CN108781525A - 高湿度环境中的自由冷却 - Google Patents

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Abstract

一种数据中心包括发热部件和空气处理系统，所述空气处理系统提供相对湿度降低的空气以冷却所述发热部件。所述空气处理系统包括蓄热单元，所述蓄热单元在给定的一组环境空气条件下从进入的空气中去除热能，并且在另一组环境空气条件下将热能释放到进入的空气中。在所述给定的一组环境空气条件下，所述蓄热单元冷却所述进入的空气并且致使水蒸气从所述进入的空气中冷凝出来。在所述另一组环境空气条件下，所述蓄热单元将热能释放到所述进入的空气中，从而对所述进入的空气进行加热。

Description

高湿度环境中的自由冷却
背景技术
诸如在线零售商、互联网服务提供商、搜索提供商、金融机构、大学和其他计算密集型组织的组织经常从大规模计算设施中进行计算机操作。此类计算设施容纳并且适应大量服务器、网络和计算机设备，以便根据需要处理、存储和交换数据以执行组织的操作。通常，计算设施的计算机房包括许多服务器机架。每个服务器机架进而又包括许多服务器和相关联的计算机设备。
计算机系统通常包括许多产生废热的部件。此类部件包括印刷电路板、大容量存储装置、电源和处理器。例如，一些具有多个处理器的计算机可能产生250瓦的废热。一些已知的计算机系统包括多个这种较大的多处理器计算机，这些计算机被配置成机架安装式部件，并且随后定位在支架系统(racking system)内。一些已知的支架系统包括40个这种机架安装式部件，因此此类支架系统将产生多达10千瓦的废热。此外，一些已知的数据中心包括多个这种支架系统。一些已知的数据中心包括通常通过使空气循环穿过机架系统中的一个或多个来促进从多个支架系统中去除废热的方法和设备。
许多数据中心依靠具有机械制冷机的空气调节系统来将其数据中心的温度和其他环境条件维持在可接受的限度内。安装和运行这些系统的初始和持续成本可能会使数据中心运营的成本和复杂性大量增加。
一些数据中心依靠蒸发冷却(即利用液体蒸发的冷却)或自由冷却(即不使用蒸发冷却器或机械制冷机的冷却)来将其数据中心的温度和其他环境条件维持在可接受的限度内。然而，如果用于冷却计算机系统的空气的相对湿度超过上限阈值，则数据中心内的计算机系统可能无法正常运行。因此，利用蒸发冷却和/或自由冷却的此类数据中心可能受限于具有温和温度的天气条件的位置和/或具有低的相对湿度的位置。
附图说明
图1A示出根据一些实施例的具有包括蓄热单元的空气处理系统的数据中心的日间操作。
图1B示出根据一些实施例的具有包括蓄热单元的空气处理系统的数据中心的夜间操作。
图2A示出根据一些实施例的在日间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的空气温度的示例性图表。
图2B示出根据一些实施例的在日间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的相对湿度的示例性图表。
图2C示出根据一些实施例的在夜间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的空气温度的示例性图表。
图2D示出根据一些实施例的在夜间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的相对湿度的示例性图表。
图3示出根据一些实施例的包括蓄热单元的空气处理系统。
图4示出根据一些实施例的蓄热单元的一部分的管。
图5示出根据一些实施例的具有包括蓄热单元的空气处理系统和辅助冷却系统的数据中心。
图6示出根据一些实施例的安装在机架中的计算机系统以及测量与计算机系统相关的条件的虚拟传感器。
图7示出根据一些实施例的在日间条件期间使用包括蓄热单元的空气处理系统来冷却热负载的过程。
图8示出根据一些实施例的在夜间条件期间使用包括蓄热单元的空气处理系统来冷却热负载的过程。
图9示出根据一些实施例的改变在空气处理系统的蓄热单元中使用的相变材料的过程。
图10示出根据一些实施例的可以在服务提供商网络中使用和/或可以用于至少部分地实现基于模型的冷却控制系统的计算机系统。
虽然本发明易于有各种修改和替代形式，但是其具体实施例在附图中以举例的方式示出并且将在本文中进行详细描述。然而，应当理解，附图和对其的详细描述并不意图将本发明限于所公开的特定形式，而是相反，其意图在于覆盖落在如由所附权利要求书限定的本发明精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。本文中使用的标题仅用于组织目的，并且并不意图用于限制本说明书或权利要求书的范围。如贯穿本申请所使用的，词语“可以”是在容许意义上(即，意指具有可能性)而非强制意义上(即，意指必须)使用的。类似地，词语“包括(include/including/includes)”意味着包括但不限于。
具体实施方式
公开了用于使用包括蓄热单元的空气处理系统来向一个或多个热负载提供冷却的系统和方法。根据一个实施例，数据中心包括诸如计算机系统、电气系统、联网设备等的发热部件，以及被配置成向发热部件提供经温度和湿度调节的空气以冷却发热部件的空气处理系统。空气处理系统包括蓄热单元和空气移动装置，所述空气移动装置被配置成引导来自数据中心外部的外部环境的空气穿过蓄热单元并朝向发热部件。在针对外部环境中的空气给定的一组环境空气条件下，蓄热单元被配置成当空气穿过蓄热单元时从被引导穿过蓄热单元的空气中去除热能。在针对外部环境中的空气的另一组环境空气条件下，蓄热单元被配置成当空气穿过蓄热单元时，将先前从穿过蓄热单元的空气中去除的热能释放到被引导穿过蓄热单元的空气中。在另一组环境空气条件下当空气穿过蓄热单元时将热能释放到空气中，使蓄热单元随后在给定的一组环境空气条件下从空气中去除热能的能力恢复(recharge)。例如，蓄热单元可以包括相变材料，诸如石蜡、盐溶液、无机相变材料或具有高熔化热的其他合适材料。在给定的一组环境空气条件(诸如日间环境空气条件)下，当空气穿过蓄热单元时，相变材料可以熔化(即从固相改变为液相)。随后，在另一组环境空气条件(诸如夜间环境空气条件)下，当空气穿过蓄热单元时，相变材料可以凝固(并且因此恢复)。当空气穿过蓄热单元时，相变材料的熔化可以从空气中去除热能并且冷却空气。较冷的空气可以被冷却到空气的露点温度以下，并且因此将水蒸气从空气中冷凝出来。随后，冷却的空气可以与返回空气混合，从而稍微对空气混合物进行加热并且降低空气混合物的相对湿度。此外，当空气穿过蓄热单元时，相变材料凝固可以导致将热能释放到空气中并且对空气进行加热。空气的加热可能导致空气的相对湿度降低。在给定的环境空气条件和其他环境空气条件下，已经穿过蓄热单元并且已经与返回空气混合的空气可能具有比环境空气更低的相对湿度。较低的相对湿度可以用于冷却数据中心中的发热部件，诸如计算机系统。
根据一个实施例，一种空气处理系统包括蓄热单元和空气移动装置，所述空气移动装置被配置成引导空气穿过蓄热单元。在给定的一组空气条件下，蓄热单元被配置成从穿过蓄热单元的空气中去除热能，并且在另一组空气条件下，蓄热单元被配置成将先前去除的热能释放到穿过蓄热单元的空气中。空气处理系统还包括控制系统，所述控制系统被配置成控制穿过空气处理系统的空气流动，使得在给定的一组空气条件下并且当热储存单元正在从穿过蓄热单元的空气中去除热能时，包含已经穿过蓄热单元的空气的空气流动被维持在温度阈值和湿度阈值以下。控制系统还被配置成控制穿过空气处理系统的空气流动，使得在另一组空气条件下并且当蓄热单元正在将热能释放到穿过蓄热单元的空气中时，包含已经穿过蓄热单元的空气的空气流动被维持在温度阈值和湿度阈值以下。
根据一个实施例，一种方法包括引导来自外部环境的空气穿过空气处理系统的蓄热单元，其中蓄热单元被配置成：在针对外部环境中的空气给定的一组环境空气条件下，当空气穿过蓄热单元时，从空气中去除热能；在针对外部环境中的空气的另一组环境空气条件下，当空气穿过蓄热单元时，将先前从穿过蓄热单元的空气中去除的热能释放到空气中。所述方法包括在给定的一组环境空气条件下以及在另一组环境空气条件下，空气处理系统降低已经穿过蓄热单元并且已经与返回空气混合的空气的相对湿度。所述方法还包括将具有降低的相对湿度的空气引向热负载以冷却所述热负载。
