以允许外部空气直接用来冷却电气设备104。为了这个可行，移动相对大量的空气经过数据中心100。只采用外部空气不能总是足够用于冷却。因此，在数据中心100中可以采用和安装补充的冷却系统。例如，在一些地理位置，在高外部温度的时间段内采用补充冷却。在一个实施例中，在高外部温度和/或低外部湿度的时间段，使用蒸发冷却器141来降低通过空气过滤器140进入数据中心100的空气温度。可选地，在低外部温度的时间段，在通道隔离器106内的再流通气门107允许公共通道134内的经设备加热的空气内部流通到数据中心100内的外部通道139。此外，在低温时间段，流通风扇130在低速下运转和/或百叶窗126至少部分关闭。

在不安装冷却塔、冷冻器、冷冻水流通系统或者计算机房空调器（CRAC）的条件下，可以构造用外部环境空气完全冷却的自由空气冷却数据中心设施的实施例。实施例可以显著降低资本设备以及运营成本。实施例相对于传统“冷冻机组”设计的电使用量显著下降，这对于想要减少他们的温室气体排放的公司来说具有巨大优势。电使用量显著下降还相当于较低的运营经常性成本。

虽然本发明已经图解和描述了特定实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的条件下，多种可选方案和/或等同实施可以替换所示出和描述的特定实施例。该应用意在覆盖本发明中介绍的特定实施例的调整或变化。因此，希望本发明仅由权利要求及其等同方案限定。

Claims (15)

1.一种数据中心，包括：

建筑物，包括：

倾斜屋顶；

设备室，包括形成所述建筑物的长度和宽度的外部竖直墙壁；和

通风室，设置在所述设备室上方并且延伸所述建筑物的所述长度，其中所

述通风室形成在所述倾斜屋顶的峰尖处并且包括竖直的百叶窗式墙壁；

一系列电气设备，安装在所述设备室中的布置为两行的设备架中，所述两行形成所述两行之间的公共通道，其中所述电气设备包括朝向所述外部竖直墙壁的冷却入口和朝向所述公共通道的排放出口；以及

通道隔离器，从所述设备架竖直延伸至所述通风室。

2.根据权利要求1所述的数据中心，包括：

安装在所述外部竖直墙壁处的至少一个空气过滤器。

3.根据权利要求2所述的数据中心，包括：

至少一个翻门，被放置为且尺寸被制造为在所述至少一个空气过滤器中的每一个处提供可密封开口。

4.根据权利要求1所述的数据中心，包括：

安装在所述通风室内的至少一个流通风扇。

5.根据权利要求1所述的数据中心，其中所述建筑物包括钢框架结构和外壳。

6.根据权利要求1所述的数据中心，其中所述公共通道大致位于所述通风室下方的中央位置。

7.根据权利要求1所述的数据中心，包括：

悬吊于所述倾斜屋顶上的至少一个配线管槽。

8.根据权利要求1所述的数据中心，包括：

凹进于所述建筑物的地板中的至少一个电力槽。

9.一种冷却数据中心的方法，所述方法包括：

将电气设备布置在成两行的设备架中，所述两行形成所述两行之间的公共通道；

使所述电气设备所产生的暖空气流通到所述公共通道中并且通过所述建筑物的中央部分向上流通至通风室；

使所述暖空气通过所述通风室中的百叶窗式墙壁开口排出；以及

通过位于所述建筑物结构的基部处的外部开口吸入外部空气，其中所述外部空气比所排放的暖空气冷。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：

利用所述建筑物上的倾斜屋顶的延伸屋檐，防止所述暖空气再次进入所述建筑物。

11.根据权利要求9所述的方法，包括：

通过设置在所述建筑物结构的所述基部处的所述外部开口过滤所述外部空气。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：

关闭位于所述过滤器之一的内侧处的翻门；

移除并更换所述空气过滤器的可更换部分；以及

再次打开所述翻门。

13.一种数据中心，包括：

建筑物，包括：

设备室，具有使用翻门可密封的至少一个外墙开口；和

通风室，具有向外排放的百叶窗式墙壁，所述通风室位于沿所述设备室上方的倾斜屋顶中的峰尖的中央位置处，

其中所述设备室和所述通风室具有竖向开放的连接内部，并且所述设备室的宽度大于所述通风室的宽度；

过滤器，包括在所述至少一个外墙开口处的所述翻门的外侧；以及

电气设备，安装在所述设备室内的设备架的行中，所述设备架的行形成所述设备架的行之间的公共通道。

14.根据权利要求13所述的数据中心，包括：

位于所述设备架的顶部和所述屋顶之间的墙壁隔离器。

15.根据权利要求13所述的数据中心，其中所述倾斜屋顶包括伸出的屋檐，所述屋檐沿所述建筑物的长度延伸超出所述通风室的外墙和所述设备室的外墙。

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