DE202012104638U1 - Arrangement for conditioning a data center - Google Patents
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Abstract
Anordnung (100, 200, 300) zur Klimatisierung eines Rechenzentrums, das in wenigstens einem zu klimatisierenden Raum (2) Wärmeenergie abgebende Kommunikationstechnik und/oder Telekommunikationstechnik (3) aufweist, mit einem Wärmeübertrager (15), welcher ausgebildet ist, die Wärmeenergie aus dem wenigstens einen Raum (2) an eine Umgebung abzuführen,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Wärmeübertrager (15) einen ersten Eingang (11) umfasst, der mit einem Abluftbereich (9) des Raumes (2) strömungstechnisch verbunden ist;
– der Wärmeübertrager (15) einen ersten Ausgang (12) umfasst, der mit einem Zuluftbereich (21, 34) des Raumes (2) strömungstechnisch verbunden ist;
– der Wärmeübertrager (15) einen zweiten Eingang (14) umfasst, der mit einem Umgebungsluftanschluss (35) strömungstechnisch verbunden ist;
– der Wärmeübertrager (15) einen zweiten Ausgang (13) umfasst, der mit einem Fortluftanschluss (17) strömungstechnisch verbunden ist; und
– ein erster Strömungsweg (36) des Wärmeübertragers (15) zwischen dem ersten Eingang (11) und dem ersten Ausgang (12) vollständig von einem zweiten...Arrangement (100, 200, 300) for air conditioning of a data center, which in at least one room to be conditioned (2) thermal energy emitting communication technology and / or telecommunications technology (3), with a heat exchanger (15), which is formed, the heat energy from the dissipate at least one room (2) to an environment
characterized in that
- The heat exchanger (15) comprises a first input (11) which is fluidically connected to an exhaust air region (9) of the space (2);
- The heat exchanger (15) comprises a first output (12) which is fluidically connected to a supply air region (21, 34) of the space (2);
- The heat exchanger (15) comprises a second input (14) which is fluidically connected to an ambient air connection (35);
- The heat exchanger (15) comprises a second output (13) which is fluidically connected to an exhaust air connection (17); and
- A first flow path (36) of the heat exchanger (15) between the first input (11) and the first output (12) completely from a second ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Klimatisierung eines Rechenzentrums, wobei das Rechenzentrum in wenigstens einem zu klimatisierenden Raum Wärmeenergie abgebende Kommunikationstechnik und/oder Telekommunikationstechnik aufweist, mit einem Wärmeübertrager, welcher ausgebildet ist, die Wärmeenergie aus dem wenigstens einen Raum an eine Umgebung abzuführen.The present invention relates to an arrangement for conditioning a data center, wherein the data center in at least one room to be conditioned thermal energy emitting communication technology and / or telecommunications technology, with a heat exchanger, which is designed to dissipate the heat energy from the at least one room to an environment.
Als ein Rechenzentrum wird im Allgemeinen ein Gebäude bezeichnet, in dem sich mindestens ein Raum mit einer Aufstellfläche (IT-Fläche) für Datenverarbeitungstechnik und/oder Telekommunikationstechnik befindet, wie z. B. Server, Computer, Datenspeicher und Netzwerktechnik. Für den sicheren Betrieb der Technik ist eine stabile und angemessene Lufttemperatur und Luftfeuchte wichtig. Die angemessenen Grenzen für die Lufttemperatur liegen üblicherweise zwischen 5°C und 45°C sowie bezüglich der relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 8% und 90%. Empfohlen wird eine Lufttemperatur zwischen 18°C und 27°C und eine relative Luftfeuchtigkeit zwischen 25% und 60%.As a data center is generally referred to a building in which there is at least one room with a footprint (IT area) for data processing technology and / or telecommunications technology, such. As servers, computers, data storage and network technology. For the safe operation of the technology a stable and adequate air temperature and humidity is important. The reasonable limits for the air temperature are usually between 5 ° C and 45 ° C and relative humidity between 8% and 90%. We recommend an air temperature between 18 ° C and 27 ° C and a relative humidity between 25% and 60%.
