CN110418546B - 用于数据中心的热控制的气流管理系统 - Google Patents

Abstract

气流管理系统被用于管理数据中心系统的气流，其具有有效率的气流布置、简化和模块化建筑设计以及高效率。冷空气和热空气是隔离的。通过壁供应和壁返回机构，气流通过简单的管理集中、分配并且然后再次集中。系统基本上消除了对大量空气管道的需求，并且不需要返回空气室。由于较小的气流阻力，高效率导致较少的吹风机功率消耗，并且极大地降低了热空气再循环。冷通道和热通道完全隔离，使得操作者可以在最小的影响下进入和离开冷通道和热通道。该系统可以以模块化方式实现，并且易于进行热回收或在热空气房间中再次使用解决方案部署。

Description

用于数据中心的热控制的气流管理系统

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及数据中心。更具体地，本发明的实施方式涉及数据中心的用于热管理的气流管理。

背景技术

散热是计算机系统和数据中心设计中的突出因素。随着服务器性能的提高，数据中心内部署的服务器的数目逐渐增加，从而增加了在服务器的正常运行期间所产生的热量。如果允许服务器运行的环境随着时间而升高温度，则数据中心内使用的服务器的可靠性降低。数据中心的大部分电力被用于在服务器级冷却电子器件。随着数据中心内服务器的数目增加，数据中心相应地消耗更大部分的电力来对服务器内的电子组件进行冷却。

气流旁路和热空气再循环常见于数据中心中。这归因于由气流形成短路径而非穿过需要冷却的计算机设备和电子器件。热空气再循环是热废气再循环回到冷却空气侧并且与冷却空气混合而不是直接返回到冷却设备的现象。这在数据中心中产生了热点，其为传统空气冷却数据中心所面临的主要挑战。热点可能显著影响冷却性能和冷却效率。缺乏有效的方法来为数据中心的热管理提供有效的气流管理。

发明内容

根据本申请的一方面，提供了一种数据中心系统，其包括：

信息技术(IT)房间，所述信息技术房间包含多个电子机架，每个电子机架具有堆叠的多个IT组件，其中，所述电子机架布置成多行电子机架以形成一个或多个冷通道以及一个或多个热通道，其中，每行电子机架位于冷通道与热通道之间以允许气流通过所述电子机架的空气间隔从所述冷通道流动至所述热通道，从而交换由所述IT组件产生的热；

冷空气房间，所述冷空气房间设置成与所述IT房间的第一侧相邻，其中，所述冷空气房间从冷空气源接收冷空气并将所述冷空气分配至所述冷通道；以及

热空气房间，所述热空气房间设置成与所述IT房间的第二侧相邻，所述第二侧与所述第一侧相对，其中，所述热空气房间从所述热通道接收热空气并使所述热空气返回到所述冷空气源以进行热交换。

附图说明

本发明的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出，附图中的相同的参考数字指代相似的元件。

图1示出了根据一个实施方式的数据中心系统的立体图。

图2示出了根据一个实施方式的数据中心系统的俯视图。

图3示出了根据另一实施方式的数据中心系统的俯视图。

图4示出了根据另一实施方式的数据中心系统的俯视图。

图5示出了根据另一实施方式的数据中心系统的俯视图。

图6示出了根据一个实施方式的具有百叶窗的冷空气房间的示例。

图7示出了根据一个实施方式的数据中心系统的侧视图。

具体实施方式

将参考以下所讨论的细节来描述本发明的各种实施方式和方面，并且附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是对本发明的说明，而不应当解释为限制本发明。描述了许多特定细节以提供对本发明的各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本发明的实施方式的简洁讨论。

