CN104520776A - 吊天花板系统冷却预测 - Google Patents

Abstract

在一个实施方式中，提供了用来评估天花板隔层气流模式和数据中心中的装置的冷却性能的计算机实现方法。该方法包括：接收关于数据中心中的装置的数据；接收关于天花板隔层的数据；利用第一气流模型，确定关于气流的第一参数和关于天花板隔层中的压力的第一参数；利用不同于第一气流模型的第二气流模型，确定关于经过多个装置机架的气流的第二参数和关于多个装置机架上的压力的第二参数；确定经过装置机架的气流和进入天花板隔层的气流之间的耦合关系；至少根据第二参数和耦合关系，调整第一参数；确定经过装置机架的气流的充足性；以及在存储设备上存储经过装置机架的气流的充足性指示。

Description

吊天花板系统冷却预测

发明领域

至少一个根据本发明的实施方式通常涉及用于数据中心管理和设计的系统和方法，并且更具体地涉及用于预测高架的空气隔层中的气流和温度分布的系统和方法。

相关技术的论述

响应于不断增加的基于信息的经济需求，全球范围内的信息技术网络持续剧增。该增长的一个表现是集中式网络数据中心。集中式网络数据中心通常由不同信息技术装置组成，其中该信息技术装置被布置在提供网络连接、功率和冷却能力的结构中。通常装置被封装在被称为“机架”的专用外壳中，该机架集成了这些连接元件、功率元件和冷却元件。在一些数据中心配置中，这些排被编组到热通道和冷通道中，以降低与冷却信息技术装置相关的成本。一些数据中心的设计中心利用高架地板隔层来将冷却气流分布到被封装在机架中的信息技术(IT)装置上。天花板隔层有时与高架地板隔层一起使用、或不一起使用，在机架废气可以与数据中心其它部分的空气混合前，其作为将机架废气充分返回给机房空调(CRACs)的方式。在一些设计中，类似于被用在商业和住宅建筑物中的那种的吊天花板被用来建立天花板隔层。穿孔空心砖可以被放置在热装置之上，例如，在热通道之上，并且CRAC单元可以通过管道向吊天花板供应。有时，机架或整个热通道被直接地通过管道向吊天花板供应。

诸如从RI的西金士顿(West Kingston)的美国电力转换(APC)公司得到的数据中心管理系统的各种过程和软件应用程序已经被开发，以帮助数据中心工作人员设计和维护高效且有效的数据中心配置。这些工具通常通过诸如设计数据中心结构、安装前将装置放置在数据中心内、以及构造和安装后重新放置装置的行为来指导数据中心工作人员。因此，传统的工具集为数据中心工作人员提供了标准且可预测的设计方法。

发明内容

本发明的第一方面涉及用来评估天花板隔层气流模式和数据中心中的装置的冷却性能的计算机实现的方法，该装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供者。该方法包括：接收关于数据中心中的装置类型和装置布置的数据；接收关于天花板隔层配置的数据；利用第一气流模型，确定关于天花板隔层中的气流的第一参数和关于天花板隔层中的压力的第一参数；利用不同于第一气流模型的第二气流模型，确定关于经过多个装置机架的气流的第二参数和关于多个装置机架上的压力的第二参数；确定经过多个装置机架的气流和进入天花板隔层的气流之间的耦合关系；至少根据第二参数和耦合关系，调整第一参数；确定经过多个装置机架的气流的充足性；以及在存储设备上存储经过多个装置机架的气流的充足性指示。

根据一些实施方式，该方法还包括确定天花板隔层中经过一个或多个穿孔空心砖的气流。

根据一些实施方式，该方法还包括确定经过一个或多个管道的气流，所述管道将空气从多个装置机架中的一个或多个中传送到天花板隔层中。

根据一些实施方式，该方法还包括：在确定关于气流的第一参数中，引入经过一件或多件装置的泄漏气流。

根据一些实施方式，该方法还包括确定天花板隔层和多个装置机架中的一个装置机架的入口中的一个的压力的绝对值。

根据一些实施方式，该方法还包括：确定经过多个装置机架中的至少一个装置机架的管道的气流与被引入到多个装置机架中的该至少一个装置机架的气流的比率，并在输出设备上显示该比率。

根据一些实施方式，该方法还包括：确定数据中心中的房间空气温度、多个装置机架的废气温度、以及天花板隔层内的空气温度。

根据一些实施方式，该方法还包括在输出设备上显示天花板隔层内部的被确定的空气温度。

本发明的另一方面涉及用来评估天花板隔层气流模式和数据中心中的装置的冷却性能的系统，该装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供者。该系统包括接口以及耦合到接口的控制器。控制器被配置为：接收关于数据中心中的装置类型和装置布置的数据；接收关于天花板隔层配置的数据；利用个第一气流模型，确定关于天花板隔层中的气流的第一参数和关于天花板隔层中的压力的第一参数；利用不同于第一气流模型的第二气流模型，确定关于经过多个装置机架的气流的第二参数和关于多个装置机架上的压力的第二参数；确定经过多个装置机架的气流和进入天花板隔层的气流之间的耦合关系；至少根据第二参数和耦合关系，调整第一参数；确定经过多个装置机架的气流的充足性；以及在存储设备上存储经过多个装置机架的气流的充足性指示。

根据一些实施方式，控制器还被配置为确定天花板隔层中经过一个或多个穿孔空心砖的气流。

根据一些实施方式，控制器还被配置为确定经过一个或多个管道的气流，所述管道将空气从多个装置机架中的一个或多个传送到天花板隔层。

根据一些实施方式，控制器还被配置为：在确定关于气流的第一参数中，引入经过一件或多件装置的泄漏气流。

根据一些实施方式，控制器还被配置为确定天花板隔层和多个装置机架中的一个装置机架的入口中的一个的压力的绝对值。

根据一些实施方式，控制器还被配置为确定经过多个装置机架中的至少一个装置机架的管道的气流与被引入到多个装置机架中的至少一个装置机架的气流的比率，并在输出设备上显示该比率。

根据一些实施方式，控制器还被配置为确定数据中心中的房间空气温度、多个装置机架的废气温度、以及天花板隔层内的空气温度。

根据一些实施方式，控制器还被配置为在输出设备上显示天花板隔层内部的被确定的空气温度。

本发明的另一个方面涉及已经在其上存储了指令序列的计算机可读媒介，其中所述指令序列包括将引发处理器执行下列操作的指令：接收关于数据中心中的装置类型和装置布置的数据；接收关于数据中心中的天花板隔层配置的数据；利用第一气流模型，确定关于天花板隔层中的气流的第一参数和关于天花板隔层中的压力的第一参数；利用不同于第一气流模型的第二气流模型，确定关于经过数据中心中的多个装置机架的气流的第二参数和关于多个装置机架上的压力的第二参数；确定经过多个装置机架的气流和进入天花板隔层的气流之间的耦合关系；至少根据第二参数和耦合关系，调整第一参数；确定经过多个装置机架的气流的充足性；以及在存储设备上存储经过多个装置机架的气流的充足性指示。

根据一些实施方式，指令序列还包括将引发处理器执行下列操作的指令：确定经过多个装置机架中的至少一个装置机架的管道的气流与被引入到多个装置机架中的至少一个装置机架的气流的比率，并在输出设备上显示该比率。

根据一些实施方式，指令序列还包括将引发处理器执行下列操作的指令：将比率显示在输出设备上，其中该比率覆盖在装置的图形表示上。

根据一些实施方式，指令序列还包括将引发处理器执行下列操作的指令：确定数据中心中的房间空气温度、多个装置机架的废气温度、以及天花板隔层内的空气温度，并且在输出设备上显示天花板隔层内部的被确定的空气温度。

本发明的另一方面涉及用来评估天花板隔层气流模式和数据中心中的装置的冷却性能的计算机实现的方法，该装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供者。该方法包括：接收关于数据中心中的装置类型和装置布置的数据，其包括多个装置机架和一个或者多个热通道的位置和配置；接收关于一个或者多个穿孔天花板空心砖的位置和配置的数据，所述穿孔天花板空心砖在一个或者多个热通道和天花板隔层之间提供流动连通；确定从多个装置机架中的一个排出的空气的第一定量；使用代数计算方法，确定通过一个或者多个穿孔天花板空心砖捕获的、从多个装置机架中的一个排出的空气的第二定量；基于空气的第一定量和空气的第二定量，确定关于多个装置机架中的一个的热通道捕获指数；以及在存储设备上存储热通道捕获指数的指示。