如本文所使用的，“过道”意指示紧邻一个或多个机架的空间。
如本文所使用的，“空气移动装置”包括能够移动空气的任何装置、元件、系统或其组合。空气移动装置的实例包括风扇和鼓风机。
如本文所使用的，“环境”是指系统或数据中心的位置处的外部空气的条件。例如，可以在空气处理系统的进气罩处或附近获取环境温度。
如本文所使用的，“冷过道”意指可以从中吸取空气以用于从系统的发热部件(诸如机架计算系统的发热部件)中去除热量的过道。
如本文所使用的，“计算”包括可以由计算机执行的任何操作，诸如计算、数据存储、数据检索或通信。
如本文所使用的，“计算装置”包括可以执行计算操作的各种装置中的任何一个，诸如计算机系统或其部件。计算装置的一个实例是机架安装式服务器。如本文所使用的，术语计算装置不仅限于本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是泛指处理器、服务器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其他可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。计算装置的一些实例包括电子商务服务器、网络装置、电信设备、医疗设备、电力管理和控制装置以及专业音频设备(数字、模拟或其组合)。在各种实施例中，存储器可以包括但不限于计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)。可替代地，也可以使用光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用盘(DVD)。此外，附加输入通道可以包括与诸如鼠标和键盘的操作员接口相关联的计算机外围设备。可替代地，也可以使用其他计算机外围设备，其可以包括例如扫描仪。此外，在一些实施例中，附加输出通道可以包括操作员接口监视器和/或打印机。
如本文所使用的，“阻尼器”包括可以移动来控制(例如增加或减少)穿过腔室、管道或其他通路的流体流动的任何装置或部件。阻尼器的实例包括板、叶片、面板或圆盘或其任何组合。阻尼器可以包括多个元件。例如，阻尼器可以包括彼此处于平行关系的一系列板，它们可以同时旋转以闭合管道。如本文所使用的，“调整”阻尼器意味着调整阻尼器的一个或多个元件，以便通过阻尼器实现期望的流动特征，诸如打开、闭合或部分打开。
如本文所使用的，“数据中心”包括执行计算机操作的任何设施或设施的任何部分。数据中心可以包括专用于特定功能或服务于多种功能的服务器。计算机操作的实例包括信息处理、通信、模拟和操作控制。
如本文所使用的，“蒸发冷却”意指通过蒸发液体来冷却空气。
如本文所使用的，“自由冷却”包括这样一种操作模式：其中空气处理系统至少部分地从外部源吸入空气(诸如设施外的空气)并且迫使空气穿过电子设备而不会在空气处理系统中主动制冷(例如，在不包括制冷机或蒸发冷却器的设施中冷却，或者在穿过冷却系统中的制冷机盘管的流体流动由于流动控制阀而关闭或液体未被供应到冷却系统中的蒸发冷却器的情况下冷却)。
如本文所使用的，“热过道”意指可以排放用于从系统(诸如机架计算系统)去除热量的加热空气的过道。
如本文所使用的，“机械冷却”意指通过涉及对至少一种流体做机械工的过程(诸如在蒸汽压缩制冷系统中发生的)来冷却空气。
如本文所使用的，“机架计算系统”意指包括安装在机架中的一个或多个计算装置的计算系统。
如本文所使用的，“房间”意指建筑物的房间或空间。如本文所使用的，“计算机房”意指计算装置(诸如机架安装式服务器)在其中操作的建筑物的房间。
如本文所使用的，“相对湿度”意指相对于空气在特定温度下能够保持的总水分量，保持在空气中的水分量。例如，空气的相对湿度范围可以从干燥空气的0到饱和空气(即不能容纳附加水蒸气的空气)的1。
如本文所使用的，“空间”意指空间、面积或体积。
一些数据中心使用机械冷却系统来冷却发热部件，诸如数据中心中的计算机系统。然而，此类机械冷却系统可能消耗相当大量的能量来冷却数据中心，因此导致高运行成本并且通过由机械冷却系统消耗的能量产生的污染而影响环境。
一些数据中心可以利用蒸发冷却系统来冷却发热部件，诸如数据中心中的计算机系统。然而，蒸发冷却系统可能消耗相当大量的水，因此增加了运行成本并消耗了稀缺资源。此外，当用于冷却发热部件的空气的相对湿度超过上限时，发热部件(诸如数据中心中的计算机系统)可能无法正常运转。因此，在具有高相对湿度的气候的位置，蒸发冷却系统可能不是用于冷却这些位置的数据中心中的发热部件的可行选择。此外，由于在此类具有高相对湿度的位置中的空气吸收附加水蒸气的容量有限，蒸发冷却系统可能无法提供足够的热去除来冷却此类位置的数据中心的发热部件。例如，在具有高相对湿度的位置，在蒸发冷却系统中使用的空气吸收附加水蒸气并且因此蒸发和冷却流过蒸发冷却系统的空气流的容量可以去除的热能比待从由蒸发冷却系统冷却的数据中心中的发热部件中去除的热能量少。作为另一个实例，如果使用高相对湿度的空气来冷却数据中心中的发热部件(诸如计算机系统)，则使用高相对湿度的空气可能导致在计算机系统内水蒸气冷凝成液态水。这可能导致腐蚀、计算机故障以及对计算机系统的其他损坏。此外，即使高相对湿度空气中的水蒸气不会冷凝成液态水，使用高相对湿度空气来冷却计算机系统也可能导致对计算机系统的其他或类似损坏。
一些数据中心可以使用自由冷却来冷却发热部件，诸如数据中心中的计算机系统。然而，在具有高相对湿度的气候的位置，由于用于冷却数据中心的发热部件(诸如计算机系统)的空气的相对湿度限制，自由冷却也可能不是用于冷却这些位置的数据中心中的发热部件的可行选项。
然而，可以在位于高相对湿度和/或高温环境中的位置的数据中心的空气处理系统中使用蓄热单元，以便通过降低在空气处理系统中所使用的空气的相对湿度来冷却数据中心的发热部件。在一些实施例中，蓄热单元可以在给定的一组环境空气条件(诸如日间环境空气条件)下从用于冷却数据中心的空气中去除热能，并且在另一组环境空气条件(诸如夜间环境空气条件)下将先前从用于冷却数据中心的空气中去除的热能释放到用于冷却数据中心的空气中。在给定的一组环境空气条件(诸如日间条件)下冷却空气处理系统中的空气可以通过以下方式降低空气的相对湿度：通过冷凝从空气中去除水蒸气并且随后将空气加热到空气的由于从空气中去除冷凝物已经降低的新露点温度以上。在另一组环境空气条件(诸如夜间条件)下对空气进行加热可以通过将空气加热到远离空气的露点温度来降低空气的相对湿度。例如，蓄热单元可以在白天期间从空气中去除热量并且在夜晚通过将先前在白天期间去除的热量释放到夜间空气中来对空气进行加热。在日间环境空气条件下操作期间，包括蓄热单元的空气处理系统可以将来自数据中心外部的外部环境的进入空气冷却到日间空气的露点温度以下，从而导致空气中的水蒸气冷凝。当空气穿过空气处理系统时，可以从空气中去除冷凝的水蒸气，从而降低空气的露点温度。随后，可以将空气加热到新的较低露点温度以上，从而导致较低相对湿度的空气。此外，在夜间环境空气条件下操作期间，包括蓄热单元的空气处理系统可以利用存储在蓄热单元中的先前在日间操作期间从空气中去除的热能来对来自数据中心外部的外部环境的进入空气进行加热。对空气进行加热可以通过将空气加热到进一步远离其露点温度来降低空气的相对湿度。因此，包括蓄热单元的空气处理系统可以在给定的一组环境空气条件下、通过将水蒸气从空气中冷凝出来并且随后对空气进行加热来降低用于冷却数据中心的环境空气的相对湿度，并且可以在另一组环境空气条件下、通过对空气进行加热以降低空气的相对湿度来降低用于冷却数据中心的环境空气的相对湿度。
在一些实施例中，数据中心的计算机系统可以在比常规数据中心操作温度更高的温度(例如，高于30-35℃)下操作(而常规数据中心可以在约25℃下操作)，前提是用于从计算机系统中去除废热的空气的相对湿度被维持在相对湿度上限阈值以下。例如，在一些实施例中，只要用于冷却数据中心中的计算机系统的空气的相对湿度不超过相对湿度上限阈值，数据中心就可以在与数据中心所在的特定位置的日间环境温度相似或更高的温度下操作。
