DE202016107456U1

DE202016107456U1 - Kühlung eines Rechenzentrums

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Publication number: DE202016107456U1
Application number: DE202016107456.8U
Authority: DE
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-02-20
Anticipated expiration: 2026-11-18

Abstract

Kühlsystem für ein Rechenzentrum, umfassend: eine Vielzahl von Serverracks, die in einer Reihe mit einem Personenarbeitsplatz eines Rechenzentrums ausgerichtet ist, wobei die Serverracks eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Computergeräten tragen können; ein an die Serverracks gegenüber dem Personenarbeitsplatz angrenzender Warmluftdurchlass, der einen Warmlufteinlass neben der Rückseite der Reihe von Serverracks und einem Warmluftauslass in durchgehender Verbindung mit einer Warmluftkammer umfasst; eine Vielzahl von Kühlmodulen, die jeweils mindestens einen Ventilator und eine Kühlschlange umfassen und so positioniert sind, dass von dem Personenarbeitsplatz ein kühlender Luftstrom durch die Serverracks zum Warmluftgang fließt; und ein mit jeder der Vielzahl von Kühlmodulen kommunikativ gekoppeltes Steuergerät, das betrieben werden kann, um Vorgänge auszuführen einschließlich: das Steuern der Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Kühlmodulen, um bei einer festgelegten Ventilatordrehzahl betrieben zu werden; und das Steuern einer Vielzahl von Ventilen, die mit der Vielzahl von Kühlschlangen in der Vielzahl von Kühlmodulen gekoppelt sind, um in eine bestimmte Ventilposition moduliert zu werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Systeme zur Kühlung von Rechenzentrumssystemen und Computerkomponenten.
HINTERGRUND
Rechenzentren beinhalten verschiedene Computersysteme und -komponenten, wie beispielsweise Computerprozessoren, Speichersysteme oder Laufwerke, Server und andere Computerkomponenten. Ein Rechenzentrum kann einen Raum in einem Gebäude, ein ganzes Gebäude selbst und kann stationär oder mobil untergebracht sein, beispielsweise in einem Transportcontainer. Ein Rechenzentrum, egal ob stationär oder mobil, kann auch modular aufgebaut sein. Die computerbezogenen Komponenten, die in einem Rechenzentrum untergebracht sind, verbrauchen erhebliche Mengen an elektrischer Energie und produzieren dadurch während der Rechen- und Speichervorgänge erhebliche Mengen an Wärme. Sollten die computerbezogenen Komponenten bestimmte Temperaturen überschreiten, so kann die Leistung der Komponenten beeinträchtigt werden und/oder können die Komponenten ausfallen. Dementsprechend werden Kühlsysteme in der Regel so umgesetzt, dass sie die ordnungsgemäße und effiziente Funktion der computerbezogenen Komponenten, die in einem Rechenzentrum untergebracht sind, aufrechterhalten, wenn die Komponenten zur Übertragung, Verarbeitung und Speicherung von Daten betrieben werden. Die Kühlsysteme können Komponenten umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie Fluide wie zum Beispiel Luft oder Flüssigkeit durch verschiedene Konfigurationen und basierend auf schwankenden Bedingungen bewegen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Implementierungen von Rechenzentrumkühlsystemen und den dazugehörigen Geräten, Komponenten und Systemen. In einer bestimmten Implementierung umfasst das Rechenzentrumkühlsystem eine Vielzahl von Serverracks, die innerhalb einer Reihe mit einem Personenarbeitsplatz eines Rechenzentrums ausgerichtet sind. Dabei tragen die Serverracks eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Computergeräten, einen Warmluftgang, der neben den Serverracks und gegenüber dem Personenarbeitsplatz positioniert ist, einschließlich eines Warmlufteinlasses neben einer Rückseite der Reihe von Serverracks und einem Warmluftauslass in Verbindung mit einer Warmluftkammer, eine Vielzahl von Kühlmodulen, die jeweils mindestens einen Ventilator und eine Kühlschlange umfassen, wobei die Kühlmodule so positioniert sind, dass ein kühler Luftstrom von dem Personenarbeitsplatz durch die Serverracks zum Warmluftgang läuft, und ein Steuergerät, das mit jedem der Vielzahl von Kühlmodulen kommunikativ gekoppelt ist und betrieben werden kann, um Vorgänge einschließlich der Steuerung der Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Modulen zu ermöglichen und diese bei einer festgelegten Ventilatordrehzahl zu betreiben, und eine Vielzahl von Ventilen, die mit der Vielzahl von Kühlschlangen in der Vielzahl von Kühlmodulen gekoppelt sind, um diese auf eine bestimmte Ventilposition zu modulieren.
Ein Aspekt, der mit dieser bestimmten Implementierung kombiniert werden kann, umfasst des Weiteren eine Vielzahl von Temperatursensoren, die auf der Vielzahl von Kühlmodulen positioniert sind.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, ist die Vielzahl der Temperatursensoren so konfiguriert, dass eine eingehende Lufttemperatur der Kühlschlange und eine ausgehende Lufttemperatur der Kühlschlange bestimmt werden.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, ist die Vielzahl der Temperatursensoren so konfiguriert, dass eine eingehende Flüssigkeitstemperatur der Kühlschlange und eine ausgehende Flüssigkeitstemperatur der Kühlschlange bestimmt werden.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst die Steuerung der Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Kühlmodulen den Betrieb bei der vorbestimmten Ventilatordrehzahl zumindest teilweise auf Grundlage einer Temperatur des Kühlmoduls in der Vielzahl von Kühlmodulen.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, basiert die Steuerung eines der Vielzahl von Ventilatoren und der Vielzahl von Ventilen auf dem Differenzdruck, der über den Warmluftgang berechnet wird.
Ein weiterer Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst weiter Füllplatten, um den von Personen besetzbaren Arbeitsplatz vom Warmluftgang zu isolieren.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, befindet sich der Warmluftgang innerhalb eines Heißluftspeichers, der zumindest teilweise durch die Vielzahl von Füllplatten definiert ist.
Ein weiterer Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst eine Vielzahl von Temperatursensoren, die mit dem Heißluftspeicher gekoppelt sind.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst die Steuerung der Vielzahl von Ventilatoren die individuelle Steuerung jedes Ventilators in der Vielzahl von Ventilatoren für eine festgelegte Drehzahl.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst die Steuerung der Vielzahl von Ventilatoren den Antrieb aller Ventilatoren in der Vielzahl von Ventilatoren mit gleicher Drehzahl.
Ein weiterer Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst eine Netzwerkschnittstelle, die mit dem Steuergerät kommunikativ gekoppelt ist, um das Steuergerät per Remote-Zugriff zu konfigurieren.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst jedes Kühlmodul in der Vielzahl von Kühlmodulen eine Stromeingangsschnittstelle, die für den Anschluss einer Stromquelle konfiguriert ist, sowie eine Stromausgangsschnittstelle, die mit dem Steuergerät gekoppelt ist.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst das Kühlmodul einen Transformatorschaltkreis, der so konfiguriert ist, dass er Wechselstrom in Gleichstrom wandelt.
In einem anderen Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, ist der Transformator so konfiguriert, dass die Spannung des Wechselstroms gesenkt wird.
In einem anderen Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, sind die Kühlleitungen der Vielzahl von Kühlmodulen seriell miteinander gekoppelt.
In einer weiteren bestimmten Implementierung umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer Vielzahl von Kühlmodulen die sensorische Erfassung eines Differenzdrucks, der entlang des Warmluftgangs berechnet wird, die Steuerung der Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Kühlmodulen; basierend auf dem Differenzdruck, mit einer bestimmten Ventilatordrehzahl; sensorische Erfassung einer Vielzahl von Temperaturen in der Vielzahl von Kühlmodulen; und die Steuerung einer Vielzahl von Ventilen, die mit der Vielzahl von Kühlschlangen in der Vielzahl von Kühlmodulen gekoppelt sind, um diese auf eine bestimmte Ventilposition zu modulieren, zumindest teilweise auf der Vielfalt von Temperaturen basierend. Jedes Modul enthält mindestens einen Ventilator und eine Kühlschlange, die so positioniert ist, dass ein Kühlluftstrom von einem Personenarbeitsplatz durch eine Vielzahl von Serverracks und zu einem neben den Serverracks und gegenüber dem Personenarbeitsplatz positioniertem Warmluftgang fließt, welche einen Warmlufteinlass neben der Rückseite der Reihe von Serverracks und einem Warmluftauslass in durchgehender Verbindung mit einer Warmluftkammer umfasst.
