CN104279659B - 用于向房间提供空气的布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种向房间提供空气的布置。该布置包括从房间吸收空气的第一进口、向房间提供空气的第一出口、从房间以外的空间吸收空气的第二进口，第二进口与第一出口连接，和向房间以外的空间排放空气的第二出口，第二出口与第一进口连接。该布置进一步包括连接第一进口和第一出口的冷却管道，冷却管道具有设置于其中的用于冷却管道中的空气的冷却模块和控制第一空气流比率的第一流量控制模块；第一空气流比率为从第一进口流至第二出口的排放空气流与从第一进口流至第一出口的冷却空气流之比。

Description

用于向房间提供空气的布置

技术领域

本发明涉及一种用于向房间提供空气以及向数据中心的房间提供冷空气的布置。

背景技术

美国专利申请US2009/0210096公开了一种包括计算机房空调装置和空气节能器的数据中心。空气节能器或室外空气节能器是用建筑物外空气冷却建筑物的系统。该系统在室外空气比室内空气冷时最有效。无论计算机房空调装置是否用于数据中心，空气节能器排出的空气沿着计算机房空调装置的冷却水阀和压缩机流动。

发明内容

优选的是，使不必冷却的空气不沿冷却单元流动。

第一方面，提供了一种用于向房间提供空气的布置。布置包括：

用于从房间吸收空气的第一进口；

用于向房间提供空气的第一出口；

用于从房间以外的空间吸收空气的第二进口，第二进口与第一出口连接；

用于向房间以外的空间排放空气的第二出口，第二出口与第一进口连接。

布置进一步包括用于连接第一进口和第一出口的冷却管道，冷却管道具有设置于其中的用于冷却管道中的空气的冷却模块；和用于控制从第一进口流至第二出口的排放空气流与从第一进口流至第一出口的冷却空气流之间的第一空气流比率的第一流量控制模块。

空气通过第一出口向房间提供。空气通过第二进口和/或通过冷却管道提供至第一出口。通过冷却管道提供的空气是来自于房间以外的循环空气，通过第一进口被布置吸收。空气从房间通过第一进口被吸收，随后通过第二出口被排放，或通过冷却管道中的冷却模块冷却，并再一次向房间提供。这样，房间具有循环至房间以外的冷却空气和/或来自于房间以外的空间的空气。这使得房间可以用来自于房间以外的空间的空气或循环冷却空气冷却，或同时用两者冷却。且只有需要主动冷却的空气经由第一流量控制模块的引导而通过冷却管道；已经足够冷或另外具有适当参数的空气则直接向房间提供。

在第一方面的一个实施方式中，第一流量控制模块包括设置在第一进口与第二出口之间的第一阀和设置在第一进口和冷却模块之间的第二阀。

通过在适当位置为第一流量控制模块设置两个阀，可以很好地控制到房间以外的空间和通过冷却管道的流动。

在第一方面的进一步的实施方式中，第一阀和第二阀的操作是耦合的，以致第一阀的第一开口比率反比于第二阀的第二开口比率。

由于第一阀和第二阀的操作之间的耦合，冷却空气流和来自房间以外的空间的空气流之间的比率可以被控制，两股空气流都向房间提供。当空气流具有不同的温度时，本实施方式能顺利地控制向房间提供的空气的温度，同时使总流率保持在同一数量级上，而其它参数基本上恒定。

在第一方面的另一个实施方式中，冷却模块是设置在冷却管道中的间接蒸发冷却模块，以致流经冷却管道的空气是通过冷却模块的次级空气流；布置进一步包括用于提供通过冷却模块的初级空气流的蒸发管道，蒸发管道连接第二进口和第二出口。

间接蒸发冷却是一种有效的冷却方式，尤其因为它在给驱动提供能量的同时，自身没有需要驱动的移动部分。通过用来自房间以外的空间的空气充当间接蒸发冷却模块的初级空气流，进出房间的空气流不受有效蒸发冷却所需的空气量的影响。此外，液体蒸发处的处理空气未向房间提供。这是一个优点，因为潮湿空气会干扰房间中的设备。