在一些数据中心位置，日间环境间温度可能高于夜间环境温度。具有蓄热单元的数据中心的空气处理系统可以利用日间环境空气条件与夜间环境空气条件之间的温度差异，通过冷却白天期间的空气以便将水蒸气从空气中冷凝出来并且随后利用返回空气对所述空气进行加热以降低白天期间空气的相对湿度，然后使用从白天期间空气中去除的能量来对较冷的夜间空气进行加热，以降低夜间空气的相对湿度，而不会将夜间空气加热到与日间操作温度相当的温度上限以上。因此，具有蓄热单元的空气处理系统可以提供经调节的空气以冷却数据中心中的发热部件，同时在日间和夜间操作期间将空气的温度和相对湿度维持在温度阈值和相对湿度阈值以下，尽管特定数据中心位置的温度和湿度从白天到夜晚发生波动。此外，具有蓄热单元的空气处理系统可以在具有高湿度和/或高温环境的位置的数据中心处将用于冷却发热部件的空气的相对湿度降低到相对湿度阈值以下，其中相对湿度阈值低于日间环境空气条件下数据中心外部的空气的相对湿度并且低于夜间环境空气条件下数据中心外部的空气的相对湿度。
在一些实施例中，温度阈值和相对湿度阈值可以基于由空气处理系统冷却的计算机系统可接受的操作温度和湿度水平来确定。在一些实施例中，温度阈值可以与数据中心位置的平均日间环境温度相当。
图1A示出根据一些实施例的具有包括蓄热单元的空气处理系统的数据中心的日间操作，并且图1B示出根据一些实施例的具有包括蓄热单元的空气处理系统的数据中心的夜间操作。
在一些实施例中，数据中心(诸如数据中心100)包括空气处理系统(诸如空气处理系统102)，以及计算装置机架(诸如包括计算装置106和传感器108的机架104)。空气处理系统(诸如空气处理系统102)可以通过供应管道(诸如供应管道110)将冷却空气引向热负载(诸如机架104中的计算装置106)。空气移动装置(诸如风扇130)可以将空气从外部环境吸入空气处理系统中，并且将空气从空气处理系统(诸如空气处理系统102)引导至待由空气处理系统冷却的一个或多个热负载(诸如机架104中的计算装置106)。空气处理系统(诸如空气处理系统102)还可以通过返回空气管道(诸如返回空气管道112)接收已经穿过发热部件(诸如计算装置106)的返回空气。
在一些实施例中，空气处理系统(诸如空气处理系统102)包括蓄热单元(诸如蓄热单元114)，所述蓄热单元通过阻尼器(诸如阻尼器118)联接到数据中心外部的外部环境(诸如数据中心100外部的环境)。空气处理系统的蓄热单元(诸如蓄热单元114)还可以通过另一个阻尼器(诸如阻尼器120)联接到混合腔室(诸如混合腔室116)。在一些实施例中，蓄热单元(诸如蓄热单元114)包括填充有相变材料的管(诸如管122)，所述相变材料被配置成在给定的一组环境空气条件下，当空气从外部环境流向混合腔室时，从穿过蓄热单元的空气中去除热能。如下文关于图1B所描述的夜间操作更详细地讨论的，在一些实施例中，相变材料还可以被配置成在另一组环境空气条件(例如夜间环境空气条件)下，当空气从外部环境流向混合腔室时，将热能释放到穿过蓄热单元的空气中。
在一些实施例中，空气处理系统(诸如空气处理系统102)还可以包括将返回空气管道与混合腔室联接的阻尼器。例如，空气处理系统102包括将返回空气管道112与混合腔室116联接的阻尼器124。在一些实施例中，响应于来自控制系统(诸如如在图3的空气处理系统300中所描绘的控制系统304)的控制信号，阻尼器(诸如阻尼器120和124)可以调整来自返回空气管道(诸如返回空气管道112)的返回空气以及来自外部环境的已经穿过蓄热单元的新鲜调节空气(诸如已经穿过蓄热单元114的空气)进入混合腔室(诸如混合腔室116)的相应流速。例如，为了调整混合腔室(诸如混合腔室116)中的空气的温度或相对湿度，控制系统可以致使阻尼器(诸如阻尼器120或124中的一个)进一步打开或关闭以调整从返回空气管道(诸如返回空气管道112)或从蓄热单元(诸如蓄热单元114)流入混合腔室(诸如混合腔室116)的空气量。
在一些实施例中，在日间操作期间，来自数据中心外部的外部环境的空气可以处于高温和高的相对湿度下，而在夜间操作期间，来自数据中心外部的外部环境的空气可以处于低于日间空气的温度下，但可能具有比日间空气更高的相对湿度。为了简化说明，根据日间环境空气条件和夜间环境空气条件来描述了数据中心100外部的外部环境中的环境空气条件。然而，应当理解的是，具有蓄热单元的空气处理系统可以在日间环境空气条件与夜间环境空气条件之间连续地操作。例如，空气处理系统可以在日间操作与夜间操作之间转换，以便将供应用于冷却数据中心中的发热部件的空气维持在温度阈值和相对湿度阈值以下。
在夜间操作期间，诸如图1B所示，吸入空气处理系统中的环境空气可以穿过空气处理系统的蓄热单元，并且当空气穿过蓄热单元时，空气通过从蓄热单元中释放的热能被加热。对空气进行加热可以通过将空气的温度增加到远离其露点温度来降低空气的相对湿度。释放到空气中的热能可以是先前在日间操作期间从穿过蓄热单元的空气中去除的热能。
在日间和夜间操作期间，空气处理系统可以提供低相对湿度的空气，以用于从数据中心中的发热部件中去除废热。例如，包括蓄热单元的空气处理系统可以在日间和夜间操作期间在数据中心的位置提供处于与日间环境温度相当的温度的空气。然而，在夜间操作期间和日间操作期间，从空气处理系统提供的空气可能具有比数据中心位置中的环境空气的相对湿度低的相对湿度。温暖的低相对湿度的空气可以被引导到供应管道(诸如供应管道110)中并穿过通风口(诸如通风口132)进入数据中心的冷过道(诸如数据中心100的冷过道126)。温暖的低相对湿度的空气可以穿过发热部件(诸如机架104中的计算装置106)并进入热过道(诸如热过道128)。热空气(诸如通过从数据中心中的发热部件中去除废热而进一步被加热的温暖空气)可以通过返回管道(诸如返回空气管道112)流回到具有蓄热单元的空气处理系统。在一些实施例中，可以使用各种方法来将温暖的低相对湿度的空气从空气处理系统传送到待由空气冷却的热负载。此外，可以使用各种方法来将已经从热负载去除废热的热空气返回到包括蓄热单元的空气处理系统。
例如，在一些实施例中，热过道、冷过道或两者可以包括一个或多个屏障或密封结构，其将热过道中的空气与数据中心中的其他空气分开和/或将冷过道中的空气与数据中心中的其他空气分开。在一些实施例中，返回管道(诸如返回空气管道112)可以物理地联接到热过道密封结构。在一些实施例中，供应管道(诸如供应管道110)可以在数据中心的计算室的地板下方的空间中布线，如图1A和图1B所示。在一些实施例中，供应管道(诸如供应管道110)可以在机架计算装置(诸如机架104中的计算装置106)上方的天花板空间中布线。在一些实施例中，供应管道(诸如供应管道110)可以物理地联接到冷过道密封结构。在一些实施例中，可以使用管道和腔室的其他布置来传送通往和来自具有蓄热单元的空气处理系统(诸如空气处理系统102)的空气。
图2A-2D示出示例性图表，展示了根据一些实施例的在日间操作期间和夜间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的温度和相对湿度。由于温度和相对湿度可能因位置而异，因此图2A-2D不应当被理解为描述任何特定的温度或相对湿度，而是旨在说明温度与相对湿度之间的关系。图2A-2D示出当空气穿过空气处理系统时，穿过具有蓄热单元的空气处理系统的空气的温度和相对湿度如何改变。
图2A示出根据一些实施例的在日间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的空气温度的示例性图表。来自外部环境的空气在外部环境的环境空气温度202下进入空气处理系统，并且具有与外部环境的露点温度206相对应的相对湿度。线204示出当空气穿过包括蓄热单元的空气处理系统时空气的空气温度如何改变。进入空气处理系统后不久，空气穿过蓄热单元，蓄热单元对空气进行冷却。例如，蓄热单元可以包括相变材料，当空气穿过蓄热单元时，相变材料的相改变(例如，从固体熔化为液体)，从而冷却空气。在208处，可以将空气冷却到略低于外部环境的露点温度。将空气冷却到低于外部环境的露点温度导致悬浮在空气中的水蒸气冷凝成液态水并且从空气中掉下来。因为水蒸气从空气中去除，所以空气在穿过蓄热单元并且已经去除水蒸气之后，可能产生的露点温度低于外部环境中的环境空气的露点，例如露点温度210低于露点温度206。在具有较低露点的空气穿过蓄热单元之后，可以通过在空气处理系统的混合腔室(诸如图1A-1B所描述的混合腔室116)中将所述空气与返回空气混合来进一步对所述空气进行加热。通过将所述空气与返回空气混合来对所述空气进行加热可以进一步降低所述空气的相对湿度。随后，已经与返回空气混合的空气可以被引导至一个或多个热负载以冷却所述热负载。离开空气处理系统并且被引导至热负载的空气可以具有与周围环境中的温度(诸如空气温度202)相同或略低的温度(诸如出口温度212)。
