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Die
vorliegende Erfindung ist mit den folgenden anhängigen Anmeldungen verwandt:
Seriennr. 09/970,707, eingereicht am 5. Oktober 2001 mit dem Titel „SMART
COOLING OF DATA CENTERS" von Patel
u. a.; Seriennr. XX/XXX,XXX, eingereicht am 19. Februar 2002 mit
dem Titel „DESIGNING
LAYOUT FOR INTERNET DATACENTER COOLING" von Nakagawa u. a.; und Seriennr. XX/XXX,XXX,
eingereicht MM/DD/JJJJ mit dem Titel „DATA CENTER ENERGY MANAGEMENT" von Friedrich u.
a. Jeder der oben aufgelisteten Querverweise ist der Anmelderin
der vorliegenden Erfindung übertragen
und hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Steuern atmosphärischer
Bedingungen in einem Gebäude.
Ein Gebäudetyp
ist ein Datenzentrum, das zahlreiche elektronische Gehäuse unterbringt.
Jedes elektronische Gehäuse
ist in einem oder einer Mehrzahl von Gestellen angeordnet, die in
dem Datenzentrum verteilt sind. Ein Gestell kann als eine EIA-Umhüllung (EIA
= Electronics Industry Association) definiert sein und kann konfiguriert
sein, um eine Anzahl von PC-Platinen (PC = personal computer) unterzubringen.
Die PC-Platinen umfassen typischerweise eine Anzahl von elektronischen
Gehäusen,
wie z. B. Prozessoren, Mikrocontroller, Hochgeschwindigkeitsvideokarten,
Speicher, Halbleitervorrichtungen und dergleichen. Diese elektronischen
Gehäuse
geben während
dem Betrieb der jeweiligen Komponenten wesentliche Mengen an Wärme ab.
Eine typische PC-Platine,
die mehrere Mikroprozessoren umfasst, kann beispielsweise etwa 250
W Leistung abgeben bzw. dissipieren. Somit dissipiert ein Gestell,
das vierzig (40) PC-Platinen dieses Typs enthält, etwa 10 KW Leistung.
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Die
Leistung, die erforderlich ist, um die Wärme, die durch die elektronischen
Gehäuse
in einem bestimmten Gestell abgegeben wird, zu entfernen, ist etwa
gleich 10% der Leistung, die benötigt
wird, um die Gehäuse
zu betreiben. Die Leistung, die erforderlich ist, um die Wärme zu entfernen,
die durch eine Mehrzahl von Gestellen in einem Datenzentrum abgegeben
wird, ist jedoch im allgemeinen gleich etwa 50% der Leistung, die
benötigt
wird, um die Gehäuse in
den Gestellen zu betreiben. Das Missverhältnis zwischen der Menge an
Leistung, die erforderlich ist, um die verschiedenen Wärmelasten
zwischen Gestellen von Datenzentren zu dissipieren, stammt von der
zusätzlichen
thermodynamischen Arbeit, die in dem Datenzentrum benötigt wird,
um die Luft zu kühlen.
Gestelle werden typischerweise mit Gebläsen gekühlt, die arbeiten, um ein Kühlfluid,
wie z. B. Luft, über
die wärmedissipierenden
Komponenten zu bewegen, während
Datenzentren häufig
Rückleistungszyklen
verwenden, um erwärmte
Rückluft
zu kühlen. Die
zusätzliche
Arbeit, die erforderlich ist, um zusätzlich zu der Arbeit im Zusammenhang
mit dem Bewegen des Kühlfluids
in dem Datenzentrum und dem Kondensator die Temperaturreduktion
zu erreichen, summiert sich häufig
zu der 50% Leistungsanforderung, die oben erwähnt wurde. Als solches stellt
das Kühlen
gesamter Datenzentren große
Herausforderungen dar, die über
diejenigen im Zusammenhang mit dem Kühlen einzelner Gestelle von
elektronischen Gehäusen
hinausgehen.
