CN107734919B - 数据中心、数据中心模块化单元及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据中心模块化单元，包括：制冷模块，包括容置制冷设备的第一箱体，所述制冷模块具有输出端；机柜模块，包括两个容置网络通信设备的第二箱体，两个第二箱体平行间隔设置从而其间形成冷流通道，所述制冷模块的输出端至少部分正对所述冷流通道；以及配电模块，包括容置配电设备的第三箱体，所述配电模块设置在机柜模块远离制冷模块的一端，且至少部分正对所述冷流通道。本发明还涉及一种数据中心模块化单元的冷却方法和数据中心。本发明将数据中心所需要的制冷模块、配电模块、机柜模块等所有核心部件按照功能逻辑高度集成在各个模块中，在工厂预制组装完成，统一运输至数据中心现场，可快速完成吊装拼接，将数据中心交付使用。

Description

数据中心、数据中心模块化单元及其冷却方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种数据中心、数据中心模块化单元及该数据中心模块化单元的冷却方法。

背景技术

数据中心是信息与互联网业务的生产中心、处理中心、存储中心。目前，数据中心的建设一般分为新建大楼类或者旧楼改造类两种类型。

第一种类型的建设需要在规划前期预测信息容量，配电容量以及制冷容量等，然后根据图纸招标进行建筑设计及施工。随后根据用户需求进行室内施工装修及基础设施施工，最后交付使用，整体耗时约2～3年。在互联网瞬息万变的时代，经过如此漫长的建设时间有可能建成之时需求已经有所改变。

第二种类型的建设需要根据用户需求对就大楼中很多土建进行工程化改造变更。规划设计再加上除旧立新，耗时也要0.5～1年。

无论是第一种类型还是第二种类型的数据中心，其建设未能完全与土建建筑解构，而土建建设一般具有工期长、成本高、灵活性差、变更难度大、一次性投入大，资源很难重复利用等特点，因此数据中心的建设时间、成本、实用性等完全受限于土建条件。

发明内容

基于此，有必要针对数据中心建设受限的问题，提供一种可以灵活生长的数据中心、数据中心模块化单元及该数据中心模块化单元的冷却方法。

一种数据中心模块化单元，包括：

制冷模块，包括容置制冷设备的第一箱体，所述制冷模块具有输出端；

机柜模块，包括两个容置网络通信设备的第二箱体，两个第二箱体平行间隔设置从而其间形成冷流通道，所述制冷模块的输出端至少部分正对所述冷流通道；以及

配电模块，包括容置配电设备的第三箱体，所述配电模块设置在机柜模块远离制冷模块的一端，且至少部分正对所述冷流通道。

在一实施例中，所述第一箱体、第二箱体以及第三箱体均呈双层设置，其中网络通信设备设置在第二箱体的底层，配电设备设置在第三箱体的底层，第二箱体、第三箱体的顶层形成热流通道。

在一实施例中，还包括蓄电模块，所述蓄电模块包括两个容置蓄电设备的第四箱体，两个第四箱体平行间隔设置，且每一第四箱体设置在配电模块与对应的一个第二箱体之间，两个所述第四箱体之间的间隔构成所述冷流通道的延续。

在一实施例中，所述第一箱体、第二箱体、第三箱体以及第四箱体均呈双层结构设置，其中网络通信设备设置在第二箱体的底层，配电设备设置在第三箱体的底层，蓄电设备设置在第四箱体的底层，第二箱体、第三箱体、第四箱体的顶层形成热流通道。

在一实施例中，还包括连接件，所述连接件包括梁和柱，所述梁用于在水平方向连接制冷模块、机柜模块、蓄电模块和配电模块，所述柱用于在竖直方向连接制冷模块、机柜模块、蓄电模块或配电模块的双层结构。

在一实施例中，所述网络通信设备摆放在第二箱体的靠近冷流通道的一侧，及/或，所述蓄电设备摆放在第四箱体的靠近冷流通道的一侧，所述第二箱体的另一侧及/或所述第四箱体的另一侧形成辅助热流通道。