图2B示出根据一些实施例的在日间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的相对湿度的示例性图表。图2B的线214示出在日间操作条件期间穿过具有蓄热单元的空气处理系统的空气的与图2A中的线204所示的温度相对应的相对湿度。在进入空气处理系统时，数据中心外部的外部环境中的空气可以具有环境相对湿度，诸如相对湿度216。最初，当进入空气处理系统的空气在蓄热单元中被冷却时，空气的相对湿度可能增加。然而，当空气被冷却到其露点以下时，例如在220处，空气可能变得饱和，并且水蒸气可能由于冷凝而从空气中去除。在222处，空气进一步与返回空气混合。返回空气可以对已经穿过蓄热单元的空气进行加热并且降低所述空气的相对湿度。随后，已经与返回空气混合的空气可以被引导至一个或多个热负载以冷却所述热负载。离开空气处理系统并且被引导至热负载的空气可以具有与周围环境中的空气的相对湿度(诸如外部环境中的空气处于相对湿度216)相比更低的相对湿度(诸如相对湿度224)。
图2C示出根据一些实施例的在夜间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的空气温度的示例性图表。来自外部环境的空气在外部环境的环境空气温度226下进入空气处理系统，并且具有与外部环境的露点温度228相对应的相对湿度。线230示出当空气穿过包括蓄热单元的空气处理系统时空气的空气温度如何改变。进入空气处理系统后不久，空气穿过蓄热单元，蓄热单元对空气进行加热。例如，蓄热单元可以包括相变材料，当空气穿过蓄热单元时，相变材料的相改变(例如，从固体熔化为液体)，从而冷却空气。对空气进行加热可以通过增加空气保持空气中水蒸气的容量来降低空气的相对湿度。在具有较低相对湿度的空气穿过蓄热单元之后，可以通过在空气处理系统的混合腔室(诸如图1A-1B所描述的混合腔室116)中将所述空气与加热的返回空气混合来进一步对所述空气进行加热。通过将所述空气与返回空气混合来进一步对所述空气进行加热可以进一步降低所述空气的相对湿度。随后，已经与返回空气混合的空气可以被引导至一个或多个热负载以冷却所述热负载。在空气处理系统的日间操作期间，离开空气处理系统并且被引导至热负载的空气可以具有与周围环境中的温度(诸如空气温度202)相似或略低的温度(诸如出口温度232)。
图2D示出根据一些实施例的在夜间操作期间穿过包括蓄热单元的空气处理系统的空气的相对湿度的示例性图表。图2D的线234示出在夜间操作条件期间穿过具有蓄热单元的空气处理系统的空气的与图2C中的线230所示的温度相对应的相对湿度。在进入空气处理系统时，数据中心外部的外部环境中的空气可以具有环境相对湿度，诸如相对湿度236。当空气穿过蓄热单元时，从蓄热单元释放的热能可以对空气进行加热，并且因此可以降低空气的相对湿度。例如，在238处，当空气穿过蓄热单元时空气被加热。在240处，空气进一步与返回空气混合。返回空气可以进一步对已经穿过蓄热单元的空气进行加热并且可以进一步降低所述空气的相对湿度。随后，已经与返回空气混合的空气可以被引导至一个或多个热负载以冷却所述热负载。离开空气处理系统并且被引导至热负载的空气可以具有与周围环境中的空气的相对湿度(诸如外部环境中的空气处于相对湿度236)相比更低的相对湿度(诸如相对湿度242)。
在一些实施例中，在夜间操作期间和日间操作期间，已经穿过具有蓄热单元的空气处理系统的空气可以具有与空气处理系统的位置中的空气相比更低的相对湿度。例如，相对湿度224和242中的每一个可以低于相对湿度216并且低于相对湿度236。
图3示出根据一些实施例的包括蓄热单元的空气处理系统。空气处理系统(诸如图3所示的空气处理系统300)可以包括蓄热单元(诸如蓄热单元310)，所述蓄热单元联接到数据中心外部的外部环境。空气处理系统(诸如空气处理系统300)还可以包括空气移动装置(诸如空气移动装置308)。空气移动装置可以致使来自外部环境的空气被吸入空气处理系统(诸如空气处理系统300)中，并且被引导穿过蓄热单元(诸如蓄热单元310)。
在一些实施例中，空气处理系统的蓄热单元(诸如蓄热单元310)可以包括管，所述管包括位于管中的相变材料。例如，图3示出填充有相变材料338的管332的剖视图。相变材料338可以是在将使用空气处理系统的特定位置处、在环境空气的温度范围内改变相的任何合适材料，诸如在夜间环境空气条件下凝固并且在日间环境空气条件下熔化的材料。例如，相变材料338可以是石蜡、盐溶液、无机相变材料或一些其他合适的相变材料。
如图3中可见，在空气处理系统的操作期间，蓄热单元中的相变材料的一部分可以处于一个相，而蓄热单元中的相变材料的另一部分处于另一个相。例如，相变材料338的部分334处于第二相(例如液相)，而相变材料338的另一部分336处于第一相(例如固相)。在空气处理系统的日间操作期间，当空气穿过空气处理系统的蓄热单元(诸如蓄热单元310)时，蓄热单元的相变材料(诸如相变材料338)可以从穿过蓄热单元的空气中去除热能。从穿过蓄热单元的空气中去除的热能可以致使蓄热单元中的相变材料的一部分的相改变。例如，从穿过蓄热单元310的空气中去除的热能可以致使相变材料338的相从相1改变为相2。在夜间操作期间，可以发生相反的过程。穿过蓄热单元(诸如蓄热单元310)的环境空气可以处于与相变材料(诸如相变材料338)的相变温度相比更低的环境空气温度。当较冷的环境空气穿过空气处理系统的蓄热单元时，较冷的环境空气可以吸收从相变材料中释放的热，从而致使相变材料的相改变。例如，当较冷的夜间环境空气穿过蓄热单元310时，相变材料338可以从相2改变回到相1(例如，相变材料可以凝固或者从液体改变为固体)。
在一些实施例中，空气移动装置(诸如空气移动装置308)可以将空气从返回管道(诸如返回管道302)以及从安装有空气处理系统的设施外部的外部环境(诸如外部环境340)吸入空气处理系统(诸如空气处理系统300)中。吸入空气处理系统中的空气可以穿过空气处理系统的蓄热单元。例如，从外部环境340吸入空气处理系统300中的空气可以穿过蓄热单元310。在给定的一组环境空气条件下，蓄热单元(诸如蓄热单元310)可以对从外部环境(诸如外部环境340)吸入空气处理系统(诸如空气处理系统300)中的空气进行冷却。当空气在蓄热单元中被冷却时，空气中的水蒸气可以在蓄热单元中冷凝并且从空气流动中去除。例如，当来自外部环境340的空气穿过蓄热单元310时，可以将冷凝的水蒸气从所述空气中去除。冷凝的水蒸气可以通过冷凝物排出管(诸如冷凝物排出管344)从蓄热单元中排出。在另一组环境空气条件下，蓄热单元(诸如蓄热单元310)可以对从外部环境(诸如外部环境340)吸入空气处理系统(诸如空气处理系统300)中的空气进行加热。在蓄热单元中对空气进行加热可以降低空气的相对湿度。
已经穿过蓄热单元的空气可以与返回空气混合，所述返回空气已经从由空气处理系统冷却的热负载中去除了废热。将离开蓄热单元的空气与返回空气混合可以降低所得混合空气的相对湿度，并且将所得混合空气稍微加热至大于离开蓄热单元的空气温度的温度。例如，来自返回空气管道302的返回空气可以与已经穿过蓄热单元310的空气在混合腔室306中混合。
在一些实施例中，空气处理系统(诸如空气处理系统300)可以包括控制系统和阻尼器，所述阻尼器被配置成调整从返回空气源以及由蓄热单元调节的新鲜空气源进入混合腔室的空气流动。例如，空气处理系统300包括控制系统304和阻尼器324、326、328和330。在一些实施例中，空气处理系统(诸如空气处理系统300)还可以包括温度传感器和湿度传感器。例如，空气处理系统300包括温度传感器312、314和316以及湿度传感器318、320和322。空气处理系统的控制系统(诸如控制系统304)可以从温度传感器和湿度传感器(诸如温度传感器312、314和316以及湿度传感器318、320和322)接收条件信息。控制系统(诸如控制系统304)还可以通过网络(诸如网络342)从数据中心中的由空气处理系统冷却的计算装置接收条件信息。在一些实施例中，控制系统(诸如控制系统304)还可以通过网络(诸如网络342)接收关于环境天气条件(诸如环境温度和环境相对湿度)的信息。在一些实施例中，控制系统通过网络接收的天气条件可以是已发布的天气报告，诸如通过互联网检索的天气报告。控制系统可以基于来自温度传感器和湿度传感器的温度和湿度信息、基于通过网络连接接收的机架计算装置的条件信息并且基于通过网络连接接收的环境天气条件信息，来确定阻尼器位置并调整阻尼器位置。在一些实施例中，控制系统可以基于更多或更少的信息来确定阻尼器位置。例如，在一些实施例中，较少的温度传感器和/或湿度传感器可以向控制系统提供温度和湿度信息，或者控制系统可以在没有网络连接的情况下确定阻尼器位置。