Ein Aspekt, der mit dieser bestimmten Implementierung kombiniert werden kann, umfasst die sensorische Erfassung einer Vielzahl von Temperaturen sowie die sensorische Erfassung einer Kühlfluid-Eintrittstemperatur und einer Kühlfluid-Austrittstemperatur.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst die sensorische Erfassung einer Vielzahl von Temperaturen die Erfassung einer Lufteintrittstemperatur und einer Luftaustrittstemperatur.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, umfasst die Steuerung einer Vielzahl von Ventilen auf Grundlage einer Wassereintrittstemperatur die Steuerung einer Vielzahl von Ventilen auf Grundlage einer Wassereintrittstemperatur, einer Wasseraustrittstemperatur, einer Lufteintrittstemperatur und einer Luftaustrittstemperatur.
In einer weiteren bestimmten Implementierung umfasst das Rechenzentrumstromsystem eine Vielzahl von Serverracks, die innerhalb einer Reihe mit einem Personenarbeitsplatz eines Rechenzentrums ausgerichtet sind. Dabei tragen die Serverracks eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Computergeräten, einen Warmluftgang, der neben den Serverracks und gegenüber dem Personenarbeitsplatz positioniert ist, einschließlich eines Warmlufteinlasses neben einer Rückseite der Reihe von Serverracks und einem Warmluftauslass in Verbindung mit einer Warmluftkammer, einer Vielzahl von Kühlmodulen, die so angeordnet sind, dass ein kühler Luftstrom von dem Personenarbeitsplatz durch die Serverracks zum Warmluftgang läuft; eine Steuerstromschiene, die mit jedem der Transformatoren der Vielzahl von Kühlmodulen elektrisch verbunden ist, um aus Wechselstrom gewandelten Gleichstrom zu erhalten; und ein Steuergerät, das über eine Steuerstromschiene mit Strom versorgt wird und mit jedem der Vielzahl der Kühlmodule kommunikativ gekoppelt ist, um die Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Kühlmodulen für den Betrieb bei einer festgelegten Ventilatordrehzahl zu steuern. Jeder der Vielzahl von Kühlmodulen umfasst mindestens einen Ventilator; eine Hauptstromschiene, der zumindest mit einem Ventilator und mit einer Netzstromquelle elektrisch verbunden ist, um Wechselstrom aufzunehmen, und einen Transformator, der mit der Hauptstromschiene elektrisch verbunden ist.
In einem Aspekt, der mit dieser bestimmten Implementierung kombiniert werden kann, ist das Steuergerät elektrisch gekoppelt, um über die Steuerstromschiene Gleichstrom von einem ersten Transformator der Vielzahl von Transformatoren zu erhalten, unabhängig von einem der Wechselstromversorgung eines zweiten Transformators der Vielzahl von Transformatoren.
In einem weiteren Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, ist mindestens ein mit einem ersten Kühlmodul verknüpfter Sensor elektrisch mit der Steuerstromschiene verbunden, um über die mit einem zweiten Kühlmodul verbundene Steuerstromschiene Gleichstrom von einem Transformator zu erhalten.
In einem anderen Aspekt, der mit jedem der vorangehenden Aspekte kombiniert werden kann, ist der Steuergerät so konfiguriert, dass ein Betrieb des mit dem zweiten Kühlmodul verknüpften Ventilators auf dem Leistungsverlust des Sensors basiert, der mit dem ersten Kühlmodul verknüpft ist.
Die in diesem Dokument beschriebenen Implementierungen des Rechenzentrumkühlsystems können ein, einige oder alle der nachstehenden Merkmale aufweisen. Die Implementierungen ermöglichen beispielsweise eine ausfallsichere Stromversorgung des Steuergeräts, falls ein stromversorgendes Kühlmodul ausfallen sollte. Zusätzlich ermöglichen die Implementierungen eine Stromversorgung der Kühlmodule mit Hochspannungswechselstrom, der im Falle fehlender zusätzlicher Steckdosen für die Stromversorgung der Niederspannungssteuergeräte und -sensoren verwendet wird. Zudem ermöglichen die Implementierungen eine Skalierbarkeit einzelner Steuergeräte zur Steuerung und Überwachung größerer Bereiche. Als weiteres Beispiel kann der Stromausfall (z. B. des Netzstroms für einen Ventilator) für ein oder mehrere Kühlmodule nicht zu einem Stromausfall für einen oder mehrere Sensoren führen, die den ordnungsgemäßen Betrieb des Kühlsystems bewerten (oder dieses oder dieser bestimmten Kühlmodul(e)), da die Stromversorgung der Sensoren durch ein Steuergerät erfolgt, das von der ausgefallenen Stromversorgung unabhängig ist. In einigen Beispielen kann ein Steuergerät (z. B. für ein Kühlmodul) im Falle eines Stromausfalls (z. B. des Netzstroms für ein Kühlmodul) durch ein benachbartes oder daneben liegendes Modul unterbrechungsfrei mit Strom versorgt werden. Als weiteres Beispiel darf der Auswahl eines Sensors (z. B. eines Druck- oder Temperatursensors) für ein bestimmtes Kühlmodul nicht zum Ausfall dieses Kühlmoduls führen, da die gewünschte Messung eines benachbarten oder daneben liegenden Sensors verwendet werden kann, was als Ergebnis in den benachbarten Modulen anteilig kompensiert werden kann. Zusätzlich ermöglichen die Implementierungen eine Kühlung ohne Unterbrechung (z. B. nicht lang genug, um durch ausbleibende Kühlung Schäden zu verursachen), selbst wenn ein Kühlmodul durch Stromausfall oder Ausfall der Steuergeräts ausfallen sollte.
Es sollte beachtet werden, dass alle Kombinationen der vorstehenden Konzepte und der zusätzlichen Konzepte, die nachstehend diskutiert werden (sofern sich diese Konzepte einander nicht widersprechen), als Teil des in diesem Dokument offengelegten Erfindungsgegenstands angesehen werden. Insbesondere werden alle Kombinationen der Ansprüche, die am Ende dieser Offenbarung aufgelistet sind, als Teil des in diesem Dokument offengelegten Erfindungsgegenstands angesehen. Es sollte auch beachtet werden, dass der in diesem Dokument ausdrücklich verwendeten Terminologie hinsichtlich der in diesem Dokument offengelegten besonderen Konzepte eine möglichst konsistente Bedeutung zugewiesen werden sollte.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Fachmann wird verstehen, dass die Zeichnungen in erster Linie zur Veranschaulichung dienen und nicht dazu bestimmt sind, den Umfang des hierin beschriebenen Erfindungsgegenstands einzuschränken. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu. In einigen Beispielen können verschiedene Aspekte des hierin offen gelegten Erfindungsgegenstands in den Zeichnungen übertrieben groß oder vergrößert dargestellt sein, um ein Verständnis verschiedener Merkmale zu erleichtern.
1a und 1b veranschaulichen ein Rechenzentrum einschließlich Ventilatorkonvektoren und Heißluftspeichern gemäß den exemplarischen Implementierungen der Rechenzentrumkühlsysteme.
2 zeigt einen Ventilatorkonvektor einschließlich Luft- und Wassersensoren für die Temperaturkontrolle des Ventilatorkonvektors gemäß den exemplarischen Implementierungen der Rechenzentrumkühlsysteme.
3 veranschaulicht verschiedene Differenzdrucksensoren und Kühlkanal-Temperatursensoren für einen Heißluftspeicher der exemplarischen Implementierungen der Rechenzentrumkühlsysteme.
4 ist eine schematische Darstellung der Steuersysteme, mit denen die Rechenzentrumkühlsysteme gemäß den exemplarischen Implementierungen betrieben werden.
Die Merkmale und Vorteile der hierin offengelegten Erfindungen werden aus der nachstehend erfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlicher, wenn sie gemeinsam mit den Zeichnungen beachtet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend befinden sich einige detailliertere Beschreibungen verschiedener Konzepte im Zusammenhang mit bzw. exemplarische Ausführungsformen der erfundenen Systeme, Verfahren und Komponenten von Rechenzentrumkühlsystemen und der zugehörigen Geräte, Komponenten und Systeme.
