CN105423478B - 间接自然冷却模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及间接自然冷却模块。提供用于冷却来自数据中心的空气的间接自然冷却模块和方法。该模块包括与外部空气源流体连通的绝热装置、与绝热装置和来自数据中心的空气流流体连通的至少一个热交换机、与至少一个热交换机流体连通的风挡系统以及与风挡系统通信的控制系统，并且该控制系统配置为选择性地将来自数据中心的空气流引导到热交换机且选择性地将来自至少一个热交换机的空气流引导通过风挡系统。

Description

间接自然冷却模块
技术领域
技术领域总体上涉及自然冷却技术领域，更具体地涉及间接自然冷却模块。
背景技术
自然冷却是指低的外部空气温度用于协助冷却操作的冷却技术。例如，自然冷却技术利用源自外部环境的冷空气，而不是仅仅使用电动空调系统。自然冷却的方法可以是直接的或间接的。直接自然冷却是指源自外部环境(如户外)的空气与源自内部环境(如建筑物内的房间)的热空气直接地混合的冷却技术。直接自然冷却有一定的缺陷。例如，可能出现在源自外部环境的空气中的污染物可以被传递到正在冷却的内部环境中。污染物可以损害生物体，诸如可能出现在与直接自然冷却装置接触的房间中人类、植物以及动物。污染物还可以损害设备，诸如放置在由直接自然冷却装置服务的房间中的电子设备。污染物可以干扰设备的正确的工作状态，这导致增加的维护成本和更短的使用寿命。
相比之下，间接自然冷却是指源自外部环境的空气与源自内部环境的热空气间接地混合的冷却技术。这是通过使用一个或多个中间装置来完成的，一个或多个中间装置起到通过使用中间流体将来自内部环境(如包括计算机设备的房间)的热量传递到从外部环境输送的冷空气的作用。
发明内容
根据至少一个实施例，提供用于冷却来自数据中心的空气的间接自然冷却模块。间接自然冷却模块包括与外部空气源流体连通的绝热装置、与绝热装置和来自数据中心的空气流流体连通的至少一个热交换机，与至少一个热交换机流体连通的风挡系统以及与风挡系统通信的控制系统，并且控制系统配置为选择性地将来自数据中心的空气流引导到热交换机以及选择性地将来自至少一个热交换机的空气流引导通过风挡系统。
间接自然冷却模块还可以包括与控制系统通信的至少一个传感器，至少一个传感器配置为确定外部空气源和来自数据中心的空气中的一个的温度值和湿度值中的至少一个，并且控制系统还可以配置为基于由至少一个传感器确定的至少一个值来确定至少一个操作条件。根据一个实施例，至少一个传感器包括第一传感器和第二传感器，该第一传感器与来自数据中心的空气流流体连通并且配置为确定来自数据中心的空气的温度值，并且第二传感器与外部空气源流体连通并且配置为确定外部空气源的干球温度值和湿球温度值。根据另一个实施例，控制系统还配置为接收针对来自数据中心的空气的设置点温度值，并且至少一个操作条件包括以下项中的至少一个：干球温度值和湿球温度值之间的差大于第一阈值，来自数据中心的空气的温度值和干球温度值之间的差大于第二阈值，来自数据中心的空气的温度值和湿球温度值之间的差大于第二阈值，并且设置点温度具有比干球温度值和湿球温度值中的任一个更大的值。根据再一个实施例，当满足至少一个操作条件时，控制系统将来自数据中心的空气流引导到至少一个热交换机的进口并且将来自至少一个热交换机的出口的空气流引导到风挡系统的进口。
在间接自然冷却模块中，至少一个热交换机可以包括与来自数据中心的空气流体连通的第一热交换机和与绝热装置流体连通的第二热交换机。根据一个实施例，第一热交换机和第二热交换机被串联布置并且其每一个与由绝热装置产生的冷却的外部空气的流体连通。
根据另一个实施例，提供用于冷却来自数据中心的空气的冷却系统。冷却系统包括与来自数据中心的空气流流体连通的冷却装置；间接自然冷却模块，其包括：与外部空气源流体连通的绝热装置以及与绝热装置和来自数据中心的空气流流体连通的至少一个热交换机；与来自数据中心的空气流、冷却装置和间接自然冷却模块的至少一个热交换机流体连通的风挡系统；以及与风挡系统通信的控制系统，该控制系统配置为选择性地将来自数据中心的空气流引导到至少一个热交换机的进口和至少一个冷却装置的进口中的至少一个。
冷却系统还可以包括与控制系统通信的至少一个传感器，该至少一个传感器配置为确定外部空气源和来自数据中心的空气中的一个的温度值和湿度值中的至少一个，并且控制系统还可以配置为基于由至少一个传感器确定的至少一个值来确定至少一个操作条件。根据一个实施例，至少一个传感器包括第一传感器和第二传感器，第一传感器与来自数据中心的空气流流体连通并且配置为确定来自数据中心的空气的温度值，并且第二传感器与外部空气源流体连通并且配置为确定外部空气源的干球温度值和湿球温度值。
根据另一个实施例，控制系统还配置为接收针对来自数据中心的空气的设置点温度值，并且至少一个操作条件包括以下项中的至少一个：设置点温度具有比干球温度值和湿球温度值中的任何一个更高的值，干球温度值和湿球温度值之间的差大于第一阈值，来自数据中心的空气的温度值和干球温度值之间的差大于第二阈值，来自数据中心的空气的温度值和湿球温度值之间的差大于第二阈值，以及设置点温度具有比干球温度值和湿球温度值中的任何一个更高的值。根据再一个实施例，当满足至少一个操作条件时，控制系统将来自数据中心的空气流引导到至少一个热交换机的进口并且将来自至少一个热交换机的空气流引导通过风挡系统。根据再一个实施例，来自至少一个热交换机且通过风挡系统的空气流与冷却装置的进口流体连通。根据另一个实施例，当不满足至少一个操作条件时，控制系统将来自数据中心的空气流引导经过风挡系统到达冷却装置。根据又一个实施例，当至少一个操作条件满足时且当至少一个操作条件不满足时，控制系统将来自数据中心的空气流引导到热交换机并且引导到至少一个冷却装置的进口。