在一实施例中，所述第一箱体沿着平行于第二、第四箱体的方向摆放，所述第三箱体沿着垂直于第二、第四箱体的方向摆放。

在一实施例中，所述第一箱体的顶层依次设有新风阀和回风阀，所述第一箱体的顶层和底层之间依次设有混风阀和旁通阀，且混风阀和旁通阀位于新风阀和回风阀之间，所述第三箱体的顶层设有排风阀。

在一实施例中，所述第一箱体的顶层于新风阀之后设有新风处理阀，及/或第一箱体的底层于混风阀和旁通阀之间设置风机盘管，及/或第一箱体的底层于输出端设有风墙。

一种数据中心，包括多个上述的数据中心模块化单元。

在一实施例中，两个相邻的数据中心模块化单元共用一个所述配电模块。

一种上述的数据中心模块化单元的冷却方法，设定第一温度、第二温度、第三温度，其中第一温度低于第二温度，第二温度低于第三温度，当环境温度为第一温度时，采用外循环的方法冷却所述数据中心模块化单元，当环境温度为第三温度时，采用内循环的方法冷却所述数据中心模块化单元，当环境温度为第二温度时，同时采用内、外循环的方法冷却所述数据中心模块化单元。

在一实施例中，所述第一箱体的顶层依次设有新风阀和回风阀，所述第一箱体的顶层和底层之间依次设有混风阀和旁通阀，且混风阀和旁通阀位于新风阀和回风阀之间，所述第三箱体的顶层设有排风阀；

采用外循环的方法冷却时，所述新风阀、旁通阀和排风阀开启，所述回风阀和混风阀关闭，制冷模块提供的冷流依次经新风阀、旁通阀，进入机柜模块和蓄电模块内的冷流通道进行热交换后，再经热流通道最终由配电模块的排风阀排出；

采用内循环的方法冷却时，所述新风阀、排风阀间歇开启，所述旁通阀关闭，所述回风阀和混风阀开启，制冷模块提供的冷流经混风阀进入机柜模块和蓄电模块内的冷流通道进行热交换后，再沿热流通道依次返回回风阀和混风阀；

同时采用内、外循环的方法冷却时，所述新风阀、混风阀、排风阀和回风阀开启，所述旁通阀关闭，制冷模块提供的冷流经混风阀进入机柜模块和蓄电模块内的冷流通道进行热交换后，一部分由排风阀排出，另一部分再沿热流通道依次返回回风阀和混风阀。

本发明将数据中心所需要的制冷模块、配电模块、机柜模块等所有核心部件按照功能逻辑高度集成在各个模块中，在工厂预制组装完成，统一运输至预先选定的数据中心现场，按照设计图纸快速吊装拼接，能够迅速完成数据中心建设，交付和使用。同时在数据中心运营的过程中，如果因业务需要而进行搬迁，则可快速分拆成各功能模块，同样整体运输至新的地点快速拼接组建。本发明所有模块均可在工厂预制，统一标准化尺寸，整体运输，现场拼接，快速交付，完全解决了数据中心受土建工程影响的问题。同时，由于运输及装配的便利性，可以解决数据中心一旦建成很难改造或者扩容的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的数据中心模块化单元的立体结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的数据中心模块化单元的立体结构示意图；

图3为图2所示数据中心模块化单元的俯视示意图；

图4为图2所示数据中心模块化单元的侧视示意图；

图5-图7为图3所示数据中心模块化单元的不同冷却方法示意图；

图8为本发明一实施例提供的数据中心的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1中所示，本发明一实施例提供的数据中心模块化单元，包括制冷模块10、机柜模块20、配电模块30。

制冷模块10用于为机柜模块20、配电模块30等数据中心模块化单元中的其他模块提供散热，确保机柜模块20、配电模块30等模块在工作过程中处于合适的温度范围，以保障各模块正常的工作，同时可延长各模块中的电子元件的使用寿命。制冷模块10包括容置制冷设备的第一箱体11，所述制冷模块10具有输出端100。制冷设备可以是一种，或多种组合的方式以提供多种形式的冷源，例如制冷设备可以是冷水机组模组、直接膨胀式风冷机房空调模组、AHU自然冷却模组、自然水体自然冷却模组、顶置式空调模组、氟泵空调模组、热管空调模组、空气泵制冷模组、地源热泵制冷模组、背板水冷模组、蓄冷模块等。

