CN103765113A - 用于服务器群冷却系统的基于集成建筑的空气处理器 - Google Patents

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Abstract

公开了空气处理器建筑结构，包括地面、多个侧壁、房顶和位于房顶或至少一个侧壁上的一个或多个开口。侧壁包括彼此相对、具有按比例确定的不同的各自高度的下侧壁和上侧壁。房顶具有与下侧壁和上侧壁相关的比率一致的倾斜度。建筑结构的形状允许建筑结构内的空气通过自然对流升高。此外，沿第一方向界定在下侧壁和上侧壁之间的第一尺寸与沿垂直于第一方向的第二方向上的第二尺寸相关联，使得建筑结构经由下侧壁上的一个或多个开口向室外自然空气提供通道。

Description

用于服务器群冷却系统的基于集成建筑的空气处理器
相关申请的交叉引用
本申请是于2009年7月9日提交的、题为“INTEGRATEDBULDING BASED AIR HANDLER FOR SERVER FARM COOLINGSYSTEM”的美国专利申请No.12/500,520的部分连续（CIP）并主张其优先权，该专利申请的全部内容通过引用而结合于此。
技术领域
本发明一般涉及冷却系统。
背景技术
互联网服务（诸如网络电子邮件、网络搜索、网站托管和网络视频共享等）的快速增长对来自数据中心中的服务器的计算和存储功率提出了越来越高的要求。随着服务器性能不断改善，虽然努力对集成电路进行低功率设计，服务器的能耗还在不断增加。例如，一个最广泛使用的服务器处理器（AMD的Opteron处理器）以高达95瓦特运行。Intel的Xeon服务器处理器在110至165瓦特之间运行。然而，处理器仅是服务器的一部分；服务器中的其它部分（诸如存储装置等）消耗额外的功率。
服务器通常放置在数据中心的机架上。机架具有多种物理构造。一般的机架构造包括安装轨道，在机架内，设备的多个单元（诸如刀片式服务器等）安装到导轨并竖直地堆叠在机架内。一种最广泛使用的19英寸机架是用于安装设备（诸如1U或者2U的服务器等）的标准化系统。该类型机架上的一个机架单元通常为1.75英寸高、19英寸宽。能够安装在一个机架单元中的机架安装单元通常指定为1U服务器。在数据中心中，标准机架常常密集地组装有服务器、存储装置、开关和/或电子通信设备。在机架安装单元内可以安装一个或多个制冷风扇以冷却该单元。在一些数据中心中，使用无风扇机架安装单元以增加密度并减小噪声。
机架安装单元可以包括服务器、存储装置和通信装置。大多数机架安装单元具有相对宽范围的容许操作温度和湿度要求。例如，惠普（HP）Proliant DL365G5四核Hpteron处理器服务器型号的系统操作温度范围在50℉和95℉之间；相同型号的系统操作湿度范围在10%和90%的相对湿度之间。NetApp FAS6000系列文件存储器系统操作温度范围为50℉和105℉之间；相同型号的系统操作湿度范围为20%到80%的相对湿度之间。在一年的特定时期，全球的很多地方（诸如美国的东北和西北部的部分地区等）的自然冷却空气可以适于冷却服务器（诸如HP Proliant服务器等）和NetApp文件存储器。
密集地堆叠有由Opteron或Xeon处理器作为核心的机架的能耗可以在7,000和15,000瓦特之间。由此，服务器机架可以产生非常集中的热载荷。机架中的服务器所散发的热量排放到数据中心房中。因为机架依靠周围的空气进行冷却，所以由密集组装的机架所共同产生的热量对安装在机架中的设备的性能和可靠性产生不利影响。因此，供热、通风、空气调节（HVAC）系统通常是对高效的数据中心进行设计的重要部分。
一般的数据中心消耗10到40兆瓦的功率。主要的能量消耗在服务器和HVAC系统的操作之间分配。估计HVAC系统占到数据中心中所用功率的25到40百分比之间。对于消耗40兆瓦功率的数据中心，HVAC系统可能消耗10到16兆瓦的功率。可以通过利用减小能量使用的有效的冷却系统和方法来实现成本的显著减少。例如，将HVAC系统的能耗从占数据中心中所用功率的25%减小到10%带来了6兆瓦的功率节省，足以为数千住宅小区供电。用于冷却数据中心中服务器的功率的百分数被称为用于数据中心的冷却成本效率。改善用于数据中心的冷却成本效率是对数据中心进行有效设计的一个重要目标。例如，对于40兆瓦的数据中心，假定每月运行730小时，每千瓦时$0.05，每月的电力成本为约$1,460,000。将冷却成本效率从25%改善到10%带来每月$219,000或每年$2,630,000的节省。
在数据中心房中，服务器机架通常成行布置，在两行之间设置有交替的冷热通道。所有服务器安装在机架内以形成从前到后的气流模式：从位于机架前方的冷排中吸入经调节的空气，并通过机架后方的热排排放热量。升高的地板房设计通常用于容纳地下空气分配系统，在该系统中，沿冷通道经由升高的地板中的通风口来供应冷空气。
有效冷却数据中心的因素在于管理数据中心内的气流和循环。机房空调（CRAC）单元通过机架之间的包括通风口的地板砖供应冷空气。除服务器外，CRAC单元也消耗显著量的功率。一个CRAC单元可能具有多达三个5马力的电机，并且冷却数据中心可能需要多达150个CRAC单元。CRAC单元共同消耗数据中心中显著量的功率。例如，在具有冷热排构造的数据中心房中，来自热排的热空气从热排中逸出并循环到CRAC单元。CRAC单元将这些空气冷却。由CRAC单元的电机驱动的风扇向由升高的底层地板所界定的地下气室供应冷空气。通过将冷却空气吸入地下气室所形成的压力驱动冷却空气向上通过底层地板中的通气口，同时将冷却空气供应给服务器机架所面对的冷通道。为了获得足够的空气流率，可以在一般的数据中心房中安装数百个强劲的CRAC单元。然而，因为CRAC一般安装在数据中心房的角落，所以不利地影响了它们有效地增加空气流率的能力。建造升高的地板的成本一般较高，并且由于数据中心房内空气运动效率低，所以冷却效率一般较低。此外，在数据中心的整个设计和构建中，地板通风口的位置需要详细地规划以防止供应空气的短路。移除地板砖来修理热点会引起整个系统的问题。
发明内容
本发明涉及冷却系统。
在一个示例中，公开了空气处理器建筑结构，其包括地面、多个侧壁、房顶和位于房顶或至少一个侧壁上的一个或多个开口。侧壁包括彼此相对、具有按比例确定的不同的各自高度的下侧壁和上侧壁。房顶具有与下侧壁和上侧壁相关的比例一致的斜度。建筑结构的形状允许建构结构内部的空气在自然对流的作用下升高。此外，沿第一方向界定在下侧壁和上侧壁之间的第一尺寸与沿垂直于第一方向的第二方向的第二尺寸相关联，使得建筑结构经由下侧壁上的一个或多个开口向室外自然空气提供通道。
在另一个示例中，公开了服务器冷却系统，其包括第一空间和第二空间，其中，第一空间由地面、一个或多个侧壁和天花板界定，并且具有安装在其中的多个服务器，第二空间由天花板和房顶界定。一个或多个开口位于天花板、房顶和一个或多个侧壁的至少一者中的至少一者上。服务器冷却系统还包括与第一侧壁耦合并且可操作以允许室外自然空气进入的进气口，与进气口耦合以吸取室外自然空气并将空气提供给第一空间的一个或多个空气处理单元，和与第二侧壁耦合并且可操作以允许第二空间中的空气排出的出气口。服务器冷却系统还包括控制系统，该控制系统配置成按照在第一空间内部和外部测量的温度控制一个或多个空气处理单元，以将空气提供给第一空间。
在又一示例中，公开了服务器冷却系统，其包括由地面、多个侧壁和天花板界定的第一空间，和由天花板和按照斜度建造的斜顶界定的第二空间。一个或多个开口位于房顶、天花板和至少一个侧壁中的至少一者上，该开口使得室外自然空气进入第一空间并且使第二空间中的空气通过自然对流排出。服务器冷却系统还包括在第一空间内部的内部空间，该内部空间基本封闭并接合天花板；以及机架，该机架以基本密封的方式接合到内部空间，并且具有安装在其上的多个机架安装服务器。机架安装服务器的各个前表面与第一空间交界，机架安装服务器的各个后表面与内部空间交界。每个机架安装服务器包括一个或多个安装在其中的风扇，该风扇可操作以将空气从第一空间吸取通过它的前表面并且将热空气通过它的后表面排放到内部空间。