本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一实施方式。

根据一些实施方式，气流管理系统被用于管理数据中心系统的气流，其具有有效率的气流布置、简化的建筑设计和高效率。冷空气和热空气是隔离的。通过壁供应和壁返回机构，气流通过简单的管理集中、分配并且然后再次集中。系统基本上消除了对大量的空气管道的需求，并且不需要返回空气室。由于较小的气流阻力，高效率获得较少的吹风机功率消耗，并且极大地降低了热空气再循环。供应侧和返回侧两者上的气流路径设计已得到简化，并且冗余支持用于间接蒸发冷却/冷却器(IDEC)支持和合规。冷通道和热通道完全隔离，使得操作者可以在最小的影响下进入和离开冷通道和热通道。该设计最小化IDEC单元的动态改变对数据中心房间的影响。该系统可以以模块化方式实现，并且易于进行热回收或在热空气房间中再次使用解决方案部署。

根据一个实施方式，数据中心系统包括信息技术(IT)房间，信息技术房间包含多个电子机架。每个电子机架包括堆叠布置的多个IT组件。电子机架布置成一行或多行电子机架以形成一个或多个冷通道和一个或多个热通道。每行电子机架放置在冷通道与热通道之间以允许气流通过电子机架的空气间隔从冷通道流动到热通道，以交换由IT组件产生的热量。数据中心系统还包括冷空气房间和热空气房间。冷空气房间定位成与IT房间的第一侧相邻。冷空气房间从冷空气源接收冷空气并将冷空气分配至冷通道。热空气房间定位成与IT房间的第二侧相邻，其中，第一侧和第二侧是IT房间的相对侧。热空气房间从热通道接收热空气并使热空气返回到冷空气源以进行热交换。

在一个实施方式中，每个电子机架包括前端和后端。前端面向冷通道并且后端面向热通道。气流从冷通道流动、进入电子机架的空气间隔然后进入到热通道中。在一个实施方式中，每个热通道由热通道容纳结构或容纳件封闭以包含热空气并防止热空气溢出到IT房间的冷通道中。热空气通过设置在热空气房间与IT房间之间的壁上的一个或多个开口(例如，窗、门)从热通道排出到热空气房间中。壁还可包括门以允许操作者或使用者进入热通道以至少接近电子机架的后端，例如，提供维护和/或维修服务。类似地，IT房间与冷空气房间之间的壁可包括一个或多个门以允许操作者至少进入IT房间的冷通道，从而接近电子机架的前端，例如，提供维护和/或维修服务。

图1示出了根据一个实施方式的数据中心系统的立体图。参考图1，数据中心系统100包括IT房间101、冷空气房间102和热空气房间103。IT房间101包括多个电子机架，诸如电子机架111-112。每个电子机架包含堆叠布置的一个或多个IT组件。IT组件可以是向客户提供数据服务的计算机服务器。替代地，IT组件可以是外围设备或网络应用设备，诸如云存储系统。每个IT组件可包括可在运行期间产生热的一个或多个处理器、存储器和/或存储设备。电子机架以电子机架的多个行布置，在本示例中，电子机架的行104-105。电子机架的行布置成间隔开以形成一个或多个冷通道和一个或多个热通道。在本实施方式中，虽然仅示出了电子机架的两个行104-105，但是IT房间101中可以包含更多行。

在一个实施方式中，每行电子机架放置或夹在冷通道与热通道之间。在本示例中，行104和行105放置成彼此间隔开以形成冷通道114A、热通道115和冷通道114B。热通道115形成在行104与行105之间。行104放置在或夹在冷通道114A与热通道115之间，而行105放置在或夹在冷通道114B与热通道115之间。在一个实施方式中，热通道115由热通道容纳装置(或容纳件或其他外壳)包含或封闭。在另一实施方式中，冷通道而非热通道被包含在容纳装置环境中。在又一实施方式中，热通道和冷通道两者均包含在封闭环境中。在一个实施方式中，行104-105的电子机架的后端面向热通道115，而电子机架的前端面向冷通道114A或冷通道114B并且远离热通道115。