以冷水机组+AHU自然冷却模组的组合为例。所述制冷设备中可根据需要包含冷水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵、风墙、冷水盘管、风阀等器件。各器件可根据统一标准尺寸制成独立模块或部分集成在同一模块中，并最终整合设置在第一箱体11中。制冷模块10的电力来源于配电模块30，电力通过输电线由配电模块30输送至制冷模块10。

一实施例中，第一箱体11为标准尺寸的集装箱，例如可以是A类集装箱，也可以是B类集装箱等。第一箱体11的一端具有开口，构成所述的输出端100，制冷模块10提供的冷流可以从输出端100输出。

机柜模块20包括两个容置网络通信设备210的第二箱体21，两个第二箱体21平行间隔设置从而其间形成冷流通道200，所述制冷模块10的输出端100至少部分正对所述冷流通道200，因而制冷模块10提供的冷流可进入机柜模块20以对内设的网络通信设备210进行冷却。

第二箱体21可以为标准尺寸的集装箱或者框架箱。若为集装箱，应在集装箱上设置一些窗口，若为框架箱，也应在框架箱上设置一些挡墙，以便建立起特定走向的冷却流道。例如挡墙应至少设置在第二箱体21远离冷流通道200的一侧，窗口应至少设置在第二箱体21靠近冷流通道200的一侧，以及第二箱体21的两端。所述网络通信设备210主要包括服务器机柜，还包括一些辅助设施，例如配电柜、管控柜等。第二箱体21内还可集成设置强弱电桥架、照明、监控摄像头等设施。

一些实施例中，所述网络通信设备210摆放在第二箱体21的靠近冷流通道200的一侧，所述第二箱体21的另一侧形成辅助热流通道211。更具体的，所述网络通信设备210的正面与第二箱体21的靠近冷流通道200的一侧平齐，第二箱体21的该一侧呈敞开设置，以便冷流通道200中的冷却气流流通经过这些网络通信设备210。经过热交换的气流可以进入辅助热流通道211，由顶部或者远离制冷模块10的端部流出。

机柜模块20的电力来源于所述配电模块30，通过输电线由所述配电模块30输送至所述机柜模块20。

配电模块30为数据中心模块化单元中的其他模块提供工作所需的电力。配电模块30根据设计不同可包含中压配电模块、低压配电模块、新能源模块及发电模块中的一种或几种模块，各模块可独立成为一个模块，也可集成在同一模块中。

中压配电模块至少包含市电进线接口、计量柜、出线柜及防雷接地等中压配电柜。若配电模块30中还采用了中压柴油发电机，则所述中压配电模块中需包含中压柴发进线柜。

低压配电模块中至少包含变压器、进线柜、出线柜、补偿、直流屏等功能配电柜，还可根据需要添加有源滤波、提升等功能配电柜。

新能源模块包含但不限于水电、风电、潮汐能转换、海洋能转换、天然气冷热电三联供模块及并网模块。

发电模块包含但不限于柴油发电机模块、天然气发电机模块等。

配电模块30包括容置配电设备310的第三箱体31，所述配电模块30设置在机柜模块20远离制冷模块10的一端，且至少部分正对所述冷流通道200。所述配电设备310即可为上述中压配电模块、低压配电模块、新能源模块及发电模块中的一种或多种。第三箱体31也可以是标准尺寸的集装箱或者框架箱。

一些实施例中，所述数据中心模块化单元还包括蓄电模块40，所述蓄电模块40用于部署蓄电池及高压直流系统，其电力来源于所述配电模块30，通过输电线连接，其冷却也通过制冷模块10实现。

所述蓄电模块40包括两个容置蓄电设备410的第四箱体41，两个第四箱体41平行间隔设置，且每一第四箱体41设置在配电模块30与对应的一个第二箱体21之间，两个所述第四箱体41之间的间隔构成所述冷流通道200的延续。