根据至少一个实施例，间接自然冷却模块配置为可加装冷却装置和风挡系统。
根据至少一个实施例，提供使用冷却系统冷却来自数据中心的空气的方法。冷却系统包括冷却装置；间接自然冷却模块，其包括绝热装置和至少一个热交换机；配置为确定来自数据中心的空气流的温度值的第一传感器；以及配置为确定外部空气源的干球温度值和湿球温度值的第二传感器。该方法包括以下动作：接收针对来自数据中心的空气流的设置点温度值，使用第一传感器确定来自数据中心的空气流的温度值，使用第二传感器确定外部空气源的干球温度值和湿球温度值，计算干球温度值和湿球温度值之间的差以确定第一计算值，计算来自数据中心的空气的温度值和干球温度值之间的差以确定第二计算值，计算来自数据中心的空气的温度值和湿球温度值之间的差以确定第三计算值，计算设置点温度值和湿球温度值之间的差以确定第四计算值，以及基于第一计算值、第二计算值、第三计算值和第四计算值中的至少一个，选择性地将来自数据中心的空气流引导到至少一个热交换机的进口和冷却装置的进口中的至少一个。
根据一个实施例，该方法还包括当第一计算值小于第一阈值并且第二计算值小于第二阈值时，将来自数据中心的空气流引导到冷却装置的进口。根据另一个实施例，该方法还包括当第一计算值大于第一阈值，第三计算值大于第二阈值以及第四计算值大于第三阈值时，将来自数据中心的空气流引导到至少一个热交换机的进口。根据又一个实施例，该方法还包括当第一计算值大于第一阈值，第三计算值大于第二阈值以及第四计算值小于第三阈值时，将来自数据中心的空气流引导到至少一个热交换机的进口和冷却装置的进口。
还有其他方面、实施例以及这些示例方面和实施例的优点在下面进行详细讨论。此外，应该理解的是，上面的信息和下面的详细描述都仅仅是各种方面和实施例的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面和实施例的性质和特征的概述或框架。本文中所公开的实施例可以与其它实施例组合，并且对“实施例”、“示例”、“一些实施例”、“一些示例”、“替换的实施例”、“各种实施例”、“一个实施例”、“至少一个实施例”、“这个和其它实施例”等等的引用不一定是相互排斥的，并且旨在指示所描述的特定功能、结构或特征可以包含在至少一个实施例中。本文中的这些术语的出现未必都指的是相同的实施例。
附图说明
以下将参照所附附图讨论至少一个实施例的各个方面，这些附图并非旨在按比例绘制。附图被包含的目的是为了提供对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，且其被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，但并不旨在作为对任何特定实施例的限制性的定义。附图连同说明书的剩余部分一起用来解释所描述的和所要求保护的各个方面和实施例的原理和操作。在附图中，在各个图中示出的每个相同的或近似相同的组件由相似的数字表示。为了清晰的目的，并不是每个组件都可以标记在每张图中。在附图中：
图1是根据本公开的实施例的内部环境和包括间接自然冷却模块的使用的冷却装置的框图；
图2是根据本公开的另一个实施例的间接自然冷却模块的框图；
图3是根据本公开的另一个实施例的与包括使用第一模式的冷却装置组合的间接自然冷却模块的框图。
图4是根据本公开的另一个实施例的与包括使用第二模式的冷却装置组合的间接自然冷却模块的框图；
图5是根据本公开的另一个实施例的与包括使用第三模式的冷却装置组合的间接自然冷却模块的框图；以及
图6是说明用于控制与冷却装置组合的间接自然冷却模块的过程的流程图。
具体实施方式
通过介绍，本公开针对间接自然冷却模块。根据一些实施例，间接自然冷却模块可以用于冷却来自数据中心的空气。如本文所使用的，术语“冷却”被广义地解释并且总体上涉及使空气满足一个或多个期望的特征的条件的过程，诸如降低空气的温度或向上或向下调节湿度。根据至少一个实施例，间接自然冷却模块可以包括与一个或多个热交换机组合使用的绝热装置。在某些实例中，绝热装置可以利用一个或多个形式的蒸发冷却。间接自然冷却模块可以与冷却装置组合使用以冷却环境，诸如数据中心内的房间。
根据本公开的本文中所公开的各个方面，在它们的应用中并不被限制于下面的描述中阐述的或者在附图中示出的部件的构造和布置的细节中。这些方面能够以各种方式进行实践或实现，并且能够呈现其他的实施例。本文提供的特定实现的示例只用于说明性的目的，且并不旨在进行限制。特别地，结合任何一个或多个实施例所讨论的动作、组件、元件和特性并不旨在排除任何其它实施例中的相似角色。
另外，本文所使用的措辞和术语用于说明的目的且不应被视为是限制性的。对本文中的系统和方法的示例、实施例、组件、元件、或动作的单数形式的任何引用也可以包含包括复数形式的实施例，而对本文中的任何实施例、组件、元件、或动作的复数形式的任何引用也可以包含仅包括单数形式的实施例。单数或复数形式的引用并非旨在限制当前所公开的系统或方法、它们的组件、动作或元件。本文中“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其变型的使用意味着包含在其后列出的项目和其等同物以及附加项目。对“或”的引用可被认为是包括性的，使得使用“或”所描述的任何术语可以指示所描述的术语中的单个、一个以上和所有中的任何一种。此外，在本文件与通过引用并入本文的文件之间的术语使用存在不一致时，被并入的参考文件中的术语使用是对本文件的术语使用的补充；对于不可调和的不一致，以本文件中的术语使用为准。此外，标题或副标题可以用在说明书中用来方便读者，这不应该对本公开的范围具有影响。
