CN110068105B - 用于预测瞬态事件对数据中心的影响的方法和系统 - Google Patents

用于预测瞬态事件对数据中心的影响的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了用于预测瞬态事件对数据中心的影响的方法和系统。根据一个方面，本文的实施例提供了一种方法，该方法包括：接收与包括至少一个装备机架和至少一个冷却提供器的数据中心相关的输入数据，该输入数据包括数据中心架构信息、建筑数据、和操作数据；由计算设备至少部分地基于输入数据并基于数据中心的一组能量平衡和热交换方程来生成模型，该一组能量平衡和热交换方程考虑到由至少一个装备机架增加并由至少一个冷却提供器移除的热、以及至少一个装备机架的热质量和至少一个冷却提供器的热质量，该模型被配置为预测在瞬态事件期间在数据中心内的至少一个温度；以及控制显示设备以显示至少一个所预测的温度。

Description

用于预测瞬态事件对数据中心的影响的方法和系统
背景
1.技术领域
本发明的方面和实施例一般涉及预测数据中心的瞬态冷却性能。
2.相关技术的讨论
在合并装备机架和冷却器的数据中心配置中，当在考虑瞬态事件(例如功率的损失)时，预测在数据中心中温度如何随着时间的过去而变化的能力可能是重要的。例如，数据中心操作员可能想要知道在数据中心内的每个机架在遭受特定的冷却故障事件时需要经历多长时间来达到某个最大可接受温度。
概述
本发明的方面涉及一种方法，该方法包括：接收与包括至少一个装备机架和至少一个冷却提供器的数据中心相关的输入数据，该输入数据包括数据中心架构信息、建筑数据、和操作数据；由计算设备至少部分地基于输入数据并基于数据中心的一组能量平衡和热交换方程来生成模型，所述一组能量平衡和热交换方程考虑到由至少一个装备机架增加的并由至少一个冷却提供器移除的热、以及至少一个装备机架的热质量和至少一个冷却提供器的热质量，该模型被配置为预测在瞬态事件期间在数据中心内的至少一个温度；以及控制显示设备以显示至少一个所预测的温度。
根据一个实施例，所述至少一个所预测的温度包括至少一个装备机架的入口温度和与至少一个冷却提供器相关联的冷却流体的出口温度。
根据一个实施例，建筑数据包括数据中心的天花板、墙壁、和地板的热阻数据。
根据一个实施例，模型的所述一组能量平衡和热交换方程考虑到在数据中心的天花板、墙壁、和地板中的至少一个与数据中心的外部环境之间的热交换。
根据一个实施例，输入数据包括至少一个装备机架和至少一个冷却提供器的热效率。
根据一个实施例，输入数据包括至少一个冷却提供器的闭合启动和开路启动信息中的一个。
根据一个实施例，所述一组能量平衡和热交换方程利用用于预测至少一个温度的分段线性逼近。
根据一个实施例，该方法还包括基于该模型来计算冷却运行时间并将所计算的冷却运行时间显示在显示设备上。
根据一个实施例，该方法还包括使用被定位于数据中心中的至少一个传感器来收集操作数据。在一个实施例中，所收集的操作数据包括功率测量结果和冷却流速测量结果中的至少一个。
根据一个实施例，该方法还包括基于该模型来调节在数据中心内的设备的操作参数。在一个实施例中，操作参数包括被提供给数据中心内的装备的电力的源。
根据一个实施例，该方法还包括基于至少一个所预测的温度来实现数据中心的设计。
根据一个实施例，该方法还包括将热质量校准参数应用于至少一个装备机架的热质量和至少一个冷却提供器的热质量中的至少一个。
本发明的另一方面涉及一种系统，该系统包括存储设备、显示设备、耦合到存储设备和显示设备的控制器，并且该控制器被配置为：从存储设备接收与包括至少一个装备机架和至少一个冷却提供器的数据中心相关的输入数据，该输入数据包括数据中心架构信息、建筑数据、和操作数据；至少部分地基于输入数据并基于数据中心的一组能量平衡和热交换方程来生成模型，所述一组能量平衡和热交换方程考虑到由至少一个装备机架增加的并由至少一个冷却提供器移除的热、以及至少一个装备机架的热质量和至少一个冷却提供器的热质量，该模型被配置为预测在瞬态事件期间在数据中心内的至少一个温度；以及控制显示设备显示至少一个所预测的温度。
根据一个实施例，该系统还包括被耦合到存储设备并被配置为接收输入数据的接口。
根据一个实施例，输入数据包括至少一个冷却提供器的闭合启动和开路启动信息中的一个。
根据一个实施例，控制器还被配置成产生在瞬态事件之后的一段时间内的热损失和热产生分布图，并控制显示设备显示所产生的热损失和热产生分布图。
根据一个实施例，该系统还包括被定位于数据中心内并被配置为测量在被存储在存储设备上的输入数据中包括的操作数据的至少一个传感器。
根据一个实施例，控制器还被配置为基于该模型来调节在数据中心内的装备的操作参数。
下面详细讨论这些示例方面和实施例的又一些其它方面、实施例、和优点。此外，应理解的是，上述信息和下面的详细描述都仅仅是各个方面和实施例的说明性的示例，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性的综述或者框架。在本文公开的实施例可与其它实施例组合，且对“实施例”、“示例”、“一些实施例”、“一些示例”、“可选的实施例”、“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”、“某些实施例”等的提及并不一定是相互排他的，且意欲指示所述的特定特征、结构、或特性可被包括在至少一个实施例中。本文中这类术语的出现不一定都指同一实施例。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个实施例的各种方面，附图并非旨在按比例绘制。附图被包括以提供对各种方面和实施例的说明和进一步理解，并被合并在本说明书中且构成本说明书的一部分，但并不意欲作为任何特定的实施例的限制的定义。附图连同说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的方面和实施例的原理和操作。在附图中，在不同图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的数字表示。为了清楚的目的，不是每个部件都在每个附图中被标出。在附图中：
图1示出了根据本发明的一个或更多个方面的数据中心的一个示例的冷冻水系统的模型；
图2示出了图1的数据中心的示例的气流的模型；
图3示出了根据图1和图2的模型的组合冷冻水系统和气流的模型；
图4是根据本发明的一个或更多个方面的过程的流程图；
图5A示出了根据本发明的一个或更多个方面的可以与计算机系统相结合来使用的结果显示的一个示例；
图5B示出了根据本发明的一个或更多个方面的可以与计算机系统相结合来使用的结果显示的另一示例；
图5C示出了根据本发明的一个或更多个方面的可以与计算机系统相结合来使用的结果显示的又一示例；
图6示出了根据本发明的方面的可以与计算机系统相结合来使用的输入和结果屏幕；
图7是计算机系统的示意图，本文公开的方法可以在该计算机系统上被执行；以及
图8是用于图7的计算机系统的存储器系统的示意图。
详细描述
本公开的方面涉及用于估计公用电源停电对数据中心温度的影响的系统和方法。数据中心一般容纳高度集中和密度的信息技术装备，其并置在提供网络连接、电力、和冷却能力的结构中。根据一些数据中心架构配置，具有在地板之下的通风室的活动地板可用于向机架提供冷空气。冷空气通过具有开口区域的穿孔地砖(perforated tiles)从通风室分布到机架。根据一些配置，多行装备被组织成热空气通道和冷空气通道。例如，装备机架(例如制热装备)和行内冷却器可以被布置在创建交替的热空气通道和冷空气通道的交替的前/后布置的行中，其中机架的每行的前部面向冷通道以及机架的每行的后部面向热通道。在本文的说明书和权利要求书中，在机架中的装备或机架本身可以被称为冷却消耗者，并且行内的冷却单元和/或计算机机房空调(CRAC)可以被称为冷却提供器。
