CN105121969A - 高效节能数据中心 - Google Patents

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CN105121969A CN201480021207.5A CN201480021207A CN105121969A CN 105121969 A CN105121969 A CN 105121969A CN 201480021207 A CN201480021207 A CN 201480021207A CN 105121969 A CN105121969 A CN 105121969A
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Abstract

本发明披露了一种数据中心系统，所述系统包括，包含第一穿孔地板元件(22)的冷通道(40)；包含第二穿孔地板元件(24)和每个单元都可开关的天花板元件(32)的热通道(50)；包含将冷通道从热通道中分离出来的多个服务器(62)的服务器机架(60)；具有通过该天花板元件耦合到该热通道的输入和通过该第一穿孔地板元件耦合到该冷通道的输出的空调单元(70)；以及被设置在该天花板元件被打开、该第二穿孔地板元件被关闭的第一配置和该天花板元件被关闭、该第二穿孔地板元件被打开的第二配置间切换的控制器(64，90)。用于该数据中心系统的服务器机架和一种在上述数据中心系统控制温度的方法也同样被披露。

Description

高效节能数据中心
技术领域
本发明涉及一种冷、热通道被服务器机架分开的数据中心系统。
本发明进一步涉及一种上述数据中心系统的服务器机架。
本发明更进一步涉及一种控制数据中心温度的方法。
背景技术
数据中心是安装了所谓热通道和冷通道的大型计算机房。服务器机架将该热通道从该冷通道分离，其上有服务器,通常设置为将冷空气从该冷通道抽出以冷却该支架上的服务器，并将热空气排出至该热通道。计算机房空调(CRAC)单元从该热通道吸入空气，通常是通过该计算机房的天花板砖，并通过该冷通道的穿孔地板砖和/或炉排将冷缺后的空气返回给该冷通道。众所周知，在该CRAC单元中流动空气所需的导管通常由吊顶和高架地板限定。
数据中心需要大量的能源来运行。这些能源一大部分由该CRAC单元所消耗。众所周知的是，空调单元，例如CRAC单元，其效率取决于内部空气，也就是从该热通道抽取的空气的温度。在服务器低活跃度的情况下，相关联的热管道中的空气也可能是相应的低温，因此对该CRAC单元的效率产生负面影响。这是不希望发生的，因为这将推高该数据中心作为一个整体的能源消耗，这不仅增加了该数据中心的运营成本，而且如果该数据中心的能源需求无法满足的话，也会增加停电风险，这是非常不希望发生的。因此，希望尝试提高数据中心的能源效率。
美国专利文献US8,156,753B2公开了一种数据中心冷却解决方案，提供了采用挡板、门和屋顶部分来阻止数据中心的热空气被夹带到冷通道中的技术，其中该数据中心通常包含空气冷却系统和高架地板结构。高架地板结构配置为通过地板上大量的炉排和穿孔地砖将冷空气传递进入该数据中心。电子设备架被布置在该炉排和穿孔地砖的周围，这样设备机架的前脸面对该炉排和穿孔地板砖。挡板、门或屋顶部分的集合，抑制了由该空气冷却系统提供的冷空气和该电子设备所排出的热空气的混合。这改进了该服务器的冷却，因此提高了该热通道和该冷通道之间的温度梯度。然而，如果该温度梯度小，例如因为服务器的低活跃性,这个解决方案解决不了CRAC效率低下的问题。
美国专利文献US2011/0303406A1公开了一种计算机房空调系统，包括，每个机架的每个前面和后面的温度检测单元，用于检测支架前面和后面的空气温度。控制装置，用于获取每个温度检测单元的所测温度并基于所测温度进行控制。在配置上，该控制装置包括温差计算单元，该单元基于每个测量和获取的温度计算每个支架前面冷空气和后面热空气的温差，发热元件，即服务器，冷却控制单元，该单元基于计算出的温差将地板下空间的冷空气调节至该计算机房。因为小的温度梯队，该CRAC单元内的空气流减少了，这改进了该数据中心的能源效率。尽管如此，这仍然需要该CRAC单元在降低的效率下运行，即使空气流减少。
发明内容
本发明旨在提供一种可以被操作以进一步提高能源效率的数据中心系统。