附图简述

附图并不试图按比例绘制。在附图中，各个图形中示出的每个相同或几乎相同组件用相同的数字表示。为了清楚的目的，并不是每个组件都会被标记在每个附图中。在附图中：

图1是计算机系统的一个例子的框图，其中根据本发明的各个方面可以用该计算机系统实现；

图2是包括数据中心管理系统的分布式系统的一个例子的示意图；

图3示范了根据至少一个例子的格栅单元的使用；

图4是根据本发明的实施方式的用于天花板装置和管道中的装置的流程网络示意图；

图5是根据本发明实施方式的耦合的PFM-FNM方法的数学模型的示意图；

图6是根据本发明实施方式的一般方法的流程图；

图7是根据本发明实施方式的温度预测方法的流程图；

图8A是通过根据本发明的方法计算的采用第一配置的示例性数据中心的温度分布的示意图；以及

图8B是通过根据本发明的方法计算的采用第二配置的示例性数据中心的温度分布的示意图。

详细描述

根据本发明的至少一些实施方式涉及通过其用户可以设计和分析数据中心配置的系统和过程。这些系统和过程可以通过允许用户建立数据中心配置模型来促进该设计和分析行为，其中依据数据中心配置模型，可以确定性能度量。系统和用户可以利用这些性能度量，以确定满足不同设计目标的可选数据中心配置。另外，在至少一些实施方式中，系统为数据中心装置的推荐布局提供气流和/或温度分布的建模和预测，并且还为安装好的、或计划好的数据中心提供冷却性能预测。

如同在2011年8月2日公布的、编号为7,991,592的、题目为“用于估计装置机架冷却的系统和方法(System and Method for EvaluatingEquipment Rack Cooling)”的美国专利(本文中被引用为“‘592专利”)中，在2006年1月27日递交的、编号为11/342,300、题目为“用于管理设施功率和冷却的方法和系统(Methods and Systems for Managing FacilityPower and Cooling)”的美国专利申请(本文中被引用为“‘300申请”)中，在2010年9月17日递交的、编号为“12/884,832”、题目为“用于预测数据中心中的穿孔空心砖气流的系统和方法(System and Method forPredicting Perforated Tile Airflow in a Data Center)”的美国专利申请(本文中被引用为“‘832申请”)中，以及在2010年6月8日递交的、编号为12/795,862、题目为“用来预测数据中心中的温度值的系统和方法(Systemand Method for Predicting Temperature Values in a Data Center)”的美国专利申请(本文中被引用为“‘862申请”)中所描述的，所述专利中的每一个都被转让给本申请的受让人，并且出于全部的目的，所述专利中的每一个在此通过引用方式被完整地并入到本文中，现代数据中心中的典型的装置机架将冷却气体引入机架的前方并将空气从机架背部排出。装置机架和成排的冷却器在某些设计中以交替的前/后布置按排进行布置，这在数据中心中建立了交替的热通道和冷通道，且每排机架的前方朝向冷通道并且每排机架的背部朝向热通道。被冷通道隔离的相邻排的装置机架可以被称为冷通道集群，以及被热通道隔离的相邻排的装置机架可以被称为热通道集群。此外，单排设备还可以被认为通过自身形成了冷通道和热通道集群。装置机架的排可以是多个热通道集群和多个冷通道集群的一部分。在本文的说明书和权利要求中，机架中的装置、机架本身、或其它热量产生装置可以被称为冷却用户；并且成排的冷却单元、CRAC、机房空气处理器(CRAH)、和/或其它形式的冷却装置可以被称为冷却提供者。在所提及的应用中，工具被提供用来分析数据中心中的机架集群的冷却性能。用这些工具，可以针对不同的布局执行多个分析，以试图优化数据中心的冷却性能。

在一些例子中，当各个机架在管道中时，机架的背部通常可以基本上被密封在气流中，而机架的顶部可以基本上被去除，以便机架废气被引导到天花板隔层中。在一些例子中，当整个热通道都在管道中时，尽管背部入口有时可以被去除，但机架结构与未在管道中的配置相比，可以基本上不发生变化。利用管道热通道，入口可以被加入到通道的末端，并且管道系统或厚镶板可以覆盖热管道的顶部，以便机架废气再次被引导到天花板隔层中。

在数据中心中，例如，利用高架隔层将机架废气返回给冷却单元，诸如CRAC，经过高架隔层中的穿孔天花板空心砖上的气流可能在空心砖到空心砖之间不是均匀的。该非均匀性可能不利地被浅隔层的深度、非常大的开放区域的空心砖的使用、几何配置、经过未计划的开口的气流泄漏等影响。在所有设备在管道中的应用中，可以假定在所有热废气被捕获到时，可靠冷却得以保证。然而，对天花板隔层的不均匀增压可能导致装置气流速率的增加或减少，并且机架废气可以通过泄漏路径逃回到房间中。例如，相同的管道IT装置可以根据它们与一个或多个CRACs和彼此的接近度以及其它天花板隔层设计参数来传递实质上不同的气流速率。另外，天花板隔层中的温度分布实际上可以是不均匀的，这可能导致在包括多个CRAC的设计中的CRAC之间的负载不平衡。对于数据中心设计者或操作员，被认为是有益的是：能够预测整个天花板-隔层系统中的气流和温度，以保证设计将按照预计的进行执行并且以避免昂贵的反复试验。

在至少一个实施方式中，提供了用于实时执行整个天花板-隔层系统中的气流和温度分析的方法。尽管本文在数据中心空气隔层的背景中进行论述，但本发明的各个方面和各个实施方式可以适用于其它空气隔层，例如适用于商业或办公建筑物中、半导体制造净化室、或采用其它结构的那些隔层。本发明的一些方面和实施方式包括：将被用来建立天花板隔层气流模型的势流模型(PFM)耦合到流程网络模型(FNM)，所述流程网络模型(FNM)被用来简洁地表示数据中心的IT装置的特征。

本文根据本实施方式公开的方面在其应用中不局限于下面说明书中阐述的或者附图中所示出的构造细节或组件布置。这些方面能够呈现其它实施方式并且能够以不同的方式被实践或被实现。本文提供了特定实现方式的例子，该例子仅仅出于示例说明的目的并且不旨在是限制性的。具体地，结合任意一个或多个实施方式进行论述的行为、元件、和特征并不旨在被任意其它实施方式中的相似角色排除。

例如，根据本发明的一个实施方式，计算机系统被配置为执行本文所描述的功能中的任意一种，所述功能包括但不限于配置、建立模型、以及呈现关于特定数据中心配置的信息。此外，实施方式中的计算机系统可以被用来自动地测量数据中心和控制装置中的环境参数，诸如优化性能的冷冻机或冷却器中的环境参数。而且，本文所描述的系统可以被配置为包括或排除本文所论述的功能中的任意一种。因此，实施方式没有被限制在特定的功能或功能集中。另外，本文所用的措辞和术语是为了说明的目的，且不应该被认为是限制。本文中“包括(including)”、“包含”、“具有”、“含有”、“包括(involving)”及其变形的使用意在包括据此列出的项和其等价物以及额外的项。

计算机系统

根据本实施方式，本文所描述的各个方面和各种功能可以作为硬件或软件在一个或多个计算机系统中实现。存在许多目前使用的计算机系统的例子。这些例子包括网络设备、个人计算机、工作站、大型机、网络客户端、服务器、媒体服务器、应用服务器、数据库服务器和web服务器及其它。计算机系统的其它例子可以包括：诸如蜂窝电话和个人数字辅助设备的移动计算设备、以及诸如负载平衡器、路由器和交换机的网络装置。另外，根据本实施方式的各个方面可以被布置在单个计算系统中，或可以分布在连接一个或多个通信网络的多个计算系统中。

例如，各个方面和各种功能可以被分布在一个或多个计算机系统之间，该计算机系统被配置成为一个或多个客户端计算机提供服务，或被配置作为分布式系统的一部分来执行整体任务。另外，各个方面可以在客户端-服务器或多层系统中被执行，所述客户端-服务器或多层系统包括被分布在一个或多个服务器系统中执行各种功能的组件。因此，实施方式不限于在任意特定系统或一组系统中执行。另外，可以以软件、硬件或固件、或其任何组合实现各个方面。因此，可以在利用各种硬件和软件配置的方法、行为、系统、系统元件以及组件内实现根据本实施方式的各个方面，并且该实施方式不限于任何特定的分布式结构、网络、或通信协议。