本文描述的方法和系统可用于分析数据中心的稳定状态和瞬态冷却性能。在典型的数据中心内，通常由具有规定的冗余水平的不间断电源(UPS)和应急发电机支持被供应到数据中心的电力，以确保不间断的计算和数据存储。然而，在大多数数据中心内，虽然敏感的电子器件将继续在UPS和发电机上操作，但冷却系统在电力中断时将至少关闭很短的一段时间，以及敏感的被供电的电子器件可能变得过热。冷却系统通常消耗太多的电力而不能由UPS支持，但通常由一台或多台发电机进行后援。即便如此，冷却装备(例如冷冻器和直接膨胀式(DX)冷却单元)在电力中断后在它们可支持它们的额定冷却负荷之前需要相对长的时间。因此，电子器件可能操作很多分钟或数十分钟，直到正常冷却被返回为止。此外，大多数数据中心设计(利用“开放”电源路径)要求到冷却装备的电力在它被恢复之后在切换回到主(公用)电源时再次被中断。这将引起另一个潜在地长的延迟，直到冷却设备能够再次返回到其满额定冷却负荷。因此，“返回到主电源”的定时也可能显著影响电子器件所经历的极限温度。
本文公开的方法和系统改进了在经历瞬态事件(例如公用电源故障)的数据中心内的空气和冷却温度(例如冷却液)的预测。保持合理的IT入口温度是关键的设计目标，且它们通常是房间设计、IT负荷、冷却架构(例如空气分布与遏制的类型)、环境(外部温度)、以及UPS设备的存在和到USP设备的连接的函数。冷却运行时间(其指关键装备持续接收低于指定温度阈值的气流时的时间段)主要是由系统存储的冷却能力以及UPS和发电机备用系统设计确定的。更好地理解在冷却中断期间或在冷却系统恢复上线之后设施温度如何改变可以允许数据中心操作员和设计人员更好地优化针对数据中心的操作和设计。此外，瞬态预测在有效地控制数据中心中的冷却和负荷方面是有价值的。例如，准确的瞬态温度预测可以使数据中心管理人员能够减轻温度和负荷随系统的热质量的波动。这个方面当结合与瞬态变化(例如，在数据中心内的与天气相关的断电或循环负荷变化)进行预测时是特别有用的。
本文根据本发明所公开的方面，并不将其应用限制于在下面的描述中阐述的或在附图中所示出的部件的构造和布置的细节。这些方面能够采用其它实施例并能够以各种方式被实践或实现。本文提供的特定实现方式的示例仅用于说明性目的而并不旨在限制。特别是，结合任何一个或更多个实施例讨论的动作、部件、元件、和特征并不意欲在任何其它实施例中从类似的角色被排除。
另外，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制性的。对于本文中以单数提及的系统和方法的示例、实施例、部件、元件或者动作的任何引用也可以包含包括复数的实施例，并且对于本文的任何实施例、部件、元件或者动作复数形式的任何提及也可以包含仅包括单数的实施例。单数形式或者复数形式的引用并不旨在限制当前公开的系统或者方法、它们的部件、动作、或者元件。本文使用“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“含有”、“涉及”、及其变型意在包括其后列举的项目和其等价物以及额外的项目。“或”的引用可解释为包括性的，使得使用“或”所描述的任何术语可以指示所描述的术语的单个、多于一个、以及全部中的任何一种情况。此外，在本文档和通过引用并入本文的文档之间的术语的不一致使用的情况下，在所并入的参考资料中的术语使用对本文档的术语使用进行补充；对于不能相容的不一致，以在本文档中的术语使用为准。此外，可能在说明书中为了读者的方便来使用了标题或子标题，其不应对本发明的范围有影响。
流网络模型
可以参考数据中心的流网络模型来描述各种实施例。图1和图2分别示出了数据中心的冷冻水回路和空气回路的模型，该数据中心主要具有带有活动地板通风室的室内冷却架构。
图1所示的冷冻水回路的模型102模拟水流与冷却器115(即，室内冷却装备，其在图1中是计算机室空气处理器(CRAH)并且包括在待冷却的室内的所有冷却器)的冷却盘管116、冷冻器105、和储水罐110的相互作用。
冷冻水由通过管的网络使水循环的泵从冷冻器105进行供应的。冷冻水108离开冷冻器105，具有温度Tch s，并进入储罐110，某个体积的冷冻水被储存在储罐110中以在瞬态事件(例如电源故障)期间用作冷却源。例如，抽吸冷冻水的一个或更多个泵可以由发电机或者在一些实例中由UPS设备(例如，在发电机提供电力之前)供电。冷冻水108离开冷冻器105并储存在储罐110中。具有温度Tstor的来自储罐112的冷冻水然后流过冷却器115的冷却盘管116。来自冷却器的回水119具有温度Tco。为了控制目的，来自储罐110的冷冻水的至少一部分也可以经由旁路回路118绕过冷却盘管116。旁路回路118中的水和来自冷却器的回水119混合在一起以形成返回到冷冻器并具有温度Tch r的水106。
图2中所示的空气回路的模型104描绘了在数据中心内的气流。在图2中所示的示例中的冷冻水冷却方案中的空气回路包括空气流与CRAH质量、通风室130、IT装备135、房间120、墙壁124、地板126、和天花板122的相互作用。
具有温度Ts a的来自冷却器115的空气138被引入到通风室130，并在通风室中与空气混合以形成具有温度Tp的空气。来自通风室的具有温度Tp的空气140作为空气140a穿过穿孔地砖(和各种泄漏路径)进入房间120内。来自通风室130的具有温度Tp的空气(且在图2中被标记为140b)也与来自房间的具有温度Trm的空气142混合，以形成进入IT装备135的入口的具有温度TIT in的空气144，IT装备135包括所有IT设备(并且被定位于房间中)，例如被定位于装备机架中的服务器，并且也可以在本文被称为“装备机架”或简单地被称为“机架”。流经IT装备135的空气144作为具有温度TIT ex的空气146离开IT装备135的出口。离开IT装备135的具有温度TIT ex的空气146作为空气146a进入房间120。离开IT装备135的具有温度TIT ex的空气146也与具有温度Trm的房间空气142混合，以形成返回到冷却器115的具有温度Tr a的混合房间空气136。
如下面将进一步详细解释的，图2中所示的模型还指示房间空气的温度Trm受到通过墙壁124和天花板122到环境(在数据中心外部)的热传递的影响。在通风室中的空气的温度Tp也受到通过地板126到通风室130或根据可选配置到其它外部环境的热传递的影响。
在图1和图2中呈现的模型示出了包括应用于具有活动地板通风室的室内冷却架构的冷冻水系统的数据中心冷却配置，但是应当认识到，该模型也可以应用于其他配置，这些其他配置也在本公开的范围内。例如，该模型可被应用于其中不包括通风室的行内冷却架构。此外，代替包括CRAH的冷冻水系统，冷却系统可以包括使用制冷剂的空气冷却CRAC直接膨胀式(DX)系统或者使用空气作为载热流体的空气系统。在这样的实例中，模型的一个或更多个部件可以被省略(和/或不同的部件被包括)。该系统也可以不包括储罐110，且替代地，来自冷冻器105的水可以直接引向冷却器105和/或旁路回路118。此外，在模型中使用的分析可以应用于除了数据中心以外的其他应用和计算环境(在建筑物中)，例如容器、模块化系统、一般IT环境、电池室等。
在图1和图2中呈现的空气和水回路的组合模型103在图3中被示出。组合模型103示出了冷冻水系统如何被建模为热增加(IT装备135)、热移除(冷冻器105)、流体(空气和水)、质量(冷冻器105、冷却器115、IT装备135、房间120、通风室130、墙壁124、地板126、天花板122、储水罐110)、和外部温度(施加到墙壁、天花板和地板)的组合系统。
根据一个实施例，可以导出关于数据中心模型的不同部件(控制体积)(包括冷冻器105、储水罐110、冷却盘管116、冷却器115、通风室130、IT装备135、和房间120、以及房间120的地板126、天花板122、和墙壁124)的一组能量平衡和热传递方程。
下面的方程组中的一个或更多个方程包括数据中心的一个或更多个部件(例如IT装备和冷却器的热质量)的表示。术语“热质量”(也被称为“电容量(capacitance)”)通常描述材料对温度变化的抵抗力，并且是其质量和比热的乘积。此外，热质量的“有用性”或“可用性”取决于材料与其周围环境的热接触的紧密度。例如，冷却器的热质量由在下面方程(8)的右侧的项考虑到和表示，冷冻器的热质量由在下面方程(1)的右侧的最后一项表示，以及通风室空气的热质量由在下面方程(11)的右侧的最后一项表示。其他部件(例如储水罐、房间空气、IT装备、地板、天花板、和墙壁)的热质量也分别被包括在下面的方程(3)、(12)、(14)、(16)、(17)、和(18)中。
冷冻器
