CN103090464A - 节能空调系统及其空调模式 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种节能空调系统及其空调模式，该节能空调系统提供了封闭循环模式、外部进气模式与混合式进气模式等三种不同的空调模式，通过云端控制中心监控高密度机房内外的温湿度，以动态地调整空调模式，达到节能管理最佳化的功效。

Description

节能空调系统及其空调模式

技术领域

本发明涉及一种空调模式，且特别是涉及一种动态调整的空调模式。

背景技术

目前有许多企业部署数十部或数百部成本较低的小型伺服器以应付网络流量需求，为求更进一步地提高经济效应，进而发展出刀锋伺服器。所谓的刀锋伺服器，是指将处理器、存储器、甚至硬盘机等伺服器系统的硬件整合到单一的主机板上。在一个伺服器机柜内即可容纳数十个或是更多个的刀锋伺服器，因此可有效地整合至大型数据中心环境中。

随着云端科技的发展，对于伺服器的负担及效能要求越来越高，伺服器机柜的安装密度也随之增加，其所产生的热能也随之大量增加。传统的高密度机房多是密闭式空调机房，不论外界的温湿度均是密闭式空调进行散热，因此，所耗费的用电量相当惊人。

因此，如何降低高密度机房，特别是如云端数据中心此类的大型高密度机房的空调用电量，便成为一个重要的课题。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种节能空调系统，用以根据外界环境的条件进行合适的空调模式，以达到动态节能的功效。

依照本发明一实施例，提出一种节能空调系统，适用于一高密度机房中，高密度机房包含进气入口，节能空调系统由进气入口起依序包含入口闸门、空气过滤墙、热交换器阵列、风扇阵列、热风通道与云端控制中心。入口闸门用以选择性地开放或是关闭进气入口。热交换器阵列包含多个热交换器以及位于热交换器下方的集水盘。热风通道用以收集高密度机房的热风，其中热风通道包含通向高密度机房外的热风出口、用以选择性地开放或是关闭热风出口的出口闸门、通向空气过滤墙与风扇阵列之间的回风出口，以及用以选择性地开放或是关闭回风出口的回风闸门。云端控制中心控制入口闸门、热交换器阵列、风扇阵列、出口闸门与回风闸门。

风扇阵列包含多个高压离心风扇。节能空调系统还包含多个感测元件，与云端控制中心连接。感测元件包含分别设置于高密度机房内外的多个温度感测元件与分别设置在高密度机房内外的多个湿度感测元件。高密度机房包含多个机柜模块，机柜模块背对背设置，机柜模块产生的热风进入热风通道。节能空调系统还包含设置于机柜模块与风扇阵列之间的导风斜坡。节能空调系统还包含加湿器。

本发明的另一态样为一种应用前述的节能空调系统的空调模式，包含云端控制中心选择外部进气模式、关闭热交换器阵列、开放入口闸门以供应外界空气至风扇阵列、开放出口闸门、关闭回风闸门，以及开启风扇阵列。

本发明的又一态样为一种应用前述的节能空调系统的空调模式，包含云端控制中心选择混合式进气模式、开放入口闸门以供应一外界空气至高密度机房、开放出口闸门与回风闸门，使一部分的热气从热风出口散逸，另一部分的热气与外界空气混合，以及开启风扇阵列。混合式进气模式中还包含选择性地开启热交换器阵列。

节能空调系统提供了封闭循环模式、外部进气模式与混合式进气模式等三种不同的空调模式，通过云端控制中心监控高密度机房内外的温湿度，并根据机柜模块内的伺服器使用量及负载情况，以动态地调整空调模式，达到节能管理最佳化的功效。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：