图1示出了分布式计算机系统100的框图，其中根据本实施方式的各个方面和各种功能可以被实践。分布式计算机系统100可以包括一个或多个系统。例如，如示出的，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104以及106。如所示出的，计算机系统102、104以及106通过通信网络108进行相互连接，并且可以通过通信网络108交换数据。网络108可以包括任何通信网络，通过该网络计算机系统可以交换数据。为了利用网络108交换数据，计算机系统102、104和106以及网络108可以使用各种方法、协议以及标准，其包括：令牌环网、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap、和Corba及其它。为了保证数据传输是安全的，计算机系统102、104以及106可以通过网络108，利用包括TLS、SSL或VPN及其它安全技术的各种安全策略来传输数据。尽管分布式计算机系统100示出了任何三个联网的计算机系统，但是分布式计算机系统100可以包括任意数量的利用任何媒介和通信协议联网的计算机系统和计算设备。

根据本实施方式的各个方面和各种功能可以用在一个或多个包括图1所示的计算机系统102的计算机系统上执行的专用硬件和软件来实现。如所描述的，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、接口116以及存储设备118。处理器110可以执行产生操作数据的一系列指令。处理器110可以是可商业购买的处理器，诸如因特尔奔腾(Intel Pentium)处理器、摩托罗拉(Motorola)PowerPC、SGI MIPS、Sun UltraSPARC处理器或Hewlett-Packard PA-RISC处理器，但由于许多其它处理器和控制器是可购买的，故可以是任何类型的处理器、多处理器、微处理器或控制器。处理器110通过总线114被连接到包括一个或多个存储设备112的其它系统元件。

在计算机系统102的操作过程中，存储器112可以被用来存储程序和数据。因此存储器112可以是相对高性能、易失性的、随机存取的存储器，诸如，动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。然而，存储器112可以包括用来存储数据的任何设备，诸如硬盘驱动器、或其它非易失性、非临时性的存储设备。在某些情况下，根据本发明的各个实施方式可以将存储器112组成特殊且唯一的结构，以执行本文所公开的方面和功能。

计算机系统102的组件可以通过诸如总线114的互联元件进行耦合。总线114可以包括一个或多个物理总线、例如，被集成到相同机器内部的组件之间的总线，除此之外，总线114还可以包括任何通信耦合，该通信耦合在包括诸如IDE、SCSI、PCI以及无限宽带的专用或标准计算总线技术的系统元件之间。因此，总线114能够在计算机系统102的系统组件之间进行例如交换数据和指令的通信。

计算机系统102还包括一个或多个接口设备116，诸如输入设备、输出设备以及输入/输出设备的组合。接口设备可以接收输入或可以提供输出。更具体地，输出设备可以将信息表示为外部呈现。输入设备可以接收来自外部源的信息。接口设备的例子包括键盘、鼠标设备、跟踪球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络接口卡等。接口设备允许计算机系统102，与诸如用户和其它系统的外部实体交换信息并且进行通信。

存储系统118可以包括计算机可读和可写、非易失性、非临时性、的存储媒介，其中定义了由处理器执行的程序的指令被存储在该存储媒介的指令中。存储系统118还可以包括被记录在媒介上、或媒介内部的信息，并且该信息可以被程序处理。更具体地，该信息可以被存储在一个或多个数据结构中，该数据结构被专门配置为节约存储空间或提高数据交换性能。指令可以被持续存储为编码信号，并且该指令可以引发处理器执行本文所描述的功能中的任意一种。例如，该媒介可以是光盘、磁盘、或闪存、及其它。在操作中，处理器或一些其它控制器可以引起数据从非易失记录媒介读取到诸如存储器112的另一个存储器中，并且比起被包括在存储系统118中的存储媒介，其允许处理器更快地访问信息。存储器可以被放置在存储系统118中或存储器112中，然而，处理器110可以在存储器112内操作数据，并且在处理结束后，处理器110随后可以将数据复制到与存储系统118相关联的媒介中。各种组件可以管理在媒介和集成电路存储元件之间的数据移动，并且本文所描述的实施方式不会限于此。另外，实施方式不限于特定的存储系统或数据存储系统。

尽管计算机系统102通过示例的方式被示为一种类型的计算机系统，且基于该计算机系统，根据本实施方式的各个方面和各种功能可以被实践，但目前所公开的实施方式的任何方面都没有被限制为在图1所示的计算机系统中实现。根据目前所公开的实施方式的各个方面和各种功能可以在具有与图1所示的结构和组件不同的结构和组件的一个或多个计算机中实践。例如，计算机系统102可以包括经专门编程的专用硬件，诸如例如，被定制为执行本文所公开的特定操作的专用集成电路(ASIC)。然而另外一个实施方式可以利用若干运行MAC OS系统X和摩托罗拉PowerPC处理器的通用计算设备以及若干运行专有硬件和操作系统的专用计算设备执行相同的功能。

计算机系统102可以是包括操作系统的计算机系统，该操作系统管理计算机系统102中所包括的硬件元件中的至少一部分。通常，诸如处理器110的处理器或控制器执行操作系统，其中该操作系统可以是例如，诸如Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、Windows XP、或WindowsVista操作系统的从微软公司购买的基于Windows的操作系统、从苹果电脑购买的MACOS系统X操作系统、许多基于Linux的分布式操作系统中的一个，例如从红帽(Red Hat)公司购买的企业Linux操作系统，从Sun微型系统(Microsystems)购买的Solaris操作系统、或从各种源购买的UNIX系统。许多其它操作系统可以被使用，并且实施方式不限于任何特定的实现方式。

处理器和操作系统一起定义了计算机平台，其中采用高级编程语言的应用程序被写入该计算机平台中。这些组件应用程序可以是可执行的、中间的，例如C的字节码或者解释码，其通过例如利用诸如TCP/IP的通信协议的因特网的通信网络进行通信。类似地，根据目前所公开的实施方式的各个方面可以利用面向对象编程语言来实现，诸如利用.Net、SmallTalk、Java、C++、Ada、或C#(C-Sharp)来实现。其它面向对象编程语言也可以被使用。另外，功能性的脚本或逻辑编程语言可以被使用。

另外，根据目前所公开的实施方式各个方面和各种功能可以在例如以HTML、XML或其它格式创建的文件的非编程环境中被实现，当上述文件在浏览器程序的窗口中被查看时提供图形-用户界面的方面或执行其它功能。进一步地，根据本发明的各个实施方式可以用编程元件或非编程元件、或其任意组合来实现。例如，网页可以利用HTML来实现，而从网页内部调用的数据对象可以用C++编写。因此目前所公开实施方式不限于特定编程语言，并且还可以使用任何适用的编程语言。

被包括在实施方式内部的计算机系统可以执行目前所公开的实施方式的范围之外的其它功能。例如，系统的各个方面可以利用已有商业产品来实现，所述商业产品诸如例如，诸如从西雅图WA的微软公司购买的SQL服务器、来自CA红木海岸(Redwood Shores)的Oracle公司的Oracle数据库、以及来自MySQL AB的MySQL的数据库管理系统、诸如来自纽约阿蒙克的IBM公司的Web Sphere中间件的Oracle或集成软件的附属品。然而，运行例如SQL服务器的计算机系统可以能够支持根据目前所公开的实施方式的各个方面和用于各种应用的数据库。

示例系统架构

图2呈现了包括分布式系统200的物理和逻辑元件的总结构图。如所示的，分布式系统200根据目前所公开的实施方式进行专门配置。参考图2所列出的系统结构和内容仅仅出于示例性的目的，并不旨在将实施方式限制在图2所示的特定结构中。本领域的其中一员普通技术人员将清楚的是，在不偏离目前所公开的实施方式的范围下，可以构造许多不同的系统架构。图2所呈现的特定布置被选择来提高清楚度。

信息可以利用任何技术在图2所描述的元件、组件和子系统之间流通。这些技术包括例如，在网络中通过TCP/IP协议传递信息，在存储器的模块之间传递信息，以及通过写入文件、数据库、或一些其它非易失性的存储设备传递信息。在不偏离目前所公开的实施方式的范围下，其它技术和协议可以被使用。

参考图2，系统200包括用户202、界面204、数据中心设计和管理系统206、通信网络208、以及数据中心数据库210。系统200可以允许诸如数据中心设计人员或其它数据中心工作人员的用户202和界面204交互，以建立或修改一个或多个数据中心配置的模型。根据一个实施方式，界面204可以包括如专利合作条约申请中所公开的地板编辑器和机架编辑器的各个方面，所述专利合作条约申请是于2008年5月15日递交的、题目为“用于管理设施功率和冷却的方法和系统(Methods and Systems forManaging Facility Power and Cooling)”的、编号为PCT/US08/63675的专利合作条约申请，在此通过引用方式将其完整地并入并且其在下文中被称为PCT/US08/63675。在其它实施方式中，界面204可以使用专用设施来实现，该专用设施能够让用户202以拖拉的模式设计包括数据中心或其任何子设备的物理布局的表示的模型。该布局可以包括数据中心结构组件和数据中心装置的表示。如同在根据本发明的各个实施方式中所证明的界面204的特征在下文中进一步论述。在至少一个实施方式中，关于数据中心的信息通过接口被输入到系统200中，并且给用户提供了关于数据中心的评估和建议。另外，在至少一个实施方式中，优化过程可以被执行，以优化数据中心的冷却性能和资源利用率。