本发明进一步提供一种在上述数据中心系统中使用的服务器机架。
本发明更进一步提供一种控制数据中心温度的方法。
根据本发明的一个方面，所提供的数据中心系统包括了，冷通道，其包含第一穿孔地板元件；热通道，其包含第二穿孔地板元件和每个单元都可开关的天花板元件；服务器机架，包括将该冷通道从该热通道中分离的多个服务器；空调单元，具有通过该天花板元件耦合到该热通道的输入，和通过该第一穿孔地板元件耦合到该冷通道的输出；以及控制器，将该数据中心系统在第一配置和第二配置中切换，其中在第一配置中该天花板元件被打开、该第二穿孔地板元件被关闭，在第二配置中该天花板元件被关闭、该第二穿孔地板元件被打开。
在本系统中，如果不需要将空气从该热通道送至该空调(AC)单元，该空调(AC)装置可以被绕过。在这个绕过模式中，该热通道来的空气通过包括该第一穿孔地板元件和该可调节的第二穿孔地板元件的该高架地板，再循环到该冷通道。该地板元件例如可能是地砖。这具有这样的优点，该空调(AC)单元可以保持在待机模式下降低能耗操作，从而提高了该数据中心系统的能源效率。
该控制器可以被设置为，当该冷通道的温度达到设定的阈值，例如28℃时，在该第一配置和该第二配置间切换。如果该冷通道的温度超过这个设定的阈值，该服务器机架中该服务器的冷却可能会受到损害，这样在达到这一温度时，该空调(AC)单元应被纳入再循环回路中，以确保该冷通道的空气温度不超过这个温度。
可选地或者额外地，该控制器可以被设置为，当该热通道的温度达到设定的进一步的阈值，例如45℃时，在该第一个配置和该第二配置之间切换。该进一步的阈值可以基于该空调(AC)单元的效率属性进一步被选择，这样该空调(AC)单元仅在它能在充分有效的模式下操作时被激活。
该服务器机架可包含耦合到该控制器的温度传感器，所述控制器响应于所述温度传感器，该温度传感器被放置于该服务器机架的前端以感应该冷通道的温度，或置于服务器机架的后端以感应该热通道的温度。该服务器机架可以包含一对这样的温度传感器，也就是一个该支架前端的温度传感器和另一个该支架后端的温度传感器，该控制器响应于每个所述的温度传感器。
在一个优选实施例中，该控制器被集成在该服务器机架中，这样，在该数据中心系统中不需要提供单独的控制器，从而降低了实施复杂度。
该数据中心系统可以包括将该热通道从该冷通道分开的多个服务器机架。该数据中心系统还可以进一步包括多个所述控制器，其中每一个所述服务器机架包括所述控制器的其中之一，其中该天花板元件和该第二穿孔底板元件响应于每个单独控制器。它的优势在于，每个服务器机架可以触发该空调(AC)单元的激活，例如，当检测到特定机架的服务器切换到一个高活跃度的模式时，在该数据中心对温度提供细粒度更高的控制。
根据本发明的另一个方面，根据本发明的一个实施例提供一种用于该数据中心系统的服务器机架，该服务器机架包括控制器，该控制器被设置为在第一配置和第二配置之间切换该数据中心系统，其中在第一配置中该天花板元件打开、该第二穿孔地板元件关闭，在第二配置中该天花板元件关闭、该第二穿孔地板元件打开。
如前所述，该服务器机架可进一步包括至少一个温度传感器，该温度传感器耦合到该控制器，用于检测该热通道或冷通道中的温度。
根据本发明的再一个方面，提供了一种控制数据中心系统温度的方法，包含，冷通道，其包含第一穿孔地板元件；热通道，其包含第二穿孔地板元件和每个单元都可开关的天花板元件；服务器机架，包括将该冷通道从该热通道中分离的多个服务器；空调单元，具有通过该天花板元件耦合到该热通道的输入，和通过该第一穿孔地板元件耦合到该冷通道的输出；方法包括,通过该第二穿孔地板砖和该第一穿孔地板砖将空气从该热通道再循环到该冷通道，同时保持该天花板元件封闭；当指示服务器活动的参数达到设定的阈值时，通过该天花板元件和该空调单元将空气从该热通道再循环到该冷通道，同时保持第二穿孔地板砖关闭。正如其上所详细解释的，这确保了这样的数据中心能源高效地运作。
在一个实施例中，该方法进一步包含在该服务器机架上产生控制信号以控制所述再循环。
附图说明
下面将参考附图并结合实例来更详细地描述本发明的优选实施例。
图1依据本发明在第一配置的实施例示意性地描述了数据中心系统；
图2依据本发明在第二配置的实施例示意性地描述了数据中心系统；
图3依据本发明的一个实施例示意性地描述了数据中心系统的一个方面；