图1为本发明的节能空调系统于一空调模式下的侧视图；

图2为图1的剖视图；

图3为本发明的节能空调系统于另一空调模式下的侧视图；

图4为图3的剖视图；

图5为本发明的节能空调系统于又一空调模式下的侧视图；

图6为图5的剖视图；

图7为用以说明本发明的空调模式的空气线图。

主要元件符号说明

100：高密度机房

110：机柜模块

120：进气入口

130：入口闸门

140：空气过滤墙

150：热交换器阵列

152：热交换器

154：集水盘

160：风扇阵列

162：高压离心风扇

170：热风通道

172：热风出口

174：出口闸门

176：回风出口

178：回风闸门

180：云端控制中心

190：感测元件

192：导风斜坡

194：加湿器

具体实施方式

以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

参照图1，其绘示本发明的节能空调系统于一空调模式下的侧视图。节能空调系统为应用在大型的高密度机房100之中，此高密度机房100可以如云端数据中心，高密度机房100内设置有多个机柜模块110，机柜模块110包含有至少一伺服器机柜以及位于其中的多个伺服器。高密度机房100包含有进气入口120，进气入口120可以将外界的空气引入高密度机房100之中。

节能空调系统从进气入口120向机柜模块110依序包含有入口闸门130、空气过滤墙140、热交换器阵列150、风扇阵列160、热风通道170，以及云端控制中心180。节能空调系统还包含有多个感测元件190，与云端控制中心180连接。云端控制中心180除了控制机柜模块110中的伺服器与管理伺服器的运作负载状态之外，还用以统一控制入口闸门130、热交换器阵列150、风扇阵列160。感测元件190收集的信号也回传至云端控制中心180之中。

风扇阵列160包含有多个高压离心风扇162，以将气流从入口闸门130的方向吹向机柜模块110。高密度机房100中因风扇阵列160气流流向的因素，使通过空气过滤墙140与热交换器阵列150的干净冷空气冷却机柜模块110。入口闸门130可以为电动百叶闸门，用以根据云端控制中心180的指令选择性地开放或是关闭进气入口120。

更具体地说，若是云端控制中心180下指令开放进气入口120，则电动的入口闸门130翻转露出叶片之间的空间，由于高密度机房100在进气入口120一端，因风扇阵列160之故，其气压较低，而在高密度机房100内外存有压力差，使得高密度机房100外界的空气经由开放的进气入口120进入高密度机房100之中。相对地，若是云端控制中心180下达关闭进气入口120的指令，则电动的入口闸门130再一次地翻转合上叶片，阻挡外界空气从进气入口120进入高密度机房100之中。

空气过滤墙140可以为单层或是多层的空气过滤墙，除了滤网之外，空气过滤墙140可以还包含如二氧化钛或是光触媒等设计，以进一步去除如空气中如硫化物等杂质。

热交换器阵列150包含有多个热交换器152以及位于热交换器152下方的集水盘154。热交换器152较佳地为湿式(水冷式)热交换器，即管路中有液体流动进行热交换的热交换器152。热交换器阵列150除可用以与空气进行热交换以降低空气的温度之外，还可在空气中湿度过高的时候提供除湿的效果。空气中多余的水气进行热交换后因温度降低而凝结成水滴，之后落入集水盘154中收集而移除。

风扇阵列160包含多个高压离心风扇162，使得降温与除湿后的空气可以平均地进入各个机柜模块110之中，对其中的伺服器进行降温。其中风扇阵列160还可依据机柜模块110的排列位置而划分成多个区块。云端控制中心180可以侦测每一个机柜模块110的排气温度或是伺服器的负载，并适时地作出负载平衡。若是云端控制中心180发现该区机柜模块110的负载量或是排气温度持续增加，则可增加风扇阵列160中，对应于该区机柜模块110的高压离心风扇162的转速。当云端控制中心180侦测到负载或是排气温度降低后，再逐步降低该区高压离心风扇162的转速，以达到动态节能的目的。

感测元件190包含设置于高密度机房100外，尤其是在进气入口120处的温度感测元件与湿度感测元件，以及设置在高密度机房100内的温度感测元件与湿度感测元件。感测元件190所侦测的外界温湿度与高密度机房100内的温湿度回传至云端控制中心180，以供云端控制中心180调整空调模式。