如图2所示，数据中心设计和管理系统206向用户202呈现数据设计界面204。根据一个实施方式，数据中心设计和管理系统206可以包括如PCT/US08/63675中所公开的数据中心设计和管理系统。在该实施方式中，设计界面204可以并入被包括在PCT/US08/63675中的输入模块、显示模块以及生成器模块的功能，并且可以使用数据库模块来存储和检索数据。

如所示出的，数据中心设计和管理系统206可以通过网络208和数据中心数据库210交换信息。该信息可以包括支撑数据中心设计和管理系统206的特征和功能所需的任何信息。例如，在一个实施方式中，数据中心数据库210可以包括被存储在PCT/US08/63675所描述的数据中心装置数据库中的数据至少一些部分。在另一个实施方式中，该信息可以包括支持界面204所需的任何信息，例如，一个或多个数据中心模型配置的物理布局、被包括在模型配置中的冷却提供者的生产和分布特性、模型配置中的冷却消费者的消费特性、以及被包括在集群中的装置机架和冷却提供者的清单及其它数据。

在一个实施方式中，数据中心数据库210可以存储冷却提供者的类型、由每种类型的冷却提供者所提供的冷却气体的数量、以及由冷却提供者所提供的冷却气体的温度。因此，例如，数据中心数据库210包括CRAC单元的特定类型的记录，其中CRAC单元被认为以每分钟5,600立方英尺(cfm)的速率、在华氏68度的温度下传递气流。此外，数据中心数据库210可以存储一个或多个冷却度量，诸如CRAC的入口和出口温度、以及一个或多个装置机架的入口温度和废气温度。可以周期性地测量温度，并将温度输入到系统中，或者在其它实施方式中，利用耦合到系统200的设备，可以持续地监测温度。

数据中心数据库210可以采用能够在计算机可读媒介中存储信息的任意逻辑构造的形式，所述形式包括：平面文件、索引文件、分层数据库、关系数据库或面向对象数据库及其它结构。利用唯一性、和外关键字关系、以及索引，可以为数据建立模型。可以在各种字段和表之间建立独特的外关键字关系和索引，以保证所有数据的完整性和数据的交换性能。

如图2所示的计算机系统包括数据中心设计和管理系统206、网络208以及数据中心装置数据库210，其中每一个可以包括一个或多个计算机系统。如上文参考图1所论述的，计算机系统可以具有一个或多个处理器或控制器、存储器以及接口设备。图2中所描述的系统200的特定配置仅仅被用于示例的目的，并且本发明的实施方式可以在其它环境下被实践。因此，本发明的实施方式不局限于特定数量的用户和系统。

天花板隔层气流

根据一些方面和实施方式，确定天花板隔层气流的方法使用了‘832申请中所公开的方法，其中在‘832申请中描述了用于为高架-地板隔层建立模型并且最终确定穿孔空心砖气流速率的PFM技术。根据一些方面和实施方式，IT装置的流程网络模型使用了在2010年12月16日递交的，编号为12/970,605的、题目为“用于机架冷却分析的系统和方法(System andMethod for Rack Cooling Analysis)”的美国专利申请(本文中被称为“‘605申请”)中所公开的方法，出于所有目的，将其完整并入到本文。

在下面的论述和例子中，术语“冷却器”通常被用来表示含有冷冻水和基于制冷剂的装置，诸如基于排的冷却器、CRAC以及CRAH的所有类型的冷却单元。另外，在简单的二维(2D)例子和用于特定情况的示例方程表述的帮助下描述了本发明的方面和实施方式。本发明的方面和实施方式可以被扩展到更普遍的数据中心布局和三维(3D)应用中，而不失一般性。

用来预测吊天花板数据中心中的装置的冷却性能的一个选项是使用计算流体动力学(CFD)。对于CFD，必须使用适当数量的细节来详细说明机架特性——包括机架的内部构造；对于实际设施来说，这些模型必然是大规模的并运行非常缓慢。另外，CFD是非常昂贵的并需要熟练的操作员；并且因此其对数据中心设计者和操作员不是容易使用的。相比之下，根据本发明的方法的各方面和各实施方式是稳定的、快速的、并且容易被并入到独立工具或更广泛的设计、以及管理包中，例如：从RI西金斯敦美国电力转换公司获得的InfraStruXure^TM设计者、或用于操作的StruxureWare^TM。

在例如数据中心中的无管道装置的冷却性能可能会受到吊天花板系统的添加的影响。在一个例子中，数据中心包括吊天花板和IT装置(例如装置机架)，其中吊天花板包括CRAC单元通过管道向其供应的隔层，IT装置没有通过管道向吊天花板供应。穿孔天花板空心砖可以被放置在热通道上方或其附近，以在热机架废气可以与数据中心中的其它气体混合前捕获它。在这种情况下，吊天花板系统的冷却性能可以根据类似于‘592专利中所描述的方法进行实时计算。如‘592专利中所描述的，用于热通道配置的冷却算法可以基于如下假定：机架冷却器的相互作用主要取决于与机架和冷却器以及它们的相对几何位置相关联的气流的强度。在装置机架排中的每个位置上的机架(或沿着排的狭窄片)可以被认为具有将气流供应到其它位置的某种潜力。该潜力随着间隔的距离呈反向变化。而且，机架可以提供给其它位置的气流的数量随其自身气流总量的增加而增加。可以证明的是，可以被提供给排A中的具体位置A_i的净气流，可以按照如下方式被恰当地表示：

${\left(Q_{\mathrm{Ai}}\right)}_{\mathrm{sup\; net}}=\underset{j}{\overset{\mathrm{all\; racks}}{\mathrm{\Σ}}}{\left(Q_{\mathrm{Ai}}\right)}_{\mathrm{sup\; self}}{e}^{-\mathrm{B\Δx}}+D\·\underset{j}{\overset{\mathrm{all\; racks}}{\mathrm{\Σ}}}{\left(Q_{\mathrm{Bj}}\right)}_{\mathrm{sup\; self}}{e}^{-\mathrm{B\Δx}}---\left(1\right)$

其中

(Q_Ai)_sup净是可以被提供给位置A_i、包括来自所有机架的贡献的最大净气流。

(Q_Aj)_sup自身是仅仅由在位置A_j处的机架自身所提供的气流。

(Q_Bj)_sup自身是仅仅由在位置B_j的机架自身处所提供的气流。

Δx是位置i和j的中心之间的水平距离(英尺)。

B是经验常量。

D是引起来自相对排的影响的经验“耦合”常量。

以相同的方式计算了可以被提供给排B中不同位置的最大净气流。

机架位置i处所提供的、包括来自所有机架的贡献的、由冷却器j捕获的气流(f_ij)的分式由如下给出：

对于排A中的机架和排A中的冷却器

$f_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{coolers}}=\frac{{\left(Q_{\mathrm{Aj}}\right)}_{\mathrm{cap\; self}}{e}^{-\mathrm{A\Δx}}}{{\left(Q_{\mathrm{Ai}}\right)}_{\mathrm{sup\; net}}}---\left(2\right)$

对于排A中的机架和排B中的冷却器

$f_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{coolers}}=\frac{C\·{\left(Q_{\mathrm{Bj}}\right)}_{\mathrm{cap\; self}}{e}^{-\mathrm{A\Δx}}}{{\left(Q_{\mathrm{Ai}}\right)}_{\mathrm{sup\; net}}}---\left(3\right)$

其中

(Q_Aj)_cap自身是仅仅由在位置A_j处的冷却器j自身所捕获的气流。

(Q_Bj)_cap自身是仅仅由在位置B_j处的冷却器j自身所捕获的气流。

Δx是位置i和j的中心之间的水平距离(英尺)。

A是经验常量。

C是引起来自相对排的影响的经验“耦合”常量。

用于排B中机架的计算遵循类似的方程。

可以通过将代数模型的结果与理论上可以由经验测量所确定的实际值或已知值进行比较来确定常量A、B、C、以及D；然而，CFD建模为大量潜在布局提供了更实际的数据生成方法。根据诸如机架类型、机架废气以及周围的环境温度等的应用细节，常量可以采用不同的值。常量A和B在典型的设计参数范围内可以是固定的；而常量C和D可以随着通道宽度而变化，如表1所示。