冷冻器105被配置为从系统移除一定量的热，同时还包括一些可用的质量以减慢数据中心中的瞬态温度。方程(1)表示冷冻器105的能量平衡方程，其指示冷冻水供应温度Tch s可以被表示为由冷冻器移除的能量、冷冻器的质量、和冷冻器质量的温度的函数，如下所示：
Figure BDA0001901240730000091
其中：
Figure BDA0001901240730000092
是水的比热
Figure BDA0001901240730000093
是通过冷冻器的水的质量流速
Figure BDA0001901240730000094
是到冷冻器的水的返回温度
Figure BDA0001901240730000095
是来自冷冻器的水的供应温度
Figure BDA0001901240730000096
由冷冻器移除的热(由冷冻器提供的总冷却负荷)
Mch是冷冻器的质量
Tch是冷冻器质量的温度。
冷冻器是热离开图1的水回路的唯一位置。由于多种原因(其包括电源故障)，冷冻器可能缺乏在冷冻器重新启动的时间段期间以及在当冷冻器经历开路启动时、当冷冻器将电源从本地电源切换到公用电源时的时间期间(这些都是瞬态事件的例子)移除热的能力。在方程(1)中的表示由冷冻器移除的热的项
Figure BDA0001901240730000097
的使用允许根据冷冻器的容量来控制冷冻器水的供应温度并对断电或重启(即，瞬态事件)进行建模的能力。可以在冷冻器与主电源断开(即关闭)或经历重启过程(通常花费大约5-15分钟)时通过将冷冻器冷却功率
Figure BDA0001901240730000107
设置为零来对冷冻器停机时间建模。
如果冷冻器质量被建模为集总电容(lumped capacitance)，则增加到质量的能量(即，从水到冷冻器质量的热传递)用∈ch，下面的方程(2)中的冷冻器的热效率，进行进一步建模：
Figure BDA0001901240730000101
水存储器
储水罐110可以被建模为水的混合良好的体积。储水罐110上的能量平衡可以被表示为如下面在方程(3)中所示的：
Figure BDA0001901240730000102
其中：
Figure BDA0001901240730000103
是冷冻器的质量流速
Figure BDA0001901240730000104
是冷冻水供应温度
Tstor是储存在储罐中的水的良好混合的温度
Figure BDA0001901240730000105
是冷冻水缓冲存储器的总质量
Figure BDA0001901240730000106
是水的比热
根据一些实施例，储水罐被绕过，且来自冷冻器105的水可以被直接发送到冷却器115和/或旁路回路118。例如，数据中心操作员可能希望在瞬态事件之后在重启冷却器115时绕过储水罐110。在这个实例中，方程(3)的Tstor用Tch s代替。
冷却盘管
冷却器115的冷却盘管116控制由冷却器115从空气侧传递到水侧的热。冷却盘管116可以用稳态热交换模型进行建模，该稳态热交换模型表示冷却盘管116的能量平衡方程，如下面的方程(4)所示的：
Figure BDA0001901240730000111
其中：
Figure BDA0001901240730000112
是空气的比热
Figure BDA0001901240730000113
是水的比热
AR是总冷却气流与总IT气流的比
Figure BDA0001901240730000114
是通过IT装备的空气的质量流速
Figure BDA0001901240730000115
是冷却器返回空气温度
Figure BDA0001901240730000116
是在空气经过冷却盘管后在CRAH内部的空气的温度
Figure BDA0001901240730000117
是通过冷却盘管的水的质量流速
Tco是离开冷却盘管的水的温度
Tstor是从储水罐进入冷却盘管的温度
对于大多数数据中心配置，空气比AR应该大于1。
冷却盘管的稳态热效率规定总的热传递，并且可以被表示为如下面在方程(5)中所示的：
Figure BDA0001901240730000118
可以使用来自冷却器制造商的技术信息来估计冷却盘管的热效率。
可以通过改变在表达式
Figure BDA0001901240730000119
(即，方程(4)的右侧)内的通过冷却盘管的水的质量流速
Figure BDA00019012407300001110
来对冷却器的处理不同冷却负荷的能力建模。通过冷却盘管的水的质量流速
Figure BDA00019012407300001111
必须小于或等于通过冷冻器的流速
Figure BDA00019012407300001112
(见方程(1)和(3))，其在对系统中的未知项求解时在下面被利用。
根据可选的实施例，可以使用多个方程来模拟在冷却盘管质量、冷却器气流、和冷却器水流之间的热传递。例如，下面在由方程A-C表示的热动力学模型中示出表示这些类型的冷却器热传递的热能守恒的一组方程的一个示例：
方程A：
Figure BDA0001901240730000121
方程B：
Figure BDA0001901240730000122
方程C：
Figure BDA0001901240730000123
其中：
Mwall是冷却器的壁的质量
Cwall是冷却器的壁的比热
Twall是冷却器的壁的温度
h'是变化的传热系数(即瞬态条件行为)
A是传热递面积
Th是热流体的温度
Tc是冷流体的温度
Co是流体电容
m'是变化的质量流速(即瞬态条件行为)
cp是流体比热
x、y是冷却器的物理长度和方向
下标h是热流体
下标c是冷流体。
由方程A-C提供的热动力学模型可在可选的实施例中用于描述在固体冷却盘管和两种流体流之间的热传递来代替合并冷却盘管的热效率的上述方法。
返回到图1，该模型还包括用于规定水流如何在水回路中混合的方程。例如，在水离开冷却盘管后，其与绕过盘管的水
Figure BDA0001901240730000124
混合，以产生冷冻器的总流速
Figure BDA0001901240730000125
冷冻器返回温度为
Figure BDA0001901240730000126
产生下面的方程(6)和(7)：
Figure BDA0001901240730000131
Figure BDA0001901240730000132
其中：
Figure BDA0001901240730000133
是通过冷却盘管的水的质量流速
Figure BDA0001901240730000134
是绕过冷却盘管的水的质量流速。
冷却器
在空气通过冷却器115的冷却盘管116之后，其与CRAH(冷却器115)的质量MCRAH相互作用，并且可以使用下面的方程(8)和(9)来进行建模：
Figure BDA0001901240730000135
Figure BDA0001901240730000136
其中：
MCRAH是CRAH的质量
Figure BDA0001901240730000137
是CRAH的比热
TCRAH是CRAH质量的温度
εCRAH是CRAH质量的稳态热效率。
在某些实例中，冷却器的热效率εCRAH被假定为已知常数。例如，在一些应用中，冷却器的热效率可以具有在大约0.7-0.9的范围内的值。
空气在温度
Figure BDA0001901240730000138
下返回到CRAH(冷却器115)，并在方程10中被相应地表示为房间和IT装备排气温度Trm和
Figure BDA0001901240730000139
的线性组合：
Figure BDA00019012407300001310
将在下面进一步详细描述热通道捕获指数(HACI)。
通风室
在与CRAH的质量(冷却器115)相互作用之后，空气穿过通风室130，在通风室130处空气与地板126接触。如下面在方程(11)中例示的，现有的通风室温度Tp可以被描述为通风室空气供应和房间地板温度以及在通风室中的空气的热质量的函数，方程(11)提供了在通风室中的空气的能量平衡方程：
Figure BDA0001901240730000141
其中：
Tp是在通风室中的空气的温度
Tf是地板(平板)的温度
Figure BDA0001901240730000142
是在通风室空气体积和地板之间的热阻