在一些实施例中，空气处理系统的空气移动装置(诸如风扇308)可以是变速装置，并且控制系统(诸如控制系统304)可以基于条件信号改变空气移动装置的运转速度。例如，控制系统304可以通过网络342接收指示由空气处理系统300冷却的计算装置中的条件的条件信号，诸如温度信息和再循环信息。再循环信息可以基于机架中或相邻机架中的计算装置之间的温度差异，并且可以指示加热的空气(例如返回空气)正在被再循环到供应空气中。响应于通过网络342接收到指示由空气处理系统300冷却的计算装置中的条件的条件信号，控制系统304可以增加或降低风扇308的速度以调整由空气处理系统300冷却的计算装置处的温度和再循环。
作为另一个实例，控制系统可以确定被引向由空气处理系统冷却的热负载的空气超过了待供应给热负载的空气的相对湿度设定点。为了防止正在供应给热负载的空气超过待供应给热负载的空气的相对湿度上限阈值，控制系统(诸如控制系统304)可以致使阻尼器324和326进行调整，使得更多的来自返回空气管道302的返回空气被引导到混合腔室306中和/或较少的已经穿过蓄热单元310的空气被引导到混合腔室306中。这些调整可能导致被引向热负载的空气的相对湿度趋向于其设定点。此外，控制系统(诸如控制系统304)可以通过调整阻尼器326和328来进一步调整流过蓄热单元(诸如蓄热单元310)的空气量。例如，控制系统(诸如控制系统304)可以调整穿过蓄热单元(诸如蓄热单元310)的空气流动，以控制蓄热单元中的相变材料从穿过蓄热单元的空气中去除热量或者将热量释放到穿过蓄热单元的空气中的速率。继续所述实例，在一些实施例中，控制系统可以控制穿过蓄热单元的空气流动，使得相变材料的相以特定速率改变(即熔化或凝固)，从而使得相变材料在环境空气条件从给定的一组环境空气条件改变为另一组环境空气条件之前不会完全熔化或凝固。例如，控制系统可以调整空气流动，使得相变材料在一天中持续而不会在夜间之前完全熔化。
在一些实施例中，控制系统(诸如控制系统304)可以进一步调整阻尼器324和330，以控制从由空气处理系统(诸如空气处理系统300)冷却的设施排放的返回空气量。
在一些实施例中，空气处理系统(诸如空气处理系统300)可以包括各种类型的空气过滤器，以便从被吸入空气处理系统的蓄热单元中的进入空气中去除微粒和化学物质。例如，空气处理系统300包括位于外部环境340与蓄热单元310之间的过滤器346。
图1-2和图4-9中所描述的空气处理系统中的任何一个可以是如图3示出和描述的空气处理系统300。
图4示出根据一些实施例的蓄热单元的一部分的管。在一些实施例中，蓄热单元可以包括填充有相变材料的翅片管。翅片管可以具有比非翅片管更大的表面积，并且因此增加流过翅片管的空气的热传递。此外，翅片管可以间隔开，使得所述管不会限制穿过蓄热单元的管的空气的空气流动。例如，空气在蓄热单元中流过翅片管而引起的压降可能对用于引导空气穿过翅片管的空气移动装置的能量消耗具有微不足道的影响。在一些实施例中，可以使用其他热交换器布置，例如，相变材料可以位于交换器的相邻板内，并且空气可以流过这些板。在一些实施例中，可以使用不同的热交换器布置来保持相变材料并且在相变材料与穿过蓄热单元的空气之间传递热。
例如，如图4所示，蓄热单元部分400的管406包括翅片404。翅片404可以增加管406的表面积并且改善从管406的热传递。此外，管406可以定位在蓄热单元部分400中，使得管406不限制穿过蓄热单元部分400的空气流动。在一些实施例中，蓄热单元的管可以包括比图4所示更多或更少的翅片或者更大或更小的翅片。在一些实施例中，蓄热单元的一部分可以包括比图4所示更多或更少的管。
在一些实施例中，可以使用各种技术来致使流过蓄热单元的管的空气呈现湍流以增加热传递。例如，在一些实施例中，翅片(诸如翅片404)可以具有不均匀的几何形状，诸如“V”形、波浪形或引起湍流气流的其他合适设计。此外，在一些实施例中，可以在蓄热单元中使用挡板以致使穿过蓄热单元的空气混合，并且因此增加蓄热单元中的热传递。
在一些实施例中，蓄热单元的管可以安装在框架中，所述框架可以单独地从蓄热单元中去除。例如，蓄热部分400的管406安装在框架402中。在一些实施例中，蓄热单元部分的框架可以包括排出/填充机构(诸如阀)，以允许从一个或多个管中排出相变材料以及用另一种相变材料填充一个或多个管。例如，管406包括阀408，其可以用于排出相变材料以及用相变材料填充管406。
在一些实施例中，可以基于一年中的季节来选择相变材料。例如，特定的相变材料可以具有与一年中的特定季节期间的温度变化相对应的相变特性，并且另一种相变材料可以具有与一年中的另一个季节相对应的相变特性。在此类实施例中，排出/填充机构(诸如阀408)可以用于排出与一年中的特定季节相对应的相变材料并且用与一年中的另一个季节相对应的不同相变材料填充蓄热单元的管。在一些实施例中，可以基于附加或其他标准(诸如改变的操作条件)或基于空气处理系统从一个位置移动到具有不同环境空气条件的另一个位置来选择相变材料。
在一些实施例中，蓄热单元可以具有倾斜的底表面，以便将从穿过蓄热单元的空气中去除的冷凝物引导至冷凝物排出管。例如，蓄热单元部分400包括倾斜的底表面410。
图5示出根据一些实施例的具有包括蓄热单元的空气处理系统和辅助冷却系统的数据中心。在一些实施例中，除了包括蓄热单元的空气处理系统之外，数据中心还可以包括辅助冷却系统。在一些实施例中，辅助冷却系统可以包括机械制冷机、蒸发冷却器，或补充具有蓄热单元的空气处理系统的其他辅助冷却器。在一些实施例中，数据中心可以由空气处理系统冷却，而在数据中心中不包括辅助冷却系统。例如，在一些实施例中，数据中心和数据中心中的发热部件可以由具有蓄热单元的空气处理系统冷却，而数据中心不包括辅助冷却系统，诸如机械冷却器、蒸发冷却器或除空气处理系统之外的其他冷却器。
例如，图5示出包括空气处理系统502的数据中心500。空气处理系统502可以是图1-3所描述的空气处理系统中的任何一个。数据中心500还包括辅助冷却系统524以及阻尼器510和512。控制系统、诸如图3所描述的控制系统304可以从监测计算装置的传感器、诸如安装在具有计算装置506的机架504中的传感器508接收条件信号。在一些实施例中，传感器、诸如传感器508可以是物理传感器，诸如热电偶、电阻温度装置、湿度传感器或其他物理传感器。在一些实施例中，传感器、诸如传感器508可以是虚拟传感器，其基于测量与计算装置性能(诸如功耗、处理器使用量等)相关的另一个变量来生成诸如温度条件信号的条件信号。基于所接收的条件信号，空气处理系统的控制系统可以确定除了由包括蓄热单元的空气处理系统提供的冷却和相对湿度调节之外，还需要附加的冷却和/或相对湿度调节来冷却数据中心中的热负载。作为响应，控制系统可以致使阻尼器510将流过供应管道514的一部分空气转向穿过辅助冷却系统524。控制器还可以致使阻尼器512部分地关闭以使流过供应管道514的一部分空气转向进而穿过辅助冷却系统524。使一部分空气转向穿过辅助冷却系统可以补充由包括蓄热单元的空气处理系统提供的冷却，以便将提供用于冷却数据中心中的计算装置、诸如机架504中的计算装置506的空气维持在温度阈值以下。辅助冷却系统、诸如辅助冷却系统524可以在低于离开控制处理系统、诸如控制处理系统502的空气的露点温度的温度下进行操作。因此，穿过辅助冷却系统的空气可以进一步通过冷凝从空气中去除水蒸气，并且以与进入辅助冷却系统时相比更低的露点温度离开辅助冷却系统。以这种方式，进一步冷却离开辅助冷却系统中的空气处理系统的空气的一部分不会将供应用于冷却热负载的空气的总相对湿度降低到空气处理系统的相对湿度阈值以下。