表1：用于合适的热通道集群的常量与通道宽度的关系

通过线性插值法或者线性外推法，可以获取关于通道宽度的未被呈现在表中的系数。例如，系数C可以被表示为C＝-0.085*通道宽度+1.17，以及系数D可以被表示为D＝0.035*通道宽度+1.15。

天花板空心砖捕获指标

当计算天花板空心砖的从任意装置位置捕获气流的潜力时，每个天花板空心砖可以被认为具有从所有装置位置捕获气流的某种潜力。从任意装置位置捕获气流的空心砖的潜力随着间隔距离呈反向变化，并且空心砖所能捕获的气流的数量随自身气流总量的增加而增加。需要注意的是，仅在天花板空心砖的捕获处于热通道集群的一定范围内时的至少一些例子中考虑天花板空心砖的捕获。可以证明的是，可以从特定的机架位置Ai被所有空心砖捕获的净气流可以如下被适当地表示：

${\left(Q_{\mathrm{Ai}}\right)}_{\mathrm{tile\; net}}=\underset{k}{\overset{\mathrm{all\; tiles}}{\mathrm{\Σ}}}{\left(Q_k\right)}_{\mathrm{tile\; self}}{\mathrm{Ee}}^{-F\·\mathrm{Dis}\tan \mathrm{ce}(i,k)}---\left(4\right)$

其中

(Q_Ai)_tile净是可以从位置A_i处捕获的、包括所有空心砖的贡献的最大净气流。

(Q_k)_tile自身是仅仅被天花板空心砖k自身所捕获的气流。

距离(i,k)是机架i入口中心与天花板空心砖k的中心之间的距离(英尺)。

E和F是经验常量(例如，E可以是1，并且F可以是例如0.01)。

由空心砖k所捕获的、由机架i所提供的空气的分式(f_ik ^空心砖)如下给出：

$f_{\mathrm{ik}}^{\mathrm{tiles}}=\frac{{\left(Q_{\mathrm{Ai}}\right)}_{\mathrm{tile\; net}}}{{\left(Q_{\mathrm{Ai}}\right)}_{\mathrm{sup\; net}}}---\left(5\right)$

热通道捕获指数(HACI)随后被估计为任意位置处捕获的净气流与所提供的净气流的比率，并且HACI以具有上限为100％的值的百分率来表示。

最终，关于机架i的热通道捕获指数如下进行计算：

${\mathrm{HACI}}_i=\underset{j=1}{\overset{\mathrm{all\; coolers}}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{coolers}}+\underset{k=1}{\overset{\mathrm{all\; tiles}}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{\mathrm{ik}}^{\mathrm{tiles}}---\left(6\right)$

已描述了上文的模型可以如何被用来根据已知的穿孔空心砖气流速率确定机架的冷却性能，现在将描述通过其可以自身确定穿孔空心砖气流速率并且还可以确定管道机架和属于管道热通道元件的机架的冷却性能如何的方法。

在不存在管道机架或热通道的数据中心设计中，用来预测天花板气流模型和天花板空心砖气流的一些方法与高架-地板隔层分析不同，例如‘832申请中所描述的，其中CRAC移除来自隔层的空气，而穿孔天花板空心砖通常向隔层供应空气。相应的天花板设计和高架隔层设计不是简单地以逆向气流方向理解生成相同的气流模式。这种情形的一个原因是：忽略方向，更高的速率导致更低的压力，其可以从伯努利方程中看出：

对于高架地板，空心砖下方的快速移动的气流趋向于降低通过空心砖的气流。这种情况在设计中可能被认为是不利的，在设计中希望通过地板隔层将冷却空气引入到数据中心。在吊天花板设计中，穿过天花板中的空心砖上方的隔层的快速移动气流趋向于增加空心砖的气流。这种情况在设计中可以被认为是有利的，在设计时，希望通过天花板空心砖将热空气从数据中心移动到高架隔层中。在一些设计中，最接近CRAC的地板空心砖可能具有相对较低的流出量；而最接近管道CRAC的天花板空心砖可能具有相对较高的流入量。

在本发明的一些实施方式中，当依赖于压力的流动边界条件出现时，诸如穿孔空心砖或管道IT装置出现时，耦合压力和气流计算的方法被用来帮助确定经过隔层的气流。如‘832申请中所描述的，这两种方法包括压力校正方法和气流校正方法。对于高架地板应用，气流校正方法可能是优选的，这是因为通常该方法是这两种选择中比较简单和比较快速的那个，并且提供了足够的准确性程度。对于天花板隔层应用，压力校正方法或气流校正方法都可以被使用。压力校正方法可以提供更高的准确性，并且其用于吊天花板应用的表述与用于高架地板应用的表述可能在本质上是不同的，这是因为在前者中，其作为PFM(隔层)压力预测和FNM(管道装置)压力预测之间的耦合机制。用于天花板隔层应用的气流校正模型类似于用于高架地板应用的气流校正模型；其引入了额外的粗略估计但是也可以提高计算速度和计算健壮性。

在PFM技术中，对于可以被建模为不可压缩的和无旋涡的气流，气流模式可以根据泊松方程进行确定：

其中S″′是每单位体积的体积的-流动-速率源，以及是速度势位，其与速率分量x、y、和z有关，如下所示：

该问题的数值解法可以利用有限差分方法或其它离散方法来完成。根据有限差分方法，通过将Δx乘以d，可以将物理问题空间划分为多个大小为Δx的格栅单元。可以随后为每个格栅单元构造一个有限差分方程，这产生了关于n个未知数的n个方程的组，其中n是格栅单元的数量。图3中示出了具有四个相邻格栅单元320、330、340、和350的2-D格栅单元310的例子。气流可以进入或离开格栅单元的任意一侧；额外的气流可以通过源项S加入到格栅单元中，或从格栅单元中提取，其中源项S表示CRAC、IT、空心砖、或泄漏气流或其的一些组合。进入格栅单元的净体积流动率(例如立方英尺/分)必须等于离开格栅单元的净体积流动率：

或

方程(11)的形式可以稍微作出改变，以用于被放置在固体墙壁上或角落里的格栅单元。利用诸如高斯-赛德尔方法的标准技术，可以迭代求解n个方程和n个未知数的组。(Kreyszig,E.,高等工程数学(AdvancedEngineering Mathematics),第七版,1993,John Wiley和Sons,纽约.p.986.)

一旦速度势位被确定，就可以利用被重写为有限差分粗略估计的方程(9)计算速度：

其中，i和j分别表示在x方向上和y方向上的格栅位置并且“1/2”表示单元面向正向、距离单元中心Δx/2。

隔层压力分布可以随后利用伯努利方程，即方程(7)进行确定。可以利用迭代压力校正方法或气流校正方法耦合气流和压力。当只有CRAC和穿孔空心砖出现时，可以优选使用气流校正方法。如下文所论述的，当管道IT装置也出现时，可以利用特定压力校正技术，例如压力校正方法来将PFM隔层气流和FNM装置气流进行耦合。

管道装置气流

图4是数据中心系统的例子的流程网络框图。为了简单和清楚，图4所描述的系统只包括：两个管道机架——机架410和420、一个穿孔天花板空心砖430、以及一个管道CRAC440。在下文的描述中，气流可以仅通过管道装置穿孔空心砖(或其特征为具有对气流非常小的阻抗的孔)、或仅作为假定的漏气气流来进入或离开天花板隔层。图4中的最左边的两个垂直支路在下文中被称为“机架”410和420，但是它们可以同样好地表示管道热通道或管道装置的任意其它逻辑组合。从左边开始的第三条垂直支路表示穿孔天花板空心砖430，以及最右边的垂直支路表示管道CRAC440。

气流经过每个阻抗元件i而经历的压力下降随着流动速率的平方而变化，其对于湍流气流是典型的：

$\mathrm{\Δ}{P}_i={\mathrm{\α}}_i{Q}_i^2---\left(13\right)$

其中常量α_i描述了特定阻抗元件。在一些实施方式中，流动阻抗元件的压力下降可以被建模为流动速率的线性函数或一些其它的函数。例如，线性模型可以牺牲一些准确性来换取增强的健壮性和速度。图5是数学模型的示意性表示，其中该数据模型被用在本发明的一些方面和实施方式中，以确定数据中心和/或高架天花板隔层内的气流和/或温度。在一些实施方式中，如图5的CRAC510的CRAC被建模为气流固定的设备并且在其它一些实施方式中，可能包括将气流建模为CRAC上的压力下降函数的风扇曲线。例如图5的机架520的机架可以被建模为并联于机架泄漏阻抗525的可变流动源；相反地，机架可以和管道540的管道阻抗545串行放置。可变流动源表示被安装在机架520上的服务器风扇，所述服务器风扇根据所置于的压力环境，传递较多或较少的气流：