1a und 1b veranschaulichen ein Rechenzentrum einschließlich Ventilatorkonvektoren oder Kühlmodulen und Heißluftspeichern gemäß den exemplarischen Implementierungen der Rechenzentrumkühlsysteme. In der folgenden detaillierten Beschreibung werden Kühlmodule oder Ventilatorkühlschlangen als Ventilatorkonvektoren bezeichnet werden. 1a veranschaulicht eine Draufsicht eines Rechenzentrums 100, das unter anderem ein tragbares modulares Rechenzentrum umfasst. Das tragbare modulare Rechenzentrum kann gemäß bestimmten Ausführungsformen als mobile Trägerstruktur implementiert werden. Die mobile Trägerstruktur kann zur Kopplung an einen Anhänger konfiguriert sein oder Räder für einen Transport mit dem Lastwagen umfassen. In anderen Implementierungen kann das Rechenzentrum 100 als stationärer Raum implementiert sein oder ein vollständiges Gebäude belegen.
1b veranschaulicht eine Perspektivansicht des Rechenzentrums 100. Das Rechenzentrum 100 enthält eine Vielzahl von Serverracks 102, die eine Vielzahl von Servern beherbergen. Die Server in den Serverracks 102 können zur Verarbeitung, Übertragung und/oder Speicherung von Daten eingesetzt werden. Die Server können andere Computergeräte oder -komponenten für den Betrieb der Server enthalten. Die Server, Computergeräte und zugehörigen Komponenten umfassen wärmeerzeugende Computergeräte, die während ihres Betriebs zur Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Daten lokal und auf entfernten Computersystemen Wärme erzeugen. Die Server können beispielsweise mit einem lokalen oder einem Remote-Netzwerk verbunden sein und können verschiedene Anfragen aus dem Netzwerk erhalten oder bearbeiten, um Daten abzurufen, zu verarbeiten und/oder zu speichern. Die Server können die Kommunikation über das Internet oder ein Intranet erleichtern, um eine Interaktion mit einer Vielzahl von Remote-Computern zu ermöglichen und die von auf den Remote-Computern oder auf den Servern ausgeführten Anwendungen angeforderten Dienste bereitzustellen. Dementsprechend enthält das Rechenzentrum 100 eine oder mehrere Stromquellen, um die Server und die zugehörigen Komponenten mit Strom zu versorgen. Es enthält zudem eine Kommunikationsschnittstelle, die für drahtgebundene und drahtlose Übertragungen an und vom Rechenzentrum 100 konfiguriert werden sein. Die Stromquelle kann an ein Stromnetz angeschlossen sein oder durch Batterien oder einen Generator vor Ort versorgt werden.
Die Serverracks 102 sind zumindest teilweise im Kaltluftgang 110 positioniert, während die Rückseiten der Serverracks 102 am Heißluftspeicher 104 positioniert sind. Der Heißluftspeicher 104 umfasst Öffnungen, die als Einlass konfiguriert oder an den Rückseiten der Serverracks 102 positioniert werden. Die Kaltluftkanäle 110 umfassen die Personenarbeitsplätze des Rechenzentrums 100. Dementsprechend kann jemand, der Servicearbeiten im Rechenzentrum 100 durchführt, den Kaltluftgang 110 durchqueren, um auf Server oder andere zugehörige Komponenten, die in den Serverracks 102 positioniert sind, zuzugreifen, sie zu reparieren, zu ersetzen, hinzuzufügen oder zu warten. Die Kaltluftgang bietet auch Zugang zu anderen Komponenten des Rechenzentrums 100, einschließlich der Kühlkomponenten, Stromschnittstellen, Stromquellen und anderer Komponenten und Systeme. In bestimmten Ausführungsformen umfasst jedes der Serverracks 102 eine Vielzahl von Server-Unterbaugruppen, die mit dem Serverrack 102 abnehmbar gekoppelt werden können. Die Serverracks 102 können selbst auch für den Anbau am und den Abbau vom Heißluftspeicher konfiguriert werden.
In den dargestellten Ausführungsformen umfasst das Rechenzentrum 100 in Dreierreihen positionierte Heißluftspeicher 104. Jedoch kann das Rechenzentrum 100 Heißluftspeicher 104 umfassen, die mit zwei oder mehr Heißluftspeichern 104 in den Reihen 122 konfiguriert und für einen Betrieb mit einem einzelnen speicherprogrammierbaren Steuerungspanel (SPS-Panel) programmiert sind. Das einzelne SPS-Panel umfasst zwei SPS 108 gemäß den exemplarischen Implementierungen, die weiter unten besprochen werden. In bestimmten Implementierungen umfasst jede Reihe 122 der Serverracks 102 zum Beispiel rund 1 MW IT-Verbraucher und enthält drei (3) Heißluftspeicher 104, die zwischen den Racks 102 positioniert sind. In anderen Implementierungen kann die IT-Last beispielsweise 0,5 MW, 2 MW, 3 MW, 5 MW oder 7 MW betragen.
Die Heißluftspeicher 104 und die Serverracks 102 sind auf einem Boden 118 des Rechenzentrums 100 positioniert. Der Boden 118 kann gemäß den exemplarischen Implementierungen einen Unterboden des mobilen Containers oder Raums umfassen. Der Unterboden kann vom tatsächlichen Boden angehoben werden und kann zur Verlegung von Drähten, Kabeln bzw. bei bestimmten Implementierungen zur Verlegung von Luftleitungen verwendet werden. Der Kaltlufteinlass 120 wird durch die Serverracks 102 vom Kaltluftgang 110 in die jeweiligen Heißluftspeicher 104 verlegt. Entsprechend der exemplarischen Ausführungsformen isolieren die Serverracks 102 und eine oder mehr Füllplatten und/oder Türen (nicht angezeigt) den Kaltluftgang 110 von den Heißluftspeichern und dem zugehörigen Heißluftauslass oder der Rückführungskammer. Die heiße Abluft bewegt sich in den Heißluftspeicher 104 und über die Heißluftleitungen 112 in die Ventilatorkonvektoren 106 hinauf, wobei die Heißluft abgekühlt und über die Kaltlufteinlässe 114 zurück in den Kaltluftgang 110 bewegt wird, wie in diesem Dokument weiter ausgeführt wird.
In Übereinstimmung mit den exemplarischen Implementierungen kühlen die Ventilatorkonvektoren 106 die heiße Abluft mithilfe des durch die Ventilatorkonvektoren 106 strömenden abgekühlten Liquid. Die Ventilatorkonvektoren 106 enthalten Ventilatoren, die heiße Abluft in die Ventilatorkonvektoren 106 hineinziehen. Die Ventilatoren der Ventilatorkonvektoren 106 bewegen die heiße Abluft über die Kühlflüssigkeit, die innerhalb der Ventilatorkonvektoren 106 Kühlschlangen oder Kühlrippen enthält. Die Ventilatoren leiten die gekühlte Luft zum Kaltluftgang 110, damit sie wieder in den Heißluftspeicher 104 eintritt und die gekühlte Luft die Server in den Serverracks 102 weiter kühlen kann. Die Ventilatorkonvektoren 106 sind so konfiguriert, dass sie den Druck und die Temperatur zwischen den Kaltluftgängen 110 und den Heißluftgängen 116 regulieren.
2 zeigt einen Ventilatorkonvektor 106 einschließlich Luft- und Wassersensoren für die Temperaturkontrolle des Ventilatorkonvektors gemäß den exemplarischen Implementierungen der Rechenzentrumkühlsysteme. Wie weiter unten besprochen wird eine Vielzahl von Ventilatorkonvektoren 106 mithilfe eines einzelnen Steuergeräts 108 gesteuert. Das einzelne Steuergerät 108 ist bei einigen Implementierungen auf einem der Heißluftspeicher 104 am Ende der Reihe positioniert. Das Steuergerät 108 kann bei bestimmten Implementierungen über eine grafische Touchscreen konfiguriert werden. Auf das Steuergerät 108 kann bei bestimmten Implementierungen auch über ein drahtloses Netzwerk per Fernzugriff zugegriffen und konfiguriert werden.