图4依据本发明的一个实施例显示了在数据中心控制温度的方法的流程图。
具体实施方式
上述附图应该被理解为仅仅是示意性的，并没有按比例绘制。同样的附图标记也应理解为用来表示相同或相似的部分。
在本申请的背景下，本发明实施例构成的方法，应理解为，这种方法是由计算机执行的流程，也就是计算机可执行的方法。该方法的各个步骤，相应反映了计算机程序的各个部分，例如，一个或多个算法的各个部分。
图1依据本发明在第一配置的实施例示意性地描述了数据中心系统。该数据中心系统被置于计算机房10中，该计算机房具有高架地板20和天花板30，例如吊顶。该高架地板20和该计算机房10的地板间的间隙26限定了第一导管，该天花板30和该计算机房20的天花板之间的间隙36限定了第二导管。该第一导管用于将该空调单元70产生的冷空气通过该高架地板20上的该第一穿孔地板元件22传送给该冷通道40。该第二导管用于将该热通道50产生的热空气通过天花板元件32传送给该空调单元70进行冷却。这种方式的空气循环如图1中的实箭头所示。为避免疑问要指出的是，该空调单元70可以放置在任何合适的位置，例如，在该计算机房10的内部或外部。
众所周知的是，服务器机架60的行排将该冷通道40从该热通道50分开。该服务器机架通常包括一个或多个服务器62，该服务器具有面向冷通道40的前面板和面向热通道50的后面板。每个服务器62通常包括至少一个风扇，迫使空气从该冷通道40通过该服务器62流向该热通道50，以冷却在该服务器62的一个或多个处理元件和其他产生热量的元件。这是由通过该服务器机架60的实箭头指示。
根据本发明的一个实施例，该热通道进一步包括可配置的第二穿孔地板元件24，该元件构成该高架地板20的一部分。该可配置第二穿孔地板元件24可以在第一配置和第二配置之间切换，如图1所示，该第一配置的穿孔是关闭的，该第二配置的穿孔是打开的，后文将做进一步阐述。相似的，该天花板元件32是可配置的天花板元件，可以在第一配置和第二配置之间切换，如图1所示，该第一配置的天花板元件是打开的，该第二配置的天花板元件是关闭的，后文将做进一步阐述。
该第一和第二穿孔地板元件22和24以及该天花板元件32的具体实施并不特别受限。任何可适用的实施方式均可被选择。例如，该第一和第二穿孔地板元件22和24可能是穿孔地砖，箅子等。相似的，该天花板元件32可以是穿孔天花板砖，作为该天花板30一部分的栅格形，或者可以是安装在单个服务器架60或相对服务器架60上的阀门类元件，阀门被设置为揭开在该第一配置的该天花板30上的开口，遮盖在该第二配置的该天花板元件30上的开口。可以理解的是，任何可以用来可配置地遮盖和揭开在该高架地板20和该天花板30上开口的元件均可以用作此目的。
该数据中心系统进一步包括多个温度传感器，用于检测至少一个该冷通道40和该热通道50的温度。例如，在一个实施例中，该数据中心系统可以包括在每个该冷通道40上的温度传感器66。在另一个实施例中，该数据中心系统可以包括在每个该热通道50上的温度传感器68。在再一个实施例中，如图1所示，该数据中心系统可以包括在每个该冷通道40上的温度传感器66和在每个该热通道50上的温度传感器68。该温度传感器耦合至控制器64，该控制器64设置为在该第一配置和该第二配置中切换该第二穿孔地板元件24和该天花板元件32，其中在第一配置中该天花板元件32打开，该第二穿孔元件24关闭，在第二配置中该天花板元件32关闭，该第二穿孔地板元件24打开。
在如图2所示的该第二配置中，该空调单元70被绕过，被该服务器62的风扇强制由冷通道40通过该服务器机架60通向热通道50的空气，通过可配置的第二穿孔地板元件24再循环进入该第一导管26，并通过第一穿孔地板元件22进入冷通道40。
图1的该第一配置和图2的该第二配置的切换被执行以避免该空调单元70在效能减少的情况下操作，例如出现以下情况，当从该热通道50传送给该空调单元70的空气温度低于某个特定温度，例如45摄氏度时。这可能表明该服务器62不满负荷运转，这样该服务器机架60上的该服务器62冷却的重要性就相对较弱，这样不太寒冷的空气，即从该热通道50来的空气可用于冷却该服务器62而无需通过该空调单元70冷却空气。在这种情况下，该数据中心系统的配置如图2所示，其中该空调单元70被绕过，从该热通道50来的空气通过该打开的第二穿孔地板元件24和该第一穿孔地板元件22送回该冷通道40中去。