在第一方面的更进一步的实施方式中，第二流量控制模块包括在第二进口和第一出口之间的第三阀，和在第二进口和蒸发管道之间的第四阀。

通过在适当位置给第二流量控制模块设置两个阀，来自房间以外的空间和通过蒸发管道的空气流可以被很好地控制。

在第一方面的再另一个实施方式中，第一阀、第二阀、第三阀和第四阀的操作是耦合的，以致第一开口比率基本上等于第三开口比率，第二开口比率基本上等于第四开口比率。

通过使各个阀的操作耦合，房间保持适当的气压平衡。

第一方面的再进一步的实施方式包括用于控制布置的部件的操作的处理单元，处理单元连接用于检测房间以外的空间的空气温度的温度传感器；处理单元设置为操作第一流量控制模块，这样如果检测出的温度低于第一温度值，冷却空气流禁用；如果检测出的温度在第一温度值与比第一温度值高的第二温度值之间，排放空气流和冷却空气流启用；而如果检测出的温度高于第二温度值，排放空气流禁用。

本实施方式能顺利且连续地控制向房间提供的空气的温度。

第二方面提供服务器容置模块作为用于容置数据机柜的房间，数据机柜设置为容置数据服务器；数据中心进一步包括根据第一方面的冷却系统，冷却系统用于通过第一出口向服务器容置模块提供空气流，以冷却数据服务器。

附图说明

图1显示了数据中心；

图2显示了冷却系统；

图3A显示了处于环境空气冷却模式中的冷却系统；

图3B显示了处于主动冷却模式中的冷却系统；

图4显示了包括间接蒸发冷却元件的冷却系统；

图5A显示了包括间接蒸发冷却元件的、处于环境空气冷却模式中的冷却系统；

图5B显示了包括间接蒸发冷却元件的、处于主动冷却模式中的冷却系统。

具体实施方式

如图1所示，数据中心100包括服务器容置模块110和冷却容置模块120。服务器容置模块110划分为两个侧边过道112和中间过道114。在中间过道114和两个侧边过道112之间，中间过道114两侧的每一侧有用于容置服务器的数据机柜116。

冷却容置模块120包括用于冷却空气的冷却单元200。冷却单元200通过数据室吸气管道132从服务器容置模块110吸收空气。冷却单元200也通过室外吸气管道122从服务器容置模块110以外的源，本实施方式中尤其从室外，吸收空气。冷却单元200通过数据室排气管道134向服务器容置模块110，尤其是右侧的侧边过道112，排放空气。冷却单元200也设置为通过室外排气管道124向室外排放空气。数据室排气管道134耦合至可选的数据室扩散风室136，可选的数据室扩散风室136包括扩散介质138。冷却单元200的操作受控制单元140的控制，控制单元140与冷却单元200耦合。控制单元140与室外温度传感器142耦合。

操作时，冷却单元200通过数据室扩散风室136在右侧的侧边过道112排放冷空气。排放的空气流经数据机柜116里面的服务器；这股空气流用第一箭头162表示。值得注意的是，这股空气流至少受到了安放于数据机柜116当中的服务器的风扇单元的推动。空气被服务器散发的热量加热。冷却单元200通过数据室吸气管道132从中间过道114吸收空气，产生了流经服务器的空气流，这股空气流用第二箭头164表示。这样，产生了循环的空气流，它从冷却单元200出来，流经右侧的侧边过道112、右侧的数据机柜116、中间过道114后，回到冷却单元200。

由于被冷却单元200冷却的空气排放于右侧的侧边过道112，右侧的侧边过道112的温度较低。类似地，流经中间过道114的空气比较热，因为它被数据机柜116中的服务器加热。这意味着，来自于数据室扩散风室136，经过数据机柜116后，流向数据室吸气管道132的空气流至少部分靠热对流产生。通过数据室扩散风室136排放的冷空气在右侧的侧边过道112中下降，而被数据机柜116中的服务器加热的空气在中间过道114中上升并流向数据室吸气管道132。因为有这样的热对流，服务器容置模块110不必为了实现冷却和空气流动而被划分开。然而，划分是优选的，它阻止了冷却单元200排放的冷空气在未流经数据机柜116中的服务器时便通过数据室扩散风室136被吸收，这将使得服务器容置模块110中的冷却操作比较低效。