现在参考附图，并且特别是参考图1，示出了如与冷却装置150和内部环境160组合使用的、通常以100表示的间接自然冷却模块的一个实施例。根据一些实施例，自然冷却模块100位于冷却装置150的上游。在某些实施例中，自然冷却模块100配置为被加装(retro-fitted)到现有的加热和冷却系统中。例如，间接自然冷却模块100可以位于包括内部环境160和冷却装置150的现有系统内，使得冷却模块100协助冷却装置150冷却内部环境160。在其它实施例中，自然冷却模块100可以配置为是独立单元或独立系统。
内部环境160可以是有限空间，诸如建筑物或其它结构内的房间。例如，内部环境160可以是公共或私有建筑物(私有住宅、办公空间或其它商业或城市空间)中的一个或多个房间或可以包括商业或制造业综合楼设施内的空间。其它示例可以包括临时性建筑，诸如帐篷或包括汽车和货车或游乐车(RV)的车辆或船只。内部环境160可以是能够包含由一个或多个冷却装置150和/或一个或多个间接自然冷却模块100调节的空气的任何空间。
根据至少一个实施例，内部环境160可以是数据中心。数据中心可以包括一个或多个房间，其包含设计为容纳电子设备(诸如数据处理、联网和电信设备)的设备机架排。在操作期间电子设备产生热量，其需要进行处理以确保由设备机架所容纳的设备组件的连续性能、可靠性和使用寿命。本文所公开的系统的一个或多个实施例被设计为处理由数据中心内的电子设备产生的热量和将冷空气返回到数据中心。
内部环境160可以由一个或多个冷却装置150冷却。根据一个或多个方面，冷却装置150可以基于蒸气压缩循环。蒸气压缩循环涉及气体(诸如氯化碳氟化合物或卤代氯氟烃或氨气)的压缩和膨胀。气体被压缩为液态并且然后允许膨胀返回到气态。在过程的膨胀阶段中，需要热量以将液体变回为气体。在其它实施例中，为了冷却的目的，冷却装置150使用冷却介质(诸如冷冻水)。例如，冷却装置150内的冷凝单元可以与冷冻单元流体连通，这适于将冷冻水提供到冷凝单元。在某些实例中，冷冻单元位于模块100外的位置处。虽然为了冷却的目的这个特定示例将冷冻水用作冷却介质，但是包括除冷冻水之外的其它液体介质的冷却介质也在本公开的范围内。
根据至少一个实施例，冷却装置150可以是用于冷却数据中心的机房空调(CRAC)。CRAC单元可以位于数据中心中或数据中心周围的多个位置中的任何一个位置中。例如，CRAC单元可以位于数据中心内的房间外围的周围。在一些实例中，CRAC单元可以从单元的前部吸入空气并朝向数据中心房间的天花板向上输出更冷的空气。在其他实例中，CRAC单元从数据中心房间的天花板附近吸入空气，并且在活动地板下方排出更冷的空气，以用于传递到设备机架的前部。
间接自然冷却模块
根据一个或多个实施例，间接自然冷却模块100包括绝热装置105。如本文所使用的，术语“绝热的”是指发生状态变化而没有热能的任何实质的损失或获得。因此，绝热装置不与其周围环境进行热量交换。
根据一些实施例，绝热装置105可以基于蒸发冷却的原理。具有低于100％的相对湿度的不饱和空气具有通过蒸发来吸收更多水的倾向。蒸发水所需的潜热引起空气的冷却，由于它的热函基本上保持恒定。绝热饱和过程可以描述为未知的特定湿度的不饱和空气的稳定流通过包括一池水的长的隔热通道的过程。当空气流过水时，一些水将蒸发并且与气流混合。在该过程期间空气的含水量将增加，并且空气的温度将降低，因为蒸发的水的汽化的部分潜热将来自空气。如果通道足够的长，那么气流将按照饱和空气(100％的相对湿度)以出口温度出去。
在一个实施例中，绝热装置105被耦合到或者另外连接到水源131和外部空气源130。绝热装置105配置为使热量从外部空气源130传递到水源131。因此，绝热装置105用于冷却外部空气源130。这个冷却的外部空气可以作为流133离开绝热装置105。根据一些实施例，外部空气130源自户外。在其它实施例中，外部空气130可以来自另一个建筑物或结构或过程。
在一些实施例中，绝热装置105配置为由加压水供给。例如，输送到绝热装置105的水源131可以使用一个或多个喷嘴来加压。可以使用一个或多个泵来对喷嘴加压。通过喷嘴分散的加压水产生了具有范围从约20微米到约50微米的直径的小水滴。由加压水产生的微小的水滴增加了当排放到空气中时可用于蒸发的表面积。
在某些实施例中，绝热装置105包括可由水供给的介质。例如，一种或多种类型的介质(诸如多孔材料)可以通过水源131不断地浸湿。在某些实例中，这可以通过一个或多个泵的使用来完成。多孔介质具有用于促进热传递的大的表面积。根据一些示例，多孔介质可以包括一个或多个尺寸的单独的小球。例如，小球的尺寸的范围可以从几纳米到几毫米并且可以是任意形状，诸如适合进行热交换的球体或圆柱体。根据其它实施例，多孔介质可以被构建以形成具有适合传递热量的通透性和多孔性的连通表面。
间接自然冷却模块100还可以包括一个或多个热交换机110。在一些实施例中，热交换机110位于绝热装置105的下游。根据至少一个实施例，热交换机110起到使用来自由绝热装置105产生的流133的冷却的外部空气来冷却从内部环境输送的热空气的作用。一般而言，热交换机是被动地将热量从一个材料输送到另一个的装置。材料通常是流体，液体或气体。由热交换机完成的工作基于热力学定律，在该定律中，当物体是热的时，包含在该物体内的热能将向外扩散到周边环境中直到在物体和环境之间达到平衡。