在一些实施例中，数据中心可以包括热过道密封结构和冷过道密封结构，其将热过道中的空气和冷过道中的空气与数据中心中的其他空气分开。在高温下运行的数据中心中，空气从热过道再循环回到冷过道可能会降低空气处理系统从数据中心中的发热部件中去除废热的效率，并且致使数据中心中的发热部件、诸如计算装置506过热。然而，热过道和/或冷过道密封结构可以通过在冷过道与热过道之间形成一个或多个屏障来防止加热的废气再循环进入冷过道。例如，返回管道526连接到热过道密封结构516，以便将热过道518中的空气与数据中心500中的其他空气隔离。此外，供应管道514联接到冷过道520，并且冷过道520包括冷过道密封结构522，以便将冷过道520中的空气与数据中心500中的其他空气隔离。
图6示出根据一些实施例的安装在机架的一部分中的计算装置以及测量与计算装置相关的条件的虚拟传感器。机架600包括机架安装式计算装置602、604和606。机架计算装置包括处理器608、610和612。此外，虚拟温度传感器614和虚拟再循环传感器616指示机架安装式计算装置602、604和606中的条件。例如，虚拟温度传感器614基于处理器608、610和612的工作负载与机架安装式计算装置602、604和606的入口处的入口空气温度之间的已知关系来确定机架计算装置602、604和606的入口温度。在一些实施例中，机架安装式计算装置内的其他测量条件(诸如硬盘驱动器工作负载、电源条件等)可以在虚拟传感器中用于确定机架安装式计算装置的入口温度。
虚拟再循环传感器可以指示再循环通过机架安装计算装置的空气量。例如，已经在对机架安装式计算装置中的发热部件进行冷却时拾取热能的离开机架安装式计算装置的空气可以被吸回到相同或不同的机架安装式计算装置的入口中作为再循环空气。通常，再循环是由机架安装式计算装置的空气入口与来自机架安装式计算装置的空气出口之间的压力不平衡引起的。此外，向机架安装式计算装置供应冷却空气的冷过道与从机架安装式计算装置接收加热空气的热过道之间的开口可能导致再循环。虚拟再循环传感器可以比较机架计算装置中的温度变化、诸如虚拟入口温度传感器的温度，以确定再循环的量度。在一些实施例中，由虚拟再循环传感器指示的再循环量可以基于所确定的给定机架的最高入口温度高与最低入口温度之间的差。在一些实施例中，控制系统可以被配置成选择最佳或接近最佳的一组控制参数，同时满足一个或多个条件，诸如可以容忍的可接受的再循环量。为了减少再循环，控制系统可以增加或降低由控制系统控制的空气处理装置的风扇速度。改变风扇速度可以改变数据中心室中的空气压力条件，使得计算机房中的机架安装式计算装置中的再循环量减少。在空气处理系统在高温环境中操作的实施例中，仅可以容忍少量的再循环，以便由空气处理系统冷却的计算装置保持低于温度阈值并且不会过热。
图7示出根据一些实施例的在日间条件期间使用包括蓄热单元的空气处理系统来冷却热负载的过程。在702处，引导空气从外部环境进入包括蓄热单元的空气处理系统。在一些实施例中，空气处理装置可以将空气从周围环境(诸如包括空气处理系统的数据中心外部的室外环境)吸入空气处理系统的蓄热单元中。在日间期间，环境空气条件可能比夜间环境空气条件更温暖，并且日间环境空气可能具有比夜间环境空气更低的相对湿度。
在704处，当被吸入空气处理系统中的空气穿过蓄热单元时，从所述空气中去除热量。此外，当空气穿过蓄热单元时，从空气中去除水蒸气。可以在蓄热单元中将空气冷却到其露点温度以下。在图7中，704用虚线示出，用于指示由于相变材料的相改变而在蓄热单元中去除热量，并且在空气中冷凝的水是由于相变材料的物理特性和环境空气的物理特性并且可能不是空气处理系统执行的积极行动。
在706处，离开蓄热单元的空气在混合腔室中与已经从由空气处理系统冷却的热负载中去除废热的返回空气混合。离开蓄热单元的空气可以处于或接近其露点温度。此外，离开蓄热单元的空气可能已经通过冷凝在蓄热单元中失去了水蒸气。因此，离开蓄热单元的空气可以具有比空气处理系统所在的设施外部的环境空气更低的露点。返回空气可以处于比离开蓄热单元的空气更高的温度，但是可以具有更低的相对湿度。返回空气可以与离开蓄热单元的空气结合，以便将离开蓄热单元的空气加热到远离其露点温度。所得的返回空气和离开蓄热单元的空气的混合物可以具有比空气处理系统所在的设施外部的外部环境中的环境空气更低的相对湿度。
在708处，空气处理系统的控制系统确定离开混合腔室的空气是否低于一个或多个相对湿度阈值。如果空气低于一个或多个湿度阈值，则在716处，空气被引向一个或多个热负载以冷却所述热负载。
在710处，响应于确定离开混合腔室的空气不低于一个或多个湿度阈值，调整与混合腔室中的空气混合的返回空气量以便进一步降低离开混合腔室的空气的相对湿度。
在712处，控制系统确定离开混合腔室的空气是否低于一个或多个相对湿度阈值并且低于一个或多个温度阈值。如果空气低于一个或多个温度阈值和一个或多个湿度阈值，则在716处，空气被引向一个或多个热负载以冷却所述热负载。
在714处，响应于确定离开混合腔室的空气不低于一个或多个湿度阈值和一个或多个温度阈值，所述空气的至少一部分被引导到辅助冷却系统以便进一步降低空气的湿度并且冷却空气。在一些实施例中，数据中心不包括辅助冷却系统，并且可以省略714。
在716处，满足一个或多个相对湿度阈值和一个或多个温度阈值的空气被引导至由空气处理系统冷却的一个或多个热负载。
图8示出根据一些实施例的在夜间条件期间使用包括蓄热单元的空气处理系统来冷却热负载的过程。在802处，引导空气从外部环境进入包括蓄热单元的空气处理系统。在夜间期间，环境空气条件可能比日间环境空气条件更冷，并且夜间环境空气可能具有比日间环境空气更高的相对湿度。
在804处，当被吸入空气处理系统中的空气穿过蓄热单元时，热被释放到所述空气中。当空气穿过蓄热单元时将热能或热量释放到空气中可以降低空气的相对湿度。在图8中，804用虚线示出，用于指示由于相变材料的相改变而从蓄热单元中释放热，并且由于相变材料的物理特性和环境空气的物理特性，在空气被加热时发生空气相对湿度的降低，并且空气相对湿度的降低可能不是空气处理系统执行的积极行动。
在806处，离开蓄热单元的空气在混合腔室中与已经从由空气处理系统冷却的热负载中去除废热的返回空气混合。返回空气可以处于比离开蓄热单元的空气更高的温度。返回空气可以与离开蓄热单元的空气结合，以便将离开蓄热单元的空气加热到进一步远离其露点温度。所得的返回空气和离开蓄热单元的空气的混合物可以具有比空气处理系统所在的设施外部的外部环境中的环境空气更低的相对湿度。
在808处，空气处理系统的控制系统确定离开混合腔室的空气是否低于一个或多个相对湿度阈值。如果空气低于一个或多个湿度阈值，则在816处，空气被引向一个或多个热负载以冷却所述热负载。
在810处，响应于确定离开混合腔室的空气不低于一个或多个湿度阈值，调整与混合腔室中的空气混合的返回空气量以便进一步降低混合腔室中的空气的相对湿度。
在812处，控制系统确定离开混合腔室的空气是否低于一个或多个相对湿度阈值并且低于一个或多个温度阈值。如果空气低于一个或多个温度阈值和一个或多个湿度阈值，则在816处，空气被引向一个或多个热负载以冷却所述热负载。
在814处，响应于确定离开混合腔室的空气不低于一个或多个相对湿度阈值和一个或多个温度阈值，所述空气的至少一部分被引导到辅助冷却系统以便进一步降低空气的湿度和/或冷却空气。在一些实施例中，数据中心不包括辅助冷却系统，并且可以省略814。
在816处，满足一个或多个相对湿度阈值和一个或多个温度阈值的空气被引导至由空气处理系统冷却的一个或多个热负载以便冷却所述一个或多个热负载。
图9示出根据一些实施例的改变在空气处理系统的蓄热单元中使用的相变材料的过程。在902处，确定空气处理系统的位置处的天气模式已经改变。例如，可以确定一年中的季节已经改变，例如一年中的季节可能已经从夏季改变为冬季。
在904处，从具有不同相变特性的一组相变材料中选择相变材料，每种相变特性对应于不同的天气模式。所选择的相变材料可以与空气处理系统的位置处的当前天气模式相对应。例如，一组相变材料可以包括具有与夏季天气模式和冬季天气模式相对应的相变特性的相变材料。在夏季期间，可以选择夏季相变材料，并且在冬季期间，可以选择冬季相变材料。
在906处，将当前装载在蓄热单元的贮存器(诸如管)中的相变材料从蓄热单元中排出。
在908处，将所选择的相变材料装载到蓄热单元的贮存器中。例如，蓄热单元可以包括排出/填充机构，诸如阀，并且当前的PCM材料可以通过阀从蓄热单元中排出，并且蓄热单元的贮存器、诸如管可以通过阀填充有所选择的相变材料。