Das einzelne Steuergerät 108 ist so konfiguriert, dass es Durchsatz und Temperaturen von Wasser und Luft für eine Vielzahl von Ventilatorkonvektoren 106 einstellt. Das einzelne Steuergerät 108 ist insbesondere so konfiguriert, dass es Durchsatz und Temperaturen von Wasser und Luft für sämtliche Ventilatorkonvektoren 106 in der jeweiligen Reihe 122 des Rechenzentrums 100 einstellt. Wie weiter unten beschrieben, werden die Ventilatorkonvektoren 106 in der Reihe 122 täglich für Strom und Kommunikation oder bei bestimmten Implementierungen für beides miteinander verkettet und seriell verbunden. Das Steuergerät 108 stellt den Durchsatz und die Temperaturen von Wasser und Luft für die Vielzahl von Ventilatorkonvektoren 106 beispielsweise auf Grundlage der örtlichen Temperaturen einzelner Ventilatorkonvektoren 106 in der jeweiligen Reihe 122 ein. Jede Reihe 122 von Ventilatorkonvektoren 106 können miteinander zu einer eigenen Busleitung verkettet werden, und zwei Busleitungen können gemäß bestimmten Implementierungen mit einer Reihe von Heißluftspeichern 104 realisiert werden. Jeder Ventilatorkonvektor 106 ist mit einem Heißluftspeicher 104 gekoppelt. In bestimmten Ausführungsformen wird der Ventilatorkonvektor 106 mit dem oberen Bereich des Heißluftspeichers 104 beispielsweise über eine oder mehrere Klammern oder Befestigungselemente verbunden.
Wie in 2 dargestellt umfasst der Ventilatorkonvektor 106 insgesamt 3 elektrische Ventilatoren 201 bis 203, ein Ventil (oder Ventile) 204 und einen Schaltkasten 205, der die Ventilatoren 201 bis 203 und Ventil(e) 204 kommunikativ mit dem Steuergerät 108 und einer Vielzahl von Druck- und Temperatursensoren koppelt. Die elektrischen Ventilatoren 201 bis 203 steuern die Einlassströmung der Heißluft in den Ventilatorkonvektor 106 und den Abgasstrom der gekühlten Luft aus dem Ventilatorkonvektor 106 heraus. Die gekühlte Luft wird hinter die Serverracks 102 gezogen, um die darauf positionierten Server durch Öffnungen im Heißluftspeicher 104 zu kühlen, und wird auch in den Heißluftspeicher 104 selbst gezogen.
Die Hitze wird vom wärmeerzeugenden Computergerät auf den Serverracks 102 in die gekühlte Luft übertragen, wenn die gekühlte Luft an den Serverracks 102 vorbeiströmt und in den Heißluftspeicher 104 eintritt. Dementsprechend wird die gekühlte Luft vom wärmeerzeugenden Computergerät auf den Serverracks 102 erhitzt, wenn sie in den Heißluftspeicher 104 eintritt. Die gekühlte Luft wird von mehreren Seiten in den Heißluftspeicher 104 gezogen. Die Enden des Heißluftspeichers 104 können mithilfe einer Platte, einer Tür oder einer Wand (z. B. 310 auf Figur zu 3) des Heißluftspeichers 104 geschlossen werden. Die erhitzte Luft wird dann aus dem Heißluftspeicher 104 beispielsweise über eine Abluftleitung an oder nahe der Oberseite des Heißluftspeichers 104 abgeführt. Die heiße Abluft tritt dann in den Ventilatorkonvektor 106 ein, um mithilfe des durch den Ventilatorkonvektor 106 strömenden kalten Wassers abgekühlt zu werden.
Das oder die Ventil(e) 204 steuert den Durchsatz des Kühlwassers in und aus dem Ventilatorkonvektor 106. Das Kühlwasser wird mit einem oder mehreren Kondensatoren oder Kühlern gekühlt und wird in den Ventilatorkonvektor 106 gepumpt, um die heiße Luft abzukühlen, die aus dem Heißluftspeicher 104 in den Ventilatorkonvektor 106 geführt wird. In bestimmten Ausführungsformen kann anstelle oder zusätzlich zum Kühlwasser ein Kühlmittel verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen sind die Kühlfluid-Leitungen in einem Ventilatorkonvektor 106 mit einer Kühlfluid-Leitung in einem Ventilatorkonvektor 106 verbunden, welcher mit einem anderen Heißluftspeicher 104 in der gleichen Reihe 122 gekoppelt ist. Dementsprechend fließt Kühlfluid zwischen den Ventilatorkonvektoren 106 in der Reihe 122, bevor es zum Wasserkühler oder Kondensator zurückfließt. Die im Ventilatorkonvektor 106 eingehende heiße Abluft wird über eine oder mehrere Fluid-Leitungen oder Kühlrippen geführt, durch welche das Kühlwasser fließt. Wenn die heiße Abluft über die Leitungen mit dem Kühlfluid fließt, wird die heiße Abluft gekühlt und aus dem Ventilatorkonvektor 106 abgeleitet.
Das Steuergerät 108 bestimmt und/oder überwacht mithilfe einer Vielzahl von Sensoren einschließlich unter anderem Thermistoren die Lufttemperatur der gekühlten Luft, welche den Ventilatorkonvektor 106 verlässt. Die Lufttemperatur der gekühlten Luft, welche den Ventilatorkonvektor 106 verlässt, wird mithilfe der Luftaustrittstemperatursensoren (LAT-Sensoren) 206 bis 208 überwacht. Das Steuergerät 108 bestimmt und/oder überwacht mithilfe einer Vielzahl von Sensoren einschließlich unter anderem Thermistoren die Lufttemperatur der erhitzten Luft, welche in den Ventilatorkonvektor 106 fließt. Die Lufttemperatur der heißen Luft, welche in den Ventilatorkonvektor 106 fließt, wird mithilfe der Lufteintrittstemperatursensoren (EAT-Sensoren) 211 bis 213 überwacht. Das Steuergerät 108 bestimmt und/oder überwacht mithilfe einer Vielzahl von Sensoren einschließlich unter anderem Thermistoren die Temperatur des Kühlwassers, das in den Ventilatorkonvektor 106 fließt. Die Wassertemperatur des gekühlten Wassers, das in den Ventilatorkonvektor 106 fließt, wird mithilfe des Wassereintrittstemperatursensors (EWT-Sensoren) 209 überwacht. Das Kühlwasser tritt über Ventil(e) 204 ein. Das Steuergerät 108 bestimmt und/oder überwacht die Wassertemperatur des Kühlwassers, das aus dem Ventilatorkonvektor 106 über das/die Ventil(e) 204 abfließt, indem der Wasseraustrittstemperatursensor (LWT-Sensor) 210 für das aus dem Ventilatorkonvektor 106 ausfließende Wasser überprüft wird.
In bestimmten Implementierungen sind alle Temperatursensoren, die EAT Sensoren 211 bis 213, die LAT Sensoren 206 bis 208, der EWT-Sensor 209 und der LWT-Sensor 210 auf dem Ventilatorkonvektor 106 positioniert. In bestimmten Implementierungen ist das Steuergerät 108 so konfiguriert, dass alle Ventilatoren 206 bis 208 mit gleicher Drehzahl angetrieben werden. In bestimmten Implementierungen ist der Steuergerät 108 so konfiguriert, dass sämtliche Ventilatoren 206 bis 208 unabhängig angetrieben werden, während sämtliche Ventilatoren der Vielzahl von Ventilatorkonvektoren 106 in der Reihe 122 – falls gerechtfertigt – individuell gesteuert werden können. Wie auf 2 dargestellt, befindet sich der EWT-Sensor 209 in der Nähe der vom Kondensator kommenden Rohrleitungen (oder ist damit gekoppelt), während die LAT-Sensoren 206 bis 208 jeweils neben den Ventilatoren 201 bis 203 des Ventilatorkonvektors 106 verteilt sind. Die Temperatursensoren 206 bis 208 und 209 werden verwendet, um die Näherungstemperatur (LAT-EWT) durch Anpassen des Wasserdurchsatzes mithilfe des oder der Ventil(e) 204 des Ventilatorkonvektors 106 zu steuern. Der Wasserdurchfluss wird für jeden Ventilatorkonvektor 106 in der Reihe 122 unabhängig eingestellt. Die Position des oder der Ventil(e) 204 wird mit einem 2–10 V-Analogsignal über einen Remote-Sensorgehäuse gesteuert.
In bestimmten Ausführungsformen enthält der Ventilatorkonvektor 106 einen Stromanschluss im Schaltkasten 205. Der Stromanschluss kann mit einer Stromquelle gekoppelt werden, die mehrere Ventilatorkonvektors 106 versorgt, beispielsweise die Ventilatorkonvektoren in einer Reihe 122, um eine Versorgungsredundanz herzustellen. Der Stromanschluss ermöglicht auch eine Versorgung sämtlicher Hilfsgeräte mit Hochspannungswechselstrom, der jeden der Ventilatorkonvektoren antreibt. Der einzelne Hochspannungswechselstrom wird im Schaltkasten 205 in einen Niederspannungsgleichstrom umgewandelt, um die Remote-Telemetriegehäuse (z. B. den in 3 dargestellten Remote-Sensorgehäuse 306) und das Steuergerät 108 zu versorgen.