基本的热交换机的设计通常涉及由屏蔽物分隔的两个室或通道。待传递的具有热能的进料流通过一个通道，并且可以接收热能的流通过另一个通道。流可以在并向流中或逆向流中。通过经过屏蔽物来分散两个流之间的热量直到热传递的速率由对于这样的传递的热阻来匹配。所使用的热交换机的类型和尺寸取决于用作屏蔽物的材料类型和引入的材料流的各个特性，包括其相位、温度、密度、粘性、压力、化学成分以及各个其它特性。
热交换机的两个最常见的类型是壳管式热交换机和板框式热交换机。热交换机的其它类型包括但不限于，绝热轮式热交换机、板翅式热交换机、流体式热交换机、余热回收单元、动态刮板式热交换机、相变热交换机、直接接触式交换机、空气线圈以及螺旋式热交换机。热交换机的额外类型可以包括热管型的热交换机。
根据一个实施例，热交换机110可以是壳管式热交换机。壳管式热交换机由通过插入到隔板中悬挂在壳中且布置成捆的一系列的管构成。壳管式热交换机由于其材料的强度被认为是鲁棒性的，并且由于由其设计引起的其高的热系数和流体混合剖面被认为是有效的。材料通常适合用于更高压力和更高温度的应用。管必须由强的、导热的、耐腐蚀的材料制成。高质量的管材料通常是金属，包括但不限于铜合金、不锈钢、碳钢、有色铜合金、镍铬铁合金、镍、镍基合金、哈斯特洛合金、钛或它们的任意组合。
根据另一个实施例，热交换机110可以是板式热交换机。板式热交换机由多个薄的、稍微分开的板组成，这些板具有用于热传递的大的表面积和流体流动通道。板通常由金属制成。板式热交换机通常是紧凑的并且与高的总热传递系数相关。流体在板上散开并且因此便于热量的传递以及极大地提高了温度变化的速度。这些类型的热交换机很适于在中压力材料和低压力材料之间传递热量。
根据一些实施例，热交换机110可以是螺旋式热交换机。螺旋式热交换机可以是指螺旋管的配置，但是更多的时候是指一对平面，这对平面被卷成圈以在逆流布置中形成两个通道。螺旋式热交换机通常与空间的有效利用和低能量消耗相关。
间接自然冷却模块100还可以包括风挡系统115。风挡系统115可以包括用于控制空气经过间接自然冷却模块100的一个或多个组件和/或与间接自然冷却模块相关的组件(诸如冷却装置150和内部环境160)的速度和方向的一个或多个风挡或挡板。例如，风挡可以用于使从内部环境160输送的热空气132按指定路线通过热交换机110。风挡系统115还可以包括管道和电动机或协助移动和引导空气的其它结构和装置。如以下所进一步讨论的，一个或多个风挡可以位于整个系统中。在一些实例中，风挡可以起到允许热空气132绕过间接自然冷却模块100的作用。在其它实例中，风挡可以起到允许热空气132的一部分绕过间接自然冷却模块100的作用。换句话说，一些热空气132由间接自然冷却模块100处理，而一些热空气132则直接被提供到冷却装置150中。在另外的其它实例中，风挡用于将从内部环境160输送的全部热空气132引导到间接自然冷却模块100。
根据至少一个实施例，间接自然冷却模块100还可以包括一个或多个风扇120。风扇120位于整个间接自然冷却模块100的一个或多个位置处。例如，风扇120可以位于间接自然冷却模块100内以便使外部空气130按指定路线经过热交换机110。在某些实例中，风扇120可以与风挡系统115的一个或多个风挡一起工作。
在一个实施例中，由绝热装置105产生的冷却的外部空气133被引入热交换机110。从内部环境160输送的热空气132也可以被引入热交换机110。来自热空气132的热量被传递到冷却的外部空气133，产生已处理的空气134。已处理的空气134可以组成到冷却装置150的全部、部分的进料气流135，或不组成到冷却装置150的进料气流135。例如，来自内部环境160的全部热空气132可以流经风挡系统115并且然后前进通过热交换机110以将热量传递至来自绝热装置105的冷却的外部空气133。在另一个示例中，热空气132可以流经风挡系统115并且直接流到冷却装置150中作为进料气流135，并且从而完全绕过了间接自然冷却系统100。在再一个示例中，进料气流135的一部分来自由间接自然冷却模块100产生的已处理的空气134，而另一部分来自直接从内部环境160输送的热空气132。冷却装置150冷却进料气流135以进一步产生冷却的空气136，冷却的空气136被引导到内部环境160中。
间接自然冷却模块100还可以包括控制间接自然冷却模块100的操作的控制系统165。控制系统165可以配置为控制间接自然冷却模块100的一个或多个组件，诸如绝热装置105、风挡系统115和/或热交换机110。例如，控制系统165可以控制被引导到间接自然冷却模块100的热空气132的一部分。
参考图2，结合冷却装置250和内部环境260(诸如数据中心)，示出了通常由一般称为200的间接自然冷却模块的主要组件的示例。可以如以上参考冷却装置150和内部环境160所讨论和所描述的提供冷却装置250和内部环境260。相似地，间接自然冷却模块200包括热交换机210a和210b，热交换机210a和210b可以如以上参考热交换机110所讨论的来提供。另外，间接自然冷却模块200包括绝热装置205，其也按照先前结合绝热装置105所讨论的来提供和表征。水的一个或多个源231也可以与绝热装置205连通。