$Q_i^s=Q_i^{\mathrm{nom}}(1-\frac{\mathrm{\ΔP}}{{P_i}^{\mathrm{fan}}})---\left(14\right)$

其中，Q_i ^正常是当运行在开放的环境下的机架的正常气流速率；P_i ^fan是风扇临界压力(即对于风扇可以供应任何有限气流的最大压力差值)；以及ΔP是机架废气与机架入口的压力差值。在一些实施方式中，随着压力的机架气流变化是可以忽略不计的，因此机架气流可以作为常量值。机架泄漏阻抗525表示从机架内部到房间的泄漏路径，例如机架顶部和机架底部，其中机架顶部可以具有许多用于电缆贯穿的孔。管道阻抗545表示通过管道强加给气流的阻抗；实际上该阻抗可以根据已知管道或导管-流动阻抗计算进行计算。总的管道阻抗545是与管道长度成比例的并且阻抗通常可以随着第一功率(层流)、或第二功率(湍流)、或第一和第二功率之间的某种(过渡流)的气流速率而变化。在一些实施方式中，管道阻抗545可以被认为是可忽略不计的并且可以从模型中忽略。在一些实施方式中，机架泄漏阻抗525可以被认为是忽略不计的并从模型中忽略。

数据中心房间环境被限定在零参考压力下。在图4的配置中，存在6个唯一的压力节点：P₁、P₂、P₃、P₁ ^E、P₂ ^E、以及P_房间，其中上标E是指“废气”。按照定义，P_房间为0，并且根据隔层的PFM分析假定P₁、P₂、以及P₃的正确的相对值在这个阶段是已知的。“相对值”的意思是：任何两个压力之间的差值是已知的，但是绝对值不是已知的。这是因为在隔层的PFM分析中，气流模型取决于局部压力差，而不是取决于绝对值；任何的任意常量可以被加入到隔层中的所有压力中，而不会改变流场。因此，在一些实施方式中，常量C被加入到P₁、P₂、和P₃中，并且随后以与FNM和PFM分析一致的这种方式计算C。此处描述的产生期望的“C”的过程是用于吊天花板系统的压力校正方法。节点P₁ ^E和P₂ ^E处的质量平衡产生：

$Q_1^{\mathrm{nom}}(1-\frac{{P_1}^E}{{P_1}^{\mathrm{fan}}})-\mathrm{Sign}\left({P_1}^E\right)\sqrt{\frac{\left|{P_1}^E\right|}{{\mathrm{\α}}_1^L}}=\mathrm{Sign}[{P_1}^E-(P_1+C)]\sqrt{\frac{|{P_1}^E-(P_1+C)|}{{\mathrm{\α}}_1^D}}---\left(15\right)$

$Q_2^{\mathrm{nom}}(1-\frac{{P_2}^E}{{P_2}^{\mathrm{fan}}})-\mathrm{Sign}\left({P_2}^E\right)\sqrt{\frac{\left|{P_2}^E\right|}{{\mathrm{\α}}_2^L}}=\mathrm{Sign}[{P_2}^E-(P_2+C)]\sqrt{\frac{|{P_2}^E-(P_2+C)|}{{\mathrm{\α}}_2^D}}---\left(16\right)$

其中，如果自变量是正的、负的、或0，则符号函数分别返回+1、-1、或0。上标L和D分别表示机架泄漏阻抗和管道阻抗。

天花板隔层上的质量平衡产生：

$\mathrm{Sign}[{P_1}^E-(P_1+C)]\sqrt{\frac{|{P_1}^E-(P_1+C)|}{{\mathrm{\α}}_1^D}}+\mathrm{Sign}[{P_2}^E-(P_2+C)]\sqrt{\frac{|{P_2}^E-(P_2+C)|}{{\mathrm{\α}}_2^D}}-\mathrm{Sign}\left(P_3\right)\sqrt{\frac{\left|P_3\right|}{{\mathrm{\α}}_3^T}}=Q_{\mathrm{CRAC}}---\left(17\right)$

其中上标T表示穿孔天花板空心砖。随后可以针对P₁ ^E、P₂ ^E以及C求解方程(15)-(17)，依据此，并且通过应用方程(13)和(14)可以确定经过所有流动组件的气流。方程(15)-(17)到任何数量的流动组件的推广是简单明了的；存在针对n+1个未知数(P₁ ^E、P₂ ^E、…P_N ^E和C)进行求解的n+1个方程，其中n是管道机架的数量。此外，泄漏气流(即经过吊天花板的非计划孔的气流)可以被包括为总的CRAC气流的固定部分，或被建模为单独的大天花板空心砖，其中，对于天花板空心砖，气流速率取决于隔层中的压力分布。

根据气流校正方法，正确的绝对压力从来不能被清楚地确定；而是，空心砖和装置气流速率被简单地、均匀地上下调整，以便在每次外部迭代时实现质量平衡(即，每次都更新了隔层气流预测)。

首先，根据耦合的PFM-FNM技术为所有管道-IT装置和天花板空心砖计算了进入或流出吊天花板的气流，Q_i ^*。这些值将不会轻易地提供隔层中的质量平衡，如同利用压力校正方法的情况一样。这些值根据下式按比例缩放：

$Q_i=Q_i^{*}+\frac{(1-f)Q_{\mathrm{CRAC}}-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{Q}_i^{*}}{n}---\left(18\right)$

其中，f是被表示为总的CRAC气流的分式的总泄漏；Q_CRAC是总CRAC气流，并且n是到隔层的管道IT和天花板空心砖连接的总数。如上文所注意的，尽管气流校正技术涉及物理模型的其它简化，但是，相对于压力校正技术，它实质上提高了计算的速度和健壮性。它可以在管道阻抗被忽略并且机架气流被假设为常量的更简单情况下工作的特别好。

利用耦合的PFM-FNM技术计算气流

图6中示出了利用压力校正方法的耦合的PFM-FNM的实施方式中的步骤，其通常被示例在600中。在步骤610中，被分析的关于数据中心的数据，例如装置位置、特性以及配置被读入到执行分析的计算机系统中，例如从数据库中，或被操作员输入。针对经过连接到隔层的所有装置的气流，作出与质量守恒一致的初始推测(步骤620)。例如，这些初始推测可以基于数据中心中的CRAC单元的额定气流、或类似设计数据中心中的已知值。利用这些输入，PFM分析产生整个隔层中的速率分布(步骤630)。正好在装置每部分上方的压力利用伯努利方程、方程(7)进行计算(步骤640)。接着，在步骤650中，求解了FNM，以产生常量C(以及其它FNM压力值)，该常量允许绝对隔层压力被计算。利用绝对隔层压力估算，管道装置和空心砖流动速率可以直接根据FNM进行计算(步骤660)。这些新流动速率被保证，以满足隔层的质量平衡，所以它们可以直接被再次规定为PFM的输入。PFM分析被重复并且该过程持续，直到装置气流速率在迭代到迭代中不再改变超过预定义的临界值(步骤670)，例如，直到：

$\sqrt{\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{Q}_i^2}\≤0.005\underset{j}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_j^{\mathrm{CRAC}---\left(19\right)}$

其中，n是管道IT装置和穿孔空心砖的总数；N是CRAC的总数；以及ΔQ_i是管道IT装置或穿孔空心砖i从迭代到迭代中的气流变化。

如下文所论述的，一旦气流模式被确定，整个天花板隔层系统上的温度就可以被确定(步骤680)。

计算温度

在耦合PFM-FNM技术中，温度可能不影响气流模式，所以，在气流按照上文所论述的方式计算后，温度可以被单独确定。对所有影响温度的确定过程从估计所有管道IT、或穿孔空心砖隔层入口温度开始。

所有“流入元件”的温度被设置为边界条件，并且天花板隔层内部的温度分布根据被编写用于所有格栅单元的能量平衡进行确定：

ΣQ_kT_k＝0            (20)

其中，Q_k和T_k是关于流入或流出感兴趣的单元的每个可辨别的能量流的温度和气流。在2D隔层分析中，存在用于将单元直接连接至FNM的5个项：一个针对每个单元面，以及一个针对流入/流出FNM的能量流动。在一些实施方式中，“逆风”方法可以被用于隔层分析。“逆风”方法假定：来自邻接单元的气流以“逆风”单元温度进入感兴趣的单元，并且假定所有离开单元的气流的温度为单个充分混合的单元温度。为每个单元编写了方程(20)形式的一个方程，并且例如利用高斯赛德尔(Gauss-Seidel)方法或各种技术中的任意一种方法求解耦合线性方程。完成的天花板隔层温度分布随后将气流温度沿隔层外部的方向传递到FNM中。