节能空调系统还选择性地包含有导风斜坡192，导风斜坡192设置在机柜模块110与风扇阵列160之间。导风斜坡192除可提供人员走动时的通道，避免强风造成人员不适之外，还可将降温后的空气导引至高密度机房100上层，使冷空气与部分热空气充分混合，降低湿度与达到均温的效果。

节能空调系统可以选择性地高密度机房100内加装加湿器194，以在高密度机房100内湿度不足的时候，提高空气中的水气含量。

同时参照图1与图2，图2为图1中沿着机柜模块110的剖视图。图1与图2中的视角大致上是相互垂直的，即图1若是沿着高密度机房100的长轴方向，则图2便是沿着高密度机房100的短轴方向。在高密度机房100之中，机柜模块110较佳地为背对背地设置，使得热风集中排出，方便热风通道170收集机柜模块110所排出的热气。热风通道170包含有热风出口172、出口闸门174、回风出口176以及回风闸门178。热风出口172设置在高密度机房100的上层侧边处，以将机柜模块110所产生的热风排到外部。出口闸门174可以是由云端控制中心180控制的电动百叶闸门，出口闸门174用以选择性地开放或是关闭热风出口172。回风出口176则是通向空气过滤墙140与风扇阵列160之间，回风闸门178可以是由云端控制中心180控制的电动百叶闸门，并用以选择性地开放或是关闭回风出口176。出口闸门174与回风闸门178的运作机制与入口闸门130近似，在此不再赘述。

本发明的节能空调系统通过云端控制中心180收集感测元件190回传的高密度机房100内外的温湿度，据以判断较佳的空调模式。本发明提出了应用于此节能空调系统的三种空调模式，分别是外部进气模式、封闭循环模式以及混合进气模式等，以配合不同的温湿度选择合适的空调模式，达到节能减碳的目的。

图1与图2中，表示的是使用外部进气模式的节能空调系统。机柜模块110中的伺服器在出场时多预定有较佳的运作条件，当云端控制中心180侦测到外界空气的温度与湿度均不大于预定的运作条件时，外界空气便可以直接应用在高密度机房100中对机柜模块110进行降温。此时，云端控制中心180便可选择外部进气模式作为当前的空调模式。外部进气模式包含关闭热交换器阵列150、开放入口闸门130以供应外界空气至风扇阵列160，与开启风扇阵列160，将符合条件的外界空气送至机柜模块110进行降温。外部进气模式还包含关闭回风闸门178与开放出口闸门174，使得机柜模块110所产生的热风通过压力差从热风出口172排向外界。外部进气模式由于关闭了热交换器阵列150，因此，可以将耗能降到最低。

参照图3与图4，其分别绘示本发明的节能空调系统于另一空调模式下的侧视图与剖视图。当外界的空气温湿度略微低于预定的运作条件时，云端控制中心180便选择混合式进气模式作为当前的空调模式。在混合式进气模式中，开放入口闸门130，以供应外界空气至高密度机房100之中。出口闸门174与回风闸门178也被开放。混合式进气模式中包含选择性地启动热交换器阵列150，由入口闸门130进入的外界空气由热交换器阵列150进行些许降温并与回风出口176送出的热气混合，通过添加的热气使得湿度降低，或是外界空气可以直接与回风的热风混合进行空气增温与湿度调整。换言之，外界空气经过热交换器阵列150降温(选择性进行)以及与回风出口176送出的热气混气后，再由开启的风扇阵列160送至机柜模块110。机柜模块110所产生的热气会有一部分经由回风出口176送出与外界空气混合，而其他部分的热气则是经由热风出口172向外界排出。

参照图5与图6，其分别绘示本发明的节能空调系统于又一空调模式下的侧视图与剖视图。当外界的空气温湿度超出预定的运作条件而无法直接使用时，云端控制中心180便封闭循环模式作为当前的空调模式。在封闭循环模式中，入口闸门130、出口闸门174均被关闭，回风闸门178被开启。机柜模块110所产生的热风经由热风通道170收集后，由回风出口176送到热交换器阵列150进行降温，而后冷却后的空气再由开启的风扇阵列160送向机柜模块110，以冷却机柜模块110。