间接自然冷却模块200包括一个或多个传感器225a和225b，其位于整个系统上的一个或多个位置中。传感器225a和225b可以包括发出或接收信号的任何合适类型的传感器。在一些实施例中，传感器225a和225b可以配置为检测或者另外采集与温度或湿度有关的信息。例如，绝热装置205可以与传感器225a耦合或另外的与传感器225a通信，该传感器225a配置为采集如以上参考外部空气130所讨论的外部空气源230的干球温度和湿球温度。此外，传感器225b配置为采集从内部环境260输送的热空气232的干球温度。一个或多个其他传感器可以按照所期望的放置在整个系统中，例如，以获得关于提供到绝热装置205的水231的信息或确定空气流经过包括风挡215a和215b的风挡系统215的一个或多个组件的速率。
如先前参考控制系统165所讨论的，传感器225a和225b也可以与控制系统265通信。控制系统265可以配置为通过传感器225a和225b的使用控制包括间接自然冷却模块200和冷却装置250的系统的一个或多个组件。例如，传感器225a和225b可以配置为对一个或多个空气条件作出反应并且将输入信号提供到控制系统265。在另一个示例中，可以建立风挡系统的一个或多个元件(如，风挡215a和215b)的定位并且使用传感器225a和225b来控制以控制经过系统的空气的流动速率。
间接自然冷却模块200包括第一热交换机210a和第二热交换机210b。根据一个实施例，第一热交换机210a和第二热交换机210b是以串联配置的空气对空气板式热交换机，以促进来自内部环境260的热空气232和来自绝热装置205的冷却的外部空气233之间的交叉流动。热空气232首先进入第一热交换机210a，在该热交换机210a中，热空气232与冷却的外部空气233进行热量交换，并且然后进入第二热交换机210b，在该第二热交换机210b中，其通过与冷却的外部空气233进行热量交换而更进一步地冷却。根据该实施例，由绝热装置105产生的冷却的外部空气233可以被引导到第一热交换机210a和第二热交换机210b中作为中间冷却流体源。根据某些方面，两个热交换机的使用可以适应某些布局。例如，在图2中示出的布置允许将热空气232引导在从其进入第一热交换机210a的点到其从第二热交换机210b出来的点的180度的方向上。排出的空气237离开一个或多个热交换机210a和210b以被排除到外部位置。根据其它实施例，可以使用单个热交换机。单个交换机可以适于空气的定向流动不需要阶段或步进式的方法的布局。
根据其它实施例，热交换机210a和210b可以布置在并行配置中。例如，从内部环境260输送的热负荷的第一部分可以被引导到一个热交换机210a而热负荷的第二部分可以被引导到另一个热交换机210b中。以类似的方式，由绝热装置205产生的冷却的外部空气233的第一部分可以被引导到一个热交换机210a而第二部分可以被引导到另一个热交换机210b中。
风挡系统包括第一风挡215a和第二风挡215b。第一风挡215a用来控制从内部环境260输送的热空气流232。第二风挡215b用来控制从间接自然冷却模块200输送的已处理的空气流234。空气流232和234中的一个或两个可以构成提供到冷却装置250的进料流235。例如，第一风挡215a可以是打开的或者另外配置为将从内部环境260输送的热空气232按指定路线发送到冷却装置250以产生冷却的空气236，该冷却的空气236然后被引导返回内部环境260。同时，第二风挡215b可以配置为关闭的或者另外配置为阻止从间接自然冷却模块输送的已处理的空气234进入冷却装置250。风挡215a和215b因此可以在间接自然冷却不必需或不可用的情况下如此定义热空气232的旁路。根据一些实施例，进料流235在其被引导到冷却装置250中之前可以被包围或者另外在集气室(plenum)270中收集。集气室270可以由用于加热和冷却应用中的材料(诸如金属薄板)构成，并且在某些实例中可以是外部或内部绝热的。
一个或多个风扇220也可以用来协助将空气移动通过或移动到系统的一个或多个组件。例如，风扇220可以位于间接自然冷却模块200内以将外部空气源移动通过一个或多个的热交换机210a和210b。
当间接自然冷却模块结合要冷却的空气源(诸如从数据中心和冷却装置输送的空气)来放置时，模块能够以三个单独的操作模式执行。这三个操作模式在以下依次进行讨论。
机械模式
参考图3，示出了在图2中呈现的系统，该系统具有按照以上所讨论和表征所配置的组件。具体地，图3示出了通常以200表示的间接自然冷却模块的第一操作模式。在第一操作模式期间，该第一模式可以被称为机械模式，通过打开第一风挡215a和关闭或以其他方式禁用第二风挡215b来完全地绕过间接自然冷却模块200。从内部环境260输送的热空气232直接流入冷却装置250并作为可以被引入回到内部环境260的已处理的空气236而离开。因此供应到冷却装置250的进料空气235完全由从内部环境输送的热空气232组成。在该操作模式期间，间接自然冷却模块的一个或多个组件(诸如热交换机210a和210b)、与间接自然冷却模块200相关的一个或多个风扇220以及绝热装置205可以被断电。
如以下所进一步讨论的，间接自然冷却模块300可以由控制系统265控制以在一定的条件下在机械模式中操作。根据一些实施例，这些操作条件可以涉及内部环境260内的空气的设置点温度、外部空气230的源的温度和/或湿度以及离开内部环境260的热空气232的温度和/或湿度。可以通过一个或多个传感器的使用(诸如传感器225a和225b)来检测或以其他方式建立这些条件中的一个或多个。例如，当以下所讨论的全部三个条件都失效时，可以触发冷却的机械模式。在另一个示例中，可以由希望绕过间接自然冷却模块200的用户来触发机械模式。