In diesen Implementierungen wird jeder Ventilatorkonvektor 106 einzeln versorgt und wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um. Die Gleichstromleistung jedes Ventilatorkonvektors 106 wird dann über eine Gleichstromschiene mit einem Diodennetzwerk wieder kombiniert, um die Remote-Telemetriegehäuse (z. B. das in 3 dargestellten Remote-Sensorgehäuse 306) und das Steuergerät 108 zu versorgen. Mit dieser Konfiguration kann das einzelne Steuergerät 108 mit Strom versorgt werden, ohne dass es für das Steuergerät 108 zu Stromausfällen kommt, falls einer der Ventilatorkonvektoren 106 in der Reihe 122 ausfällt. Dementsprechend geben die Remote-Sensoren und die Steuergeräte 108 zudem eine Rechenzentrum-Steckdose frei, die stattdessen zur Versorgung eines Serverracks 102 verwendet werden kann.
Beispielsweise kann bei einigen Implementierungen die Stromversorgung für einen oder mehrere einzelne Ventilatorkonvektoren 106 beispielsweise durch eine durchgebrannte Sicherung ausfallen. In diesen Implementierungen kann das Steuergerät 108 weiterhin mit Strom versorgt werden, da beide über die gleiche Wechselstromschiene versorgt werden. Des Weiteren kann das Steuergerät 108 bei einigen Implementierungen eine Notstromquelle (z. B. Batterie, Solaranlage, Schwungrad oder andere) umfassen oder mit dieser elektrisch gekoppelt sein. So können selbst wenn der Netzstrom für das Steuergerät 108 ausfällt, die Telemetriegehäuse (z. B. Remote-Sensorgehäuse 306) betriebsbereit bleiben und überwacht werden, beispielsweise um eine erhöhte Hitzelast durch die betriebenen elektronischen Geräte (z. B. Server) zu bestimmen oder zu messen.
3 veranschaulicht verschiedene Differenzdrucksensoren und Kühlkanal- Temperatursensoren für einen Heißluftspeicher der exemplarischen Implementierungen der Rechenzentrumkühlsysteme. Jeder der Heißluftspeicher 104 umfasst eine Vielzahl von Sensoren (z. B. Thermistoren) 302, um Temperaturen in den Heißluftspeichern 104 zu erfassen. Die Sensoren 302 sind mit einem Remote-Sensorgehäuse 306 elektrisch gekoppelt, der wiederum mit dem Steuergerät 108 verbunden ist. Jeder der Heißluftspeicher 104 umfasst eine Vielzahl von Differenzdrucksensoren 306, die ebenso mit einem Remote-Sensorgehäuse 306 gekoppelt sind, der wiederum mit dem Steuergerät 108 verbunden ist. Während sowohl die Thermistoren 302 als auch die Differenzdrucksensoren 306 zur Überwachung verwendet werden, werden nur die Differenzdrucksensoren genutzt, um die Ventilatordrehzahlen der Ventilatorkonvektoren 106 bei bestimmten Implementierungen zu steuern. Insbesondere der Differenzdrucksensor 302 wird verwendet, um einen typischen Druck zu berechnen und die Ventilatordrehzahlen der Ventilatoren 206 bis 208 des Ventilatorkonvektors 106 zu steuern (der oberhalb der Heißluftspeicher 104, am Ende der Rackreihen oder anderweitig positioniert werden kann).
Jede SPS-Steuerung 108 überwacht den Differenzdruck entlang des Kaltgangs 110 und in der Warmluftkammer 116 für die drei Heißluftspeicher 104 in ihrer Reihe 122. Die Differenzdrucksensoren 302 sind innerhalb der Remote-Drucksensorgehäuse angebracht, aber Rohr 308 führt zu Deckeln, die sich jeweils aufrecht auf den Heißluftspeichern 104 befinden. Wie in 3 gezeigt sind die Differenzdrucksensoren 302 über eine Schlauchverbindung 308 mit dem Kaltluftgang 110 und dem Heißluftspeicher 104 verbunden, um den Differenzdruck zwischen Kaltgang 110 und dem Heißluftspeicher 104 zu überwachen. Der Schlauch kann mit einer aufrechten Oberfläche des Heißluftspeichers 104 verbunden sein. In bestimmten Implementierungen wird die Hälfte der Drucksensoren mit dem Heißluftspeicher 104 auf beiden Seiten des Heißluftspeichers 104 und mit dem Steuergerät 108 gekoppelt. Die Konfiguration bietet eine redundante Überwachung, falls ein einzelnes Steuergerät 108 ausfällt. Die Differenzdrucksensoren 302 stellen Sensormessungen bereit, die kombiniert werden, um einen charakteristischen Differenzdruck zu ermitteln, der zur Steuerung der Ventilatoren 206 bis 208 für die Vielzahl der über jede Reihe 122 verteilten Ventilatorkonvektoren 106 verwendet wird.
Jedes Steuergerät 108 ist für die Steuerung von zwei Sätzen von Regelkreisen konfiguriert. Der erste Regelkreis, für dessen Steuerung jedes Steuergerät 108 konfiguriert ist, umfasst die Temperaturregelung. Die Temperatursteuerung kann durch Einstellen der Ventilposition erleichtert werden, um den Fluss des Kühlfluids (z. B. gekühlte Flüssigkeit, Kondensatorflüssigkeit, Kühlmittel oder andere) für jeden Ventilatorkonvektor 106 zu steuern. Der zweite Regelkreis, für dessen Steuerung jedes Steuergerät 108 konfiguriert ist, umfasst die Differenzdruckregelung. Der Differenzdruck kann bei bestimmten Ausführungsformen durch Einstellen der Ventilatordrehzahl für alle Ventilatorkonvektoren 106 in der Reihe 122 zusammen gesteuert werden.
4 ist eine schematische Darstellung der Steuersysteme, mit denen ein Rechenzentrumkühlsystem gemäß den exemplarischen Implementierungen betrieben wird. Luftstrom und Temperatur werden durch ein verteiltes Netzwerk von Steuergeräten 108 – eines pro Reihe Ventilatorkonvektoren 106 – gesteuert, das sich an der Vorderseite des ersten Heißluftspeichers 104 dieser Reihe befindet. Jedes SPS-Steuergerät 108 funktioniert unabhängig, um seine lokalen Druck- und Temperatursollwerte einzuhalten. Diese Steuerung basiert auf Remote-Drucksensoren auf den Heißluftspeichern 104 und Temperatursensoren auf den Ventilatorkonvektoren 106 in der entsprechenden Reihe. In bestimmten Ausführungsformen kommunizieren sämtliche Sensoren – einschließlich der Druck- und Temperatursensoren – mit dem jeweiligen Steuergerät 108 z. B. über Modbus RTU via RS485. Wie in 4 dargestellt, kommunizieren die Druck- und Temperatursensoren des Heißluftspeichers 104 mit dem Steuergerät 108 über die Remote- Sensorgehäuse 306. Die Temperatursensoren der Ventilatorkonvektoren 106 kommunizieren ebenfalls mit dem Steuergerät 108. Das Steuergerät 108 verarbeitet die Sensordaten der Remote-Sensorgehäuse 306 und der Sensoren der Ventilatorkonvektoren 106, um die Ventilatoren und die Ventile der Ventilatorkonvektoren 106 lokal zu steuern.
In bestimmten Implementierungen kann die Konfiguration der Steuergeräte 108 über Ethernet und persistent aktualisiert werden. Dementsprechend kann für die Konfiguration und optimale Steuerung der Steuergeräte 108 eine Netzwerkverbindung implementiert werden. Nach der Konfiguration der Steuergeräte 108 kann des Weiteren eine Netzwerkverbindung eingerichtet werden, aber das Rechenzentrumkühlsystem 100 wird in einen sicheren Betriebszustand wechseln, falls die Netzwerkverbindung kurzfristig verloren geht.