第四箱体41也可以是标准尺寸的集装箱或者框架箱。蓄电设备410可包含电池柜、高压直流整流柜及消防柜等，还可以包含强弱电桥架、照明、监控摄像头等设备。这些设备的部署可以与第二箱体21内的部署一致。第四箱体41的构造也可与第二箱体21的构造相同。

一具体实施例中，所述第一箱体11沿着平行于第二、第四箱体21、41的方向摆放，所述第三箱体31沿着垂直于第二、第四箱体21、41的方向摆放。

一具体实施例中，所述蓄电设备410摆放在第四箱体41的靠近气流通道200的一侧，所述第四箱体41的另一侧形成辅助热流通道411。更具体的，所述蓄电设备410的正面与第四箱体41的靠近气流通道200的一侧平齐，第四箱体41的该一侧呈敞开设置，以便冷流通道200中的冷却气流流通经过这些蓄电设备410。经过热交换的气流可以进入辅助热流通道411，由顶部或者远离制冷模块10的端部流出。

如图2和图3中所示，在一些实施例中，所述第一箱体11、第二箱体21、第三箱体31以及第四箱体41均呈双层结构设置。其中网络通信设备210设置在第二箱体21的底层，配电设备310设置在第三箱体31的底层，蓄电设备410设置在第四箱体41的底层，第二箱体21、第三箱体31、第四箱体41的顶层形成互相连通的热流通道201。所谓双层结构，即各箱体具有叠置的顶底和底层，顶底和底层均可是集装箱或框架箱，集装箱或框架箱上设置的窗口或挡墙的位置和数量根据所设计的气流通路而定。例如第二箱体21、第三箱体31以及第四箱体41根据冷流循环设计均需要在顶层的顶部和外侧设置挡墙，顶层的两端部可设置窗口，从而形成冷流和热流通道。

各个箱体的连接可通过在箱体外设置连接接口，并借助连接件连接。各箱体可在工厂全部预制完毕，每个功能单元箱体结构整体运输至项目现场进行吊装拼接。也可将箱体内的所有设备出厂后在现场进行装配及施工。

连接件包括梁和柱，所述梁用于在水平方向连接制冷模块10、机柜模块20、蓄电模块40和配电模块30，所述柱用于在竖直方向连接制冷模块10、机柜模块20、蓄电模块40或配电模块30的双层结构。例如，机柜模块20的两个第二箱体21之间形成冷流通道200，第二箱体21在水平面上的连接即可借助梁来实现。而机柜模块20的双层结构的堆叠可通过设置柱在竖直方向上形成固定框架，从而使机柜模块20的顶层和底层固定连接。

一些实施例中，制冷模块10与机柜模块20之间，机柜模块20与蓄电模块40之间，以及/或者蓄电模块40与配电模块30之间可以形成间隙，并通过梁实现连接，这些间隙可以构成人流通道、物流通道等。可以理解，各箱体之间也可无缝连接，而在箱体内设置人流通道、物流通道等。

如图4中所示，一具体实施例中，所述第一箱体11的顶层依次设有新风阀111和回风阀112，所述第一箱体11的顶层和底层之间依次设有混风阀113和旁通阀114，且混风阀113和旁通阀114位于新风阀111和回风阀112之间，所述第三箱体31的顶层设有排风阀312。回风阀112可设置在制冷模块10的输出端100。

新风阀111是外部气流进入制冷模块10的通道，新风阀111打开时，外部气流可进入制冷模块10，反之则不可进入制冷模块10。回风阀112是机柜模块20等其他模块内的气流进入制冷模块10的通道，回风阀112打开时，机柜模块20等模块内的气流可进入制冷模块10，反之则不可进入制冷模块10。

混风阀113和旁通阀114均是制冷模块10顶层和底层之间的连接通道，相应的阀门打开时，则制冷模块10的该对应位置的顶层和底层相通，反之则不通。通过控制新风阀111、回风阀112、混风阀113和旁通阀114的启闭可以实现不同冷却模式。