自然冷却模式
参考图4，示出了使用在图2中示出的系统的第二操作模式。在第二操作模式期间，该第二操作模式也称为自然冷却模式，来自内部环境260的全部热空气232被引导到间接自然冷却模块200。因此，引导到冷却装置250中的进料空气235完全由来自间接自然冷却模块200的已处理的空气234组成。在该操作模式期间，第一风挡215a是关闭的并且第二风挡215b是打开的。来自内部环境260的热空气232首先被引导通过第一热交换机210a，在该热交换机210a中热空气232与诸如从绝热装置205出来的冷却的外部空气233的冷却流体源逆向流动。这将热空气232冷却到第一温度。第一温度可以是预定的或阈值温度或由用户和/或控制系统设置的温度范围。离开第一热交换机210a的空气然后被引导通过第二热交换机210b，在该第二热交换机210b中它通过在逆流冷却流体(如由绝热装置205提供的冷却的外部空气233)中进行的热交换被更进一步地冷却。此外，离开第二热交换机的作为已处理的流234的空气可以被冷却到预定的温度或由用户和/或控制系统设置的温度范围。一个或多个风扇220也可以用来将空气移动通过间接自然冷却模块200。水的一个或多个源231可以与绝热装置205连通。
自然冷却操作模式可以在一个或多个条件下被触发或以其他方式激活。例如，控制系统265可以使用位于整个系统中的一个或多个传感器(诸如传感器225a和225b)以确定是否满足一定的条件，诸如与系统相关的一个或多个空气流是否具有一定的温度值或湿度值。以下所列的是可以激活自然冷却操作模式的条件的三个不同的非限制性示例。在实践中，为了使自然冷却操作模式得以激活，必须满足这些条件中的一个或多个。根据一个实施例，必须满足条件1和条件2。在另一个实施例中，必须满足条件1和条件3。在另外其它的实施例中，必须满足全部三个条件。
条件1：T空气>T设置，其中T空气是内部环境260内的空气的温度，而T设置是内部环境260内的设置点或期望温度。换句话说，内部环境260中的空气的温度必须比用户期望的更暖。
条件2：Text.干<T空气至少4℃，其中Text.干是外部空气230的源的干球温度。换句话说，外部空气230的源的温度低于内部环境260内的空气的温度。
条件3：Text.干-Text.湿大于3℃，其中Text.湿是外部空气230的源的湿球温度。这些温度读数建立了状态，包括水蒸气的含量以及外部空气230的源的显热(sensible energy)和潜能(热函)。根据一些实施例，这些读数可以结合热函/湿度图来使用以进一步定义间接自然冷却模块200的操作条件。
混合冷却模式
参考图5，示出了使用在图2中示出的系统的第三操作模式。在第三操作模式期间，该第三操作模式也称为混合冷却模式，从内部环境260输送的热空气232被引导通过第一风挡215a和间接自然冷却模块200。因此，第一风挡215a和第二风挡215b打开到一定程度并且因此供应到冷却装置250的进料空气235由直接从内部环境输送的热空气232和从间接自然冷却模块200输送的已处理的空气234的混合物组成。引导到间接自然冷却模块200的热空气232的比例可以根据系统的操作条件而改变。在一个实施例中，大约50％的热空气232可以被引导通过间接自然冷却模块200。如本领域的一个技术人员将会容易意识到的，其它比例也在本公开的范围内。
根据一些实施例，当不满足以上所概述的条件中的一个或多个时，可以激活混合冷却操作模式。例如，或许不满足条件1。激活混合冷却模式的控制方案的示例将在以下进一步地讨论。
示例控制方案
根据一个实施例，与机械模式、自然冷却模式以及混合冷却模式相关的操作模式可以根据通常由600表示的控制方案或过程来激活并且通过图6中的流程图示出。该控制方案可以通过以上所讨论的控制器265使用。在流程图中，Text.干是外部空气源的干球温度，Text.湿是外部空气源的湿球温度，T设置是内部环境内的空气的设置点或期望温度，T空气是内部环境内的空气的温度，以及Text.*是由控制器使用的虚拟温度或参考温度以确定激活哪个操作模式。
过程在步骤602处开始，在其中关于是否可以使用包括在间接自然冷却模块中的绝热冷却器做出决定。在该步骤中，系统确定Text.干-Text.湿是否大于3℃。如果答案为是，则在步骤604处激活与绝热冷却器相关的一个或多个机械系统。例如，可以给配置为产生用于绝热冷却器的水滴的泵供电。此外，在步骤604处，参考温度被Text.*被设置为等于外部空气源的湿球温度(Text.湿)。如果对于步骤602的答案为否，过程则继续到步骤606，其中与绝热冷却器相关的机械系统没有被激活并且参考温度Text.*被设置为等于外部空气源的干球温度(Text.干)。
在步骤608处，关于是否可以使用自然冷却模块做出决定。这通过确定内部环境内的温度和参考温度之间的差(T空气-Text.*)是否大于4℃来完成。换句话说，外部空气的温度需要低于内部环境的温度一定量，在该情况中是4℃。如果答案为否，那么根据一些实施例，在步骤610处激活机械操作模式，并且来自内部环境的空气只被引导到冷却装置并且因此绕过间接自然冷却模块，如上所讨论。根据其它实施例，如果对于步骤608的答案为否，则使用迟滞补偿来进行附加的计算。如本领域的一个技术人员所意识到的，恒温器和控制系统往往使用迟滞来避免快速地开关通断，因为这些系统需要花费时间来响应并且如果其被不断地打开和关闭将会更快得磨损。使用迟滞，冷却器将在温度控制点打开，但是然后不关闭直到温度已经降低一定的量或由用户或控制系统设置的阈值。相似地，冷却器将不会返回到打开直到温度升高了阈值。例如，参考图6，假设阈值设置在1，如果T空气-Text.*<3℃，则可以激活机械模模式。