在又一示例中，公开了空气处理器建筑结构，其包括地面、多个侧壁、顶部、突起部分和位于顶部、至少一个侧壁和突起部分中的至少一者上的一个或多个开口。顶部具有相对的侧面，每个侧面都具有斜度。突起部分在顶部以上延伸。此外，建筑结构的形状允许室外自然空气在自然对流的作用下，通过至少一个侧壁上的一个或多个开口进入，并且通过顶部和突起部分中的至少一者上的一个或多个开口排出。
以下的详细说明与附图一起将对本发明的各种实施例的本质和优势提供更好的理解。
附图说明
图1是示出示例服务器冷却系统的视图；
图2是示出示例服务器冷却系统的视图，其中，该服务器冷却系统包括阁楼空间；
图3是示出示例服务器冷却系统的视图，其中，空气在该示例服务器冷却系统内再循环；
图4是示出具有热排围墙和冷排围墙的示例服务器冷却系统的视图；
图5是示出具有热排围墙和冷排围墙的示例服务器冷却系统的视图，其中，空气在该冷却服务器系统内再循环；
图6是示出具有单斜顶的示例服务器冷却系统的视图；
图7是示出具有单斜顶的示例服务器冷却系统的俯视图的视图；
图8是示出具有人字顶的示例服务器冷却系统的视图；
图9是示出具有空气混合室的示例服务器冷却系统的视图；
图10A和10B是示出示例空气处理器建筑结构的视图；
图11是示出示例服务器冷却系统的视图；
图12是示出另一个示例服务器冷却系统的视图；
图13示出空气处理器建筑结构的另一个示例的截面图；
图14示出又一个示例空气处理器建筑结构的截面图。
具体实施方式
结合旨在作为示例性示例而非对范围进行限制的设备、方法和系统对以下示例实施例及其方面进行描述和说明。
图1示出示例服务器冷却系统，包括侧壁100、地面102、房顶104、围墙106和服务器机架108。侧壁100、地面102和房顶104界定内部空间118。地面102可以是也可以不是升高的底层地板。房顶104上可以具有阀开口110并且侧壁100上可以具有阀开口114。阀开口可以连接到可操作的以选择性地打开或关闭各个阀开口的控制系统。围墙106可以具有框架、面板、门和服务器机架端口。服务器机架端口是围墙106中的开口，可以连接到一个或者多个服务器机架108。围墙106可以由各种形成壳体的材料（诸如钢、复合材料或者碳材料等）制成，该壳体界定与内侧空间118基本密封的内部空间116。围墙106包括至少一个服务器机架口，其允许安装在服务器机架108内的一个或多个机架安装单元与内部空间116相通。在一个实施例中，服务器机架端口是构造成与服务器机架108的外部轮廓基本一致并容纳机架服务器108的开口。服务器机架端口的一个或多个边缘可以包括接触服务器机架108并且形成基本密封的界面的垫圈或其它组件。服务器机架108可以通过服务器机架端口以基本密封的方式可移除地连接到围墙106上。在一些实施例中，在服务器机架108中安装一个或多个机架安装单元，使得机架安装单元的各自的前表面与内侧空间118交界，并且使得机架安装单元的各自的后表面与围墙106界定的内部空间116交界。示例机架安装单元可以是刀片式服务器、数据存储阵列或其它功能装置。从安装在服务器机架108中的机架安装单元通过的从前至后的气流从内侧空间118吸取冷空气并将热空气排放到内部空间116。
围墙106可以通过围墙的顶侧的连接器112连接到房顶104上的阀开口110。在一些实施例中，连接器112可以由金属管制成。在其它的实施例中，连接器112可以由柔软且有弹性的材料制成，使得围墙可以可移除地连接到阀开口110。在一些实施例中，围墙106可以直接安装到地面102上。在其它实施例中，围墙106可以在底侧具有轮子并且可以在数据中心中容易地四处移动。
在一些实施例中，服务器机架108可以稀疏地组装有服务器和其它设备。因为服务器和其它设备竖直地堆叠在机架内，这样的空缺可能形成相对内部空间116的开口间隙。空气可能从内部空间116通过开放式间隙泄露。为了防止空气泄露，可以由安装到服务器机架108上的面板阻挡间隙来防止空气通过间隙逸出并进入围墙106。
在一些实施例中，一个或多个空气处理单元122可以将外部冷空气吸入内侧空间118内。冷空气通过侧壁100上的阀开口114进入服务器冷却系统。一个或多个风扇通过一个或多个机架安装单元的前表面吸取冷空气，并将热空气通过一个或多个机架安装单元的后表面排放到内部空间116。热空气经过连接器112并通过房顶110上的阀开口110离开内部空间116。在一些实施例中，安装在机架安装单元内部的冷却风扇从内侧空间118中吸取冷空气并将热空气排放到内部空间116，其中机架安装单元安装在机架108内；在一个应用中，不需要额外的空气处理单元来冷却器架安装单元。在无风扇机架安装单元安装在机架108内的其它实施例中，可以在机架108的一侧安装一个或多个风扇，以将空气从内侧空间118通过机架安装单元吸取到内部单元116来冷却安装在机架108内的机架安装单元。
在一些实施例中，在围墙116上具有阀开口120。控制系统可操作地连接到阀开口120、房顶104上的阀开口110和侧墙100上的阀开口114。控制系统是可操作的，以基于在外侧和内侧空间118内观察到的温度选择性地启动每个阀开口以获得一个或多个期望的气流。当内侧空间118外部的空气不适于被引入内侧空间118时，控制系统关闭阀开口110和114并打开阀开口120。为了冷却内侧空间118内的冷空气，可以使用一个或多个冷却单元。在一些实施例中，冷却单元可以是蒸发冷却器，该冷却器是通过简单的水分蒸发来冷却空气的装置。与制冷或吸收式空调相比，蒸发冷却可能更能量效率。从内侧空间118通过机架安装单元吸取冷空气并且将热空气排放到由围墙106所界定的内部空间116。围墙106内的热空气通过阀开口120释放到内侧单元118。在一些实施例中，可以使用一个或多个风扇将热空气释放到围墙106外。
在其它实施例中，当室外空气引入内侧空间118时，可以使用一个或多个冷却单元。控制系统可以同时打开阀开口110、114和120。蒸发冷却系统可以紧靠阀开口114使用，使得室外空气可以在引入内侧空间118的同时冷却。
在又一实施例中，当外侧和内侧空间之间的温度差值达到一定的可配置阈值时，控制系统可以打开阀开口110，并且关闭阀开口114和120。在其它实施例中，控制系统可以关闭阀开口110，并打开阀开口114和120。为冷却内侧空间120中的空气，可以将一个或多个蒸发冷却单元放置在内侧空间120来提供冷却。
在一些实施例中，房顶104包括可以易于制造并安装的单斜顶。在其它实施例中，可以使用其它类型的房顶结构（诸如人字顶等）。侧壁100、地面102和房顶104可以在工厂中预先制造并在要建造数据中心的建筑现场组装。预先制造单元可以显著降低建造数据中心的成本。用于服务器群冷却系统的基于集成建筑的空气处理器的一个成本优势在于系统预先制造部分以及预先制造部分易于在数据中心安装所带来的便利和低成本。
在一些实施例中，图1所示的用于服务器群冷却系统的基于集成建筑的空气处理器避免了对升高的地板、CRAC单元和水冷却器的需要。冷却系统的大部分可以预先制造并易于组装。可以使用自然冷空气来冷却服务器。安装在服务器内部的冷却风扇可以提供所需的气流以抽吸冷空气来冷却服务器；可以不在需要CRAC单元和升高的底层地板。有效的蒸发冷却器可以取代安装和操作成本高的水冷却器。总体来说，本文所述的冷却系统可以显著降低建造成本以及服务器群调度的电力和水消耗。
图2示出另一个示例服务器冷却系统，包括侧壁200、地面202、房顶204、围墙206、服务器机架208和天花板210。图2中的示例冷却系统系统类似于图1的示例冷却系统，不同的是天花板210和地面204界定了阁楼空间220。侧壁200、地面202和天花板210界定内侧空间218。一个或多个阀开口222与天花板210耦合。房顶204上可以具有阀开口224并且侧壁200上可以具有阀开口214。围墙206通过连接器212可操作地连接到天花板空间220。
在一些实施例中，一个或多个空气处理单元226可以将外部冷空气吸入到内侧空间218内。一个或多个风扇通过安装在机架208内的一个或多个机架安装单元的前表面吸取冷却空气，并将热空气通过机架安装单元的后表面排放到内部空间216。热空气经过连接器212并进入阁楼空间220。在一些实施例中，安装在机架安装单元内的冷却风扇将冷空气吸取到内部空间216而无需额外的空气处理单元，该机架安装单元安装在机架208内。在无风扇机架安装单元安装在机架208内的其它实施例中，可以在机架208的一侧安装一个或多个风扇以将空气从内侧空间吸取到内部空间216以冷却安装在服务器机架208中的机架安装单元。热空气上升到阁楼空间220并且通过阀开口224释放到冷却系统外。