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Um
einen ordnungsgemäßen Betrieb
im wesentlichen sicherzustellen und die Lebensdauer der elektronischen
Gehäuse,
die in den Gestellen des Datenzentrums angeordnet sind, zu verlängern, ist es
notwendig, die Temperaturen der Gehäuse in vorbestimmten sicheren
Betriebsbereichen beizubehalten. Ein Betrieb bei Temperaturen über maximalen Betriebstemperaturen
kann zu irreparablen Schäden an
den elektronischen Gehäusen
führen.
Außerdem wurde
festgestellt, dass sich die Zuverlässigkeit elektronischer Gehäuse, wie
z. B. elektronischer Halbleitervorrichtungen, mit ansteigender Temperatur
verringert. Daher muss die Wärmeenergie,
die durch die elektronischen Gehäuse
während
dem Betrieb erzeugt wird, mit einer Rate entfernt werden, die sicherstellt,
dass Betriebs- und Zuverlässigkeitsanforderungen
erfüllt
werden. Aufgrund der relativ großen Größe von Datenzentren und der
hohen Anzahl von elektronischen Gehäusen, die darin enthalten sind, ist
es häufig
aufwendig, Datenzentren innerhalb der vorbestimmten Temperaturbereiche
zu kühlen.
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Datenzentren
werden typischerweise durch den Betrieb von einer oder mehreren
Klimaanlagen gekühlt.
Die Kompressoren der Klimaanlagen erfordern typischerweise ein Minimum
von etwa dreißig (30)
Prozent der erforderlichen Kühlkapazität, um die Datenzentren
ausreichend zu kühlen.
Die anderen Komponenten, wie z. B. Kondensatoren, Luftbewegungseinrichtungen
(Gebläse)
usw. erfordern typischerweise zusätzliche zwanzig (20) Prozent
der erforderlichen Kühlkapazität. Ein hochdichtes
Datenzentrum mit 100 Gestellen, wobei jedes Gestell eine maximale
Leistungsdissipation von 10 KW aufweist, erfordert beispielsweise
1 MW Kühlkapazität. Klimaanlagen
mit einer Kapazität
von 1 MW Wärmeentfernung
erfordern typischerweise ein Minimum von 300 KW Eingangskompressorleistung
zusätzlich
zu der Leistung, die benötigt
wird, um die Luftbewegungsvorrichtungen, z. B. Gebläse, Lüfter usw.
anzutreiben.
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Herkömmliche
Datenzentrumsklimaanlagen variieren ihre Kühlausgabe nicht auf der Basis
der verteilten positionsspezifischen Bedürfnisse des Datenzentrums.
Typischerweise ist die Arbeitsverteilung zwischen den arbeitenden
elektronischen Komponenten in dem Datenzentrum zufällig und
wird nicht gesteuert. Aufgrund der Arbeitsverteilung kann es sein,
dass einige Komponenten an einer Stelle des Datenzentrums bei einer
maximalen Kapazität
arbeiten, während
andere Komponenten an der anderen Position des Datenzentrums bei
verschiedenen Leistungspegeln unter einer maximalen Kapazität arbeiten.
Ferner arbeiten herkömmliche
Kühlsysteme
typischerweise bei 100% Kapazität
auf einer fortlaufenden Basis und kühlen dadurch alle elektronischen Gehäuse unabhängig vom
Bedarf. Anders ausgedrückt,
Datenzentren werden auf einer Gesamtzimmerebenenbasis klimatisiert,
wodurch sich unnötig hohe
Betriebsausgaben ergeben, um die wärmeerzeugenden Komponenten,
die in den Gestellen der Datenzentren enthalten sind, ausreichend
zu kühlen. Darüber hinaus
verwenden herkömmlichen
Versuche zum Kühlen
relativ ungenaue und unentwickelte Verfahren zum Überwachen
und Einstellen von Temperaturverteilung, die zu einer weniger als
optimalen Datenzentrumskühleffizienz
führen.