图4所示出的例子中，在上文所描述的气流分析之后，所有FNM气流被假定为已知的，并假定在所指示的方向上。在下文所描述的方法的实施方式中，可以假定：CRAC具有充足容量，这样供应温度是已知的。在其它实施方式中，CRAC的供应温度可以被建模为关于CRAC的返回温度和其它设计参数的函数。房间的能量平衡产生了单个充分混合的房间温度：

$T_{\mathrm{room}}=\frac{Q_1^L\mathrm{\Δ}{T}_1-Q_2^L\mathrm{\Δ}{T}_2+Q_{\mathrm{CRAC}}{T}_C^{\mathrm{supply}}}{Q_1^S+Q_2^S+Q_3-Q_1^L-Q_2^L}---\left(21\right)$

其中，ΔT_i是从机架入口到废气的温度增量，并且是机架功率和气流的已知函数。机架废气温度被给定为T_i ^废气＝T_房间+ΔT_i，并且机架废气温度通常不等于T_i ^E，因为后者可能包括来自房间或隔层的贡献。一旦房间温度是已知的，则所有其它节点温度可以根据图4的验证来确定，并且进入隔层的温度是已知的房间温度(通过空心砖)或已知的机架废气温度。另外，因为在这个例子中，只有从隔层被引导到FNM的气流经过CRAC(其提供已知温度的空气)，给隔层中的温度将不会影响FNM中的温度，并且不需要额外的迭代。

一般的解决方案包括任意数量的流动元件，并且取决于流入或流出机架废气节点的气流的方向，其影响节点温度(即T₁ ^E、T₂ ^E等)。一些实施方式假定：服务器气流Q_i ^S总是在图4所示的方向上，并且所有气流的符号规则在箭头所指示的方向上都是明确的。为了简便，我们定义了下列三个关于节点压力和引起的节点温度的物理-可感知的可能性—T_i ^E：

情况1：T_i ^E＝T_i ^废气对于P_i ^E>0并且P_i ^E≥P_i+C

情况2：对于P_i ^E>0并且P_i ^E<P_i+C

                                                  (22)

情况3：对于P_i ^E≤0并且P_i ^E>P_i+C

关于T_房间的通用方程可以被表示为：

$T_{\mathrm{room}}=\frac{\mathrm{Num}}{\mathrm{Denom}}---\left(23\right)$

其中，

$\begin{array}{c}\mathrm{Num}={\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{all\; CRACs}}{Q}_{\mathrm{CRAC}}{T}_c^{\mathrm{supply}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{case}1}\mathrm{Max}(Q_i^L,0)\mathrm{\&Delta;}{T}_i\\ +{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{Case}2}\mathrm{Max}(Q_i^L,0)\frac{Q_i^S\mathrm{\&Delta;}{T}_i+Q_i{T}_i}{Q_i^S+Q_i}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{case}3}\mathrm{Max}(Q_i^L,0)\frac{Q_i^S\mathrm{\&Delta;}{T}_i}{Q_i^S+Q_i^L}\\ -{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{all\; tiles}}\mathrm{Min}(Q_{\mathrm{tile}},0)T_{\mathrm{tile}}\end{array}$

以及

$\begin{array}{c}\mathrm{Denom}={\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{all\; racks}}{Q}_i^S-{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{all\; racks}}\mathrm{Min}(Q_i^L,0)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{all\; tiles}}\mathrm{Max}(Q_{\mathrm{tile}},0)\\ -{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{case}1}\mathrm{Max}(Q_i^L,0)-{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{Case}2}\mathrm{Max}(Q_i^L,0)\frac{Q_i^S}{Q_i^S+Q_i}\\ -{\mathrm{\&Sigma;}}_{\mathrm{case}3}\mathrm{Max}(Q_i^L,0)\end{array}$

取代“情况1”、“情况2”以及“情况3”的方程(23)中的总和仅仅包括落入每个方程(22)的那些情况中的那些机架。最大值和最小值函数是速记的，其允许仅在气流在特定方向上时将某些项包括进来。

方程(23)和(22)分别提供了关于房间和所有机架废气节点的温度。对于被引导到隔层的流动，废气节点温度等于进入隔层的温度。对于被引导出隔层的流动，离开隔层的温度根据PFM分析进行确定。对于沿天花板隔层外部的方向上存在任何穿孔空心砖气流或管道IT装置(例如装置机架)气流的情况，可以使用迭代。在这种情况下，来自天花板隔层的气流可能影响房间温度，并且这样整个FNM上的其它温度可以反过来影响天花板隔层的温度。

根据本发明实施方式的用于确定天花板隔层和FNM中的所有温度的过程，如图7所示。在步骤710中，包括经过机架、空心砖、隔层、管道、以及CRAC的数据中心的气流，被读入到或输入到计算机，以便执行分析。这些气流可能已经利用耦合PFM-FNM方法，诸如图6所描述的方法进行计算。

在步骤720中，例如，根据如上所描述的由机架功率和气流对机架废气温度的已知的温度贡献，估算了房间温度和关于进入到天花板隔层的入口温度。天花板隔层内部的温度以及离开天花板隔层的温度随后利用PFM分析进行计算(步骤730)。计算出的温度随后被用作FNM分析的输入(步骤40)，以在步骤750中确定流程网络模型中的每个点的全部温度(例如，进入到隔层、穿孔空心砖、以及隔层/冷却器接口的机架废气)。如果天花板隔层温度确定中的FNM分析结果与步骤730中所计算的温度相差超过了用户定义的阈值(判断框760)，则PFM和FNM分析可以进行迭代(如从步骤760指向步骤730的箭头)。

当使用了迭代时，PFM和FNM算法器可以被依次运行，直到在迭代到迭代中，装置温度(隔层/房间边界处)不再变化超出预定义的阈值。例如，直到：

$\sqrt{\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{T}_i^2}\&le;0.005\frac{P_{\mathrm{total}}}{\mathrm{\&rho;}{c}_p{\mathrm{\&Sigma;}}_j^N{Q}_j^{\mathrm{CRAC}}}---\left(24\right)$

其中n是管道IT装置和穿孔空心砖的总数；N是CRAC的总数；P_总是整个房间中所消耗的总IT功率；以及ΔT_i是从迭代到迭代中的管道IT装置(例如装置机架)或穿孔空心砖i的温度变化。在方程(24)中，右手侧的项可以被解释为所有CRAC单元上的平均温度差，并且充当合理温度范围，对此从迭代到迭代的温度变化可以被比较。

最终，在一个实施方式中，上文所描述的模型可以与普通房间温度预测模型结合，正如‘862申请中所论述的。这允许普通房间温度预测包括所有的管道装置和非管道装置，并且可以被用来为所有机架提供入口温度的估计并返回所有冷却单元(其可以或可以不通过管道向天花板隔层供应)的温度

例子

图8A和8B示出了根据本发明的方法的实施方式的示例应用。隔层根据温度被画出阴影，并且深色阴影表示较冷的区域，以及浅色阴影表示较暖和的区域。该例子假定：该方法已经被纳入到设计软件中，根据该设计软件，用户可以开发额外的设计选择。

图8A示出了初始设计，其包括：两个管道热通道810和820、两个管道机架830和840、两个穿孔空心砖850和860、以及3个CRAC单元870、880和890。关于管道热通道的数据是气流的百分率和平均温度。气流的百分率是管道气流与管道IT气流的比率；理想地，该比率将是100％并且可以被用来估计管道机架的冷却性能。如果它超过100，则多余的泄漏气流通常被引入到隔层中—这可以指示较差的冷却效率，但是有良好的冷却稳定性；如果它少于100％，则一些气流通常从机架泄漏出来到达房间中—这可以指示较差的冷却效率和可靠性。词语“通常”被用来覆盖实际数据中心应用，其中在数据中心应用中，由于管道的出现，IT装置流动速率不发生严重变化。类似地，关于穿孔空心砖和CRAC的其它数据是总的气流和温度。这些数据被概括总结在下文的表2中：

表2：示例性的数据—初始设计

从初始设计中可以清楚地看到：a)通过管道装置的气流不能适当地匹配到IT气流以及b)看出两个CRACS有显著不同的返回温度，并且因此导致不平衡的加载。

图8B示出了改进的设计。通过利用工具的实验可以证明，通过下列方式能够作出改进：1)移动CRAC单元以接近匹配装置需求，2)移除天花板空心砖以避开经过的气流。通过观察下文表3中的管道处增长的气流百分率以及CRAC返回温度的更好的均匀度，可以看到改进。