图3示出另一个示例服务器冷却系统，包括侧壁300、地面303、房顶304、围墙306、服务器机架308和天花板310。侧壁300、地面303和天花板310界定内侧空间318。房顶304和天花板310界定天花板空间330。一个或多个阀开口322与天花板310耦合。房顶304可以具有阀开口324并且侧壁300可以具有阀开口314。围墙306通过连接器可操作地连接到阁楼空间320。图3的示例冷却系统类似于图2的示例冷却系统，不同的是室外空气可以不被引入到内部空间318，并且在一些时间点，阁楼空间330内的热空气可以不释放到示例服务器冷却系统的外部；相反，热空气可以按照需要混合到内侧空间318中以维持期望的操作温度。
在一个实施例中，阀开口322、324和314连接到控制系统，该系统是可操作的，以基于在内侧空间318内部和外部观察到的温度选择性地启动各个阀开口。当室外空气不适于被引入到内侧空间318时，控制系统关闭阀开口314和324，并且打开阀开口322。为了冷却内侧空间318内的空气，可以使用一个或多个冷却单元。在一些实施例中，冷却单元可以是蒸发冷却器。从内侧空间318通过机架安装单元吸取冷空气并且将热空气排放到由围墙界定的内部空间316。围墙306内的热空气通过连接器312释放到阁楼空间320并且通过与天花板310耦合的阀开口322再循环到内侧空间318。在一些实施例中，可以使用一个或多个风扇将围墙306外的热空气释放到天花板空间320和/或将至少一些热空气再循环到内侧空间318中。
在其它实施例中，在室外空气引入到内侧空间318时可以使用一个或多个冷却单元。控制系统可以同时打开阀开口314、322和324或者在选定的时间分别打开。蒸发冷却单元可以紧靠阀开口314使用，使得室外空气可以在引入到内侧空间318的同时冷却。
在又一实施例中，控制系统可以打开阀开口314和322，并且关闭阀开口324。蒸发冷却单元可以紧靠阀开口314和/或阀开口322使用以在内侧空间318中提供有效的冷却。在其它实施例中，控制系统可以关闭阀开口314，并且打开阀开口322和324。在一个实施例中，控制系统可以关闭阀开口314和322，并且打开阀开口324。控制系统检测内侧空间318内、阁楼空间320内的温度和外部的温度。当观察到的三个温度之间的差值达到一个或多个可配置的阈值时，控制系统可以选择性地打开或者关闭各个阀开口。
图4示出另一个示例服务器冷却系统，包括侧壁400、地面402、房顶404、热排围墙406、服务器机架408、冷排围墙410和天花板424。图4中的示例冷却系统类似于图3的示例冷却系统，不同的是可以使用一个或多个冷排围墙以便为安装在机架408内的服务器提供有效的冷却。
侧壁400、地面402和天花板424界定了内侧空间418。天花板424和房顶404界定了阁楼空间420。在一些实施例中，一个或多个阀开口426可以耦合到天花板424。在一些其它实施例中，热排围墙406包括至少一个允许一个或多个机架安装单元与热排内部空间416交界的服务器机架端口。冷排围墙410也包括至少一个允许一个或多个机架安装单元与冷排内部空间422交界的服务器机架端口。服务器机架408可以通过服务器机架端口以基本密封的方式可移除地连接到热排围墙406。在一些实施例中，机架安装单元安装在服务器机架408内，使得机架安装单元的各个前表面与冷排内部空间422交界，并且使得机架安装单元的各个后表面与热排内部空间416交界。在一些实施例中，热排围墙406可以通过连接器可操作地连接到阁楼空间420。在一些其它实施例中，冷排围墙可以包括风扇单元以通过安装在机架408上的机架安装单元的前表面从冷排内部空间422中吸取空气，从而冷却器架安装单元；热空气通过机架安装单元的后表面排放到热排内部空间416。
在一些实施例中，一个或多个空气处理单元432可以将外部冷空气吸入到内侧空间418。冷空气通过侧壁400上的阀开口414进入服务器冷却系统。一个或多个风扇430通过冷排围墙410上的一个或多个开口将冷空气从内侧空间418吸取到冷排内部空间422。在一些实施例中，每个冷却行围墙410可以是可操作的，以选择性地连接到阀开口414，使得外部冷空气可被吸入到冷排内部围墙422。在一些其它实施例中，安装在机架安装单元内的冷却风扇从冷排内部空间422中吸取冷空气。冷空气流过安装在机架408上的一个或多个机架安装单元的前表面，并且热空气通过一个或机架安装单元的后表面排放到热排内部空间416。热空气经过连接器412并进入阁楼空间420。在一些实施例中，阁楼空间420内的热空气可以通过阀开口428释放到冷却系统的外部。
在无风扇机架安装单元安装在机架408中的一些实施例中，可以将一个或多个风扇安装在机架408的一侧以将空气从内侧空间418吸取到内部空间416，从而冷却安装在机架408内的机架安装单元。在其它实施例中，一个或多个风扇422可以为要从冷排内部空间422流向热排内部空间416的冷空气提供所需的能量。
图5示出另一个示例服务器冷却系统，包括侧壁500、地面502、房顶504、热排围墙506、服务器机架508、冷排围墙510和天花板524。侧壁500、地面502和天花板524界定了内侧空间518。天花板524和房顶504界定了阁楼空间520。图5的示例冷却系统类似于图4的示例冷却系统，不同的是室外空气可以不被引入到内侧空间518并且阁楼空间520中的热空气可以不被释放到示例服务器冷却系统的外部。
在一些实施例中，一个或多个阀开口526可以与天花板524耦合。阀开口514、528和526可以可操作地连接到控制系统，该系统是可操作的，以基于内侧空间518和/或阁楼空间520内部和外部观察到的温度选择性地启动各个阀开口。当室外空气不适于被引入到内侧空间518时，控制系统关闭阀开口514和528，并且打开阀开口526。为冷却内侧空间518内的空气，可以使用一个或多个冷却单元532。在一些实施例中，冷却单元532可以是蒸发冷却器。冷却空气从内侧空间518吸取到冷排内部空间522。在一些实施例中，可以使用一个或多个风扇530以将冷却空气吸入到冷排围墙510内。从冷排内部空间522通过安装在机架508内的机架安装单元吸取冷却空气；热空气排放到由围墙506界定的热排内部空间516。热空气通过连接器512进入阁楼空间520并且通过与天花板524耦合的阀开口526再循环到内侧空间518。在一些实施例中，可以使用一个或多个风扇以将围墙506外部的热空气释放到阁楼空间520并且再循环到内侧空间518。
图6示出示例服务器冷却系统的三维视图，该系统包括侧壁600、地面602、房顶604、围墙606、服务器机架608和天花板610。侧壁600、地面602和天花板610界定了内侧空间618。房顶604和天花板610界定了阁楼空间620。围墙606界定了内部空间616。一个或多个阀开口622耦合到天花板610。房顶604上可以具有阀开口624并且侧壁600上可以具有阀开口614。围墙606通过连接器612可操作地连接到阁楼空间620。在一些实施例中，一个或多个机架安装单元安装在机架608内，使得机架安装单元的各个前表面与内侧空间618交界，并且使得机架安装单元的各个后表面与内部空间616交界。在一些实施例中，可以通过阀开口614将室外空气吸入到内侧空间618。安装在机架安装单元内部的冷却风扇从内侧空间吸取冷空气，机架安装单元安装在机架608内；热空气排放到内部空间616并且通过连接器612进入阁楼空间620。在无风扇机架安装单元安装在机架608内的其它实施例中，可以使用一个或多个风扇将冷却空气从内侧空间618吸取到内部空间616。在一些实施例中，可以使用空气处理单元626将外部的冷却空气通过阀开口614吸取到内侧空间618。阀开口614、624和622可操作地连接到控制系统中，该系统是可操作的，以基于在内侧空间618和/或阁楼空间620内部和外部所观察到的温度选择性地触发各个阀开口。当室外空气不适于被引入到内侧空间618时，控制系统关闭阀开口614和624，并且打开阀开口622。为冷却内侧空间618内的空气，可以使用一个或多个冷却单元。在一些实施例中，冷却单元可以是蒸发冷却器。可以通过安装在机架608中的机架安装单元从内侧空间618吸取冷空气；将热空气排放到内部空间616。热空气通过连接器612进入到阁楼空间620并且通过与天花板610耦合的阀开口622再循环到内侧空间618。在一些实施例中，可以使用一个或多个风扇以将围墙606外部的热空气释放到阁楼空间620并将该空气再循环到内侧空间618。