Rf是地板本身的热阻
Figure BDA0001901240730000143
是在通风室中的空气的质量。
房间
房间120中的空气的体积是许多气流和相互作用的组合。方程(12)表示房间120的能量平衡方程，其包括房间空气的热质量、来自通风室和IT设备的气流以及通过墙壁和天花板的热传递：
Figure BDA0001901240730000144
其中：
CACI是IT装备的冷通道捕获指数
HACI是IT装备的热通道捕获指数
AR是总冷却气流与总IT气流的比
Figure BDA0001901240730000151
是空气的比热
Tp是从通风室供应的空气的温度
Trm是(未捕获的)房间空气的温度
Figure BDA0001901240730000152
是离开IT装备的空气的排气温度
Figure BDA0001901240730000153
是IT装备的质量流速
Figure BDA0001901240730000154
是在房间空气和天花板之间的热阻
Rc是天花板本身的热阻
Tc是天花板的温度
Figure BDA0001901240730000155
在房间空气和墙壁之间的热阻
Rw墙壁本身的热阻
Tw是墙壁的温度
Figure BDA0001901240730000156
是房间内的空气的质量。
方程(12)用包括空气比AR、热通道捕获指数、和冷通道捕获指数的流网络模型来表征房间气流模式。IT装备的冷通道捕获指数(CACI)被定义为由IT装备摄入的发源于局部冷却源的空气(例如，来自图2中的通风室130的通过穿孔地砖的空气，但是在其他实施例中可以是局部冷却器，例如CRAC)的部分。热通道捕获指数(HACI)被定义为由局部提取(例如图2中的冷却器115、或在其它实施例中的返回通风孔)捕获的由IT装备排出的空气的部分。
可以基于在第7,991,592号美国专利(本文被称为‘592专利)和第8,972,217号美国专利(本文称为‘217专利)中的讨论来确定热通道和冷通道捕获指数的值，这两个专利通过引用被全部并入本文。如在‘592专利中所解释的，为了跟踪来自每个机架(IT设备)的气流，在详细的CFD模拟中，使用一种物质浓度Ci来单独地识别来自每个机架的废气。使用方程D来确定被冷却器(或局部提取)j捕获的从机架i排出的空气的部分：方程D：
Figure BDA0001901240730000161
其中：
Figure BDA0001901240730000162
是在废气或机架i处规定的物质i的浓度
Figure BDA0001901240730000163
是在冷却器j的入口处计算的物质i的浓度
Qi是通过机架i的体积气流速率。
Qj是通过冷却器j的体积气流速率。
捕获指数是从机架i排出的由冷却器j捕获的在所有N个局部冷却器上相加的空气的部分之和，如下面由方程E所示的：
方程E：
Figure BDA0001901240730000164
因为由于
Figure BDA0001901240730000165
的数值是任意的，在数值分析中设置
Figure BDA0001901240730000166
是方便的，使捕获指数变为如下面由方程F所示的：
方程F：
Figure BDA0001901240730000167
与冷通道捕获指数不同，热通道捕获指数计算取决于机架(和冷却器)气流速率。差异产生是因为虽然CI的两种变体都是关于机架气流速率定义的，但是在冷通道分析中的感兴趣的计算值是机架入口浓度，而在热通道分析中的感兴趣的计算值是冷通道入口浓度。
HACI可以由它们的组成fij进行计算，组成fij被定义为来自机架i的由冷却源j捕获的气流的部分并在下面被表示为方程G：
方程G：
Figure BDA0001901240730000168
其中N是局部冷却源的数量。根据一些实施例，在HACI计算中的N可以包括所有局部冷却提取(冷却器回流、局部排气格栅等)。
以类似的方式，在冷通道CI计算中，冷通道CI(CACI)可以由它们的组成gij进行计算，组成gij被定义为发源于冷却源j的机架i的气流的部分并在下面被表示为方程H：
方程H：
Figure BDA0001901240730000171
根据一些实施例，在CACI计算中的N可包括所有局部冷却供应物。
总之，fij和gij可分别形成HACI和CACI的构成块，且它们可起作用来表征多个气流，其组合以构成机架的入口和排气气流模式。
上述讨论考虑了IT装备机架的单独HACI和CACI值，例如，如通过详细的CFD模拟所计算的，但是如下面所提到的，在本模型中的IT装备被建模为装备机架的一个集总实例。因此，模型的HACI和CACI值也可以反映总值，其中所有IT装备机架都被建模为具有相同的值。
IT装备
IT装备的入口温度
Figure BDA0001901240730000172
可以被建模为冷通道捕获指数的函数，如在方程(13)在所指示的，并且IT排气温度
Figure BDA0001901240730000173
是IT装备的热质量的函数，如在方程(14)和(15)中所指示的：
Figure BDA0001901240730000174
Figure BDA0001901240730000175
Figure BDA0001901240730000176
其中：
Figure BDA0001901240730000177
是IT装备的入口空气温度
Figure BDA0001901240730000178
是离开IT装备的空气的排气温度
Figure BDA0001901240730000179
是由IT装备提供的总供热负荷(由IT装备增加的能量)
MIT是IT装备的质量
Figure BDA00019012407300001710
是IT装备的比热
εIT是IT装备的稳态热效率
TIT是包括机架外壳的IT装备的温度，
在一些实例中，IT装备的热效率εIT可以从文献来源获得。例如，根据一些实施例，εIT可以具有大约0.7和0.9的值。同样，IT装备的比热
Figure BDA0001901240730000181
也可以从文献中获得，并且在某些实施例中具有大约650J/(kg℃)的值。
在方程(13-15)中例示的IT装备模型指示，IT装备被建模为装备机架的一个集总实例。换句话说，该模型假设房间中的所有机架可以组合成具有所有机架的累积特性的一个统一的机架对象。类似地，房间中的所有冷却供应物可以组合成一个冷却对象。如下文进一步解释的，HACI和CACI的值可以针对不同的数据中心架构被调节，并提供IT入口和冷却器返回温度的特定值，而不必执行完整的计算流体动力学(CFD)分析。理论上，CFD能提供期望的详细程度，但是它通常是非常慢、昂贵、常常是难解的，且并不总是收敛到一致的结果。
根据可选的实施例，方程可用于对在IT装备和空气流之间的热传递建模。在下面的方程I中表示这种模型的一个非限制性示例：
方程I：
Figure BDA0001901240730000182
其中：
MIT是IT装备的质量
cp IT是IT装备的比热
hIT是在IT装备和房间内的空气之间的对流传热系数
AIT是IT装备的总暴露表面积，其取决于机架的数量及其配置
TIT *是在时间间隔Δt之前IT装备的表面温度
TIT是时间间隔Δt之后IT装备的表面温度
由方程I提供的模型可在可选的实施例中用于描述在IT装备和房间空气之间的热传递来代替上述方法，其合并IT装备的热效率。
地板、天花板、墙壁
返回到图2，在地板、天花板、和墙壁与环境(外部)之间的热交换可以分别由下面的方程(16)、(17)和(18)表示。
通过在通风室空气、地板、和外部环境之间的热阻(热传递)模型来维持地板126的温度，产生方程(16)：
Figure BDA0001901240730000191
其中：
Figure BDA0001901240730000192
是地板的外部环境温度
R″fo是在外部和地板之间的热阻
R″fi是在通风室空气体积和地板之间的热阻
R″f是地板本身的热阻
Mf是地板的质量
Figure BDA0001901240730000193
是地板的比热
Tf是地板质量的温度
Tp是通风室中的空气的温度。
也通过在房间空气、天花板、和外部环境温度之间的热阻的模型来维持天花板122的温度，产生方程(17)：
Figure BDA0001901240730000194