表3：示例性的数据——改进的设计

在上文的实施方式中，提供了可以确定数据中心中的相对气流速率和温度的过程和系统。通过利用系统和方法的结果，系统和方法可以被用来提供数据中心的优化设计，以改变装置的实际布局和/或容量、或装置的推荐布局和/或容量。在上文所描述的过程中，关于数据中心冷却的值可以被确定，其包括气流和温度。在至少一些实施方式中，所确定的值是已经进行了参数模型化的数据中心中将出现的实际值的预测。利用本发明的至少一个实施方式的方法，在为数据中心中的集群成功建模后，模型的结果可以被用作系统的一部分，以在数据中心中按照所设计的布局来安排装置、装载装置以及安装装置。

在本文所描述的至少一些实施方式中，隔层中的气流被描述为由CRAC产生。本文所描述的系统和方法可以和隔层中的其他类型的空气源一起使用，其包括其它类型的冷却设备和风扇。在至少一些实施方式中，方法被描述为确定特定气流并且确定由于重新设计数据中心的布局而导致的这些气流的变化。在至少一些实施方式中，该确定是对实际气流的预测或估算。

在本文所论述的发明的至少一些实施方式中，实时估算和计算的性能是指：在几秒或更少的时间中完成的过程，而不是在几分钟或更长的时间中完成的过程，后者可能与复杂计算一起发生，诸如涉及典型CFD计算的那些复杂计算。

在上文所描述的至少一些实施方式中，基于所预测的温度和/或气流、和/或基于数据中心中的冷却系统失效发生时的温度和/或气流变化，数据中心的设计和/或数据中心中的实际参数被改变。例如，数据中心设计和管理系统的用户可以改变冷却器的位置、或冷却器的类型；其中冷却器被用在数据中心中的装置的实际布局中、或数据中心装置的推荐布局中。当性能被证明是在预定的规格内时，这些改变可以被实现为提高冷却性能，和/或可以被实现为提供成本和/或功率节省。另外，基于所确定的气流值，根据一个实施方式的数据管理系统可以控制一个或多个CRAC，以调整气流，并且此外，如果气流不足以提供充足的冷却，则一个或多个装置机架可以被控制，以降低功率。

在至少一些上文所描述的实施方式中，提供了用于确定数据中心中的气流和温度的工具和过程。在其它实施方式中，工具和过程可以被用在其它类型的设施中，并且还可以被用在包括移动数据中心的移动应用中。另外，根据本文所描述的实施方式的过程和系统可以被用在高架空气隔层中和其它类型的空气隔层中。

已经如此描述了本发明的至少一个实施方式的若干特征，需要了解的是：本领域的技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，上述描述和附图仅仅是示例的方式。

Claims (21)

1.一种用来评估天花板隔层气流模式和数据中心中的装置的冷却性能的计算机实现的方法，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供者，所述方法包括：

接收关于所述数据中心中的装置类型和装置布置的数据；

接收关于所述天花板隔层的配置的数据；

利用第一气流模型，确定关于所述天花板隔层中的气流的第一参数和关于所述天花板隔层中的压力的第一参数；

利用不同于所述第一气流模型的第二气流模型，确定关于经过所述多个装置机架的气流的第二参数和关于所述多个装置机架上的压力的第二参数；

确定经过所述多个装置机架的气流和进入所述天花板隔层的气流之间的耦合关系；

至少根据所述第二参数和所述耦合关系，调整所述第一参数；

确定经过所述多个装置机架的气流的充足性；以及

在存储设备上，存储经过所述多个装置机架的气流的充足性的指示。

2.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：确定经过所述天花板隔层中的一个或多个穿孔空心砖的气流。

3.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括确定经过一个或多个管道的气流，其中，所述一个或多个管道将空气从所述多个装置机架中的一个或多个装置机架传送到所述天花板隔层。

4.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：在确定关于气流的所述第一参数中，引入经过一件或多件装置的泄漏气流。

5.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：确定所述天花板隔层和所述多个装置机架中的一个装置机架的入口中的一个的压力的绝对值。

6.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：确定经过所述多个装置机架中的至少一个装置机架的管道的气流与被引入到所述多个装置机架中的所述至少一个装置机架的气流的比率，并在输出设备上显示所述比率。

7.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：确定所述数据中心中的房间空气温度、所述多个装置机架的废气温度、以及所述天花板隔层内的空气温度。

8.如权利要求8所述的计算机实现的方法，还包括：在输出设备上显示所述天花板隔层内所确定的空气温度。

9.一种用来评估天花板隔层气流模式和数据中心中的装置的冷却性能的系统，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供者，所述系统包括：

接口；以及

控制器，其被耦合到所述接口并且被配置为：

接收关于所述数据中心中的装置类型和装置布置的数据；

接收关于所述天花板隔层的配置的数据；

利用第一气流模型，确定关于所述天花板隔层中的气流的第一参数和关于所述天花板隔层中的压力的第一参数；

利用不同于所述第一气流模型的第二气流模型，确定关于经过所述多个装置机架的气流的第二参数和关于所述多个装置机架上的压力的第二参数；

确定经过所述多个装置机架的气流和进入所述天花板隔层的气流之间的耦合关系；

至少根据所述第二参数和所述耦合关系，调整所述第一参数；

确定经过所述多个装置机架的气流的充足性；以及

在存储设备上存储经过所述多个装置机架的气流的充足性的指示。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：确定经过所述天花板隔层中的一个或多个穿孔空心砖的气流。

11.如权利要求9所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：确定经过一个或多个管道的气流，其中，所述一个或多个管道将空气从所述多个装置机架中的一个或多个装置机架传送到所述天花板隔层。

12.如权利要求9所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：在所述确定关于气流的所述第一参数中，引入经过一件或多件装置的泄漏气流。

13.如权利要求9所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：确定所述天花板隔层和所述多个装置机架中的一个装置机架的入口中的一个的压力的绝对值。

14.如权利要求9所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：确定经过所述多个装置机架中的至少一个装置机架的管道的气流与被引入到所述多个装置机架中的所述至少一个装置机架的气流的比率，并在输出设备上显示所述比率。

15.如权利要求9所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：确定所述数据中心中的房间空气温度、所述多个装置机架的废气温度、以及所述天花板隔层内的空气温度。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述控制器还被配置为：在输出设备上显示所述天花板隔层内所确定的空气温度。

17.一种在其上存储了指令序列的计算机可读媒介，所述指令序列包括将引发处理器执行下列操作的指令：

接收关于数据中心中的装置类型和装置布置的数据；

接收关于所述数据中心中的天花板隔层的配置的数据；

利用第一气流模型，确定关于所述天花板隔层中的气流的第一参数和关于所述天花板隔层中的压力的第一参数；

利用不同于所述第一气流模型的第二气流模型，确定关于经过所述数据中心中的多个装置机架的气流的第二参数和关于所述多个装置机架上的压力的第二参数；

确定经过所述多个装置机架的气流和进入所述天花板隔层的气流之间的耦合关系；

至少根据所述第二参数和所述耦合关系，调整所述第一参数；

确定经过所述多个装置机架的气流的充足性；以及

在存储设备上存储经过所述多个装置机架的气流的充足性的指示。

18.如权利要求16所述的计算机可读媒介，其中，所述指令序列还包括将引发所述处理器执行下列操作的指令：确定经过所述多个装置机架中的至少一个装置机架的管道的气流与被引入到所述多个装置机架中的所述至少一个装置机架的气流的比率，并在输出设备上显示所述比率。

19.如权利要求17所述的计算机可读媒介，其中，所述指令序列还包括将引发所述处理器执行下列操作的指令：将所述比率显示在所述输出设备上，其中所述比率覆盖在所述装置的图形表示上。

20.如权利要求16所述的计算机可读媒介，其中，所述指令序列还包括将引发所述处理器执行下列操作的指令：确定所述数据中心中的房间空气温度、所述多个装置机架的废气温度以及所述天花板隔层内的空气温度；并且在输出设备上显示所述天花板隔层内所确定的空气温度。

21.一种用来评估天花板隔层气流模式和数据中心中的装置的冷却性能的计算机实现的方法，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供者，所述方法包括：

接收关于所述数据中心中的装置类型和装置布置的数据，所述数据包括所述多个装置机架和一个或者多个热通道的位置和配置；

接收关于一个或者多个穿孔天花板空心砖的位置和配置的数据，所述穿孔天花板空心砖在所述一个或者多个热通道和所述天花板隔层之间提供流动连通；

确定从所述多个装置机架中的一个排出的空气的第一定量；

利用代数计算方法，确定通过所述一个或者多个穿孔天花板空心砖捕获的、从所述多个装置机架中的所述一个排出的空气的第二定量；

基于所述空气的第一定量和所述空气的第二定量，确定关于所述多个装置机架中的所述一个的热通道捕获指数；以及

在存储设备上存储所述热通道捕获指数的指示。