进一步的，一些实施例中，制冷模块10的顶层具有新风处理通道，例如制冷模块10的顶层于新风阀111之后还设有新风处理阀115，该新风处理阀115可对进入制冷模块10的气流作过滤等处理。

一些实施例中，第一箱体11的底层于混风阀113和旁通阀114之间设置风机盘管116，于输出端100还设置风墙117。所述旁通阀114即为盘管旁通阀。所述风墙117用于将制冷模块10中的气流推送出去，在输出端100输出。而风机盘管116的启闭不同状态可实现不同的制冷模式。

同时参考图5-7，本发明一实施例还提供一种数据中心模块化单元的冷却方法。该冷却方法包括三种模式，根据环境温度的高低而决定具体采用何种模式。具体的，可设定第一温度、第二温度、第三温度，其中第一温度低于第二温度，第二温度低于第三温度。所述的第一温度、第二温度、第三温度可以是一个具体温度值，也可以是一个范围值。

当环境温度为第一温度时，采用外循环的方法冷却所述数据中心模块化单元，即直接利用具有较低温度的外部气流流经所述数据中心模块化单元以对其内的电子元器件进行冷却。

当环境温度为第三温度时，采用内循环的方法冷却所述数据中心模块化单元。此时因外部环境温度较高，可以循环利用制冷模块10提供的冷流在所述数据中心模块化单元中循环，达到冷却效果。

当环境温度为第二温度时，同时采用内、外循环的方法冷却所述数据中心模块化单元。

具体的，如图5中所示，采用外循环的方法冷却时，所述新风阀111、旁通阀114和排风阀312开启，所述回风阀112和混风阀113关闭，制冷模块10提供的冷流依次经新风阀111、旁通阀114，进入机柜模块20和蓄电模块40内的冷流通道200进行热交换后，再经热流通道201最终由配电模块30的排风阀312排出。进入机柜模块20和蓄电模块40内的冷流通道200进行热交换后，还可先进入辅助热流通道211、411，再进入顶部的热流通道201，最终由配电模块30的排风阀312排出。

如图6中所示，采用内循环的方法冷却时，所述新风阀111、排风阀312间歇开启，所述旁通阀114关闭，所述回风阀112和混风阀113开启，制冷模块10提供的冷流足够使用后，新风阀111、排风阀312关闭，产生的冷流经混风阀113进入机柜模块20和蓄电模块40内的冷流通道200进行热交换后，再沿热流通道201依次返回回风阀112和混风阀113，以重复利用这些已经经过热交换的冷流。当冷流热交换后温度升高，致使不再足够冷却时，新风阀111、排风阀312打开，使过高温度的气流排出，而制冷模块10提供新的冷流，直到冷流足够使用后，新风阀111、排风阀312关闭，使冷流内循环，如此往复。

如图7中所示，同时采用内、外循环的方法冷却时，所述新风阀111、混风阀113、排风阀312和回风阀112开启，所述旁通阀114关闭，制冷模块10提供的冷流经混风阀113进入机柜模块20和蓄电模块40内的冷流通道200进行热交换后，一部分由排风阀312排出，另一部分再沿热流通道201依次返回回风阀112和混风阀113。这另一部分返回制冷模块10的气流与制冷模块10新提供的冷流，一起进入机柜模块20和蓄电模块40参与这些模块的冷却。

如图8所示，本发明还提供一种数据中心，包括多个上述的数据中心模块化单元。这些数据中心模块化单元根据现场的建筑物等限制在横向或纵向上进行合理数量的排列。一些实施例中，两个相邻的数据中心模块化单元共用一个所述配电模块30。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数据中心模块化单元，其特征在于包括：

制冷模块，包括容置制冷设备的第一箱体，所述制冷模块具有输出端；

机柜模块，包括两个容置网络通信设备的第二箱体，两个第二箱体平行间隔设置从而其间形成冷流通道，所述制冷模块的输出端至少部分正对所述冷流通道；以及

配电模块，包括容置配电设备的第三箱体，所述配电模块设置在机柜模块远离制冷模块的一端，且至少部分正对所述冷流通道；

所述第一箱体、第二箱体以及第三箱体均呈双层设置，其中制冷设备设置在第一箱体的底层，网络通信设备设置在第二箱体的底层，配电设备设置在第三箱体的底层，第二箱体、第三箱体的顶层形成互相连通的热流通道；