图7示出示例冷却系统的俯视图。侧壁700和天花板或房顶界定了内侧空间718。围墙706界定了内部空间716。围墙可以以基本密封的方式连接到一个或多个机架708。包括一个或多个冷却风扇的一个或多个机架安装单元安装在机架708内。侧壁700上的一个或多个阀开口714允许外部冷空气进入内侧空间718。安装在机架安装单元内的冷却风扇从内侧空间吸取冷空气，并且热空气被释放到内部空间716，该机架安装单元安装在服务器机架上。在一些实施例中，一个或多个空气处理单元726可以将外部冷空气吸取到内侧空间718。在一个实施例中，冷却系统宽60英尺、长255英尺、高16英尺。四个围墙安装在冷却系统内。八个机架以基本密封的方式连接到每侧的各个围墙。每个机架包括16个1U服务器。侧壁、天花板、房顶和围墙可以预先制造并在数据中心的建造地点安装。与其它数据中心的设计相比，示例冷却系统可以更易于安装并能更有效的操作。
图8示出另一个示例服务器冷却系统，包括侧壁800、地面802、房顶804、围墙806、服务器机架808和天花板810。侧壁800、地面802和天花板810界定了内侧空间818。房顶804和天花板810界定了阁楼空间820。一个或多个阀开关822耦合到天花板810。房顶804上可以具有阀开口824并且侧壁800上可以具有阀开口814。图8中的示例服务器冷却系统类似于图7中的示例服务器冷却系统，不同的是使用的是人字顶804而不是单斜顶204。人字顶可以在阁楼空间818内提供更好的空气循环。然而，建造人字顶的成本要比建造单斜顶的成本高。
图9示出另一个示例服务器冷却系统，包括侧壁900、地面902、房顶904、围墙906、服务器机架908、天花板910和外壁930。图9的示例服务器冷却系统类似于图8的服务器冷却系统，不同的是房顶904、地面902、侧壁900和外壁930界定了混合空间928。侧壁900、地面902和天花板910界定了内侧空间918。房顶904和天花板910界定了阁楼空间920。在一些实施例中，可以通过外壁930上的阀开口914将外部冷空气吸入到混合空间928。可以通过耦合到侧壁900上的一个或多个空气处理单元926将冷却空气吸取到内侧空间918。每个均包括冷却风扇的一个或多个机架安装单元安装到机架908内。安装在机架安装单元内的冷却风扇通过机架安装单元从内侧空间918吸取冷空气，并且将热空气排放到内部空间916。热空气通过可操作地将内部空间916连接到阁楼空间920的一个或多个连接器912进入阁楼空间920。在一些实施例中，阁楼空间920中的热空气通过一个或多个阀开口924释放到外部。在其他实施例中，热空气通过一个或多个阀开口922被吸取到混合空间928并与外部冷空气混合。在又一实施例中，阀开口914、922和924可以可操作地连接到控制系统，该系统是可操作的以选择性地启动各个阀开口。当室外空气不适于被引入到内侧空间918时，控制系统关闭阀开口914和924，并且打开阀开口922。阁楼空间920中的热空气再循环到混合空间928并再循环到内侧空间918。在其它实施例中，控制系统检测内侧空间918、阁楼空间920、混合空间928中的温度和外部的温度。当所观察到的温度之间的差值达到一个或多个阈值或其它动态或预定水平时，控制系统可以选择性地打开或者关闭各个阀开口。为冷却内侧空间中的空气，可以使用一个或多个冷却单元。在一些实施例中，冷却单元安装到混合单元928内。在其它实施例中，冷却单元安装到内侧空间918内。在一个实施例中，冷却单元为蒸发冷却器。
图10A和10B示出空气处理器建筑结构1000的示例，包括地面1002、多个侧壁1004和顶部1006。在这个示例中，建筑结构1000可以在工厂中预先制造并可以在要建筑数据中心的建造地点安装。如前面所述，预先制造单元可以显著地降低建筑结构1000的成本。用于服务器冷却系统的空气处理器建筑结构1000的一个成本优势在于系统的预先制造部分和预先制造部分易于在数据中心中安装所带来的便利和低成本。建筑结构1000的材料包括但不限于钢、复合材料、碳材料或任何其它合适的材料。
该示例中的地面1002是非升高的地板，与升高的地板相比，该地板初步建筑成本相对较低。应当理解，在其它示例中，可以在建筑结构1000中部分或全部使用升高的地板。多个侧壁1004包括彼此相对、具有不同的按比例确定的各自高度的下侧壁1004-a和上侧壁1004-b。如建筑结构1000的俯视图图10B所示，多个侧壁1004还可以包括与下侧壁和上侧壁1004-a、1004b基本垂直的两个其它侧壁1004-c、1004-d。可以按照与下侧壁和上侧壁1004-a、1004-b相关的比例一致的斜度来建造房顶1006。换句话说，房顶1006是斜度为1：x的斜顶，其中，X基本上大于1，使得雪在房顶1006上累积并融化，同时来自建筑结构1000的内部的热量加速雪融化的过程。在一个示例中，x等于6（例如，斜度为2:12）。在该示例中，房顶1006为单斜顶（也被称为只有单面倾斜的房顶）。应当理解，在其它实施例中，例如在图8和9中，房顶1006可以是人字顶或任何其它合适的房顶类型。
一个或多个开口1008（诸如阀开口等）可以位于建筑结构1000的不同部分（诸如一个或多个侧壁1004和房顶1006等）。在该示例中，下侧壁1004-a具有一个或多个开口1008-a，室外自然空气可以通过该开口进入到建筑结构1000。在一个示例中，下侧壁1004-a基本上可以开设窗口以促使室外自然空气进入到建筑结构1000。在该示例中，上侧壁1004-b可以具有一个或多个开口1008-b，建筑结构1000内的空气可以通过该开口排出。在一个示例中，上侧壁1004-b在下侧壁1004-a的高度以上的部分基本上可以开设窗口以允许空气排出建筑结构1000。可选地，房顶1006还可以包括一个或多个开口1008-c，建筑结构1000中的空气可以通过该开口排出。应当理解，虽然图10A示出在上侧壁1004-b和房顶1006上的开口1008-b、1008-c，但是这些构造在其它示例中并不是必要的。只要在上侧壁1004-a上的开口1008-a的高度以上具有开口，建筑结构1000中的空气就可以通过自然对流排出建筑结构1000。
现在参照图10B，沿第一方向在下侧壁和上侧壁1004-a、1004-b之间界定第一尺寸L1，并且在该示例中，沿垂直于第一方向的第二方向在其它两个侧壁1004-c、1004-d之间界定第二尺寸L2。如图10B所示，L1小于L2。通过增加建筑结构1000的面积-体积比来设计L1和L2的相对长度，使得建筑结构1000经由下侧壁1004-a上的一个或多个开口1008-a向室外自然空气提供通道。在一个示例中，L2可以为L1的两倍。因此，建筑结构1000的形状允许建筑结构1000内的空气通过空气对流升高。换句话说，建筑结构1000被设计成利用热气的趋势来升高以实现“自由冷却”。使用该示例中的设计，在没有传统机械冷却系统的情况下，建筑结构1000本身很好地充当了空气处理器（即，“自由冷却”）。
如图10A所示，建筑结构1000可以包括将建筑结构1000的内部划分成第一空间1012和第二空间1014的天花板1010。在该示例中，在地面1002和天花板1010之间界定了第一空间1012，该空间可用于安装数据中心的服务器；在天花板1010和房顶1006之间界定了作为阁楼空间的第二空间1014。天花板1010可以具有位于天花板1010的不同区域的一个或多个开口1008-d。在该示例中，至少一个开口1008-d位于下侧壁1004-a的开口1008-a附近，在下侧壁中室外自然空气进入建筑结构1000。具有这种结构，室外自然空气在自然对流的作用下通过下侧壁1004-a上的开口1008-a进入第一空间1012，并且通过天花板1010上的开口1008-d排出第一空间1012以进入第二空间1014。然后，在自然对流的作用下，第二空间1014中的空气通过上侧壁1004-b在天花板1010以上的部分的开口1008-b和/或房顶1006上的开口1008-c排出。第二空间1014中的空气还可以通过下侧壁1004-a附近的天花板1010上的开口1008-d进入第一空间1012，并且可以与进入第一空间1012的自然空气混合。