Aufgrund der Wärmeproduktion der Datenverarbeitungstechnik und/oder Telekommunikationstechnik ist es notwendig, die IT-Fläche zu kühlen, um die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit stabil zu halten. Das Heizen dieser Räume ist ganzjährig nicht notwendig. Ein Rechenzentrum ist üblicherweise 24 Stunden am Tag sowie sieben Tage die Woche in Betrieb, und so muss die Datenverarbeitungstechnik und/oder Telekommunikationstechnik kontinuierlich gekühlt werden. Um die IT-Fläche zu kühlen, welche im Allgemeinen mit einem Doppelboden ausgestattet ist, wird kalte Luft durch den Doppelboden geblasen. Durch Apparaturen im Doppelboden kommt die kalte Luft auf die IT-Fläche. Oberhalb der IT-Fläche wird die aufgeheizte Luft abgesaugt und, nachdem sie gekühlt worden ist, wieder als kalte Luft in den Doppelboden geführt. Folglich zirkuliert die Luft auch im Bereich der IT-Fläche und wird als Umluft bezeichnet. Die kalte Luft kann aber auch direkt auf die IT-Fläche geblasen werden. Die Kühlung der Luft erfolgt in Klimageräten/Wärmepumpen, welche im Allgemeinen eine Kompressionskältemaschine, in der ein Kältemittel komprimiert wird, umfassen. Die aufgeheizte Luft gibt die Wärme an das Kältemittel bzw. übergangsweise an ein flüssiges Wärmetransportmedium, häufig Wasser, ab.Due to the heat production of data processing technology and / or telecommunications technology, it is necessary to cool the IT area in order to keep the air temperature and humidity stable. The heating of these rooms is not necessary all year round. A data center is usually in
Die Datenverarbeitungstechnik und/oder Telekommunikationstechnik ist meistens in Racks und/oder Systemschränken untergebracht. Diese Racks können in vertikaler oder horizontaler Richtung von der kalten Luft durchströmt werden. Bei vertikaler Durchströmung wird die kalte Luft am Boden in das Rack gedrückt oder von einem Ventilator im Boden angesaugt und vertikal nach oben transportiert. Auf diesem Weg kühlt die Luft die Technik und erwärmt sich mit steigender Höhe. Nachteilig ist dabei, dass die Luft am Boden kälter ist als im oberen Teil des Racks. Aus diesem Grund kann nur eine begrenzte Menge an Technik im Rack integriert werden. Die Durchströmung der Racks in horizontaler Richtung erfolgt durch die Lüfter der Datenverarbeitungstechnik und/oder Telekommunikationstechnik, die im Rack untergebracht sind. Die kalte Luft wird vorne angesaugt und hinten erwärmt wieder freigegeben. Damit sich die kalte und die erwärmte Luft nur möglichst wenig vermischen, werden die beiden Luftarten durch Kalt- und Warmgänge mit oder ohne Einhausung voneinander getrennt. Die Kühlung einer lufttemperatur- und luftfeuchtigkeitsgeregelten IT-Fläche in einem Rechenzentrum durch Umluft erfolgt mit den bekannten Apparaten und Methoden nur begrenzt effizient. Meistens muss die Zuluft auf eine unterhalb der für die Datenverarbeitungstechnik und/oder Telekommunikationstechnik erforderliche Zulufttemperatur gekühlt werden. Des Weiteren werden relativ komplexe Kältemaschinen verwendet, die außerdem hohe Energieverluste aufweisen. Als Konsequenz wird mehr Energie benötigt und die elektrischen Betriebskosten eines Rechenzentrums steigen erheblich. Zusätzlich ist das Kältemittel meistens ein Treibhausgas, welches bei einer Leckage innerhalb der Kältemaschine schnell in die Atmosphäre entweichen und dort zu Umweltschäden führen kann. Wenn Wasser verwendet wird, um die Wärme aus der IT-Fläche abzuführen, befindet sich eben dieses auch auf der IT-Fläche oder in der Nähe. Sollte es zu einer Leckage kommen, ist das Wasser eine erhebliche Gefahr für die Datenverarbeitungstechnik und/oder Telekommunikationstechnik, die auf der IT-Fläche aufgestellt ist. Eine weitere Möglichkeit, die IT-Fläche zu kühlen, ist, kalte Außenluft direkt auf die IT-Fläche zu leiten. Dabei kann jedoch die Luftfeuchtigkeit nicht oder nur mit hohem Kostenaufwand geregelt werden. Außerdem besteht die Gefahr, aggressive Stoffe, welche Korrosion auslösen können, sowie Rauch, welcher die Brandmeldeanlage oder eine Brandfrüherkennung auslösen kann, anzusaugen.The data processing technology and / or telecommunications technology is usually housed in racks and / or system cabinets. These racks can be traversed in the vertical or horizontal direction of the cold air. With vertical flow, the cold air on the floor is pushed into the rack or sucked by a fan in the