与输送至右侧的侧边过道112的冷空气类似，冷空气也被输送至左侧的侧边过道112，以冷却左侧的数据机柜116中的服务器。出于清楚的原因，关于左侧的数据机柜116冷却的细节在图1中省略。

图2进一步显示了冷却单元200。冷却单元200包括第一进气管道210，第一出气管道220，第二出气管道230，第二进气管道240和冷却管道250。

第一进气管道210包括用于从中间过道114（见图1）吸收空气的第一进口212和作为空气置换模块的第一风扇214。第一进气管道210通过第一气闸216与第二出气管道230连接。第一进气管道210通过第二气闸218与冷却管道250连接。作为气闸的替代物，其它气流控制模块，尤其是其它用于控制气流幅度的模块，也可以被采用。

第一出气管道220包括用于向右侧的侧边过道112提供空气的第一出口222。第一出气管道220通过第三气闸226与第二进气管道240连接。第一出气管道220通过冷却出口226与冷却管道250连接。

冷却管道250包括冷却模块252。本实施方式中冷却模块252包括直接膨胀冷却元件254。如下文所示，其它冷却方法也可以被采用。

第二出气管道230包括用于将空气从服务器容置模块110（见图1）排放至室外的第二出口232。第二进气管道240包括第二进口242和第二风扇244。

下面，将结合图3A和图3B来讨论冷却单元200的操作。图3A显示了处于环境空气冷却模式中的冷却单元200。在环境空气冷却模式中，第一气闸216打开，优选地是完全打开。第二气闸218关闭，以阻止空气流入冷却管道250及通过冷却模块252。第一风扇214是可操作的，产生冷却系统200通过第二出口排放的外流的空气流302，成为排放空气流308。

在环境空气冷却模式中，第三气闸226打开，优选地是完全打开。第二风扇244是可操作的，产生流经第一出气管道220的吸收空气流304，成为进口空气流。当流经数据中心100的空气流如前因热对流已经存在时，第二风扇244是可选的。此外，热对流引起的空气流也被数据设备中的风扇和/或第一风扇214推动。因此，空气也会被右侧的侧边过道112吸取。

图3B显示了处于主动冷却模式中的冷却单元。在主动冷却模式中，第一气闸216关闭。第二气闸218打开，优选地是完全打开，使得靠第一风扇214通过第一进口212吸收的空气沿着冷却模块242流经冷却管道250。这样，产生了冷却空气流306，贯穿冷却管道250。在主动冷却模式中，第三气闸226优选关闭。这样，冷却模块252所冷却的空气不能通过第二出口242逸出至室外。然而，第三气闸226不是必须的，因为：当右侧的侧边过道112处因服务器容置模块110（见图1）的热对流而出现某一低气压时，冷却空气流至少绝大部分将通过第一出口222流出冷却系统200，而不是通过第二出口242。

如果数据中心100外的环境温度足够低，以至于冷却了数据中心100里容置的设备，设备被冷却系统200按照图3A描述的模式冷却。如果数据中心100外的环境温度太高，不足以冷却数据中心100的设备，冷却系统200按照图3B描述的模式操作。

在一个实施方式当中，如果室外温度低于作为第一温度阈值的18℃，冷却系统200按照图3A描述的模式操作；如果室外温度高于作为第二温度阈值的24℃，冷却系统200按照图3B描述的模式操作。在上述两个温度之间的范围内，冷却系统200工作在混合模式中，混合模式是上述两种操作模式的组合。

在混合模式中，第一气闸216、第二气闸218和第三气闸226都打开。第一进口212处的流入空气流的第一空气流比率是通过控制气闸的开口比率来控制的，第一空气流比率的一侧是在第二出口232处的排放空气流308，另一侧是冷却空气流306。如果气闸完全打开，其开口比率为1。如果气闸完全关闭，其开口比率为0。如果气闸打开时，有气闸完全打开时能流过的空气流的一半流过，那么其开口比率可以定义为0.5。