返回图6，如果对于步骤608的答案为是，则过程进行到步骤612，其中关于参考温度是否足够的低以在没有冷却装置的协助下冷却来自内部环境的空气做出决定。在该示例中，这通过确定参考温度是否低于设置点温度(Text.*<T设置.*)来确定。如果对于步骤612的答案为是，那么如上所讨论的，自然冷却操作模式在步骤614处被激活。例如，将来自内部环境的全部空气引导到间接自然冷却模块。如果对于步骤612的答案为否，那么如上所讨论的，混合冷却操作模式在步骤616处被激活。在该实例中，将来自内部环境的空气的一部分引导到间接自然冷却模块并且将空气的剩余部分引导到冷却装置。换句话说，将来自内部环境的进入空气的一部分直接输送到间接自然冷却模块和冷却装置二者。
本文所公开的系统和方法具有许多优点。例如，间接自然冷却模块可以被组装或作为配置为改装现有冷却系统(诸如，利用基于蒸汽压缩类型的技术的冷却装置的冷却系统)的配套件出现。另外，由于外部空气源和待冷却的热空气源之间没有直接的混合，因此可能出现在外部空气中的污染物没有传递到正在冷却的环境。
因此本文已经描述了至少一个示例的若干方面，应该理解的是，本领域技术人员将容易地想到各种改变、修改和改进。例如，本文所公开的示例也可以用于其他背景下。这些改变、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落入本文所讨论的示例的范围内。因此，前面的说明书和附图仅作为示例的方式。

Claims (20)

1.一种用于冷却来自数据中心的空气的间接自然冷却模块，包括：
绝热装置，其与外部空气源流体连通并被配置为冷却所述外部空气源以产生冷却的外部空气；
至少一个热交换机，其被配置为与所述绝热装置和来自所述数据中心的空气流流体连通并被配置为利用由所述绝热装置产生的所述冷却的外部空气来冷却来自所述数据中心的所述空气流以产生已处理的空气；
风挡系统，其与所述至少一个热交换机和来自所述数据中心的所述空气流流体连通，使得所述风挡系统的第一风挡与来自所述数据中心的所述空气流流体连通且所述风挡系统的第二风挡与来自所述至少一个热交换机的所述已处理的空气流体连通；以及
控制系统，其与所述风挡系统通信并且被配置为选择性地将来自所述数据中心的所述空气流引导到所述至少一个热交换机并且选择性地将来自所述至少一个热交换机的已处理的空气流引导经过所述风挡系统。
2.根据权利要求1所述的间接自然冷却模块，还包括与所述控制系统通信的至少一个传感器，所述至少一个传感器配置为确定所述外部空气源和来自所述数据中心的空气中的一个的温度值和湿度值中的至少一个，其中所述控制系统还配置为基于由所述至少一个传感器确定的至少一个值来确定至少一个操作条件。
3.根据权利要求2所述的间接自然冷却模块，其中，所述至少一个传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器与来自所述数据中心的空气流流体连通并且配置为确定来自所述数据中心的空气的温度值，并且所述第二传感器与所述外部空气源流体连通并且配置为确定所述外部空气源的干球温度值和湿球温度值。
4.根据权利要求3所述的间接自然冷却模块，其中，所述控制系统还配置为接收针对来自所述数据中心的空气的设置点温度值，并且所述至少一个操作条件包括以下项中的至少一个：
所述干球温度值和所述湿球温度值之间的差大于第一阈值；
来自所述数据中心的所述空气的所述温度值和所述干球温度值之间的差大于第二阈值；
来自所述数据中心的所述空气的所述温度值和所述湿球温度值之间的差大于所述第二阈值；以及
所述设置点温度值比所述干球温度值和所述湿球温度值中的任何一个更大。
5.根据权利要求4所述的间接自然冷却模块，其中，当满足至少一个操作条件时，所述控制系统将来自所述数据中心的空气流引导到所述至少一个热交换机的进口并且将来自所述至少一个热交换机的出口的所述已处理的空气流引导到所述第二风挡的进口。
6.根据权利要求1所述的间接自然冷却模块，其中，所述至少一个热交换机包括具有与来自所述数据中心的空气流体连通的进口的第一热交换机和具有与由所述绝热装置产生的所述冷却的外部空气流体连通的进口的第二热交换机。
7.根据权利要求6所述的间接自然冷却模块，其中，所述第一热交换机和所述第二热交换机串联布置。
8.一种用于冷却来自数据中心的空气的冷却系统，所述冷却系统包括：
冷却装置，其具有与所述数据中心流体连通的出口；
间接自然冷却模块，其包括：
绝热装置，其与外部空气源流体连通并被配置为冷却所述外部空气源以产生冷却的外部空气；
至少一个热交换机，其被配置为与所述绝热装置和来自所述数据中心的空气流流体连通并被配置为利用由所述绝热装置产生的所述冷却的外部空气来冷却来自所述数据中心的所述空气流以产生已处理的空气；
风挡系统，其与来自所述数据中心的所述空气流、所述冷却装置和所述间接自然冷却模块的所述至少一个热交换机流体连通，使得所述风挡系统的第一风挡的进口与来自所述数据中心的所述空气流流体连通且所述第一风挡的出口与所述冷却装置的进口流体连通，并且所述风挡系统的第二风挡的进口与来自所述至少一个热交换机的所述已处理的空气流体连通且所述第二风挡的出口与所述冷却装置的所述进口流体连通；以及