图10示出根据一些实施例的可以在服务提供商网络中使用和/或可以用于至少部分地实现基于模型的冷却控制系统的计算机系统。在一些实施例中，实现一种或多种技术的一部分或全部的计算机，包括但不限于如本文所描述的控制系统和计算装置，可以包括包含或被配置成访问一个或多个计算机可访问介质的通用计算机系统，诸如图10所示的计算机系统1000。在所示的实施例中，计算机系统1000包括通过输入/输出(I/O)接口1030联接到系统存储器1020的一个或多个处理器1010。计算机系统1000还包括联接到I/O接口1030的网络接口1040。
在各种实施例中，计算机系统1000可以是包括一个处理器1010的单处理器系统，或者包括若干处理器1010(例如，两个、四个、八个或另一合适数量)的多处理器系统。处理器1010可以是能够执行指令的任何合适的处理器。例如，在各种实施例中，处理器1010可以是实现多种指令集架构(ISA)中的任何一种的通用或嵌入式处理器，所述架构诸如x86、PowerPC、SPARC或MIPS ISA，或任何其他合适的ISA。在多处理器系统中，处理器1010中的每一个可以通常但不一定实现相同的ISA。
系统存储器1020可以被配置成存储可由处理器1010访问的指令和数据。在各种实施例中，系统存储器1020可以使用任何合适的存储器技术来实现，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、非易失性/快闪型存储器或任何其他类型的存储器。在所示的实施例中，实现一个或多个期望功能的程序指令和数据(诸如上文针对控制系统所描述的那些方法、技术和数据)作为代码1025和数据1026被存储在系统存储器1020内。
在一个实施例中，I/O接口1030可以被配置成协调处理器1010、系统存储器1020和装置中的任何外围装置之间的I/O流量，所述外围装置诸如与模块化控制器联接的模块化硬件加速装置，包括网络接口1040或其他外围接口。在一些实施例中，I/O接口1030可以执行任何必需的协议、时序或其他数据转换以便将来自一个部件(例如，系统存储器1020)的数据信号转换成适合于由另一个部件(例如，处理器1010)使用的格式。在一些实施例中，I/O接口1030可以包括对通过各种类型的外围总线附接的装置的支持，所述外围总线例如像外围部件互连快速(PCIe)总线标准或通用串行总线(USB)标准的变化形式。在一些实施例中，I/O接口1030的功能可以分成两个或更多个单独的部件，例如像北桥和南桥。此外，在一些实施例中，I/O接口1030的一些或所有功能，诸如至系统存储器1020的接口，可以直接并入处理器1010中。
网络接口1040可以被配置成允许数据在计算机系统1000与附接到一个或多个网络1050的其他装置1060之间进行交换，所述其他装置例如像如图1至图9所示的其他计算机系统或装置。在各种实施例中，网络接口1040可以支持通过任何合适的有线或无线通用数据网络(例如像以太网网络类型)进行通信。另外，网络接口1040可以支持通过电信/电话网络(诸如模拟语音网络或数字光纤通信网络)、通过存储区域网络(诸如光纤信道SAN)或通过任何其他合适类型的网络和/或协议进行通信。
在一些实施例中，系统存储器1020可以是配置成存储用于实现特定处理系统的程序指令和数据的非暂时性计算机可访问介质的一个实施例，所述特定处理系统实现如上文关于图1-9所描述的控制系统。在其他实施例中，可以在不同类型的计算机可访问介质上接收、发送或存储程序指令和/或数据。一般来说，计算机可访问介质可以包括非暂时性存储介质或存储器介质，诸如磁性或光学介质，例如通过由I/O接口1030联接到计算机系统1000的磁盘或DVD/CD。非暂时性计算机可访问存储介质还可以包括任何易失性或非易失性介质，诸如RAM(例如SDRAM、DDR SDRAM、RDRAM、SRAM等)、ROM等，所述介质可以作为系统存储器1020或另一种类型的存储器包括在计算机系统1000的一些实施例中。此外，计算机可访问介质可以包括传输介质或通过通信介质(诸如网络和/或无线链路)传送(诸如可以通过网络接口1040实现)的信号，诸如电信号、电磁信号或数字信号。
各种实施例还可以包括根据以上描述在计算机可访问介质上实现的指令和/或数据接收、发送或存储。一般来说，计算机可访问介质可以包括存储介质或存储器介质，诸如磁性或光学介质，例如磁盘或DVD/CD-ROM、诸如RAM(例如SDRAM、DDR、RDRAM、SRAM等)、ROM等的易失性或非易失性介质，以及传输介质或通过通信介质(诸如网络和/或无线链路)传送的信号，诸如电信号、电磁信号或数字信号。
本公开的实施例可鉴于以下条款来描述：
1.一种数据中心，其包括：
发热部件；以及
空气处理系统，所述空气处理系统被配置成向所述发热部件提供经温度和湿度调节的空气以便冷却所述发热部件，其中所述空气处理系统包括：
蓄热单元；以及
空气移动装置，所述空气移动装置被配置成引导来自所述数据中心外部的外部环境的空气穿过所述蓄热单元并朝向所述发热部件，
其中所述蓄热单元被配置成：
在针对所述外部环境中的所述空气给定的一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，从所述空气中去除热能；并且
在针对所述外部环境中的所述空气的另一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，将先前从穿过所述蓄热单元的空气中去除的热能释放到所述空气中，使得所述蓄热单元去除热能的容量恢复。
2.如条款1所述的数据中心，其中所述空气处理系统还包括：
混合腔室，所述混合腔室与所述蓄热单元联接并且与来自所述发热部件的返回空气管道联接；以及
控制系统，其中所述控制系统被配置成致使阻尼器调整从所述返回空气管道和从所述蓄热单元流入所述混合腔室的空气混合物，使得从所述混合腔室被引向所述发热部件的空气在以下条件下低于温度阈值和湿度阈值：
所述给定的一组环境空气条件并且当所述蓄热单元正在从穿过所述蓄热单元的所述空气中去除热能时；以及
所述另一组环境空气条件并且当所述蓄热单元正在将热能释放到穿过所述蓄热单元的所述空气中时。
3.如条款2所述的数据中心，其中所述数据中心中的所述发热部件以所述发热部件之间具有过道的方式布置在所述数据中心中，
其中所述返回管道进一步联接到热过道密封腔室，所述热过道密封腔室将已经冷却所述发热部件的空气与所述数据中心中的其他空气分开。
4.如条款2或3所述的数据中心，其中在所述给定的一组环境空气条件下的所述外部环境中的所述空气与在所述另一组环境空气条件下的所述外部环境中的所述空气相比具有更低的相对湿度，并且
其中所述湿度阈值是与在所述给定的一组环境空气条件下的所述外部环境中的所述空气的相对湿度相比更低的相对湿度以及与在所述另一组环境空气条件下的所述外部环境中的所述空气的相对湿度相比更低的相对湿度。
5.如任一前述条款所述的数据中心，其中所述数据中心不包括机械冷却器，并且不包括蒸发冷却器以冷却所述数据中心中的所述发热部件。
6.一种空气处理系统，其包括：
蓄热单元，所述蓄热单元被配置成：
在给定的一组空气条件下，从穿过所述蓄热单元的空气中去除热能，并且
在另一组空气条件下，将所述热能释放到穿过所述蓄热单元的空气中；
空气移动装置，所述空气移动装置被配置成引导空气穿过所述蓄热单元；以及
控制系统，所述控制系统被配置成控制穿过所述空气处理系统的空气流动，使得包含已经穿过所述蓄热单元的空气的空气流动在以下条件下被维持在温度阈值和湿度阈值以下：
所述给定的一组空气条件并且当所述蓄热单元正在从穿过所述蓄热单元的所述空气中去除热能时；以及
所述另一组空气条件并且当所述蓄热单元正在将热能释放到穿过所述蓄热单元的所述空气中时。
7.如条款6所述的空气处理系统，其中所述湿度阈值是与在所述给定的一组环境空气条件下的所述空气的相对湿度相比更低的相对湿度以及与在所述另一组环境空气条件下的所述空气的相对湿度相比更低的相对湿度。
8.如条款6或7所述的空气处理系统，其中在所述给定的一组空气条件下，所述蓄热单元被配置成从穿过所述蓄热单元的所述空气中去除冷凝的水蒸气。
9.如条款6-8中任一项所述的空气处理系统，其中在所述另一组空气条件下，所述蓄热单元被配置成对穿过所述蓄热单元的所述空气进行加热以降低所述空气的所述相对湿度。
10.如条款6-9中任一项所述的空气处理系统，其中所述蓄热单元包括相变材料，所述相变材料被配置成：