Wie in 4 dargestellt, teilt ein Cloud-basiertes 2-stufiges Steuergerät 406 (z. B. ein Gebäude-Automatisierungssystem oder ein anderes Hauptsteuersystem) jedem SPS-Steuergerät 108 auf unabhängige Weise dynamische Sollwerte 401 und operative Zustände wie zum Beispiel den Näherungswert 402 mit, um Luftstrom und Temperatur im Rechenzentrum als Ganzes auszugleichen, gemäß bestimmten Implementierungen. Das 2-stufige Steuergerät 406 teilt dem Steuergerät 108 die Sollwerte über das Netzwerk 403 mit. Das 2-stufige Steuergerät 406 passt die Anlagenüberwachungsinfrastruktur an, um die Sollwerte des lokalen SPS-Steuergeräts 108 in Echtzeit einzustellen. Der Betrieb des 2-stufigen Steuergeräts 406 zielt darauf an ab, den Luftstrom bei Ausfall eines Ventilatorkonvektors 106 innerhalb eines gemeinsamen Bereichs zu handhaben und die Ventilatordrehzahlen anzupassen. In bestimmten Implementierungen können die lokalen Steuergeräte 108 so konfiguriert werden, dass sie miteinander kommunizieren oder vom gemeinsamen Gruppensteuergerät 405 gesteuert werden. Das Gruppensteuergerät 405 ist so konfiguriert, dass es die Ventilatorkonvektoren in einer vom gemeinsamen Bereich 404 festgelegten Vielzahl von Reihen steuert.
Die gemeinsamen Bereiche 404 (oder die gemeinsamen Gruppen) sind gemeinsame Bereiche, in denen die Ventilatorkonvektoren 106 mit dem 2-stufigen Steuergerät 406 als Gruppe gesteuert werden. In bestimmten Implementierungen werden die gemeinsamen Bereiche 404 in beispielsweise 3MW-Bereiche zusammengefasst, und die gemeinsamen Bereiche 404 können sich von mehreren Reihen bis zum ganzen Standort überall befinden, abhängig von der Granularität der Steuerung und den operativen Anforderungen (z. B. Betriebskosten, Betriebeffizienzen und andere). In einigen alternativen Beispielen können die Domänen kleinere IT-Verbraucher bereitstellen, beispielsweise 0,5 MW, 1 MW, 2 MW oder größere IT-Lasten, beispielsweise 1,5 MW, 4 MW, 9 MW oder andere.
Das 2-stufige Steuergerät 406 überwacht die Ventilatordrehzahlen aller aktiven Ventilatorkonvektoren 106 in einem bestimmten gemeinsamen Bereich 404 (und ignoriert dabei die Standby-Geräte) und verwendet die Werte dieser aktiven Ventilatorkonvektoren, um die lokalen Sollwerte des SPS-Steuergeräts 108 anzupassen. Die Werte werden gesammelt und stellen das Anlagennetzwerk 403 ein, neben allen weiteren überwachten und konfigurierbaren Parametern des SPS-Steuergeräts 108.
In bestimmten Implementierungen arbeitet die Druckregelung der Ventilatorkonvektoren in einem der folgenden Betriebszustände: (1) einem normalen (automatischen) Ventilatormodus, in dem die Ventilatordrehzahlen mithilfe einer Berechnung der aktivierten Differenzdrucksensoren 304 vom SPS gesteuert werden, (2) einem manuellen Überschreibmodus, in dem die ausfallsicheren Bedingungen manuell eingestellt sind, (3) einem ausfallsicheren Ventilatormodus des Steuergeräts 108, in dem die Ventilatoren 206 bis 208 jedes Ventilatorkonvektors 106 durch das Steuergerät 108 mit maximaler Drehzahl betrieben werden, falls ein Sensor ausfallen sollte, (4) einem ausfallsicheren Modus des Ventilators, in dem der Ventilator auf eine letzte offene Position zurückgestellt wird, falls die Kommunikation zum Steuergerät 108 unterbrochen sein sollte, und (5) einem Bedienermodus, in dem der Bediener mit einer Benutzeroberfläche arbeitet (beispielsweise, um den Betrieb zu prüfen und zu testen).
In bestimmten Implementierungen arbeitet die Temperaturregelung der Ventilatorkonvektoren in einem der folgenden Betriebszustände: (1) einem normalen (automatischen) Ventilmodus, in dem die Ventile 204 normalerweise anhand des Näherungswerts gesteuert werden, entsprechend dem LAT während extrem niedriger LAT-und EWT-Werten (einstellbar), (2) einem manuellen Überschreibmodus, in dem die ausfallsicheren Bedingungen eingestellt werden können, (3) einem ausfallsicheren Modus (offenes Ventil), in dem das Ventil in eine ausfallsichere Position gesteuert wird, (4) einem ausfallsicheren Kommunikationsmodus (Ventil stoppt), in dem die Ventile in ihrer letzten bekannten Position verbleiben, falls die Verbindung zwischen Steuergerät 108 und Ventil 204 unterbrochen werden sollte, (5) einem Bedienermodus, in dem eine Benutzeroberfläche aktiviert ist, um beispielsweise Prüfungen und Tests durchzuführen.
Ausführungsformen des Gegenstands und die in dieser Spezifikation beschriebenen Tätigkeiten können durch digitale elektronische Schaltungen oder über Computer-Software, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschließlich der in dieser Spezifikation offengelegten Strukturen und ihrer strukturellen Entsprechungen oder in Kombinationen von einer oder mehrerer von ihnen. Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands können als ein oder mehrere Computerprogramme, d. h. als ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen implementiert werden, die auf einem Computer- Speichermedium für die Ausführung durch oder die Steuerung des Betriebs des datenverarbeitenden Apparats kodiert werden.
In einem Computer-Speichermedium kann es sich um ein maschinell lesbares Speichergerät, einen maschinell lesbaren Speicherträger, ein zufälliges oder serielles Speicher-Array oder Speichergerät oder um eine Kombination aus einem oder mehreren dieser Geräte handeln oder in ihnen enthalten sein. Außerdem ist ein Computer- Speichermedium zwar kein verbreitetes Signal, aber ein Computer-Speichermedium kann eine Quelle oder ein Bestimmungsort von Computerprogrammanweisungen sein, die in einem künstlich erzeugten verbreiteten Signal kodiert werden. Bei dem Computer- Speichermedium kann es sich auch um eine oder mehrere unterschiedliche physische Komponenten oder Medien (z. B. mehrere CDs, Plattenlaufwerke oder andere Speichergeräte) handeln, bzw. kann das Speichermedium darin enthalten sein.
Die in dieser Spezifikation beschriebenen Tätigkeiten können als Tätigkeiten implementiert werden, die von einem datenverarbeitenden Apparat mit Daten durchgeführt werden, die auf einem oder mehreren maschinell lesbaren Speichergeräten gespeichert werden oder von anderen Quellen entgegengenommen werden.
Der Begriff „Datenverarbeitungsgerät“ umfasst alle möglichen Arten von Apparaten, Geräten und Maschinen für die Verarbeitung von Daten, einschließlich beispielsweise eines programmierbaren Prozessors, eines Computers, eines Systems auf einem Chip oder mehrerer oder Kombinationen der zuvor genannten. Die Prozesse und die logischen Abläufe können auch von logischen Sonderzweckschaltungen durchgeführt werden, z. B. als FPGA (feldprogammierbares Gate-Array) oder ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung). Der Apparat kann neben der Hardware auch einen Code einschließen, der eine Ausführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm in der Frage erstellt, z. B. einen Code, der Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbank-Managementsystem, ein Betriebssystem, eine plattformunabhängige Laufzeitumgebung, eine virtuelle Maschine oder eine Kombination einer oder mehrerer der genannten darstellt. Der Apparat und die Ausführungsumgebung können verschiedene unterschiedliche Rechnermodell-Infrastrukturen umsetzen, wie Webdienstleistungen, verteilte Rechen- und Grid-Computing-Infrastrukturen.
Ein Computerprogramm (auch als ein Programm, Software, Softwareanwendung, Script oder Code bekannt) kann in jeglicher Form von Programmsprache geschrieben werden, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, deklarativer oder prozeduraler Sprachen, und es kann in jeglicher Form eingesetzt werden, einschließlich als ein alleinstehendes Programm oder als Modul, Komponente, Unterprogramm, Objekt oder sonstige Einheit, die für die Nutzung in einer Rechenumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm kann, muss aber nicht, einer Datei in einem Dateisystem entsprechen. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei, die andere Programme oder Daten (z. B. eine oder mehrere in einem Auszeichnungssprachdokument gespeicherte Scripts) enthält, in einer einzelnen Datei, die dem betreffenden Programm gewidmet ist, in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Daten, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile eines Codes speichern) gespeichert werden. Ein Computerprogramm kann auf einem Computer oder mehreren Computern eingerichtet sein oder ausgeführt werden, die an einem Standort angeordnet sind oder über mehrere Standorte verteilt sind und über ein Kommunikationsnetz verbunden sind.