控制系统，其与所述风挡系统通信并且被配置为选择性地将来自所述数据中心的所述空气流引导到所述至少一个热交换机的进口，或引导经过所述第一风挡到达所述冷却装置的进口，或既引导到所述至少一个热交换机的所述进口又引导经过所述第一风挡到达所述冷却装置的所述进口。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，还包括与所述控制系统通信的至少一个传感器，所述至少一个传感器配置为确定所述外部空气源和来自所述数据中心的空气中的一个的温度值和湿度值中的至少一个，其中所述控制系统还配置为基于由所述至少一个传感器确定的至少一个值来确定至少一个操作条件。
10.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述至少一个传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器与来自所述数据中心的空气流流体连通并且配置为确定来自所述数据中心的空气的温度值，并且所述第二传感器与所述外部空气源流体连通并且配置为确定所述外部空气源的干球温度值和湿球温度值。
11.根据权利要求10所述的冷却系统，其中，所述控制系统还配置为接收针对来自所述数据中心的所述空气的设置点温度值，并且所述至少一个操作条件包括以下项中的至少一个：
所述设置点温度值比所述干球温度值和所述湿球温度值中的任何一个更高；
所述干球温度值和所述湿球温度值之间的差大于第一阈值；
来自所述数据中心的所述空气的所述温度值和所述干球温度值之间的差大于第二阈值；
来自所述数据中心的所述空气的所述温度值和所述湿球温度值之间的差大于所述第二阈值；以及
所述设置点温度值比所述干球温度值和所述湿球温度值中的任何一个更大。
12.根据权利要求11所述的冷却系统，其中，当满足至少一个操作条件时，所述控制系统将来自所述数据中心的空气流引导到所述至少一个热交换机的所述进口并且将来自所述至少一个热交换机的已处理的空气流引导通过所述第二风挡。
13.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，来自所述至少一个热交换机且通过所述第二风挡的所述已处理的空气流被引导到所述冷却装置的所述进口。
14.根据权利要求11所述的冷却系统，其中，当不满足至少一个操作条件时，所述控制系统将来自所述数据中心的空气流引导经过所述第一风挡到达所述冷却装置的所述进口。
15.根据权利要求11所述的冷却系统，其中，当至少一个操作条件满足时且当至少一个操作条件不满足时，所述控制系统将来自所述数据中心的空气流引导到所述至少一个热交换机且引导经过所述第一风挡到达所述冷却装置的所述进口。
16.根据权利要求8所述的冷却系统，其中，所述间接自然冷却模块配置为加装所述冷却装置和所述风挡系统。
17.一种使用冷却系统来冷却来自数据中心的空气的方法，所述冷却系统包括冷却装置、包括绝热装置和至少一个热交换机的间接自然冷却模块、风挡系统、配置为确定来自所述数据中心的空气流的温度值的第一传感器以及配置为确定外部空气源的干球温度值和湿球温度值的第二传感器，所述方法包括：
接收针对来自所述数据中心的所述空气流的设置点温度值；
使用所述第一传感器确定来自所述数据中心的所述空气流的温度值；
使用所述第二传感器确定所述外部空气源的干球温度值和湿球温度值；
计算所述干球温度值和所述湿球温度值之间的差以确定第一计算值；
计算来自所述数据中心的所述空气流的所述温度值和所述干球温度值之间的差以确定第二计算值；
计算来自所述数据中心的所述空气流的所述温度值和所述湿球温度值之间的差以确定第三计算值；
计算所述设置点温度值和所述湿球温度值之间的差以确定第四计算值；以及
基于所述第一计算值、所述第二计算值、所述第三计算值和所述第四计算值中的至少一个，选择性地将来自所述数据中心的所述空气流引导经过所述至少一个热交换机和所述风挡系统的第一风挡到达所述冷却装置的进口，或引导经过所述风挡系统的第二风挡到达所述冷却装置的所述进口，或既引导经过所述至少一个热交换机且经过所述第一风挡到达所述冷却装置的所述进口又引导经过所述第二风挡到达所述冷却装置的所述进口。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括当所述第一计算值小于第一阈值并且所述第二计算值小于第二阈值时，将来自所述数据中心的所述空气流引导经过所述第二风挡到达所述冷却装置的所述进口。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括当所述第一计算值大于第一阈值，所述第三计算值大于第二阈值并且所述第四计算值大于第三阈值时，将来自所述数据中心的所述空气流引导经过所述至少一个热交换机和所述第一风挡到达所述冷却装置的所述进口。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括当所述第一计算值大于第一阈值，所述第三计算值大于第二阈值并且所述第四计算值小于第三阈值时，将来自所述数据中心的所述空气流引导经过所述至少一个热交换机和所述第一风挡到达所述冷却装置的所述进口且引导经过所述第二风挡到达所述冷却装置的所述进口。
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