图11示出服务器冷却系统1100的另一个示例。在该示例中，系统1100包括由地面1104、一个或多个侧壁1106和天花板1108界定的第一空间1102。可以在第一空间1102中安装多个服务器1110。在该示例中，系统1100还可以包括作为阁楼单元的第二空间1112，该空间由天花板1108和房顶1114界定。一个或多个开口1116（诸如阀开口等）可以位于天花板1108、房顶1114和至少一个侧壁1106中的至少一者上。在该示例中，第一侧壁（例如，下侧壁）1106-a具有一个或多个开口1116-a；天花板1108具有一个或多个开口1116-d，该开口包括下侧壁1106-a附近的至少一个开口1116-d；第二侧壁（例如，上侧壁）1106-b在天花板1108以上（在第二空间1112）的部分和/或房顶1114分别包括一个或多个开口1116-b、1116-c。如上所述，开口1116用于实现室外空间、第一空间1102和第二空间1112之间的空气运动。
在该示例中，系统1100包括与第一侧壁1106-a耦合并且可操作以允许室外自然空气进入第一空间1102的进气口1118。在该示例中，进气口1118包括第一侧壁1106-a上的一个或多个开设的窗口1116-a。系统1100还可以包括与第二侧壁1106-b耦合并且可操作以允许第二空间1112中的空气排出的出气口1120。在该示例中，出气口1120包括第二侧壁1106-b上的一个或多个开设的窗口1116-b。系统1100还可以包括与进气口1118耦合的一个或多个空气处理单元1122以吸取室外自然空气并将空气提供给第一空间1102。例如，空气处理单元1122包括风扇1122-a、配置为基于室外自然空气生成蒸发的冷却空气的蒸发冷却单元1122-b和在一些实施例中配置为对进入到第一空间1102的室外自然空气进行过滤的过滤器1122-c。风扇1122-a可以是速度控制风扇并且被设计成保持空气湍流较高，这有助于减小温度梯度并引起混合。可选地，系统1100还可以包括利用动态存储能的一个或多个不间断电源（UPS）系统。
在该示例中，系统1100还包括控制系统1124，该控制系统配置为控制一个或多个空气处理单元1122，以便按照在第一空间1102内部和外部测量的温度将空气提供给第一空间1102。控制系统1124可以包括能够执行所存储的指令并根据所存储的数据进行操作的一个或多个装置，诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器或其组合等。例如，本领域的普通技术人员已知的嵌入式系统、膝上电脑、桌上电脑、平板电脑或服务器计算机形式的控制系统配置。
控制系统1124可以包括或耦合到一个或多个传感器（未示出）以检测环境指标（诸如在第一空间1102的内部和外部的温度和湿度等）。例如，可以将温度传感器用在位于第一空间1102、第二空间1112和服务器冷却系统1100外部空间的不同位置以提供不同位置的实时温度。在一个实施例中，可以使用第一空间1102内的服务器机架的热通道（热排围墙）温度来调节速度控制风扇；可以使用第一空间1102内的服务器机架的冷通道（冷排围墙）温度和室外空气的温度和湿度来对室外提供指示并返回空气混合效率。还可以在进气口1118和空气处理单元1122内设置露点传感器和/或湿度传感器以检测进入第一空间1102的空气的湿度。应当理解，虽然在图11中控制系统1124安装在第二空间1112中，但是控制系统还可以安装在服务器冷却系统1100内或服务器冷却系统1100外的其它地方。在该示例中，控制系统1124可操作地耦合到空气处理单元1122和服务器冷却系统1100的其它部件（诸如但不限于空气交换单元1126等，该空气交换单元可以耦合到第一侧壁1106-a附近的天花板1108上的开口1214-d并且可配置成将空气从第二空间1112吸取到第一空间1102，从而与进入到第一空间1102的室外自然空气混合）。使用任何已知的有线或无线通讯技术可以实现控制系统1124和系统1100的其它部件之间的连接。
例如，在处于三种不同的温度范围的三种不同的工作模式下，控制系统1124可以根据在第一空间1102内部和外部所测量的温度，来控制空气处理单元1122连同服务器冷却系统1100的其它部件的操作。
在第一范围内，该范围是服务器1110的最佳工作温度，控制系统1124可以控制空气处理单元1122连同空气交换单元1126以直接将室外自然空气提供给第一空间1102，从而实现所谓的“自由冷却”。在该模式下，具体地，控制系统1124可以关掉蒸发冷却单元1122-b并且打开风扇1122-a，以在没有额外冷却的情况下直接将室外自然空气吸入到第一空间1102。可选地，控制系统1124还可以打开过滤器1122-c以过滤进入的自然空气。在该模式下，控制系统1124还可以关掉空气交换单元1126以使进入第一空间1102的自然空气与来自第二空间1112的热空气停止混合，该第二空间可以增加第一空间1102的温度。在该示例中，第一范围基本在70℉和85℉之间。
在第二范围内，该范围低于第一范围，控制系统1124可以控制空气处理单元1122连同空气交换单元1126，以便基于混合的室外自然空气和通过进气口1118附近的天花板1108上的一个或多个开口1116-d从服务器1110释放的空气，将空气提供给第一空间1102。在该模式下，具体地，控制系统1124可以关掉蒸发冷却单元1122-b并且打开风扇1122-a以将室外自然空气吸入到第一空间1102。可选地，控制系统1124可以打开过滤器1122-c以过滤进入的自然空气。在该模式下，控制系统1124可以打开空气交换单元1126以将通过服务器1110释放到第二空间1112的空气吸入到第一空间1126，从而加热进入第一空间1102的自然空气。在该示例中，空气交换单元126可以包括阻尼器、与开口1106-d耦合的返回风扇和有助于使混合空气混合以防止任何温度或湿度梯度的循环风扇。在一个示例中，第二范围约低于70℉。
在第三范围内，该范围高于第一范围，控制系统1124可以控制空气处理单元1122连同空气交换单元1126，以便基于从进气口1118提取通过饱和介质的室外自然空气，将蒸发的冷却空气提供给第一空间1102。在该模式下，具体地，控制系统1124可以打开蒸发冷却单元1122-b和风扇1122-a以将室外自然空气吸入到第一空间1102并通过蒸发冷却使其冷却。可选地，控制系统1124可以打开过滤器1122-c以过滤进入的自然空气。在该模式下，控制系统1124可以关掉空气交换单元1126以使进入到第一空间1102的自然空气和来自第二空间1112的热空气混合。可选地，露点传感器可以连同蒸发冷却单元1122-b的蒸发介质使用以保证额外的水分不会添加到已经饱和的空气中。在一个示例中，第二范围基本在85℉和110℉之间。
注意，在任何温度范围内，控制系统1124还可配置成基于在第一空间1102内部和外部所测量的温度选择性地启动第一侧壁1106-a上的一个或多个开关1116-a，以控制吸入到第一空间1102的室外自然空气的量。此外，当所测量的温度大于110℉时，可以打开额外的机械冷却单元和空气处理装置以提供额外的冷却。
系统1100的第一空间1102还可以包括接合到天花板1108并对第二空间1112开放的至少一个基本封闭的内部空间1128和以基本密封的方式接合到内部空间1128并具有安装在其上的多个服务器1110的至少一个机架1130。内部空间1128可以由具有框架、面板、门和机架端口的围墙来界定。内部空间1128的围墙可由各种材料（诸如钢、复合材料或碳材料等）制成。该围墙产生了界定基本密封的内部空间1128和第一空间1102的壳体。内部空间1128的围墙包括允许安装在机架1130内的一个或多个服务器1110与内部空间1128交界的至少一个机架端口。机架端口的一个或多个边缘可以包括接触机架1130并且形成基本密封的界面的垫圈或者其它部件。机架1130可以通过机架端口以基本密封的方式可移除地连接到内部空间1128的围墙。