Die Verfahren und Logikflüsse, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, können durch Handlungen, wie dem Betreiben von Eingabedaten und dem Erzeugen von Ausgaben. durch einen oder mehrere programmierbare Prozessoren, die einen oder mehrere Computerprogramme ausführen, durchgeführt werden. Die Prozesse und die logischen Abläufe können auch von logischen Sonderzweckschaltungen durchgeführt werde und z. B. als ein FPGA (feldprogammierbares Gate-Array) oder eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung).
Prozessoren, die für die Durchführung eines Computerprogramms geeignet sind, schließen beispielsweise sowohl allgemeine und als auch Spezial-Mikroprozessoren sowie alle Arten eines oder mehrerer Prozessoren jeglicher Art Digitalrechner ein. Ganz allgemein nimmt ein Prozessor Anweisungen und Daten von einem Festwertspeicher oder einem Arbeitsspeicher oder von beiden entgegen. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor für das Durchführen von Handlungen gemäß Anweisungen und ein oder mehr Speichergeräte für das Speichern von Anweisungen und Daten. Ganz allgemein gehören zu einem Computer auch ein oder mehr Massenspeichergeräte für das Speichern von Daten, z. B. magneto-optische oder optische Disketten, um Daten entgegenzunehmen und/oder zu übertragen, bzw. ist ein Computer operativ an ein solches Speichergerät gekoppelt. Jedoch muss ein Computer solche Geräte nicht haben. Außerdem kann ein Computer in einem anderen Gerät eingebettet sein, z. B. in einem Mobiltelefon, einem Organizer (PDA), einem mobilen Audio- oder Videoplayer, einer Spielkonsole, einem Funknavigationsempfänger (GPS) oder einem tragbaren Speichergerät (z. B. in einem USB-Stick), um nur einige zu nennen. Geräte, die für das Speichern von Computerprogrammanweisungen und -daten geeignet sind, beinhalten alle Formen von Dauerspeichern, Medien- und Speichergeräten, einschließlich beispielsweise Halbleiter-Speichergeräte, z. B. EPROM, EEPROM und USB-Flash-Speicher; Magnetdisketten, z. B. interne Festplatten oder Wechseldatenträger; magneto-optische Datenträger und CD-ROMs und DVD-ROMs. Der Prozessor und der Speicher können durch logische Sonderzweckschaltungen ergänzt werden oder darin eingebaut sein.
Um die Interaktion mit einem Benutzer zu ermöglichen, können in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsformen des Gegenstands auf einem Computer mit einem Anzeigegerät implementiert werden, z. B. einem CRT- (Kathodenstrahlröhre) oder LCD- (Flüssigkristallanzeige) Monitor, mit welchem dem Benutzer Informationen angezeigt werden, sowie einer Tastatur und einem Anzeigegerät, z. B. einer Maus oder einem Trackball, mit denen der Benutzer Eingaben in den Computer vornehmen kann. Es können auch andere Arten von Einrichtungen verwendet werden, um für eine Interaktion mit einem Nutzer zu sorgen; beispielsweise kann eine dem Benutzer gelieferte Rückkopplung beliebiger Form von sensorischer Rückkopplung vorliegen, z. B. eine visuelle Rückkopplung, auditive Rückkopplung oder taktile Rückkopplung; und die Eingabe von dem Nutzer kann in beliebiger Form empfangen werden, einschließlich akustischer, Sprach- oder taktiler Eingabe. Zusätzlich kann ein Computer mit einem Benutzer durch das Senden und das Erhalten von Dokumenten von einem Gerät, das von einem Benutzer benutzt wird, wechselwirken; beispielsweise durch das Senden von Webseiten an einen Webbrowser durch ein Benutzergerät des Benutzers als Antwort auf Anforderungen des Webbrowsers.
Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands können in einem Computersystem implementiert werden, das über eine Backend- Komponente verfügt, beispielsweise als Datenserver, oder das über eine Middleware-Komponente verfügt, beispielsweise einen Anwendungsserver, oder das über eine Frontend-Komponente verfügt, beispielsweise einen Benutzercomputer mit grafischer Oberfläche oder einem Internetbrowser, mit denen ein Benutzer mit einer Implementierung des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands interagieren kann, oder jede beliebige Kombination eines oder mehrerer solcher Backend-, Middleware- oder Frontend-Komponenten. Die Komponenten des Systems können durch eine beliebige Form oder ein beliebiges Medium digitaler Datenkommunikation miteinander verbunden sein, z. B. ein Kommunikationsnetz. Zu Beispielen für Kommunikationsnetze zählen ein lokales Netzwerk („LAN“), ein Fernnetzwerk („WAN“), eine netzübergreifende Verbindung (z. B. das Internet) und Peer-to-Peer Netzwerke (z. B. Ad-Hoc Peer-to-Peer Netzwerke).
Das Computersystem kann Benutzer und Server beinhalten. Ein Benutzer und ein Server sind im Allgemeinen voneinander entfernt und wechselwirken normalerweise durch ein Kommunikationsnetzwerk. Die Beziehung des Benutzers und des Servers entsteht aufgrund von Computerprogrammen, die auf den jeweiligen Computern ausgeführt werden und eine Benutzer-Server Beziehung zueinander haben. In manchen Ausführungen überträgt ein Server Daten (z. B. eine HTML Seite) an ein Benutzergerät (z. B. mit dem Zweck, Daten anzuzeigen und Benutzereingaben von einem Benutzer, der mit dem Benutzergerät wechselwirkt zu erhalten). Daten, die am Benutzergerät erzeugt werden (z. B. das Resultat einer Wechselwirkung mit einem Benutzer) können vom Benutzergerät am Server erhalten werden.
Zwar enthält diese Spezifikation viele spezifische Implementierungsdetails, jedoch sollten diese nicht als Beschränkungen des Umfangs oder des Anspruchs ausgelegt werden, sondern vielmehr als Beschreibungen spezifischer Merkmale bestimmter Ausführungsformen bestimmter Erfindungen. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Kontext der unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform implementiert werden. Andererseits können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, in mehreren Ausführungsformen oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Außerdem können ein oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgelöst werden, auch wenn die Merkmale vorstehend als in gewissen Kombinationen funktionierend beschrieben oder gar als eine Kombination beansprucht werden, und die beanspruchte Kombination kann an eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination verwiesen werden.
Für die Zwecke dieser Offenbarung bedeuten die Begriffe „gekoppelt“ oder „verbunden“, dass zwei Elemente direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann stationärer oder beweglicher Art sein. Diese Verbindung kann erreicht werden, indem die zwei Elemente oder die zwei Elemente und zusätzliche Zwischenelemente ein einzelnes Gehäuse miteinander bilden, bei dem die zwei Elemente oder die zwei Elemente und ein zusätzliches Zwischenelement aneinander befestigt sind. Diese Verbindung kann dauerhafter, abnehmbarer oder lösbarer Art sein.
Es sollte beachtet werden, dass die Ausrichtung verschiedener Elemente sich je nach den exemplarischen Ausführungsformen unterscheiden kann, und dass solche Abweichungen in der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sein sollen. Es wird erklärt, dass Merkmale der offenbarten Ausführungsformen in andere offenbarte Ausführungsformen integriert werden können.