因此，排放空气流308和冷却空气流306之间的第一空气流比率取决于第一气闸216和第二气闸218的开口比率。如果这两个气闸具有相同的开口比率，那么第一空气流比率为1。这样，第一气闸216和第二气闸218作为控制第一空气流比率的流量控制模块操作。

在混合模式中，第一风扇214控制冷却系统200从中间过道114（见图1）吸收的空气的总量，而第一气闸216和第二气闸218的开口比率之比控制了第一空气流比率。在第一出气管道220处，出口空气流通过第一出口向右侧的侧边过道112提供。该出口空气流是冷却空气流306和吸收空气流304的总和。关于冷却空气流306和吸收空气流304的第二空气流比率是一个影响出口空气流温度的因素。由于出口空气流的一个成分是冷却空气流406，第二空气流比率还受第二气闸218控制。吸收空气流304用第三气闸226和第二风扇244控制。

优选地，第二风扇244所控制的吸收空气流304基本上等于排放空气流308，以确保服务器容置模块110中适当的气压平衡。在另一个实施方式中，吸收空气流304控制得比排放空气流308稍大，从而在右侧的侧边过道112中引起轻微的高气压。该高气压存在时，数据中心100外的污染物被挡在外面。

在一个优选的实施方式中，第一气闸216和第三气闸226的操作是耦合的，以致它们的开口比率基本上相等，从而保持上述适当的气压平衡。另外地或可选地，第一气闸216和第二气闸218的操作耦合，以致第一气闸216的开口比率反比于第二气闸218的开口比率。这可以以电子方式通过控制单元140（见图1）或者以机械方式通过实际连接第一气闸的移动部件和第二气闸218的移动部件来完成，以致第一气闸216的移动传递至第二气闸218并且反之亦然。第一风扇214和第二风扇244的转速或空气置换性能基本上相同，这确保了气压平衡被适当地保持。

如上所示，各气闸的开口比率控制了流入空气的温度和从室外吸收的环境空气的温度。因此，气闸的开口比率与从室外吸收的环境空气的温度优选地耦合。特别是，第一气闸216的开口比率等于一减去一侧是吸收环境空气温度与第一温度阈值之差对另一侧是第二温度阈值与第一温度阈值之差的比率。第三气闸226的开口比率基本上等于前者，而第二气闸218的开口比率基本上等于一减去第一气闸216的开口比率。这样，当室外环境温度在第一温度阈值与第二温度阈值之间的范围内时，吸收空气的温度在冷却系统200的操作过程中被顺利地控制。

图4显示了冷却系统200的另一个实施方式。图4描述的冷却系统200包括上述实施方式的各个元件，这些元件具有相当的功能。此外，图4描述的冷却系统200进一步包括位于冷却模块252里面的间接蒸发冷却元件256，优选地是国际专利申请WO2005/106343所公开的或国际专利申请WO2007/136265所公开的间接蒸发冷却元件。间接蒸发冷却元件256可置于与直接膨胀冷却元件254相连的地方，优选地是逆流地。可选地，直接膨胀冷却元件254替换为间接蒸发冷却元件256。

通过蒸发管道260，间接蒸发冷却元件256具有初级空气流，初级空气流里面存在的液体，特别是水，在间接蒸发冷却元件256中蒸发掉了。蒸发管道260置于第二进气管道240和第二出气管道230之间以及蒸发管道260和第二进气管道240之间，另有第四气闸248。

图5A显示了工作于环境空气冷却模式中的冷却系统200，这个模式等同于图3A所描述的操作模式。在环境空气冷却模式中，第四气闸248关闭，所有通过第二进口242吸收的空气通过第三气闸226和第一出口222输送至右侧的侧边过道112。第二风扇244工作时，产生吸收空气流304，它作为进口空气流流经第一出气管道220。