其中：
Figure BDA0001901240730000195
是天花板的外部环境温度
R″co是在外部和天花板之间的热阻
R″ci是在房间空气和天花板之间的热阻
R″c是天花板本身的热阻
Mc是天花板的质量
Figure BDA0001901240730000201
是天花板的比热
Tc是天花板质量的温度。
也通过在房间空气、墙壁、和外部环境温度之间的热阻的模型来维持墙壁的温度，产生方程(18)：
Figure BDA0001901240730000202
其中：
Figure BDA0001901240730000203
是墙壁的外部环境温度
R″wo是在外部和墙壁之间的热阻
R″w是在房间空气和墙壁之间的热阻
R″w是墙壁本身的热阻
Mw是墙壁的质量
Figure BDA0001901240730000204
是墙壁的比热
Tw是墙壁质量的温度。
根据一个实施例，方程(1)-(18)完全表征在瞬态情形(例如断电)下的空气和水系统。然而，非线性项的包括(例如方程(1)、(3)、(8)、(11)、(14))需要迭代或非线性方法的使用。可以对模型进行两次调节，以通过线性化这组方程来降低对非线性系统求解所涉及的计算复杂度。
第一次调节产生下面的认识：通过冷却盘管的流速
Figure BDA0001901240730000205
和冷冻器的容量
Figure BDA0001901240730000206
并不立即改变，并且当不在它们的极限值处时通常也是自由变量。如果模拟包括足够的时间步长，或者时间步长足够小，那么由冷却器移除的热
Figure BDA0001901240730000207
和通过冷却盘管的水的质量流速
Figure BDA0001901240730000208
不必明确地被求解，而是可以使用来自前一时间步长的结果来估计。因此，与热质量相关联的导数项(例如，分别在方程(1)、(3)、(8)、(11)、(12)、(14)、(16)、(17)、和(18)中的冷冻器、储水罐、冷却器、通风室空气、房间空气、IT装备、地板、天花板、和墙壁的热质量项)可以用正向差分离散化来逼近。例如，导数项可以使用以下形式的逼近来离散化：
Figure BDA0001901240730000211
其中Δt表示有限的持续时间(“时间步长”)。
然后可以用迭代的方式对方程(1)-(18)求解。第二次调节考虑到冷却器的容量(由方程(4)中的限制
Figure BDA0001901240730000212
控制)和冷冻器的容量(由方程(1)中的上限
Figure BDA0001901240730000213
控制)，必须在每个时间步长处被实施，为方程(1)和(4)创建分段线性方程。因为这些方程在温度增加时是单调的，可以通过首先假设容量不被满足并然后反复改变方程(1)和(4)来对系统温度求解，如果因而产生的温度迫使冷冻器或冷却器达到其最大容量。这种方法在图4的过程400中被示出。过程400的实现方式避免了外部非线性解决方案包的使用，这可能是缓慢和不稳定的。
图4的过程400开始于452，在452处，关于时间步长“t”对瞬态方程(即温度值)求解。许多不同软件代码中的任何一个都可以用于同时对18个方程求解，并获得关于该特定时间步长的温度值。在456处，做出关于是否冷冻器容量已经被超过的确定。如果否，则过程继续到460。如果是，则在454处，方程(1)的
Figure BDA0001901240730000214
被冷冻器的最大容量
Figure BDA0001901240730000215
代替，并且过程继续到460。在460处，做出关于是否冷却器容量已经被超过的确定。如果否，则过程继续到464。如果是，则在458处方程(4)的通过冷却盘管的水的质量流速
Figure BDA0001901240730000216
由通过冷冻器的水的质量流速
Figure BDA0001901240730000217
代替(因为通过冷却盘管的质量流速不能超过冷冻器的质量流速)，并且过程继续到464。在464处，做出关于是否步骤454和458已经被实现的询问，指示在方程(1)和/或方程(4)中的项已经被替换。如果是，则该过程重复，并且在452使用在方程(1)和/或(4)中的新项关于时间步长“t”再次开始。如果否，则该过程关于下一时间步长(t+1)继续，并且该过程关于t+1时间步长重复。该过程关于所有时间间隔重复，直到结束为止，这基于被设计到软件代码中的参数而进行规定或确定。
从对与上述模型相关联的能量平衡和热传递方程组求解获得的结果可用于预测数据中心内的温度，包括至少一个装备机架的入口温度和/或与冷却装备相关联的冷却流体(例如空气、水)的出口温度。结果还可用于计算数据中心的冷却运行时间。该模型可用于优化数据中心的一个或更多个部件(例如冷却器)的瞬态性能，并可用于调节数据中心内的装备(例如装备机架和/或冷却提供器)的一个或更多个操作参数。例如，可以调节与冷却器相关联的流体(水、制冷剂、空气)的流速，或者可以调节与至少一个装备机架相关联的电力。在一些实例中，操作参数可以包括调节被提供给数据中心内的装备的电力的源。例如，装备可以从一个电源(例如公用电源、发电机)切换到另一个电源(例如发电机、UPS)。在其他实例中，操作参数可以与启动发电机或UPS设备相关联。在一些实例中，可以执行调节以确保足够的冷却被提供，使得数据中心或其部件的最高温度不被超过。在其他实例中，可以执行调节以节省能量或以其他方式最小化能量消耗。根据一些实施例，数据中心的设计可以基于模型的结果(例如所预测的温度)来改变。例如，数据中心设计和管理系统的用户可以改变在数据中心内的装备的实际布局中或装备的所提议的布局中使用的冷却器的位置或冷却器的类型。当发现性能是在预定的规格内时，这些改变可被实现以提高冷却性能和/或可被实现以提供成本和/或功率节省。
来自模型的结果还可以用于在显示设备上生成或以其他方式提供显示或其他类型的可视化，例如本文参考图5A-5C描述的可视化。例如，从模型生成的温度预测分布图可以被显示给用户，并且可以用于监测或控制数据中心的一个或更多个部件。例如，温度预测和/或冷却运行时间可用于由用户或由控制器控制冷却装备或装备机架。如下文进一步详细讨论的，来自模型的结果可以被显示为设计系统的实现方式的一部分。
根据一些实施例，该模型可以被合并到数据中心设计系统中，该数据中心设计系统可以是独立的工具或者可以被构建到数据中心设计平台中，包括基于web的软件工具。这个设计方面可用于通过活动(例如设计数据中心结构、在安装之前定位在数据中心内的装备和在构造和安装完成之后重新定位装备)来引导数据中心人员。设计和伴随的分析可以允许用户创建数据中心配置的模型，根据该模型可以确定性能度量(例如，装备机架和/或冷却器的入口和出口温度)。系统和用户都可以接着使用这些性能度量来确定满足各自设计目标的可选系统配置。因此，可以获得优化的设计，并且模型的结果可以用作系统的一部分以实现该设计，例如，根据优化的设计布局来订购装备、运送装备、和/或在数据中心安装装备。此外，现有数据中心的设计也可以根据模型的结果而进行更改。例如，在性能被发现在预定规范内时例如通过降低功耗或其他成本节省，用户可以改变部件和/或冷却装备的位置，以改善数据中心的性能。
在某些实施例中，来自模型的结果可用于经由接口例如显示设备来向用户(例如数据中心管理员)提供警告、错误消息、或其他信息。例如，可以提供关于冷却运行时间值或数据中心中的热点的警告。此外，可以向用户提供评估、建议或推荐，例如通过例如实现额外的冷却能力(例如，“安装冷冻水储罐”或“使用UPS的动力冷冻水泵”或“UPS的动力冷却器风扇”)或者在外部事件(例如天气预报)影响电力分配之前采取预防措施来改善数据中心的性能的建议。例如，该系统可以建议降低空气供应温度，并且在一些实例中可以在预料到这样的外部事件时通过控制空气供应温度来采取自动行动。此外，控制器可以由用户编程或指示，以在诸如电力的损失的瞬态事件之后执行自动“断电”方案。在某些实例中，模型可以用该信息被实时地更新，以提供已更新的冷却运行时间。如下所讨论的，一个或更多个传感器(例如IT负荷、可用冷却功率、温度数据)可在获得用于确定冷却运行时间的实时数据时被使用。