最后，该控制器64可以直接或间接地控制响应于该热通道50中的一个或多个温度传感器68的该第二穿孔地板元件24以及该天花板元件32，如如图1和图2的虚箭头所示。在一个实施例中，支持该热通道50的该服务器机架60的该控制器64直接控制该热通道50的该天花板元件32和该第二穿孔地板元件24。
该控制器64可以通过网络互联(为清晰起见未显示)，进一步电耦合到该第二穿孔地板元件24和该天花板元件32。当该控制器64之一发信号表明热通道50的温度已到达临界值，也就是一个设定的阈值，该天花板元件32会切换为打开状态，该第二穿孔地板元件24会切换为关闭状态，如图1所示，这样从该热空气通道50来的空气就被送入该空调元件70。
在网络上没有该信号的情况下，如图2所示，该天花板元件32将被切换到关闭状态，该第二穿孔地板元件24将被切换到打开状态，这样从该热通道50来的空气，绕过该空调单元70，被送回至该冷通道40。在一个实施例中，该空调单元70也响应于该控制器64所产生的控制信号，这样当检测到该控制信号时，该空调单元70可以从待机状态切换到激活状态。
在另一个特别优选的实施例中，每个该控制器64响应于在其中之一个该冷通道40上的温度传感器66，使得该控制器64能从图2所示的该第二配置切换至图1所示的该第一配置，在该第二配置中该空调单元70被绕过，在第一配置中该空调单元被纳入从该热通道50到该冷通道40的空气流中。这是一个有利的情况，如果该服务器62必须被空气冷却而不超过一个设定的进一步的温度，以确保该服务器62不会过热。在一个实施例中，该设定的进一步的温度阈值可以是28℃。
在另一个实施例中，每个控制器64可响应于在其中之一个该冷通道40的温度传感器66以及在其中之一个该热通道50中的温度传感器68，这样该数据中心系统的配置可在图1所示该第一配置和图2所示的该第二配置之间切换。当至少一个该温度传感器66和68指示上述设定的温度阈值被达到时，该空调单元70就被激活并纳入从该热通道50到该冷通道40的空气再循环路径中，如前详细解释所述。
在这一点上，如前述详细说明所指出，该控制器64和温度传感器66和/或温度传感器68显示为构成服务器机架60的一部分。这应该被理解为仅是非限制性的示例。同时，提供至少一个该控制器64，该温度传感器66，和/或温度传感器68作为该数据中心系统单独的元件，同样是可行的，这不脱离本发明的教导。
图3根据本发明的一个实施例示意性地描述了该数据中心系统的一个方面。该数据中心系统可能包含网络80，将该服务器架60上的各个控制器64连接到主控制器90，该主控制器90控制该天花板元件32和在该热通道50上的该第二穿孔地板元件24，在另一个实施例可能额外地控制该空调单元70。如前所述，在该控制器64的控制信号出现或消失以指示其中之一个该热通道50和/或其中之一个该冷通道40的温度已到达设定的阈值时，该主控制器可以在该第一配置和该第二配置之间切换该天花板元件32和在该热通道50上的该第二穿孔地板元件24。
图4示意性地描述了本发明的方法的一个实施例。在步骤110中该数据中心系统初始化，步骤120检查该冷通道40和/或该热通道50中的温度是否低于设定阈值。优选地，检查该冷通道40中的温度是否低于设定阈值，例如28℃。如果是，该方法进入步骤130，该天花板元件32和该第二穿孔地板元件24切换到该第二配置在该模式下，该天花板元件32被关闭，该第二穿孔地板元件24被打开以绕过该空调单元70。如果不是，该方法进入步骤140，该天花板元件32和该第二穿孔地板元件24切换到该第一配置，在该模式下，该天花板元件32被打开，该第二穿孔地板元件24被关闭，以将该空调单元70纳入从该热通道50到该冷通道40的空气再循环中。在步骤150检查该数据中心系统的操作是否继续。如果是，该方法返回至步骤110。否则，该方法在步骤160终止。在一个实施例中，在步骤120的决策过程是由该服务器机架60产生的控制信号触发，用以控制所述再循环，如前所述。
在以上详细描述中，该控制器64响应于一个或多个温度传感器66和/或68。然而应该被理解为，该控制器64响应于指示服务器活动的另一个参数的可替换的实施例同样可行。例如，该控制器64可以监控在相关服务器机架60上的该服务器62的能量消耗活动，产生该控制信号以触发该数据中心系统依据该服务器62的活跃度或能量消耗到达设定阈值，在该第一配置和该第二配置之间转换配置。对于本领域技术人员而言其他合适的参数也是显而易见的。