在该示例中，一个或多个服务器1110安装在机架1130上，使得服务器1110的各个前表面与第一空间1102交界，并且使得服务器1110的各个后表面与内部空间1128交界。在该示例中，每个机架安装单元1110可以包括一个或多个风扇1132，该风扇可操作以通过它的前表面从第一空间1102中吸取空气，并且通过它的后表面将热气排放到内部空间1128。
在最佳工作温度范围内（例如70℉和85℉之间）和在非冷凝相对湿度范围内（例如低于85%），服务器冷却系统1100可以使服务器供气保持适当地混合。
图12示出服务器冷却系统1200的另一个示例。系统1200包括由地面1204、多个侧壁1206和天花板1208界定的第一空间1202和由天花板1208和按照斜度建造的斜顶1212界定的第二空间1210。一个或多个开口1214（诸如阀开口等）可以位于房顶1212、天花板1208和至少一个侧壁1206中的至少一者上，该开口在自然对流的作用下，使得室外自然空气进入第一空间1202，并且排出第二空间1210的空气。系统1200还可以包括第一空间1202内部的至少一个内部空间1216和至少一个机架1218，其中，内部空间基本封闭并且接合到天花板1208，机架以基本密封的方式接合到内部空间1216并且具有多个安装在其上的服务器120。在该示例中，一个或多个服务器1220可以安装在机架1218内，使得服务器1220的各个前表面与第一空间1202交界，并且使得服务器1220的各个后表面与内部空间1216交界。在该示例中，每个机架安装单元1220可以包括一个或多个风扇1222，该风扇可操作以通过它的前表面从第一空间1202中吸取空气并通过它的后表面将热气排放到内部空间1216。
图12中的建筑结构类似于图10A和10B中的建筑结构，设计为利用自然规律以增强机械地引入空气的运动，并由此减少冷却服务器所需的总能量。图12中的示例服务器冷却系统1200类似于图11的服务器冷却系统，不同的是系统1200不包括室外空气处理单元和空气交换单元（诸如风扇和蒸发冷却单元等）。服务器1220的内部风扇1222引起空气循环，并且特别设计的建筑结构增强了自然对流。因此，相比于图11的系统1100，图12中的系统的总能耗可以进一步减少。
图13示出另一个示例空气处理器建筑结构1300的截面图。空气处理器建筑结构1300类似于空气处理器建筑结构1000，包括地面1302、多个侧壁1304。该示例实施例中的地面1302可以是非升高的地板。应当理解，在其它实施例中，可以在建筑结构1300中部分或者全部使用升高的地板。
空气处理器建筑结构1300具有两个对称地布置在突起部分1322的两边的顶部1306。在截面图中，突起部分1307比顶部1306中最高的部分还要高，并且布置在建筑的中心的上方。顶部1306和突起部分1322在垂直于图13中截面图的方向上沿空气处理器结构1300延伸。
突起部分1322具有侧壁1324和顶部1326。侧壁1304、1324和顶部1306、1326以与侧壁1004和顶部1006相同的方式建造。
和顶部1006一样，顶部1306可以按照1：x的斜度建造，其中x基本上大于1，使得雪在房顶1006上累积并融化，同时来自建筑结构1300的内部的热量加速雪融化的过程。在一个示例中，x等于6。
一个或多个开口1308（诸如阀开口等）可以位于建筑结构1300的不同部分（诸如一个或多个侧壁1304和顶部1306等）。在该示例中，下侧壁1304-a具有一个或多个开口1308-a，室外自然空气可以通过该开口进入建筑结构1300。在一个示例中，侧壁1304基本上可以开设窗口以促使室外自然空气进入建筑结构1300。在该示例中，突起部分1312的侧壁1324可以具有一个或多个开口1308-b，建筑结构1300内的空气可以通过该开口排出。在一个示例中，侧壁1324在侧壁1304的高度以上的部分基本上可以开设窗口以允许空气排出建筑结构1300。可选地，顶部1306还可以包括一个或多个开口1308-c，建筑结构1300中的空气可以通过该开口排出。应当理解，虽然图13示出开口1308-c在顶部1306上，但是该构造在其它实施例中并不是必要的。只要在侧壁1304上的开口1308-a的高度以上具有开口1308，建筑结构1300中的空气就可以通过自然对流排出建筑结构。
侧壁1324在侧壁1304上开口1308-a的高度以上的一个或多个开口1308-b的附加高度可以增强建筑结构1300中的自然对流并超过建筑1000中的自然对流。
如图13所示，建筑机构1300可以包括将建筑结构1300的内部划分成第一空间1312和第二空间1314的天花板1310。在该示例中，地面1302和天花板1310之间界定用于安装数据中心的服务器的第一空间1312；天花板1310与房顶1306和突起部分1322之间界定作为阁楼空间的第二空间1314。天花板1310可以具有位于天花板1310的不同区域的一个或多个开口1308-d。在该示例中，至少一个开口1308-d位于下侧壁1304-a上的开口1308-a附近，在下侧壁中，室外自然空气进入建筑结构1300。具有这种结构，室外自然空气在自然对流的作用下通过侧壁1304上的开口1308-a进入第一空间1312，并且通过天花板1310上的开口1308-d排出第一空间1312以进入第二空间1314。然后，第二空间1314中的空气在自然对流的作用下通过天花板1310以上的突起部分1322上的开口和/或顶部1306上的开口1308-c排出。第二空间1314中的空气还可以通过侧壁1304-a附近的天花板1310上的开口1308-d进入第一空间1312并且可以与进入到第一空间1312中的自然空气混合。
图14示出空气处理器建筑结构1400的其它示例的截面图，该结构类似于建筑结构1300，但是没有天花板1310和开口1308-d。（其它特征具有与图13相同的标号）空气由自然对流吸取通过开口1308-a并通过1308-b排出，该空气可以通过建筑结构1400升高。
本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例可以实现将近100%的正常可用时间，例如对于具有例如9.0MW临界载荷的数据中心设施，正常可用时间为99.98%。本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例可以凭借建筑结构的独特形状和方向以及服务器的物理构造，留出例如一年中99%的时间来自由冷却。此外，本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例使用蒸发冷却可以实现2%的年度“冷却成本”，其中，“冷却成本”是将由数据中心载荷生成的热量去除作为数据中心载荷本身的百分比所消耗的能量（kW）。此外，与具有可比较的IT载荷的传统水冷却器厂的设计相比，本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例可以节省的冷却所用的水为例如约36百万加仑。本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例可以实现高效的目标电源使用效率（PUE），例如小于约1.11（诸如1.08等）。此外，相对于工业上一般的旧数据中心来说，本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例在数据中心的电力损耗上可以实现约40%的减少量。例如，对于临界载荷为9MW的数据中心，本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例与传统配置的设施相比，可以将能量消耗从8.6降低到18.9百万KWh每年。因为在本文所公开的示例服务器冷却系统中可以不需要水冷却器，所以由服务器冷却系统生成的与数据中心有关的废水为零，与传统的水冷却器厂的设计相比，这相当于每年减少了约8百万加仑的污水排放。此外，与传统设计相比，本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例可以将建造成本降低到例如不超过$5M每MW，并且将建造时间降低到例如小于6个月。在一个示例中，本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例可以保持以下室内环境要求：室内温度55℉-90℉，不高于85%的非冷凝相对湿度，压力±0.11英寸水柱，以及温度变化率每小时5.4℉。当保持服务器的室内环境要求时，本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的各种示例可以承受100年的温湿环境以及极低的冬季温度。