在一个实施方式中，冷空气房间102位于并接近IT房间101的第一侧，而热空气房间103位于并接近IT房间101的第二侧。在本示例中，第一侧和第二侧是IT房间101的相对侧。冷空气房间102配置成从冷空气源(诸如冷空气源180)经由一个或多个进入口接收冷空气或凉空气。冷空气被允许经由设置在冷空气房间与IT房间101之间的壁上的一个或多个开口(未示出)从冷空气房间102进入IT房间101。冷空气进入IT房间101以形成冷通道114A-114B。

热空气房间103配置成从热通道115排出热空气并使热空气或暖空气返回到冷空气源以进行热交换。注意到，冷空气源180可以包括热交换器或冷却器。例如，冷空气源180可以是IDEC系统或设备。替代地，冷空气源180可以仅仅为数据中心系统100外部的自然环境空气。

蒸发冷却器是通过水的蒸发来冷却空气的设备。蒸发冷却与使用蒸汽压缩或吸收制冷循环的典型空调系统不同。蒸发冷却通过利用水的大的汽化焓来工作。通过液态水至水蒸汽的相变(蒸发)，可以显著地降低干燥空气的温度。直接蒸发冷却用于通过使用蒸发潜热、将液态水改变至水蒸汽来降低温度并增加空气的湿度。在此过程中，空气中的能量不改变。暖干燥空气被改变为凉潮湿空气。室外空气的热量用于蒸发水。间接蒸发冷却是这样一种冷却过程，其使用除了一些类型的热交换器之外的直接蒸发冷却来将冷却能量传递至供应空气。来自直接蒸发冷却过程的被冷却的潮湿空气永远不会与经调节的供应空气直接接触。

返回参考图1，在本示例中，从设置在冷空气房间102的壁上的一个或多个入口或进入口接收冷空气，其中，该壁与IT房间101的第三侧大致平行。IT房间101的第三侧与第一侧和第二侧大致垂直，而第一侧和第二侧彼此大致平行。类似地，热空气经由设置在热空气房间103的壁上的一个或多个出口或排出口从热空气房间103排出到外部环境或返回到冷空气源180，其中，该壁与IT房间101的第三侧大致平行。

根据一个实施方式，热通道115被封闭或包含在热通道容纳装置125内，使得热空气不能从热通道115逸出或溢出到IT房间101的其他区域中，诸如，冷通道114A-114B。代替地，热通道经由设置在热通道115与热空气房间103之间的壁上的一个或多个开口(例如，窗、门)从热通道进入热空气房间103。在一个实施方式中，开口允许操作者或使用者从热空气房间103进入热通道115以接近电子机架的后端，例如进行维护服务。冷空气房间102和热空气房间103需要门，以使得操作者能够进入冷空气房间102和热空气房间103。根据一些实施方式，热通道115不需要门，并且冷空气房间102与IT房间101之间的壁上需要门。类似地，设置在冷空气房间102与IT房间101之间的壁上的开口可包括一个或多个门以允许操作者或使用者从冷空气房间102进入冷通道114A-114B。因此，进入或离开冷通道或热通道不会对冷空气分布和热空气排出产生重大影响。即，进入或离开热通道115不会改变冷通道114A-114B的冷空气分布，因为热通道115通过热通道容纳装置125与冷通道114A-114B和IT房间101的其余部分隔开。类似地，进入或离开冷通道114A-114B不会影响热通道115热空气排出，因为开门使使用者进入或离开不会使冷空气和热空气混合。

图2示出了根据一个实施方式的数据中心系统的俯视图。数据中心系统可以表示图1的数据中心100的俯视图。参考图2，电子机架以多个行(诸如，行104-105)布置。电子机架的行彼此定位并间隔开以形成冷通道114A-114C(统称为冷通道114)和热通道115A-115D(统称为热通道115)。热通道115A-115D均封闭或包含在热通道容纳装置结构中。冷空气房间102定位成与IT房间101的第一侧相邻。热空气房间103定位成与IT房间101的第二侧相邻。