当本发明的特定实施例为了说明的目的而被描述，对本领域技术人员而言，许多修改和变形也是显而易见的。相应地，包括所有这些变形和修改的技术方案也落入本发明的主旨和范围内。

Claims (15)

1.一种数据中心系统，包括：
冷通道(40)，其包含第一穿孔地板元件(22)；
热通道(50)，其包含第二穿孔地板元件(24)和每个单元都可开关的天花板元件(32)；
服务器机架(60)，其包括将冷通道从热通道中分离出来的多个服务器(62)；
空调单元(70)，其具有通过天花板元件耦合到热通道的输入，和通过第一穿孔地板元件耦合到冷通道的输出；
控制器(64,90)，被设置为将该数据中心系统在如下内容中切换：
第一配置，其中该天花板元件被打开、该第二穿孔地板元件被关闭；
第二配置，其中该天花板元件被关闭、该第二穿孔地板元件被打开。
2.如权利要求1所述的系统，其中控制器(64,90)被设置为，当该冷通道(40)的温度达到设定阈值时，在该第一配置和该第二配置间切换。
3.如权利要求2所述的系统，其中设定的阈值为28℃。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的系统，其中，该控制器(64,90)被设置当该热通道的温度到达设定的进一步的阈值时，在该第一配置和该第二配置间切换。
5.如权利要求4所述的系统，其中，设定的进一步的阈值为45℃。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的系统，其中，该服务器机架(60)包含耦合到该控制器的温度传感器，所述控制器对所述温度传感器响应。
7.如权利要求6所述的系统，其中，该温度传感器(66)设在该服务器机架的背部。
8.如权利要求6所述的系统，其中，该温度传感器(68)设在该服务器机架的前部。
9.如权利要求1-8中任何一项所述的系统，其中，该控制器(64)被集成在该服务器机架上。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的系统，其中，该系统包含将该热通道(50)从该冷通道(40)分离的多个服务器机架(60)。
11.如权利要求10所述的系统，进一步包括：多个所述控制器(64)，其中每个所述服务器机架(60)包含所述控制器之一，并且其中该天花板元件(32)和该第二穿孔地板元件(24)对每个单独的控制器响应。
12.一种用于如权利要求1-11任何一项所述的数据中心系统的服务器机架(60)，该服务器机架包括了控制器(64)，被设置为在如下内容中切换该数据中心系统：
第一配置，其中该天花板元件(32)打开，该第二穿孔地板元件(24)关闭；
第二配置，其中该天花板元件关闭，该第二穿孔地板元件打开。
13.如权利要求12所述的服务器机架，进一步包括：至少一个耦合到该控制器(64)的温度传感器(66,68)，以感应该热通道(50)或者冷通道(40)中的温度。
14.一种在数据中心系统控制温度的方法，该数据中心系统包括，
冷通道(40)，其包含第一穿孔地板元件(22)；
热通道(50)，其包含第二穿孔地板元件(24)和每个单元都可开关的天花板元件(32)；
服务器机架(60)，其包括将该冷通道从该热通道中分离出来的多个服务器(62)；
空调单元(70)，其具有通过该天花板元件耦合到该热通道的输入，和通过该第一穿孔地板元件耦合到该冷通道的输出；
该方法包括：
通过该第二穿孔地板元件和该第一穿孔地板元件从该热通道向该冷通道再循环(140)空气，同时保持该天花板元件关闭；
当参数指示服务器活动到达设定阈值时，通过该天花板元件和该空调单元从该热通道向该冷通道再循环(130)空气，同时保持第二穿孔地板元件关闭。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括，在所述服务器支架上产生控制信号以控制所述再循环。
CN201480021207.5A 2013-04-17 2014-03-24 数据中心系统及其控制温度的方法 Active CN105121969B (zh)

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