根据一些实施例，可以结合数据中心的模型来使用被定位于现有数据中心内的一个或更多个传感器。传感器可以被用于测量数据中心的操作数据，例如温度、湿度、功耗、压力、气流、流速等。例如，传感器可以测量冷却流体(例如水)的流速、离开IT装备的空气的温度、离开冷却器和/或通风室的空气的温度、IT负荷(例如功耗)、可用冷却功率、房间温度等。这些测量结果中的一个或更多个可以用作模型的输入。在其他实施例中，测量数据可以对照由模型输出的预测值来进行比较，以验证和校准模型。例如，所测量的值可用于校准模型的瞬态或稳态物理参数，例如捕获指数、热阻等。
在某些实施例中，可以使用一个或更多个测量结果经由一个或更多个校准参数来校准模型。例如，测量数据(例如温度数据、功耗数据、气流数据、冷冻水数据等)可以在瞬态事件期间被获得，并然后作为历史瞬态事件数据被存储在数据库或其他存储设备中。然后可以基于历史瞬态事件数据来校准模型。根据一些实施例，校准参数可以被应用于模型的一个或更多个所估计的热质量值(例如，见下面的表2)。例如，热质量校准参数可以被应用于IT装备、冷却器、储水罐、房间空气、通风室空气、地板、天花板、和墙壁的热质量中的一个或更多个。在一些实例中，不同的校准参数可以被应用于每个热质量。根据另一方面，当获得新的历史瞬态事件数据时，可以重新校准模型。
对于冷却装备的部件(例如冷却风扇或水泵)没有连接到UPS的瞬态事件，空气温度的上升将不被CRAH(冷却器115)中的质量减慢，并且冷却回路将没有任何影响。为了模拟这些情形，冷冻器的AR、CACI、HACI、和质量流速
Figure BDA0001901240730000241
随着时间的推移而变化，使得：
(1)如果没有冷却风扇被连接到UPS并且没有遏制：
AR＝0，CACI＝0，以及HACI＝0
(2)如果没有冷却风扇被连接到UPS并且有遏制：
CACI＝fCACI，以及HACI＝fHACI
(3)如果没有泵被连接到UPS：
Figure BDA0001901240730000242
根据一些实施例，不同冷却技术(例如冷冻水、DX、和使用空气作为热传递流体的系统、以及不同空气输送系统(例如活动地板、活动地板和吊顶、溢满供应、和紧耦合冷却))的性能将影响在方程(10)、(12)、和(13)中使用的HACI和CACI的值。下面的表1列出了冷却和遏制架构的13种不同组合的系数。CACI＝Min{fCACIAR,1}和HACI＝Min{fHACIAR,1}，意味着fCACI和空气比AR的乘积以及fHACI和空气比AR的乘积上限为1。如将认识到的，表1中所示的列表并非详尽无遗的，且其他冷却和遏制架构以及新的冷却和遏制架构可以被包括。
表1：冷却和遏制架构的各种组合的系数
空气分布 遏制 f<sub>CACI</sub> f<sub>HACI</sub>
(1)活动地板 无 0.7 0
(2)活动地板 热通道 0.7 0.9
(3)活动地板 冷通道 0.9 0
(4)具有吊顶回路的活动地板 无 0.7 0.7
(5)具有吊顶回路的活动地板 热通道 0.7 0.9
(6)具有吊顶回路的活动地板 冷通道 0.9 0.7
(7)紧耦合 无 0.8 0.8
(8)紧耦合 热通道 0.8 0.9
(9)紧耦合 冷通道 0.9 0.8
(10)溢满供应 无 0.5 0
(11)溢满供应 热通道 0.5 0.9
(12)具有吊顶回路的溢满供应 无 0.5 0.7
(13)具有吊顶回路的溢满供应 热通道 0.5 0.9
在溢满供应和返回空气分布系统中(如表1中的(10)所示)，供应和返回空气流的唯一限制是房间的墙壁、天花板、和地板，这导致热空气流和冷空气流的严重混合。在目标或紧耦合的供应和返回空气分布系统(如表1中的(7)所示)中，机构(例如，放置在IT行内的导管、穿孔砖、冷却单元)在IT装备摄入和排出的目标区域(例如，3米)内引导供应和返回空气流。活动地板空气分布系统是被遏制的供应物，其中IT装备供应气流被完全封住，以消除在供应空气流和返回空气流之间的空气混合。表1包括空气分布和遏制的不同组合。
在讨论上述模型时用作背景的瞬态事件聚焦于产生冷却能力的完全丧失的停电，并预测由此产生的温度。应当认识到，其它类型的瞬态事件及其影响也在本公开的范围内。例如，该模型可用于预测部分冷却故障的影响以及快速启动冷冻器的实现方式、具有多个冷却机制的装备(例如具有补充直接膨胀(DX)的间接空气节能器)的使用以及瞬时IT负荷或电池充电/放电损失对温度的影响。
可视化
方程(1)-(18)中的一个或更多个的分量可用于产生显示或其他类型的可视化，指示在任何给定时间处热在哪里进入和离开数据中心。图5A-5C示出了在三个不同的时间段热由IT装备、冷冻水、冷冻器的热质量、和周围外部环境释放并吸收到数据中心内的位置，且在下面被更详细地进行讨论。图5A-5C中所示的结果可由计算机处理器编译并显示给用户，和/或可用于监测或控制数据中心的一个或更多个部件。
图5A是热能(例如，100kW)由IT装备释放的稳态条件。等量热能通过热传递过程被冷却器的冷冻水和周围环境吸收。较大部分的热被冷却系统的冷冻水吸收，且其余较小部分通过房间的墙壁、地板、和天花板被周围环境吸收。
图5B是冷却损失情形，其中停电影响了冷却装备。图5B示出了在断电之后10分钟在系统中的热释放和吸收数据。IT装备仍在释放100kW的热能(因为IT装备由UPS设备供电)。等量热能由冷冻水、周围环境(即通过房间的天花板、地板和墙壁)、以及房间的地板、天花板、墙壁、房间空气、IT装备、通风室空气、和冷却盘管的热质量吸收。
图5C是恢复情形，其中电力已被恢复到冷却装备。图5C示出在断电之后20分钟在系统中的热释放和吸收数据。150kW的热能被释放，因为不仅IT装备消耗了100kW的热能，而且在停电期间，房间的地板、天花板、墙壁、和空气的热质量以及通风室空气和冷却器吸收了热，其现在正在被释放。大部分热被冷却器的冷冻水吸收，以及其余热通过热传递被周围环境吸收。
方程(1)、(8)、(11)、(12)、(14)、(16)、(17)、和(18)的分量可用于确定用于生成图5A-5C所示的用户显示并在下表2中被列出的热生成和热吸收数据：
表2：热释放和吸收量
Figure BDA0001901240730000271
如将认识到的，图5A-5C中所示的描绘不是详尽的。例如，可以显示作为时间的函数的能量流的变化的曲线或图表，或者可以例如通过指示天花板、地板、和墙壁对周围环境的单独贡献或者通过指示每个热质量部件(例如通风室空气、房间空气、IT装备、冷却器、和建筑部件(例如墙壁、天花板、地板等))的单独贡献来更详细地显示数据。
图6示出了数据输入和结果屏幕600，其可与一个实施例一起使用来允许用户输入并操纵数据，以获得所预测的结果作为模拟的部分。该模拟可用于优化数据中心的一个或更多个部件的瞬态性能，并可用于调节数据中心内的装备(例如装备机架和/或冷却提供器)的一个或更多个操作参数。
屏幕600包括输入部分650，其用于输入描述数据中心的数据，包括所使用的架构的类型。一个示例输入子部分用于数据中心架构652，其中关于冷却系统(例如冷冻水、CRAC、空气系统等)、空气分布(例如，活动地板、紧耦合、溢满等)、遏制(例如，无、热通道，冷通道)、空白空间面积、天花板高度、总热负荷、机架的数量、机架U空间利用率(例如，0-100％)、以及平均机架密度的数据。另一示例输入子部分用于关于冷却装备654的数据。图6中所示的例子用于具有活动地板冷却的冷冻水系统，并且包括关于空气供应温度、冷却能力、冷却与IT气流比(即，来自上述方程(4)的AR)、环境温度(外部环境温度)、冷冻水供应温度、以及储存在储罐中的补充冷冻水的体积的输入。冷却装备输入654还包括用于在启动期间绕过储罐的选项。在这个实例中，来自图1中的冷冻器的冷冻水108将绕过储罐110，该冷冻水将在预定长度的时间期间以温度Tch s而不是温度Tstor进入冷却器115和/或旁路管线118。
装备启动时间输入656包括关于发电机启动时间(即，在公用电源断电之后检测到发电机通电的时间段)、冷冻器启动时间(即，一旦冷冻器接收到电力冷冻器就启动所花费的时间段)、重启时间配置、以及连接信息的数据，例如包括冷却器风扇和冷冻水泵的冷却装备是否被连接到UPS设备。重启时间配置可以是开路或闭合的(当公用电力恢复时)。“闭合”或“闭合转换”启动配置意味着存在自动使发电机电压与线路功率同步的机制(例如电子的)，这允许冷冻器立即从发电机电力切换回到公用电力，而不必再次经历完全重启。相比而言，“开路”或“开路转换”启动配置意味着不存在这种同步硬件或机制，且冷冻器需要在切换到公用电力之前与发电机电力断开。因此，冷冻器将不得不再次经历完全重启，这有可能延长冷却功率是不可用的时间段(例如，几分钟)。