在本示例中，IT房间101的第一侧和第二侧是相对侧。冷空气经由一个或多个入口或进入口201从外部冷空气源(诸如IDEC系统)接收到冷空气房间102中。然后，冷空气经由一个或多个开口(例如，窗、门)211-213进入IT房间101并且进入冷通道114A-114C。然后，冷空气从电子机架的前端进入、穿过电子机架的空气间隔并且进入热通道115A-115D。如上所述，热通道115被配置为可以通过电子机架的空气间隔从冷通道接收气流的封闭或包含环境。热空气被防止溢出到IT房间101的其他区域中。热空气只能经由开口221-224离开IT房间101并进入到热空气房间103中。

在一个实施方式中，设置在冷空气房间102与IT房间101之间的壁上的开口211-213中的至少一个包括门，以允许操作者或使用者进入IT房间101和冷通道来接近电子机架(诸如电子机架的前端)以进行维护服务。类似地，开口221-224(没有门)中的每个允许操作者或使用者进入相应热通道以接近电子机架的与热通道相邻的后端。

在本实施方式中，冷空气从IT房间101的第三侧(例如，右手侧)经由入口201进入到冷空气房间102中。热空气从第三侧经由IT房间101的出口202离开热空气房间。第三侧与邻近冷空气房间102的第一侧和邻近热空气房间103的第二侧不同。在一个实施方式中，第一侧和第二侧彼此大致平行。第三侧与第一侧和/或第二侧大致垂直。替代地，如图3中所示，根据另一实施方式，冷空气从与第一侧平行的一侧进入冷空气房间102。热空气从与第二侧平行的一侧离开热空气房间103。

在如图2和图3中所示的配置中，冷空气通过过滤从外部周围环境直接注入到冷空气房间102中。热空气从热空气房间103排出回到外部环境。根据另一实施方式，如图4中所示，冷空气房间102和热空气房间103联接至诸如IDEC 401的冷却系统以经由气流通道402-403进行热交换。如图5中所示，外部冷却系统可配置为可以联接至冷空气房间102和热空气房间103的模块化系统，其中，冷却系统401可由于与提供或维护数据中心系统的实体不同的第三方实体提供。类似地，冷空气房间102和/或热空气房间103可配置为可以由第三方实体提供的模块化模块。冷空气房间102、热空气房间103和/或冷却系统401可由相同的或不同的供应商或组织提供。

参考图5，数据中心设计包括以下模块：1)冷空气房间102；2)IT房间101；3)热空气房间103；4)外部冷却源401；以及5)气流通道402-403。图7示出了另一设计方式的示意图。外部冷却单元401以此方式布置在建筑物的顶部上。冷空气房间102被配置用于从外部冷却源401接收冷却空气并将冷却空气供应至IT房间101。IT房间101包括容纳在其中的服务器和IT机架，并且使用热空气容纳装置方案。热空气房间103与IT房间101中的热通道连接，并且从IT房间101接收热排出空气。外部冷却源401可以是任何类型的空气冷却设备或环境空气。气流通道402-403包括用于在冷却源401与冷空气房间102和热空气房间103之间创建气流路径的空气通道或空气管道。

返回参考图2，当冷空气从冷空气房间102进入IT房间101时，冷空气分布不均匀。例如，开口211上的空气压力可能比开口212或开口213上的空气压力低，因为开口211更远离入口201。根据一个实施方式，如图6中所示，在开口211-213上使用百叶窗或空气阀。百叶窗或空气阀的开口率可以被调节。通过调节百叶窗的开口率，可以调节冷空气房间102内的压力分布动力，并且空气可以被更均匀地供应至IT房间101。参考图6，安装在开口211-213上的百叶窗的图案或配置可以被不同地配置以控制从冷空气房间102进入IT房间101的气流压力，使得冷空气可以均匀分布在IT房间101内。