图5B显示了处于主动冷却模式中的冷却系统200，这个模式等同于图3B所描述的操作模式。除了图3B所描述的操作，第四气闸248打开，以致空气流502流经蒸发管道260，从而在间接蒸发冷却元件256中蒸发了液体。间接蒸发冷却元件256中液体的蒸发导致间接蒸发冷却元件256的冷却，使它能冷却流经冷却管道250的冷却空气流。

如上，图4所描述的冷却系统也设置为在混合模式中操作。图4所示的实施方式相对于图2所示实施方式的差别在于，在有第二进口242的混合模式中，空气被吸收既是为了蒸发空气流502通过蒸发管道260，又是为了出口空气流304通过第一出口222。总量受第二风扇244转速控制。蒸发空气流502和出口空气流304的第二空气流比率受第三气闸226和第四气闸248的开口比率控制。

值得注意的是，如果所需的空气流比率约为一，通过第二进口242吸收的空气的总量也受第三气闸226和第四气闸248的单个开口比率控制。两个气闸的开口比率都为一或接近一时被吸收的空气比两个气闸的开口比率都为10%或接近10%时多，而两种情况下气闸开口比率之比仍然约为一。蒸发空气流502和出口空气流的比率也保持在一左右。

值得注意的是，这里的计算是在默认空气流比率直接正比于开口比率之比的情况下进行的。这通常就是实际情况，但并不是一直是，因为次级方面，如顺流管道的直径，这些管道中缘于弯曲和角落的阻力，和逆流管道末端房间以外的反压，在这房间里逆流管道也起作用。

在混合冷却模式中，第四气闸248优选地独立于第三气闸226操作，但是，如上讨论的，第一气闸216和第二气闸的操作优选地耦合。这样做的一个原因是初级空气流502不会构成输送至服务器容置模块110（见图1）的空气流的一部分。可选地，第一气闸216和第三气闸226的操作如上所述地耦合，也就是基本上具有相同的开口比率，而第二气闸218和第四气闸248的操作以相同的方式耦合。此外或可选地，第一气闸216和第二气闸218的操作根据两个气闸具有的开口比率成反比耦合，而第三气闸226和第四气闸248的操作以相同的方式耦合。

在解释具体实施方式和耦合权利要求时，如“包括”、“包含”、“含有”、“具有”、“有”和“是”的表述应理解为开放式的，即理解为允许有其它未明确说明的物品或部件。提及的单数名词应理解为也指复数，反之亦然。

在以上的描述中，须要明白的是，当一个部件，如层、区域或衬底，以“在……上”、“到……上”或“与……连接”表示与另一个部件的关系时，该部件直接在另一个部件上或与另一个部件连接，或者还具有其它的中间部件。

此外，发明也可以用比本实施方式的更少的部件来实施，此时，一个部件实现多个的功能。正如发明也可以用比图1、图2和图4所描述的多的部件来实施，此时，本实施方式的一个部件实现的功能由多个部件共同实现。

本领域的技术人员会很容易明白，本实施方式公开的各种参数可以被修改，各个公开的和/或要求保护的实施方式可以在不偏离发明范围的情况下组合。

按规定，权利要求中的引用符号不限制权利要求的范围，添加后仅增强了权利要求的可读性。

Claims (15)

1.一种用于向数据中心的房间提供冷空气的布置(200)，包括：

第一进口(212)，所述第一进口用于从所述房间吸收空气；

第一出口(222)，所述第一出口用于向所述房间提供空气；

第二进口(242)，所述第二进口用于从所述房间以外的空间吸收空气，所述第二进口(242)与所述第一出口(222)连接；

第二出口(232)，所述第二出口用于向所述房间以外的空间排放空气，所述第二出口(232)与所述第一进口(212)连接；

冷却管道(250)，所述冷却管道用于连接所述第一进口(212)和所述第一出口(222)，所述冷却管道(250)具有设置于所述冷却管道中的用于冷却所述冷却管道中的空气的冷却模块(252)；

第一流量控制模块，所述第一流量控制模块用于控制从所述第一进口(212)流至所述第二出口(232)的排放空气流与从所述第一进口(212)流至所述第一出口(222)的冷却空气流之间的第一空气流比率；