示例结果
表1
Figure BDA0000473103150000231
表1是通过使用本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的至少一些示例，冷却效率随时间推移的衰减。在表1中，AHU表示空气处理单元，CHW表示冷冻水，并且DX表示直接蒸发。例如，通过应用本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的至少一些示例，用在AHU中的平均功率已从710KW减少到71KW。作为另一个示例，通过使用所公开的至少一些示例实施例，近几年来全冷的百分数已从2005年的53%（作为一般的商业标准）减少到在最新设备中仅占2%。这是实质性的改善。
表2
Figure BDA0000473103150000242
Figure BDA0000473103150000251
表2是通过使用本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的至少一些示例，电效率随时间推移的衰减。在表2中，PUE表示电源使用效率，其通过测量系统用输入功率和尽可能接近服务器载荷的临界功率消耗获得。可以从所安装的使用电源电路检测器的电力检测系统（EPMS）中读取并收集该信息。因为表2中的所有数据中心可以广泛利用室外空气冷却的方法，所以数据可以按月收集并且按年计算变量（诸如天气、操作时间等）。PUE可由下式计算：
Figure BDA0000473103150000252
其中，IT设备能量指与所有IT设备（诸如计算机、存储和网络设备以及补充设备等）有关的综合能量利用。总设施能量指所有设施的能量利用，包括IT设备能源、电力配电损失、冷却系统能源、燃料使用和其它的杂项能量利用。
表2示出当电效率路径中的所有组件得到改善时，雅虎纽约州洛克波特的设施与雅虎加州圣克拉拉的协同定位设施相比具有70%的改善。例如，通过应用本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的至少一些示例，与工业上的平均数2.0相比，PUE已从1.62进一步减小到1.08。
表3
Figure BDA0000473103150000253
表3示出利用本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的至少一些示例的节能量和碳减排量。此外，对比于标准冷却方法，在与使用水冷却器的传统数据中心对比的设施中，蒸发冷却的最小用量可以减小99%的用水量（并且相应地减少了废水流出）。以下碳减排量假定美国的平均碳浓度为0.56吨CO2/MWh。在其它示例中，根据所有三个地点的电力的清洁程度，实际的碳减少量可以更低（圣克拉拉为0.31吨CO2/MWh，以及马萨诸塞州和纽约州接近于零）。
下面将详细描述表1-3所公开的两个示例雅虎数据中心设施。
雅虎数据中心设施-马萨诸塞州
地点描述：已证实在韦纳奇的现存安装是2010年之前最有效的雅虎数据中心。该地点位于华盛顿市中心，地点的选定是由于它的气候，使得充分利用室外空气的现有建筑最优化。空气处理单元（AHU）放入传统的升高的地板的通风空间中，以将供气分配到服务器。
安装日期：2006。
电力：具有4,800KW备用电池UPS和4ⅹ2MW柴油发电机备份的4.8MW、N+1关键基础设施。
冷却系统：充分利用室外空气的风冷式冷却器组和AHU组。
设计目标PUE:1.25。
雅虎计算笼（YCC）数据中心设施-纽约州洛克波特
地点描述：截止到目前，洛克波特的雅虎计算笼是所有的雅虎数据中心中最有效的设计和安装。新建的地点位于纽约州的洛克波特，选择该地点是由于它的气候；其独特的设计完全采用了充分利用室外空气，从而显著地减小了供应风扇的马力。
安装日期：2010。
电力：具有使用动态存储能量的线互动式UPS系统和柴油发动机备份的9MW、N+1关键基础设施。基本UPS系统用在200KW模块中，这允许了系统在不使用时脱机。
冷却系统：使用蒸发冷却以进行冷却的雅虎计算笼集成建筑系统。
设计目标PUE:1.08-1.11。
本文所公开的建筑结构和服务器冷却系统的至少一些示例的部署有证据证明它们的效率。对于其它涉及自由冷却、冷却器较少的数据中心和较宽的温度范围的新设施来说，本文所公开的新建筑结构和服务器冷却系统可以降低数据中心行业内（数据中心设计者和IT设备制造商）的风险规避-以及以密切关注最大限度使用当地气候条件的设计数据中心做试验。
已参照具体实施例对本发明进行了描述。例如，当参照具体的组件和构造描述本发明的实施例时，本领域的技术人员应当理解也可以使用组件和构造的不同组合。例如，在一些实施例中，可以使用升高的子地板、CRAC单元、水冷却器、或者湿度控制单元。在一些实施例中，也可以使用地震控制设备和电气和通信电缆管理设备。其它实施例对本领域的技术人员来说显而易见的。因此，除所附权利要求所指出的部分之外，不意在对本发明进行限制。

Claims (40)

1.一种空气处理器建筑结构，包括：
地面；
多个侧壁，其包括彼此相对、具有按比例确定的不同的各自高度的下侧壁和上侧壁；
房顶，其具有与所述下侧壁和上侧壁相关的所述比例一致的斜度；以及
一个或多个开口，其位于所述房顶和至少一个所述侧壁中的至少一者上，其中
所述建筑结构的形状允许所述建筑结构内的空气通过自然对流上升，并且
沿着第一方向界定在所述下侧壁和上侧壁之间的第一尺寸与沿垂直于所述第一方向的第二方向的第二尺寸相关联，使得所述建筑结构经由所述下侧壁上的一个或多个开口向室外自然空气提供通道。
2.根据权利要求1所述的建筑结构，还包括：
具有一个或多个开口的天花板；
界定在所述地面和所述天花板之间的第一空间；以及
界定在所述天花板和所述房顶之间的第二空间；其中
所述室外自然空气通过所述下侧壁上的一个或多个开口进入所述第一空间，并且
所述第一空间中的空气在自然对流的作用下，通过所述天花板上的一个或多个开口排出。
3.根据权利要求2所述的建筑结构，其中，所述第二空间中的空气在自然对流的作用下，通过位于所述房顶和在所述天花板以上的至少一个所述侧壁中的至少一者上的所述一个或多个开口排出。
4.根据权利要求2所述的建筑结构，其中，所述第二空间中的空气通过所述下侧壁附近的所述天花板上的一个或多个开口进入所述第一空间，并与进入所述第一空间的所述室外自然空气混合。
5.根据权利要求1所述的建筑结构，其中，所述第二尺寸大于所述第一尺寸。
6.根据权利要求1所述的建筑结构，其中，所述第二尺寸与所述第一尺寸的所述比例为2。
7.根据权利要求1所述的建筑结构，其中，所述斜度为1：x，其中，x基本上大于1，从而产生斜顶，所述斜顶允许雪堆积和融化，并且允许来自所述建筑结构的内部的热量加速所述雪融化的过程。
8.根据权利要求7所述的建筑结构，其中，x为6。
9.根据权利要求1所述的建筑结构，其中
所述下侧壁基本开设窗口以允许所述室外自然空气进入到所述建筑结构，并且
所述上侧壁有一部分在基本开设窗口的所述下侧壁的高度以上，以允许空气排出所述建筑结构。
10.根据权利要求1所述的建筑结构，其中，所述地面为非升高的地板。
11.根据权利要求1所述的建筑结构，其中，所述房顶为单斜顶和人字顶中的一者。
12.一种服务器冷却系统，包括：
第一空间，其由地面、一个或多个侧壁和天花板界定，并具有安装在其中的多个服务器；