模拟输入子部分658还可以被用于提供模拟的参数，例如模拟时间、数据中心空气的可允许最高温度(例如，房间、入口、和返回空气温度)以及温度梯度选项。
在至少一个实施例中，当用户在输入部分650的输入框中输入或改变数据时，计算实时地运行，结果也实时地示出。操纵数据并实时查看结果的能力允许用户轻松地在设计或升级数据中心时考虑折衷方案。这允许用户设计数据基础设施，以确保IT装备的所需的最高可允许温度在瞬态事件期间将不被超过。
根据至少一个实施例，计算可以在用户在输入部分650中输入或改变数据时被实时地执行，并且可以被显示在结果部分660中。图6中所示的示例结果部分660包括温度曲线图，该温度曲线图对在数据中心内的若干温度值提供温度与时间的关系曲线。在不同的实施例中，可以绘制不同的温度参数或其它参数。例如，在一些实施例中，可以示出在图5A-5C中的一个或更多个中所示的热流可视化数据。对于图6中所示的实施例，在曲线图上示出四个温度曲线，包括IT装备入口空气温度(例如图2的TIT in)、冷却器返回空气温度(例如图2的Tr a)和冷却器供应空气温度(例如图2的Ts a)以及房间的最大可允许温度，其从输入658中被设置在33℃。
图6中所示的模拟结果660指示，IT装备的入口空气温度和供应给冷却器的空气的温度都几乎在断电后立即升高，因为IT装备由UPS供电，但是到风扇、泵、和冷冻器的电力没有被启用(在发电机启动以前的至少前50秒期间)。一旦发电机被打开，电力被提供给冷却系统的风扇和泵，这允许利用在管道和储罐中的水的热质量，并且温度开始降低。然而，冷冻器在前15分钟期间仍然被断电，因此由循环水的热质量所产生的冷却效应最终被耗尽，且温度开始再次升高。一旦冷冻器被通电(在发电机启动之后15分钟)，冷却效应就允许温度再次降低，并在大约38分钟内稳定下来。在所模拟的三个温度当中，关于供应给冷却器的空气的温度预测最大温度波动，且关于冷却器返回空气温度预测最小温度波动。
在本文所讨论的本发明的至少一些实施例中，实时评估和计算的性能指的是可以在大约几秒钟或更短时间而非是如在复杂的计算(如包括典型的CFD计算的那些计算)的几分钟或更长时间内完成的过程。
在上文所描述的至少一些实施例中，基于当在数据中心内出现瞬态事件(例如断电)时所预测的温度和/或气流和/或温度和/或气流的变化来改变数据中心的设计和/或在数据中心内的实际操作参数。例如，数据中心设计和管理系统的用户可以改变在数据中心内的装备的实际布局中或装备的所提议的布局中使用的冷却器的位置或冷却器的类型。当发现性能是在预定的规格内时，这些改变可被实现以提高冷却性能和/或可被实现以提供成本和/或功率节省。另外，基于所确定的气流值，根据一个实施例的数据管理系统可以控制一个或更多个冷却提供器以调节气流，并且如果气流不足以提供充足的冷却则控制电力以减小到一个或更多个装备机架的电力。
在至少一些上文所描述的实施例中，提供了用于确定在数据中心内的温度和气流的工具和过程。在其它实施例中，这些工具和过程可使用在其它类型的设施中，并且也可用于移动应用程序(包括移动数据中心)中。例如，根据一些实施例，如下面更详细讨论的被实现为计算系统的一部分的控制器或处理器可以位于移动数据中心中或用作移动数据中心的一部分，以监测和控制数据中心的各个方面，例如一个或更多个操作参数(例如冷却设置、流速等)。在一些实例中，控制器可以被配置成预测瞬态事件和/或瞬态事件的影响，并且在管理和控制数据中心时将该信息与模型合并或以其他方式实现该信息。
在一些实施例中，本文公开的一种或更多种方法可以在计算机控制系统上实现。各个方面可以作为在如图7中所示的通用或专用计算机系统700中执行的专门的软件来实现。计算机系统700可以包括连接至一个或更多个存储器设备717(例如磁盘驱动器、固态存储器或用于存储数据的其它设备)的处理器703(本文也称为控制器)。存储器717一般用于在计算机系统700的操作期间存储程序和数据。
处理器703可以是能够执行(顺序的或以其他方式)一组指令的任何设备，该一组指令规定由该处理设备采取的动作。此外，虽然示出了单个处理器，但是术语“处理器”还应当被认为包括单独或联合地执行一组(或多组)指令以执行在本文讨论的任何一种或更多种方法的处理器的任何集合。
计算机系统700的部件可以由互连机构707(在本文也被称为互连系统)耦合，该互连机构707可以包括一个或更多个总线(例如，在被集成在同一个机器内的部件之间)和/或网络。互连机构707使通信(例如，数据、指令)能够在系统700的系统部件之间交换。计算机系统700包括起接口的作用的一个或更多个输入设备709，例如键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、磁盘驱动单元、信号生成设备(例如扬声器或遥控器)或触摸屏，用户可通过该接口向系统700发出命令、数据输入、或编程。在一些实施例中，计算机系统700可以包括或被耦合到一个或更多个输入设备709，或者与一个或更多个输入设备709通信，该一个或更多个输入设备709被配置为与设施的设施系统719(例如与数据中心相关联的装备，例如冷却装备或IT装备)通信。计算机系统700包括一个或更多个输出设备721，例如打印设备、扬声器、和/或显示设备，例如显示屏(例如液晶显示器(LCD)、平板、固态显示器、或阴极射线管(CRT))。在一些实施例中，计算机系统700可以包括互连机构707或者与互连机构707耦合或通信，以提供控制信号来调节设施的设施系统719的一个或更多个操作参数。一个或更多个传感器713还可将输入提供到计算机系统700。这些传感器可以包括例如能够或被配置成测量在数据中心外部或内部的一个或更多个参数(例如温度、湿度、流速、气流、太阳强度、功率、流速等)的传感器。此外，除了互连机构707之外或作为互连机构707的替代物，计算机系统700还可以包含将计算机系统700连接到通信网络的一个或更多个接口(未示出)。中央处理单元可以利用这些接口以从外部源(例如互联网上的天气报告服务网站)收集数据，例如天气或太阳数据。
在图8中更详细地显示的存储系统711一般包括计算机可读和可写非易失性记录介质823，其中存储了信号，该信号限定将由处理器执行的程序或将由程序处理的信息。该介质可以包括例如磁盘或闪存。通常，在操作中，处理器使数据从非易失性记录介质823中读取到另一存储器825内，存储器825比介质823允许由处理器更快地访问信息。这个存储器825一般是易失性随机存取集成电路存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。其可位于如所示的储存系统711中或存储器系统717中。处理器703通常操纵在集成电路存储器717内的数据并且接着在处理完成之后将数据复制到介质723。用于管理在介质823和集成电路存储器元件717之间的数据移动的各自机制是已知的，且本文中公开的实施例不限于任何特定的数据移动机制。本文公开的实施例并不局限于特定的存储器系统717或储存系统711。
计算机系统可包括专门编程的专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)。本文公开的实施例可以在软件、硬件或固件、或其任何组合中实现。此外，这样的方法、动作、系统、系统元件及其部件可被实现为上面所述的计算机系统的部分或实现为独立部件。
尽管计算机系统700是通过示例的方式被显示为在其上可实践本文公开的各种实施例的一种类型的计算机系统，但应当认识到，本文所公开的实施例并不限于在如图7中所示的计算机系统上实现。本文所公开的各种实施例可以在具有与图7所示不同的架构或部件的一个或更多个计算机上实践。
计算机系统700可以是使用高级计算机编程语言可编程的通用计算机系统。计算机系统700也可以使用专门编程的专用硬件来实现。在计算机系统700中，处理器703一般是市场上可买到的处理器，例如从英特尔公司可买到的公知的PentiumTM或CoreTM类处理器。许多其他处理器也是可用的。这种处理器通常执行的操作系统，可以是例如从微软公司购买的Windows 7或Windows 8操作系统、可从苹果电脑公司购买的MAC OS系统X、可从Sun微系统购买的Solaris操作系统或者可从各种来源获得的UNIX。可使用许多其他操作系统。