当所述相变材料从第一相改变为第二相时，从穿过所述蓄热单元的空气中去除热能；并且
当所述相变材料从所述第二相改变为所述第一相时，将热能释放到穿过所述蓄热单元的空气中。
11.如条款10所述的空气处理系统，其中所述蓄热单元还包括管，其中所述相变材料处于所述管的内部空间中。
12.如条款11所述的空气处理系统，其中所述管还包括排出/填充机构，所述排出/填充机构被配置成容许从所述管中排出相变材料以及用另一种相变材料填充所述管。
13.如条款6-12中任一项所述的空气处理系统，其中所述空气处理系统还包括：
混合腔室，所述混合腔室联接到所述蓄热单元；以及
阻尼器，所述阻尼器联接在从由所述空气处理系统冷却的热负载的返回管道与所述混合腔室之间；
其中所述控制系统进一步被配置成控制所述阻尼器以调整流入所述混合腔室的返回空气量，以便将所述空气维持在所述温度阈值和所述湿度阈值之下。
14.如条款6-13中任一项所述的空气处理系统，其中所述控制系统进一步被配置成从由所述空气处理系统冷却的计算装置接收条件信号，并且响应于从由所述空气处理系统冷却的所述计算装置接收的所述条件信号来调整穿过所述空气处理系统的所述空气的流动。
15.一种方法，其包括：
引导来自外部环境的空气穿过空气处理系统的蓄热单元，其中所述蓄热单元被配置成：
在针对所述外部环境中的所述空气给定的一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，从所述空气中去除热能；并且
在针对所述外部环境中的所述空气的另一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，将先前从穿过所述蓄热单元的空气中去除的热能释放到所述空气中，
其中所述空气处理系统在所述给定的一组环境空气条件下并且在所述另一组环境空气条件下降低所述空气的所述相对湿度；以及
将具有所述降低的相对湿度的所述空气引向热负载以冷却所述热负载。
16.如条款15所述的方法，其还包括：
在所述给定的一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，使所述空气中的水蒸气冷凝并且从所述空气中去除所述冷凝的水蒸气。
17.如条款15或16所述的方法，其还包括：
在所述另一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，对所述空气进行加热以降低所述空气的所述相对湿度。
18.如条款15-17中任一项所述的方法，其中所述蓄热单元包括相变材料，当所述相变材料的相改变时所述相变材料吸收或释放热能，所述方法还包括：
响应于一年中季节的变化，将所述蓄热单元的所述相变材料从具有第一组相变特性的第一相变材料改变为具有另一组相变特性的第二相变材料。
19.如条款15-18中任一项所述的方法，其还包括：
在将所述空气引向所述一个或多个热负载之前引导所述空气的一部分穿过辅助冷却系统。
20.如条款15-19中任一项所述的方法，其还包括：
在将包含已经冷却所述一个或多个热负载的返回空气和已经穿过所述蓄热单元的所述空气的空气引导至所述一个或多个热负载之前，调整所述返回空气与已经穿过所述蓄热单元的所述空气混合的量，其中调整所述返回空气量以降低被引导至所述一个或多个热负载的所述空气的所述相对湿度。
尽管已经相当详细地描述了上述实施例，但是一旦完全理解上述公开内容，许多变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。旨在将以下权利要求解释为包含所有此类变化和修改。

Claims (15)

1.一种空气处理系统，其包括：
蓄热单元，所述蓄热单元被配置成：
在给定的一组空气条件下，从穿过所述蓄热单元的空气中去除热能，并且
在另一组空气条件下，将所述热能释放到穿过所述蓄热单元的空气中；
空气移动装置，所述空气移动装置被配置成引导空气穿过所述蓄热单元；以及
控制系统，所述控制系统被配置成控制穿过所述空气处理系统的空气流动，使得包含已经穿过所述蓄热单元的空气的空气流动在以下条件下被维持在温度阈值和湿度阈值以下：
所述给定的一组空气条件并且当所述蓄热单元正在从穿过所述蓄热单元的所述空气中去除热能时；以及
所述另一组空气条件并且当所述蓄热单元正在将热能释放到穿过所述蓄热单元的所述空气中时。
2.如权利要求1所述的空气处理系统，其中所述湿度阈值是与在所述给定的一组环境空气条件下的所述空气的相对湿度相比更低的相对湿度以及与在所述另一组环境空气条件下的所述空气的相对湿度相比更低的相对湿度。
3.如任一前述权利要求所述的空气处理系统，其中在所述给定的一组空气条件下，所述蓄热单元被配置成从穿过所述蓄热单元的所述空气中去除冷凝的水蒸气。
4.如任一前述权利要求所述的空气处理系统，其中在所述另一组空气条件下，所述蓄热单元被配置成对穿过所述蓄热单元的所述空气进行加热以降低所述空气的所述相对湿度。
5.如任一前述权利要求所述的空气处理系统，其中所述蓄热单元包括相变材料，所述相变材料被配置成：
当所述相变材料从第一相改变为第二相时，从穿过所述蓄热单元的空气中去除热能；并且
当所述相变材料从所述第二相改变为所述第一相时，将热能释放到穿过所述蓄热单元的空气中。
6.如权利要求5所述的空气处理系统，其中所述蓄热单元还包括管，其中所述相变材料处于所述管的内部空间中。
7.如权利要求6所述的空气处理系统，其中所述管还包括排出/填充机构，所述排出/填充机构被配置成容许从所述管中排出相变材料以及用另一种相变材料填充所述管。
8.如任一前述权利要求所述的空气处理系统，其中所述空气处理系统还包括：
混合腔室，所述混合腔室联接到所述蓄热单元；以及
阻尼器，所述阻尼器联接在从由所述空气处理系统冷却的热负载的返回管道与所述混合腔室之间；
其中所述控制系统进一步被配置成控制所述阻尼器以调整流入所述混合腔室的返回空气量，以便将所述空气维持在所述温度阈值和所述湿度阈值之下。
9.如任一前述权利要求所述的空气处理系统，其中所述控制系统进一步被配置成从由所述空气处理系统冷却的计算装置接收条件信号，并且响应于从由所述空气处理系统冷却的所述计算装置接收的所述条件信号来调整穿过所述空气处理系统的所述空气的流动。
10.一种方法，其包括：
引导来自外部环境的空气穿过空气处理系统的蓄热单元，其中所述蓄热单元被配置成：
在针对所述外部环境中的所述空气给定的一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，从所述空气中去除热能；并且
在针对所述外部环境中的所述空气的另一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，将先前从穿过所述蓄热单元的空气中去除的热能释放到所述空气中，
其中所述空气处理系统在所述给定的一组环境空气条件下并且在所述另一组环境空气条件下降低所述空气的所述相对湿度；以及
将具有所述降低的相对湿度的所述空气引向热负载以冷却所述热负载。
11.如权利要求10所述的方法，其还包括：
在所述给定的一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，使所述空气中的水蒸气冷凝并且从所述空气中去除所述冷凝的水蒸气。
12.如权利要求10或11所述的方法，其还包括：
在所述另一组环境空气条件下，当所述空气穿过所述蓄热单元时，对所述空气进行加热以降低所述空气的所述相对湿度。
13.如权利要求10-12中任一项所述的方法，其中所述蓄热单元包括相变材料，当所述相变材料的相改变时所述相变材料吸收或释放热能，所述方法还包括：
响应于一年中季节的变化，将所述蓄热单元的所述相变材料从具有第一组相变特性的第一相变材料改变为具有另一组相变特性的第二相变材料。
14.如权利要求10-13中任一项所述的方法，其还包括：
在将所述空气引向所述一个或多个热负载之前引导所述空气的一部分穿过辅助冷却系统。
15.如权利要求10-14中任一项所述的方法，其还包括：
在将包含已经冷却所述一个或多个热负载的返回空气和已经穿过所述蓄热单元的所述空气的空气引导至所述一个或多个热负载之前，调整所述返回空气与已经穿过所述蓄热单元的所述空气混合的量，其中调整所述返回空气量以降低被引导至所述一个或多个热负载的所述空气的所述相对湿度。
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