所述第一箱体的顶层依次设有新风阀和回风阀，所述第一箱体的顶层和底层之间依次设有混风阀和旁通阀，且混风阀和旁通阀位于新风阀和回风阀之间，所述第三箱体的顶层设有排风阀。

2.根据权利要求1所述的数据中心模块化单元，其特征在于，还包括蓄电模块，所述蓄电模块包括两个容置蓄电设备的第四箱体，两个第四箱体平行间隔设置，且每一第四箱体设置在配电模块与对应的一个第二箱体之间，两个所述第四箱体之间的间隔构成所述冷流通道的延续。

3.根据权利要求2所述的数据中心模块化单元，其特征在于，所述第一箱体、第二箱体、第三箱体以及第四箱体均呈双层结构设置，其中网络通信设备设置在第二箱体的底层，配电设备设置在第三箱体的底层，蓄电设备设置在第四箱体的底层，第二箱体、第三箱体、第四箱体的顶层形成热流通道。

4.根据权利要求3所述的数据中心模块化单元，其特征在于，还包括连接件，所述连接件包括梁和柱，所述梁用于在水平方向连接制冷模块、机柜模块、蓄电模块和配电模块，所述柱用于在竖直方向连接制冷模块、机柜模块、蓄电模块或配电模块的双层结构。

5.根据权利要求3所述的数据中心模块化单元，其特征在于，所述网络通信设备摆放在第二箱体的靠近冷流通道的一侧，及/或，所述蓄电设备摆放在第四箱体的靠近冷流通道的一侧，所述第二箱体的另一侧及/或所述第四箱体的另一侧形成辅助热流通道。

6.根据权利要求3所述的数据中心模块化单元，其特征在于，所述第一箱体沿着平行于第二、第四箱体的方向摆放，所述第三箱体沿着垂直于第二、第四箱体的方向摆放。

7.根据权利要求1所述的数据中心模块化单元，其特征在于，所述第一箱体的顶层于新风阀之后设有新风处理阀，及/或第一箱体的底层于混风阀和旁通阀之间设置风机盘管，及/或第一箱体的底层于输出端设有风墙。

8.一种数据中心，其特征在于包括多个如权利要求1-7项中任意一项所述的数据中心模块化单元。

9.根据权利要求8所述的数据中心，其特征在于，两个相邻的数据中心模块化单元共用一个所述配电模块。

10.一种如权利要求1或3所述的数据中心模块化单元的冷却方法，其特征在于，设定第一温度、第二温度、第三温度，其中第一温度低于第二温度，第二温度低于第三温度，当环境温度为第一温度时，采用外循环的方法冷却所述数据中心模块化单元，当环境温度为第三温度时，采用内循环的方法冷却所述数据中心模块化单元，当环境温度为第二温度时，同时采用内、外循环的方法冷却所述数据中心模块化单元；

采用外循环的方法冷却时，所述新风阀、旁通阀和排风阀开启，所述回风阀和混风阀关闭，制冷模块提供的冷流依次经新风阀、旁通阀，进入机柜模块和蓄电模块内的冷流通道进行热交换后，再经热流通道最终由配电模块的排风阀排出；

采用内循环的方法冷却时，所述新风阀、排风阀间歇开启，所述旁通阀关闭，所述回风阀和混风阀开启，制冷模块提供的冷流经混风阀进入机柜模块和蓄电模块内的冷流通道进行热交换后，再沿热流通道依次返回回风阀和混风阀；

同时采用内、外循环的方法冷却时，所述新风阀、混风阀、排风阀和回风阀开启，所述旁通阀关闭，制冷模块提供的冷流经混风阀进入机柜模块和蓄电模块内的冷流通道进行热交换后，一部分由排风阀排出，另一部分再沿热流通道依次返回回风阀和混风阀。

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