参照图7，其为用以说明本发明的空调模式的空气线图。空气线图中的A区即为符合前述较佳的运作条件的温度(operation air)，若是外界的空气刚好落在A区，则代表外部空气可以直接使用，云端控制中心采用前述的外部进气模式作为当前的空调模式。

若是外部空气的温度落在B区，即低于运作温度上限，但非落在A区中，则云端控制中心便选择混合式进气模式作为当前的空调模式。外部空气经由添加机柜热风使湿度降低，接着将除湿后的空气送到机柜模块。独立的热导风管也可以将未使用的热风往外排出，以降低冷却的能源需求。若是外部空气与机柜热风混合以除湿之后的混合空气温度过高，则云端控制中心还可以开启热交换器阵列，以确实达到降温空气的功效。

若是外部空气的温度高于运作温度上限，进入C区的时候，云端控制中心会立即将空调模式切换为封闭循环模式，入口闸门被关闭，机柜模块所产生的热风回送至热交换器阵列进行降温后再循环使用。

在某些特定的状况下，可能会发生空气湿度过低的情形。云端控制中心若是侦测到湿度过低的情形，则除了前述的步骤之外，还需要打开加湿器，以提高空气中的湿度。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。节能空调系统封闭循环模式、外部进气模式与混合式进气模式等三种不同的空调模式，通过云端控制中心监控高密度机房内外的温湿度，并根据机柜模块内的伺服器使用量及负载情况，以动态地调整空调模式，达到节能管理最佳化的功效。

虽然结合以上一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种节能空调系统，适用于一高密度机房中，该高密度机房包含一进气入口，该节能空调系统由该进气入口起依序包含：

入口闸门，以选择性地开放或是关闭该进气入口；

空气过滤墙；

热交换器阵列，包含多个热交换器以及位于该些热交换器下方的至少一集水盘；

风扇阵列；

热风通道，用以收集该高密度机房的一热风，其中该热风通道包含：

热风出口，通向该高密度机房外，

出口闸门，以选择性地开放或是关闭该热风出口，

回风出口，通向该空气过滤墙与该风扇阵列之间，以及

回风闸门，以选择性地开放或是关闭该回风出口；以及

云端控制中心，控制该入口闸门、该热交换器阵列、该风扇阵列、该出口闸门与该回风闸门。

2.如权利要求1所述的节能空调系统，其中该风扇阵列包含多个高压离心风扇。

3.如权利要求1所述的节能空调系统，还包含多个感测元件，与该云端控制中心连接。

4.如权利要求3所述的节能空调系统，其中该些感测元件包含分别设置于该高密度机房内外的多个温度感测元件与分别设置在该高密度机房内外的多个湿度感测元件。

5.如权利要求1所述的节能空调系统，其中该高密度机房包含多个机柜模块，该些机柜模块背对背设置，该些机柜模块产生的热风进入该热风通道。

6.如权利要求5所述的节能空调系统，还包含一导风斜坡，设置于该些机柜模块与该风扇阵列之间。

7.如权利要求1所述的节能空调系统，还包含一加湿器。

8.一种应用权利要求1-7任一项的节能空调系统的空调模式，包含：

该云端控制中心选择一外部进气模式；

关闭该热交换器阵列；

开放该入口闸门，以供应一外界空气至该风扇阵列；

开放该出口闸门；

关闭该回风闸门；以及

开启该风扇阵列。

9.一种应用权利要求1-7任一项的节能空调系统的空调模式，包含：

该云端控制中心选择一混合式进气模式；

开放该入口闸门，以供应一外界空气至该高密度机房；

开放该出口闸门与该回风闸门，使一部分的该热气从该热风出口散逸，另一部分的该热气与该外界空气混合进行空气增温与湿度调整；以及

开启该风扇阵列。

10.如权利要求9所述的节能空调系统的空调模式，还包含开启该热交换器阵列。

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