其特征在于：所述冷却模块(252)是设置在所述冷却管道(250)中的间接蒸发冷却模块，以致流经所述冷却管道(250)的空气是通过所述冷却模块(252)的次级空气流；所述布置进一步包括用于提供通过所述冷却模块的初级空气流的蒸发管道(260)，所述蒸发管道(260)连接所述第二进口(242)和所述第二出口(232)。

2.根据权利要求1所述的布置，进一步包括第一空气置换模块(214)，所述第一空气置换模块用于在所述第一进口(212)产生向内流入的空气流，所述向内流入的空气流基本上等于所述排放空气流和所述冷却空气流的总和。

3.根据权利要求1或2所述的布置，进一步包括第二空气置换模块(244)，所述第二空气置换模块用于在所述第二进口(242)产生吸入的空气流。

4.根据权利要求1或2所述的布置，其中所述第一流量控制模块包括设置在所述第一进口(212)与所述第二出口(232)之间的第一阀(216)和设置在所述第一进口(212)与所述冷却模块(252)之间的第二阀(218)。

5.权利要求3所述的布置，其中所述第一流量控制模块包括设置在所述第一进口(212)与所述第二出口(232)之间的第一阀(216)和设置在所述第一进口(212)与所述冷却模块(252)之间的第二阀(218)。

6.根据权利要求4所述的布置，其中所述第一阀(216)与所述第二阀(218)的操作是耦合的，以致所述第一阀(216)的第一开口比率反比于所述第二阀(218)的第二开口比率。

7.根据权利要求6所述的布置，进一步包括用于控制所述初级空气流的第二流量控制模块。

8.根据权利要求7所述的布置，所述第二流量控制模块包括在所述第二进口(242)与所述第一出口(222)之间的第三阀(226)和在所述第二进口(242)与所述蒸发管道(260)之间的第四阀(248)。

9.根据权利要求8所述的布置，其中所述第三阀(226)与所述第四阀(248)的操作是耦合的，以致所述第三阀(226)的第三开口比率反比于所述第四阀(248)的第四开口比率。

10.根据权利要求9所述的布置，其中所述第一阀(216)、所述第二阀(218)、所述第三阀(226)和所述第四阀(248)的操作是耦合的，以致所述第一开口比率基本上等于所述第三开口比率，所述第二开口比率基本上等于所述第四开口比率。

11.根据权利要求10所述的布置，进一步包括处理单元，所述处理单元用于控制所述布置的部件的操作，所述处理单元与温度传感器耦合，所述温度传感器用于检测所述房间以外的空间的空气温度；所述处理单元设置为操作所述第一流量控制模块(216)，以致：

如果检测出的温度低于第一温度值，所述冷却空气流被禁用；

如果检测出的温度在所述第一温度值与比所述第一温度值高的第二温度值之间，所述排放空气流和所述冷却空气流被启用；

如果所述检测出的温度高于所述第二温度值，所述排放空气流被禁用。

12.根据权利要求11所述的布置，其中所述第一空气流比率正比于所述检测出的温度与所述第一温度值之间的温度差。

13.根据权利要求12所述的布置，其中所述第一空气流比率基本上等于温度比率，所述温度比率基本上等于所述检测出的温度减去所述第一温度值对于所述第二温度值与所述第一温度值之差的比值。

14.数据中心，所述数据中心包括服务器容置模块，所述服务器容置模块作为用于容置数据机柜的房间，所述数据机柜设置为容置数据服务器；所述数据中心进一步包括根据权利要求1至13中的任一权利要求所述的布置，所述布置用于通过所述第一出口向所述服务器容置模块提供空气流，以冷却所述数据服务器。

15.根据权利要求14所述的数据中心，其中所述服务器容置模块被划分为至少第一空间和第二空间；其中所述数据机柜在第一侧面对所述第一空间，在第二侧面对所述第二空间，所述数据机柜设置为容置数据服务器，以致空气能从所述第一空间通过所述数据服务器流至所述第二空间；其中所述第一出口与所述第一空间耦合，从而向所述第一空间提供空气，所述第一进口与所述第二空间耦合，从而从所述第二空间吸收空气。