Obwohl in diesem Dokument verschiedene erfundene Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht wurden, werden sich Fachleute auf diesem Gebiet ohne weiteres eine Vielzahl von anderen Mitteln und/oder Strukturen zur Durchführung der Funktionen und/oder zum Erreichen der Ergebnisse und/oder eines oder mehrerer der hierin beschriebenen Vorteile vorstellen, und jede dieser Variationen und/oder Abänderungen werden als innerhalb des Umfangs der hierin beschriebenen erfundenen Ausführungsformen angesehen. Allgemeiner gesagt werden Fachleute auf diesem Gebiet leicht erkennen, dass alle hierin beschriebenen Parameter, Abmessungen, Materialien und Konfigurationen exemplarisch sein sollen, und dass die tatsächlichen Parameter, Abmessungen, Materialien und/oder Konfigurationen von der besonderen Anwendung oder Anwendungen abhängen, für welche die erfundenen Ausführungsformen verwendet werden. Fachleute auf diesem Gebiet nur anhand ihrer alltäglichen Erfahrung viele Äquivalente zu den hier beschriebenen spezifischen erfundenen Ausführungsformen erkennen oder ermitteln können. Es ist daher selbstverständlich, dass die vorstehenden Ausführungsformen nur exemplarisch dargestellt sind, und dass im Rahmen der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalenten andere erfundene Ausführungsformen als hierin spezifisch beschrieben und beansprucht ausgeführt werden können. Erfinderische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf jedes einzelne Merkmal, System, Artikel, Material, Baugruppe und/oder hierin beschriebene Verfahren. Zudem ist jede Kombination von zwei oder mehreren dieser Merkmale, Systeme, Artikel, Materialien, Baugruppen und/oder Verfahren im Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen, sofern sich diese Merkmale, Systeme, Artikel, Materialien, Baugruppen und/oder Verfahren nicht gegenseitig widersprechen.
Ebenso kann die hierin beschriebene Technologie als Verfahren ausgeführt werden, von dem zumindest ein Beispiel angegeben wurde. Die im Rahmen des Verfahrens durchgeführten Handlungen können in jeder geeigneten Weise angeordnet werden. Dementsprechend können Ausführungsformen konstruiert werden, in denen die Handlungen in einer anderen Reihenfolge als dargestellt ausgeführt werden. Das kann die gleichzeitige Durchführung einiger Handlungen umfassen, selbst wenn diese in den veranschaulichten Ausführungsformen als sequenzielle Handlungen dargestellt werden.
Die Ansprüche sollten nicht auf die beschriebenen Reihenfolge oder Elemente als beschränkt verstanden werden, außer wenn es in diesem Sinne erklärt wird. Es sollte verstanden werden, dass von einem Fachmann verschiedene Änderungen an Form und Detail vorgenommen werden können, ohne dass vom Sinn und Umfang der beigefügten Ansprüche abgewichen würde. Sämtliche Ausführungsformen, die zum Umfang der folgenden Ansprüche gehören, werden beansprucht.

Claims

Kühlsystem für ein Rechenzentrum, umfassend: eine Vielzahl von Serverracks, die in einer Reihe mit einem Personenarbeitsplatz eines Rechenzentrums ausgerichtet ist, wobei die Serverracks eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Computergeräten tragen können; ein an die Serverracks gegenüber dem Personenarbeitsplatz angrenzender Warmluftdurchlass, der einen Warmlufteinlass neben der Rückseite der Reihe von Serverracks und einem Warmluftauslass in durchgehender Verbindung mit einer Warmluftkammer umfasst; eine Vielzahl von Kühlmodulen, die jeweils mindestens einen Ventilator und eine Kühlschlange umfassen und so positioniert sind, dass von dem Personenarbeitsplatz ein kühlender Luftstrom durch die Serverracks zum Warmluftgang fließt; und ein mit jeder der Vielzahl von Kühlmodulen kommunikativ gekoppeltes Steuergerät, das betrieben werden kann, um Vorgänge auszuführen einschließlich: das Steuern der Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Kühlmodulen, um bei einer festgelegten Ventilatordrehzahl betrieben zu werden; und das Steuern einer Vielzahl von Ventilen, die mit der Vielzahl von Kühlschlangen in der Vielzahl von Kühlmodulen gekoppelt sind, um in eine bestimmte Ventilposition moduliert zu werden.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Vielzahl von Temperatursensoren, die auf der Vielzahl von Kühlmodulen positioniert sind, worin die Vielzahl der Temperatursensoren so konfiguriert ist, dass eine eingehende Lufttemperatur der Kühlschlange und eine ausgehende Lufttemperatur der Kühlschlange bestimmt wird, oder worin die Vielzahl der Temperatursensoren so konfiguriert ist, dass eine eingehende Flüssigkeitstemperatur der Kühlschlange und eine ausgehende Flüssigkeitstemperatur der Kühlschlange bestimmt werden.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Steuern der Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Kühlmodulen den Betrieb bei der vorbestimmten Ventilatordrehzahl umfasst, zumindest teilweise auf Grundlage einer Temperatur des Kühlmoduls in der Vielzahl von Kühlmodulen.
Rechenzentrumkühlsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Steuern eines der Vielzahl von Ventilatoren und der Vielzahl von Ventilen auf dem Differenzdruck basiert, der über den Warmluftgang berechnet wird.
Rechenzentrumkühlsystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend eine Vielzahl von Füllplatten, die so konfiguriert sind, dass der Personenarbeitsplatz vom Warmluftgang isoliert ist, worin sich der Warmluftgang innerhalb eines Heißluftspeichers befindet, die zumindest teilweise durch die Vielzahl von Füllplatten definiert ist.
Rechenzentrumkühlsystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, worin das Steuern der Vielzahl von Ventilatoren Folgendes beinhaltet: das individuelle Steuern eines jeden Ventilators in der Vielzahl von Ventilatoren mit einer festgelegten Drehzahl; oder das Antreiben aller Ventilatoren in der Vielzahl von Ventilatoren mit gleicher Drehzahl.
Rechenzentrumkühlsystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, worin jedes Kühlmodul in der Vielzahl von Kühlmodulen eine Stromeingangsschnittstelle umfasst, die für den Anschluss einer Stromquelle konfiguriert ist, sowie eine Stromausgangsschnittstelle, die mit dem Steuergerät gekoppelt ist.
Rechenzentrumkühlsystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, worin das Kühlmodul eine Transformatorschaltung umfasst, die so konfiguriert ist, dass Wechselstrom in Gleichstrom gewandelt wird, und worin der Transformator so konfiguriert ist, dass die Spannung des Wechselstroms gesenkt wird.
Stromsystem für ein Rechenzentrum, umfassend: eine Vielzahl von Serverracks, die in einer Reihe mit einem Personenarbeitsplatz eines Rechenzentrums ausgerichtet ist, wobei die Serverracks eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Computergeräten tragen können; ein an die Serverracks gegenüber dem Personenarbeitsplatz angrenzender Warmluftdurchlass, der einen Warmlufteinlass neben der Rückseite der Reihe von Serverracks und einem Warmluftauslass in durchgehender Verbindung mit einer Warmluftkammer umfasst; eine Vielzahl von Kühlmodulen, die so positioniert sind, dass von dem Personenarbeitsplatz ein kühlender Luftstrom durch die Serverracks zum Warmluftgang fließt, worin jedes der Vielzahl von Kühlmodule Folgendes umfasst: mindestens einen Ventilator; eine Hauptstromschiene, die elektrisch mit mindestens einem Ventilator und mit einer Hauptstromquelle gekoppelt ist, um Wechselstrom zu erhalten; und einen Transformator, der elektrisch mit der Hauptstromschiene gekoppelt ist; eine Steuerstromschiene, die mit jedem der Transformatoren der Vielzahl von Kühlmodulen elektrisch gekoppelt ist, um aus Wechselstrom gewandelten Gleichstrom zu erhalten; ein Steuergerät, das elektrisch von der Steuerstromschiene versorgt wird und mit jedem der Vielzahl von Kühlmodulen kommunikativ gekoppelt ist, um die Vielzahl von Ventilatoren in der Vielzahl von Kühlmodulen zu steuern, um mit einer festgelegten Ventilatordrehzahl betrieben zu werden.
Rechenzentrumstromsystem nach Anspruch 9, worin das Steuergerät elektrisch gekoppelt ist, um über die Steuerstromschiene Gleichstrom von einem ersten Transformator der Vielzahl von Transformatoren zu erhalten, unabhängig von einem Ausfall der Wechselstromversorgung eines zweiten Transformators der Vielzahl von Transformatoren.
Rechenzentrumstromsystem nach Anspruch 9, worin mindestens ein mit einem ersten Kühlmodul verknüpfter Sensor elektrisch mit der Steuerstromschiene verbunden, um über die mit einem zweiten Kühlmodul verbundene Steuerstromschiene Gleichstrom von einem Transformator zu erhalten.
Rechenzentrumkühlsystem nach Anspruch 11, worin das Steuergerät so konfiguriert ist, dass ein Betrieb des mit dem zweiten Kühlmodul verknüpften Ventilators auf dem Leistungsverlust des Sensors basiert, der mit dem ersten Kühlmodul verknüpft ist.