ground and transported vertically upwards. In this way, the air cools the technology and heats up with increasing altitude. The disadvantage here is that the air is colder at the bottom than in the upper part of the rack. For this reason, only a limited amount of technology can be integrated in the rack. The flow through the racks in the horizontal direction is done by the fans of data processing technology and / or telecommunications technology, which are housed in the rack. The cold air is sucked in at the front and warmed up at the back. So that the cold and the heated air mix only as little as possible, the two types of air are separated by cold and warm aisles with or without enclosure. The cooling of an air-temperature and humidity-controlled IT area in a data center by circulating air takes place only with limited efficiency using the known apparatuses and methods. In most cases, the supply air must be cooled to a supply air temperature below that required for data processing technology and / or telecommunications technology. Furthermore, relatively complex chillers are used, which also have high energy losses. As a consequence, more energy is needed and the electrical operating costs of a data center increase significantly. In addition, the refrigerant is usually a greenhouse gas, which in case of leakage within the chiller quickly escape into the atmosphere and there can lead to environmental damage. If water is used to remove the heat from the IT area, it is located on the IT area or nearby. If there is a leak, the water is a significant threat to the data processing technology and / or telecommunications technology, which is located on the IT area. Another way to cool the IT floor is to direct cold outside air directly onto the IT floor. However, the humidity can not be regulated or only with great expense. There is also the danger of absorbing aggressive substances, which can cause corrosion, as well as smoke, which can cause the fire alarm system or early fire detection.
Der Einsatz von Rotationswärmeübertragern in Rechenzentren wird in
Im Dokument
Die Anmeldeschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der in einfacher und effektiver Weise eine Klimatisierung eines Rechenzentrums erfolgen kann.The invention has for its object to provide an arrangement of the generic type, can be done with the air conditioning of a data center in a simple and effective manner.
Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zur Klimatisierung eines Rechenzentrums zur Verfügung gestellt, wobei das Rechenzentrum in wenigstens einem zu klimatisierenden Raum Wärmeenergie abgebende Kommunikationstechnik und/oder Telekommunikationstechnik aufweist, mit einem Wärmeübertrager, welcher ausgebildet ist, die Wärmeenergie aus dem wenigstens einen Raum an eine Umgebung abzuführen, wobei der Wärmeübertrager einen ersten Eingang, der mit einem Abluftbereich des Raumes strömungstechnisch verbunden ist, einen ersten Ausgang, der mit einem Zuluftbereich des Raumes strömungstechnisch verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit einem Umgebungsluftanschluss strömungstechnisch verbunden ist, sowie einen zweiten Ausgang umfasst, der mit einem Fortluftanschluss strömungstechnisch verbunden ist, wobei ein erster Strömungsweg des Wärmeübertragers zwischen dem ersten Eingang und dem ersten Ausgang vollständig von einem zweiten Strömungsweg des Wärmeübertragers zwischen dem zweiten Eingang und dem zweiten Ausgang getrennt ist.According to the invention, an arrangement is provided for conditioning a data center, wherein the data center has heat energy-emitting communication technology and / or telecommunications technology in at least one room to be conditioned, with a heat exchanger which is designed to dissipate the heat energy from the at least one room to an environment, wherein the heat exchanger comprises a first input, which is fluidically connected to an exhaust air region of the room, a first output, which is fluidically connected to a Zuluftbereich of the room, a second input, which is fluidically connected to an ambient air connection, and a second output, comprising is fluidly connected to an exhaust port, wherein a first flow path of the heat exchanger between the first input and the first output completely from a second flow path of the heat exchanger between the second input and the second output is disconnected.