第二空间，其由所述天花板和房顶界定；
一个或多个开口，其位于所述天花板、所述房顶和一个或多个侧壁中的至少一者中的至少一者上；
进气口，其与第一侧壁耦合并且可操作以允许室外自然空气进入；
一个或多个空气处理单元，其与所述进气口耦合以吸取所述室外自然空气并将空气提供给所述第一空间；
出气口，其与第二侧壁耦合并且可操作以允许所述第二空间中的空气排出；以及
控制系统，其配置成控制一个或多个空气处理单元，以按照所述第一空间内部和外部测量的温度将空气提供给所述第一空间。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，当在所述第一空间内部和外部测量的所述温度处于第一范围内时，所述控制系统控制所述一个或多个空气处理单元，以将所述室外自然空气提供给所述第一空间。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，当在所述第一空间内部和外部测量的所述温度处于比所述第一范围低的第二范围内时，所述控制系统控制所述一个或多个空气处理单元，以便基于混合的外部自然空气和通过进气口附近的所述天花板的一个或多个开口从所述多个服务器释放的空气，将空气提供给所述第一空间。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，当在所述第一空间内部和外部测量的所述温度处于比所述第一范围高的第三范围内时，所述控制系统控制所述一个或者多个空气处理单元，以便基于通过饱和介质从所述进气口吸取的所述室外自然空气，将蒸发的冷却空气提供给所述第一空间。
16.根据权利要求15所述的系统，其中
所述第一范围基本在70℉和85℉之间，
所述第二范围约低于70℉，并且
所述第三范围基本在85和110℉之间。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述进气口包括所述第一侧壁上的一个或多个开设的开口。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述出气口包括在所述房顶和所述第二侧壁中的至少一者上的一个或多个开设的开口。
19.根据权利要求12所述的系统，还包括空气交换单元，其耦合到所述天花板的所述一个或多个开口，并且配置成将所述第二空间中的空气吸入到所述第一空间，从而与进入所述第一空间中的所述室外自然空气混合。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制系统进一步配置成基于在所述第一空间内部和外部测量的所述温度选择性地启动所述第一侧壁上的一个或多个所述开口，以便控制吸入到所述第一空间的所述室外自然空气的量。
21.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一空间包括：
基本封闭的内部空间，其接合所述天花板并且对所述第二空间开放；以及
机架，其以基本密封的方式接合到所述内部空间并且具有安装在其上的所述多个服务器，其中
所述机架安装服务器的各个前表面与所述第一空间交界，
所述机架安装服务器的各个后表面与所述内部空间交界，并且
每个机架安装服务器包括一个或多个风扇，所述风扇可操作以将空气从所述第一空间吸取通过它的前表面并通过它的后表面将热空气排放到所述内部空间。
22.根据权利要求12所述的系统，其中，所述一个或多个空气处理单元包括：
蒸发冷却单元，其配置成基于所述室外自然空气生成蒸发的冷却空气；以及
过滤器，其配置成过滤进入所述第一空间的所述室外自然空气。
23.一种服务器冷却系统，包括：
第一空间，其由地面、多个侧壁和天花板界定；
第二空间，其由所述天花板和按照斜度建造的斜顶界定；
一个或多个开口，其位于所述房顶、所述天花板和至少一个所述侧壁中的至少一者上，并且使得室外自然空气进入所述第一空间以及所述第二空间中的空气通过自然对流排出；
内部空间，其位于所述第一空间内部，基本封闭并接合所述天花板；
机架，其以基本密封的方式接合到所述内部空间并且具有安装在其上的多个机架安装服务器，其中
所述机架安装服务器的各个前表面与所述第一空间交界，所述机架安装服务器的各个后表面与所述内部空间交界，并且
每个机架服务器包括一个或多个安装在其中的风扇，所述风扇可操作以将空气从所述第一空间吸取通过它的前表面并通过它的后表面将热空气排放到所述内部空间。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述第一空间中的空气在自然对流的作用下通过所述天花板上的一个或多个开口排出并且进入所述第二空间。
25.根据权利要求23所述的系统，其中，所述第二空间中的空气通过所述天花板上的一个或多个开口进入所述第一空间并且与进入所述第一空间的所述室外自然空气混合。
26.根据权利要求23所述的系统，其中，斜度为1：x，其中，x基本上大于1，从而产生斜顶，该斜顶允许雪堆积和融化并且允许来自所述多个服务器的热量加速雪融化的过程。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述x为6。
28.根据权利要求23所述的系统，其中
所述第一侧壁基本开设窗口以允许所述室外自然空气进入所述第一空间，并且
所述第二侧壁有一部分在基本开设窗口的所述第二空间中，以允许空气排出所述第二空间。
29.根据权利要求23所述的系统，其中，所述地面为非升高的地板。
30.根据权利要求23所述的系统，其中，所述房顶是单斜顶和人字顶中的一者。
31.一种空气处理器建筑结构，包括：
地面；
多个侧壁；
顶部，其具有相对的侧面，每个侧面都具有斜度；
突起部分，其从所述顶部延伸；以及
一个或多个开口，其位于所述顶部、至少一个所述侧壁和所述突起部分中的至少一者上，其中
所述建筑结构的形状允许外部自然空气在自然对流的作用下，通过至少一个所述侧壁上的一个或多个开口进入，并且通过所述顶部和所述突起部分中的至少一者上的一个或多个开口排出。
32.根据权利要求31所述的建筑结构，还包括：
具有一个或多个开口的天花板；
界定在所述地板和所述天花板之间的第一空间；以及
界定在所述天花板与所述顶部和所述突起部分之间的第二空间，其中
室外空气通过一个或多个所述侧壁上的所述一个或多个开口进入所述第一空间，并且
所述第一空间中的空气在自然对流的作用下，通过所述天花板、所述顶部和所述突起部分中的至少一者上的一个或多个开口排出。
33.根据权利要求32所述的建筑结构，其中，所述第二空间中的空气在自然对流的作用下，通过位于所述顶部和所述突起部分中的至少一者上的一个或多个开口排出。
34.根据权利要求32所述的建筑结构，其中，所述第二空间中的空气通过一个或多个所述侧壁附近的所述天花板上的一个或多个开口进入所述第一空间，并且与进入所述第一空间的所述室外自然空气混合。
35.根据权利要求31所述的建筑结构，其中
沿第一方向在第一对相对侧壁之间界定第一尺寸；
沿垂直于所述第一方向的第二方向在第二对相对侧壁之间界定第二尺寸；
所述第一尺寸与所述第二尺寸相关联，使得所述建筑结构经由至少一个所述侧壁上的一个或多个开口向室外自然空气提供通道，其中，所述第二尺寸大于所述第一尺寸。
36.根据权利要求32所述的建筑结构，其中，所述建筑结构的形状使得在自然对流的作用下，将空气从所述第一空间吸取通过所述第一空间中的一个或多个服务器，并将由所述服务器产生的热空气从所述第一空间排到所述第二空间。
37.根据权利要求31所述的建筑结构，其中，所述斜度为1：x，其中，x基本上大于1，从而产生斜顶，该斜顶允许雪堆积和融化，并且允许来自所述建筑结构内部的热量加速所述雪融化的过程。
38.根据权利要求37所述的建筑结构，其中，x为6。
39.根据权利要求32所述的建筑结构，其中
至少一个所述侧壁基本开设窗口，以允许所述室外空气进入所述建筑结构；并且
至少一个所述侧壁有一部分在基本开设窗口的所述天花板以上，以允许空气排出所述建筑结构。
40.根据权利要求31所述的建筑结构，其中，所述地面为非升高的地板。
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