以上数据中心配置中所描述的冷却系统位于IT房间101的侧面上。然而，冷却系统还可以如图7(其示出了数据中心系统的侧视图)中所示那样实施在IT房间101的顶部上。还可实施其它配置。

在上述说明书中，已经参考本发明的特定示例性实施方式描述了本发明的实施方式。将显而易见的是，可在不背离如所附权利要求中阐述的本发明的更宽泛的精神和范围的情况下对本发明作出多种修改。因此，说明书和附图应被视为说明性意义而非限制性意义。

Claims (14)

1.数据中心系统，包括：

热通道容纳装置；

信息技术房间，所述信息技术房间包含多个电子机架，每个电子机架具有堆叠的多个信息技术组件，其中，所述电子机架布置成多行电子机架以形成一个或多个冷通道以及一个或多个热通道，所述热通道由所述热通道容纳装置封闭，其中，每行电子机架以其前端面向所述冷通道并且以其后端面向所述热通道，以允许气流通过所述电子机架的空气间隔从所述冷通道流动至所述热通道，从而交换由所述信息技术组件产生的热；

冷空气房间，所述冷空气房间设置在所述信息技术房间的、与地板侧交叉的第一侧处，其中，所述冷空气房间从冷空气源接收冷空气并将所述冷空气分配至所述冷通道；以及

热空气房间，所述热空气房间设置在所述信息技术房间的、平行于所述第一侧并且与所述第一侧相对的第二侧处，其中，所述热空气房间从所述热通道接收热空气并使所述热空气返回到所述冷空气源以进行热交换，

其中，所述冷空气房间和所述热空气房间中的至少一个作为模块化模块被提供。

2.根据权利要求1所述的数据中心系统，其中，每个电子机架包括前端和后端，其中，所述前端面向冷通道，并且所述后端面向热通道。

3.根据权利要求2所述的数据中心系统，其中，每个热通道由所述热通道容纳装置封闭，以防止所述热空气溢出到所述信息技术房间的冷通道中。

4.根据权利要求3所述的数据中心系统，其中，所述热空气通过所述信息技术房间与所述热空气房间之间的壁上的一个或多个开口，从所述热通道排出到所述热空气房间中。

5.根据权利要求4所述的数据中心系统，其中，所述一个或多个开口包括一个或多个门以允许使用者进入所述热通道，从而从所述电子机架的所述后端为所述电子机架提供服务。

6.根据权利要求2所述的数据中心系统，其中，所述冷空气通过所述信息技术房间与所述冷空气房间之间的壁上的一个或多个开口从所述冷空气房间进入所述信息技术房间。

7.根据权利要求6所述的数据中心系统，其中，所述一个或多个开口包括一个或多个门以允许使用者进入所述冷通道来接近所述电子机架的所述前端。

8.根据权利要求1所述的数据中心系统，其中，从所述冷空气源经由设置在所述冷空气房间的壁上的一个或多个进入口接收所述冷空气。

9.根据权利要求8所述的数据中心系统，其中，所述冷空气房间的设置有所述进入口的壁与所述信息技术房间的第三侧平行，所述第三侧垂直于所述地板侧并且垂直于所述第一侧和所述第二侧。

10.根据权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述热空气经由设置在所述热空气房间的壁上的一个或多个排出口从所述热空气房间返回到所述冷空气源。

11.根据权利要求10所述的数据中心系统，其中，所述热空气房间的设置有所述排出口的壁与所述信息技术房间的第三侧平行，所述第三侧垂直于所述地板侧并且垂直于所述第一侧和所述第二侧。

12.根据权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述冷空气源包括热交换器，其中，所述热交换器的主回路联接至冷却器，并且所述热交换器的次级回路联接至所述冷空气房间和所述热空气房间。

13.根据权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述冷空气源位于所述信息技术房间上方。

14.根据权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述冷空气源定位在所述信息技术房间的第三侧处，所述第三侧垂直于所述地板侧并且垂直于所述第一侧和所述第二侧。

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