Der zu klimatisierende Raum weist vorzugsweise mindestens ein Rack auf, in welchem beispielsweise Server, Router oder Storage untergebracht sind.The room to be air conditioned preferably has at least one rack in which, for example, servers, routers or storage are accommodated.
Auch ist es bevorzugt, die Zuluft unter einem doppelten Boden entlang zu führen, um Personen bei einer Wartung der Geräte vor einer übermäßig starken kalten Luftströmung zu bewahren.It is also preferable to run the supply air under a double floor in order to protect people from an excessively strong cold air flow during maintenance of the devices.
Die Erfindung bringt als Vorteil hervor, dass ein bevorzugter Luft-Luft-Wärmeübertrager die beiden Strömungskanäle stofflich nicht vermischt. Somit kann eine gleich bleibende stoffliche Zusammensetzung der Luft im inneren Strömungspfad leichter sichergestellt werden. Als weiteren Vorteil bringt die Erfindung hervor, dass infolge der Kühlung durch den Wärmeübertrager viel elektrische Energie gespart wird, welche beim Einsatz von hauptsächlich Wärmepumpen nicht einzusparen wäre.The invention provides as an advantage that a preferred air-to-air heat exchanger does not mix the two flow channels material. Thus, a consistent material composition of the air in the inner flow path can be more easily ensured. As a further advantage, the invention shows that as a result of the cooling by the heat exchanger much electrical energy is saved, which would not be saved when using mainly heat pumps.
Vorteilhaft ist auch, dass eine strikte Trennung zwischen Fein- und Grobtechnik, insbesondere im Vergleich zu Umluftpräzisionsklimageräten, erzielt werden kann.It is also advantageous that a strict separation between fine and coarse technology, in particular in comparison to circulating air precision air conditioning units, can be achieved.
Ein weiterer Vorteil ist die erfindungsgemäße Möglichkeit, große Kühlleistungen, bevorzugt größer als 1 kW, ebenfalls bevorzugt größer als 15 kW und ebenfalls bevorzugt größer als 25 kW, mittels des Wärmeübertragers realisieren zu können.Another advantage is the possibility according to the invention of being able to realize large cooling capacities, preferably greater than 1 kW, likewise preferably greater than 15 kW and also preferably greater than 25 kW, by means of the heat exchanger.
Ebenfalls vorteilhaft ist die Möglichkeit, das Warmgang- und Kaltgangprinzip mit Zuluft durch einen Raum oder einen Doppelboden realisieren zu können.Also advantageous is the ability to realize the hot and cold aisle principle with supply air through a room or a raised floor.
Vorteilhaft ist ein vergleichsweise geringer Wartungs- und Instandhaltungsaufwand.Advantageously, a comparatively low maintenance and repair costs.
Auch ist eine flexible Leistungsanpassung auch während des Betriebs vorteilhaft.Also, a flexible power adjustment is also advantageous during operation.
Es ist bevorzugt, dass im ersten Strömungsweg und/oder im zweiten Strömungsweg wenigstens eine Strömungsmaschine angeordnet ist.It is preferred that at least one turbomachine is arranged in the first flow path and / or in the second flow path.
Vorzugsweise umfasst die Strömungsmaschine einen Ventilator oder ein Laufrad.The turbomachine preferably comprises a fan or an impeller.
Von Vorteil hierbei ist, dass ein möglichst großer Volumenstrom für die Kühlung erzeugt werden kann sowie dass die laufenden Kosten der Kühlung im Wesentlichen durch die Luftumwälzung bedingt sind und nicht durch Wärmepumpen.The advantage here is that the largest possible volume flow for cooling can be generated and that the running costs of cooling are essentially due to the air circulation and not by heat pumps.
Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager ein Kreuzstrom-, Gegenstrom- oder Gleichstrom-Wärmeübertrager.Preferably, the heat exchanger is a cross-flow, countercurrent or DC heat exchanger.
Vorteilhaft daran ist, dass keine beweglichen Teile im Wärmeübertrager nötig sind und ein vergleichsweise nur kleiner IT-Flächenbedarf besteht. Ein weiterer Vorteil ist das Entfallen einer direkten Freikühlung. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass keine weiteren Kühlmedien, wie beispielsweise Kühlmittel in Druckleitungen, und deren Kanäle benötigt werden.The advantage of this is that no moving parts in the heat exchanger are needed and there is a comparatively small IT space requirement. Another advantage is the elimination of direct free cooling. It is also advantageous that no further cooling media, such as coolant in pressure lines, and their channels are needed.
Ferner ist bevorzugt, dass im ersten Strömungsweg und/oder im zweiten Strömungsweg wenigstens ein Filter angeordnet ist. Furthermore, it is preferred that at least one filter is arranged in the first flow path and / or in the second flow path.
Ein Vorteil ist die Möglichkeit der Luftreinigung und somit Vorbeugung vor Verstopfungen der Luftkanäle im Wärmeübertrager.An advantage is the possibility of air purification and thus prevention of blockages of the air ducts in the heat exchanger.
Als zusätzliche Variante ist im ersten Strömungsweg eine Kühleinrichtung angeordnet.As an additional variant, a cooling device is arranged in the first flow path.
Ein daraus resultierender Vorteil ist, dass die Luft nachgekühlt werden kann, durch vorzugsweise eine Wärmepumpe, falls der Wärmeübertrager eine Außenluft ansaugt, welche nicht kühl genug ist, um die nötige Kühlluft auf den gewünschten Temperatur-Sollwert zu bringen.A resulting advantage is that the air can be recooled, preferably by a heat pump, if the heat exchanger sucks outside air which is not cool enough to bring the necessary cooling air to the desired temperature setpoint.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist im ersten Strömungsweg eine Befeuchtungseinrichtung angeordnet.In a preferred embodiment, a moistening device is arranged in the first flow path.
Als Vorteil ergibt sich, dass durch die Befeuchtung der Luft eine Abkühlung der Luft erfolgt.The advantage is that the humidification of the air causes a cooling of the air.
Bevorzugterweise ist im ersten Strömungsweg eine Entfeuchtungseinrichtung angeordnet.Preferably, a dehumidifying device is arranged in the first flow path.
Ein dadurch erreichter Vorteil ist die Möglichkeit, der Kühlluft wichtige Parameter, wie Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit, zuweisen zu können. Im Falle, dass befeuchtete Luft entfeuchtet wird, lässt sich dadurch eine weitere Abkühlung der Luft durch einen gezielten Abtransport der Kondensationswärme mittels einer Wärmepumpe erzielen. Dies kann auch den Wirkungsgrad einer vorzugsweise zusätzlich in den Umluft-Zuluft-Kanal integrierten Wärmepumpe verbessern.An advantage achieved thereby is the ability to assign important parameters such as temperature and relative humidity to the cooling air. In the event that dehumidified air is dehumidified, it can achieve a further cooling of the air by a targeted removal of the heat of condensation by means of a heat pump. This can also improve the efficiency of a preferably additionally integrated in the circulating air supply air duct heat pump.
Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung und die Entfeuchtungseinrichtung eine und dieselbe Wärmepumpe (oder eine Vielzahl), wobei der Schwerpunkt Kühlen-Entfeuchten durch vorzugsweise eine Invertertechnik zu realisieren ist, welche den die Kühllamellen durchsetzenden Volumenstrom dosieren kann gemäß dem Prinzip: je höher der Volumenstrom, umso geringer der Entfeuchtungseffekt.Preferably, the cooling device and the dehumidifying device is one and the same heat pump (or a plurality), the center of gravity cooling-dehumidification is preferably realized by an inverter technique, which can meter the volumetric flow passing through the cooling fins according to the principle: the higher the volume flow, the lower the dehumidifying effect.