处理器与操作系统一起定义了针对其以高级编程语言编写的应用程序计算机平台。应当理解，本文所公开的实施例并不限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统、或网络。此外，对于本领域的技术人员应当明显的是，本文所公开的实施例不限于特定的编程语言或计算机系统。此外，应该认识到，还可使用其他适合的编程语言和其他适合的计算机系统。
计算机系统的一个或更多个部分可以被分布在耦合至通信网络的一个或更多个计算机系统(未示出)中。这些计算机系统也可以是通用计算机系统。例如，本文公开的各个实施例可被分布于被配置为给一个或更多个客户计算机提供服务(如，服务器)或者作为分布式系统的一部分执行总的任务的一个或更多个计算机系统当中。例如，本文公开的各种实施例可在客户端-服务器系统上执行，客户端-服务器系统包括分布在根据不同实施例执行不同功能的一个或更多个服务器系统当中的部件。这些部件可以是使用通信协议(例如，TCP/IP)通过通信网络(例如，互联网)通信的可执行中间(例如，IL)或解释(例如，Java)代码。在一些实施例中，计算机系统700的一个或更多个部件可通过无线网络(包括例如蜂窝电话网络)与一个或更多个其它部件进行通信。
应当认识到，本文所公开的实施例并不限于在任何特定的系统或系统组上执行。而且，应当认识到，本文所公开的实施例并不限于任何特定的分布式结构、网络、或通信协议。各种实施例可以使用诸如SmallTalk、Java、C++、Ada、或C#(C-Sharp)等面向对象编程语言进行编程。也可以使用其它的面向对象的编程语言。可选地，可使用函数、脚本、和/或逻辑编程语言。本文公开的各种实施例可在非编程环境(例如，以HTML、XML或其他格式创建的文件，当这些文件在浏览器程序的窗口中被查看时渲染图形用户界面(GUI)的各个方面或实现其他功能)中实现。本文所公开的各种实施例可实现为编程的或非编程的元素或其任何组合。
专用硬件实现方式(包括但不限于专用集成电路、可编程逻辑阵列和其他硬件设备)同样可以被构造成实现本文描述的方法。可以包括各种实施例的装置和系统的应用广泛地包括各种电子器件和计算机系统。一些实施例在两个或更多个特定互连硬件模块或设备中实现功能，且在模块之间并通过模块通信相关的控制和数据信号，或者用作专用集成电路的一部分。因此，示例系统可适用于软件、固件、和硬件实现。
在这样描述了至少一个示例的几个方面后，应认识到，本领域中的技术人员将容易想到各种变更、修改、和改进。例如，也可在其它背景下使用本文公开的示例。这样的变更、修改、和改进被认为是本公开的部分，且被认为在本文讨论的示例的范围内。因此，前述描述和附图仅仅是示例的方式。

Claims (19)

1.一种方法，包括：
接收与数据中心相关的输入数据，所述数据中心包括至少一个装备机架和至少一个冷却提供器，所述输入数据包括数据中心架构信息、建筑数据、操作数据、以及关于所述至少一个冷却提供器的闭合启动和开路启动信息中的一个；
由计算设备基于所述输入数据并基于关于所述数据中心的一组能量平衡和热交换方程来生成模型，所述一组能量平衡和热交换方程考虑到由所述至少一个装备机架增加的并由所述至少一个冷却提供器移除的热、以及所述至少一个装备机架的热质量和所述至少一个冷却提供器的热质量，所述模型被配置为预测在电力损失的瞬态事件期间所述数据中心内的至少一个温度；以及
控制显示设备以显示至少一个所预测的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个所预测的温度包括所述至少一个装备机架的入口温度和与所述至少一个冷却提供器相关联的冷却流体的出口温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建筑数据包括所述数据中心的天花板、墙壁、和地板的热阻数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，用于所述模型的所述一组能量平衡和热交换方程考虑到在所述数据中心的所述天花板、所述墙壁、和所述地板中的至少一个与所述数据中心的外部环境之间的热交换。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入数据包括所述至少一个装备机架和所述至少一个冷却提供器的热效率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一组能量平衡和热交换方程利用分段线性逼近用于预测所述至少一个温度。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述模型来计算冷却运行时间并将所计算的冷却运行时间显示在所述显示设备上。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括使用被定位于所述数据中心内的至少一个传感器来收集操作数据。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所收集的操作数据包括功率测量结果和冷却流速测量结果中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述模型来调节在所述数据中心内的装备的操作参数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述操作参数包括被提供给在所述数据中心内的装备的电力的源。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述至少一个所预测的温度来实现所述数据中心的设计。
13.一种系统，包括：
存储设备；
显示设备；
控制器，所述控制器被耦合到所述存储设备和所述显示设备，并且被配置为：
从所述存储设备接收与包括至少一个装备机架和至少一个冷却提供器的数据中心相关的输入数据，所述输入数据包括数据中心架构信息、建筑数据、操作数据、以及关于所述至少一个冷却提供器的闭合启动和开路启动信息中的一个；
基于所述输入数据并基于关于所述数据中心的一组能量平衡和热交换方程来生成模型，所述一组能量平衡和热交换方程考虑到由所述至少一个装备机架增加的并由所述至少一个冷却提供器移除的热、以及所述至少一个装备机架的热质量和所述至少一个冷却提供器的热质量，所述模型被配置为预测在电力损失的瞬态事件期间在所述数据中心内的至少一个温度；以及
控制所述显示设备以显示至少一个所预测的温度。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述至少一个所预测的温度包括所述至少一个装备机架的入口温度和与所述至少一个冷却提供器相关联的冷却流体的出口温度。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，用于所述模型的所述一组能量平衡和热交换方程考虑到在所述数据中心的天花板、墙壁、和地板中的至少一个与所述数据中心的外部环境之间的热交换。
16.根据权利要求13所述的系统，还包括被耦合到所述存储设备并被配置为接收输入数据的接口。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器还被配置成产生在所述瞬态事件之后的一段时间内的热损失和热产生分布图，并控制所述显示设备以显示所产生的热损失和热产生分布图。
18.根据权利要求13所述的系统，还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被定位于所述数据中心内，并被配置为测量操作数据，所述操作数据被包括在被存储在所述存储设备上的所述输入数据中。
19.一种计算机可读介质，其包括用于执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法的指令。
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