Alternativ ist es bevorzugt, dass im zweiten Strömungsweg eine Befeuchtungseinrichtung angeordnet ist.Alternatively, it is preferred that a moistening device is arranged in the second flow path.
Der Vorteil einer Befeuchtungseinrichtung im zweiten Strömungsweg ist die Möglichkeit, den Wirkungsgrad der Kühlung mit dem Wärmeübertrager zu vergrößern, da im zweiten Strömungsweg somit kältere Luft entlang strömt, als wäre die Luft nicht befeuchtet worden. Dies setzt voraus, dass die Luft vor der Entfeuchtung genügend in der Lage war, weiteres Wasser aufzunehmen, die Luft also weitgehend ungesättigt war. Die kältere Luft im zweiten Strömungsweg führt somit zu einer entsprechend kälteren Luft im ersten Strömungsweg und somit zu einer besseren Kühlung der Abwärme erzeugenden Geräte.The advantage of a moistening device in the second flow path is the possibility of increasing the efficiency of the cooling with the heat exchanger, since colder air thus flows along in the second flow path, as if the air had not been moistened. This assumes that the air before dehumidification was sufficiently able to absorb more water, so the air was largely unsaturated. The colder air in the second flow path thus leads to a correspondingly colder air in the first flow path and thus to a better cooling of the waste heat generating devices.
Bevorzugterweise ist der zweite Strömungsweg mit dem Zuluftbereich des Raumes über einen geregelt verschließbaren Bypass strömungstechnisch verbindbar.Preferably, the second flow path with the Zuluftbereich the room via a regulated closable bypass fluidly connectable.
Als resultierender Vorteil ergibt sich die Möglichkeit, die sauerstoffhaltige, ausdünstungsarme Frischluft dosiert der Kühlluft hinzu mischen zu können, um für Menschen einen Serviceaufenthalt im Kühl- und Abluftbereich zu ermöglichen.As a result of the resulting advantage, the oxygen-containing, low-emission fresh air metered doses of the cooling air to mix, to allow for people a Serviceaufenthalt in the cooling and exhaust air area.
In einer besonders bevorzugten Variante weist der erste Strömungsweg einen geregelt verschließbaren Bypass auf, welcher ausgebildet ist, den ersten Strömungsweg mit einer Umgebung strömungstechnisch zu verbinden.In a particularly preferred variant, the first flow path has a controllable closable bypass, which is designed to fluidically connect the first flow path with an environment.
Vorzugsweise ist der Bypass eine dosiert verschließbare Öffnung, welche je nach Stärke der Dosierung die Öffnung ganz oder teilweise, in Abschnitten, schließt.Preferably, the bypass is a metered closable opening, which closes the opening completely or partially, in sections, depending on the strength of the dosage.
Vorteilhaft dabei ist die Möglichkeit, einen Überdruck infolge zugeführter Frischluft dosiert abführen zu können.The advantage here is the ability to discharge a positive pressure due to supplied fresh air.
Die Erfindung wird in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in embodiments with reference to the drawings and the description below. Show it:
Die IT-Fläche
Die durch Abwärme der Technik
Die Abwärme von der IT-Fläche
Optional kann die Außenluft
Eine gestrichelte Kontur stellt die Trennlinie
Der Wärmeübertrager
So saugt die Technik
Die gefilterte und befeuchtete Außenluft
Zur Belüftung der IT-Fläche
Damit auf der IT-Fläche
Bezüglich des Umluft-Kanals weist der Wärmeübertrager
Weitere strömungstechnisch regulierbare Öffnungen
Im Vergleich zu
Der Abluftbereich
The
Der Wärmeübertrager
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 6672955 [0007] US 6672955 [0007]
- WO 03/073012 [0008] WO 03/073012 [0008]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20130404 |
|
R150 | Term of protection extended to 6 years | ||
R157 | Lapse of ip right after 6 years |