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Die
US 5,769,315 präsentiert
eine druckabhängige
variable Luftvolumensteuerstrategie, gemäß der durch Steuern von Einzelzonenluftdämpfern auf eine
geeignete Weise abhängig
von zugeordneten Thermostaten mit einer Eins-zu-Eins-Zuordnung zwischen
den Thermostaten und den Zonenluftdämpfern Versorgungsluftstörungen minimiert
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern atmosphärischer Bedingungen in einem
Gehäuse
vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Lieferns eines
klimatisierten Fluids in dem Gebäude
und das Erfassen von einem oder mehreren atmosphärischen Parametern in verschiedenen
Positionen in dem Gehäuse.
Von den Ergebnissen des Erfassungsschritts wird eine empirische
atmosphärische
Abbildung erzeugt und mit einer atmosphärischen Vorgabeabbildung verglichen. Strukturunterschiede
werden zwischen der empirischen und der atmosphärischen Vorgabeabbildung identifiziert,
und eine Korrekturmaßnahme
wird bestimmt, um die Strukturunterschiede zu reduzieren. Schließlich wird
eine oder mehr der Menge, Qualität und
Verteilung des klimatisierten Fluids variiert.
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Kurze Beschreibung der mehreren
Ansichten der Zeichnungen
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Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf diesem Gebiet
von der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen
offensichtlich. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein
Flussdiagramm des Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten
einer bestimmten beschriebenen oder gezeigten Anordnung beschränkt, da
die vorliegende Erfindung für
mehrere Ausführungsbeispiele
in der Lage ist, ohne von der Wesensart und dem Schutzbereich der
vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zunächst werden die Prinzipien der
vorliegenden Erfindung aus Einfachheits- und Darstellungszwecken
durch Bezugnahme auf nur eine begrenzte Anzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Obwohl nur eine begrenzte Anzahl von Ausführungsbeispielen der Erfindung
hierin speziell offenbart sind, würde ein Durchschnittsfachmann
auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen, dass die gleichen Prinzipien
gleichermaßen
in allen Typen von atmosphärischen
Steuersystemen anwendbar sind und in denselben implementiert werden
können.
Ferner sind zahlreiche spezifische Einzelheiten aufgeführt, um
folgendes ausreichend klar darzustellen: den Besitz der vorliegenden
Erfindung durch den Erfinder, wie die Erfindung herzustellen und/oder
zu verwenden ist, und der beste Modus beim Ausführen der vorliegenden Erfindung,
der dem Erfinder zum Zeitpunkt der Anmeldung bekannt ist. Es ist
jedoch für
einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet klar, dass die vorliegende
Erfindung ohne Begrenzung auf diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden
kann. In anderen Fällen
wurden gut bekannte Verfahren und Strukturen nicht näher beschrieben, um
die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu behindern. Schließlich dient
die hierin verwendete Terminologie dem Zweck der Beschreibung und
nicht der Beschränkung.
Somit soll die folgende detaillierte Beschreibung nicht in einem
begrenzenden Sinne gesehen werden und der Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung ist durch die Ansprüche
und ihre Äquivalente
definiert.
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Im
Allgemeinen ist gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren konfiguriert, um eine oder mehrere atmosphärische Bedingungen
in einem Gehäuse
zu steuern. Genauer gesagt, ist das Verfahren konfiguriert, um eines
oder mehrere von Menge, Qualität
und Verteilung eines klimatisierten Fluids in einem Datenzentrum
einzustellen. Das Verfahren ist konfiguriert, um eine solche Steuerung
auf der Basis von atmosphärischer
Abbildung und Strukturerkennung zu erreichen, wobei als Eingabe
ein oder mehrere atmosphärische
Parameter verwendet werden, die an verschiedenen einzelnen Sensorpositionen
in dem Datenzentrum gemessen werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Energiemenge, die typischerweise erforderlich
ist, um ein Datenzentrum zu kühlen,
relativ reduziert werden durch strategisches Verteilen von Kühlfluid
oder klimatisierter Luft in dem Datenzentrum durch wesentliches
Bevorzugen oder Erhöhen
des Kühlfluidflusses
zu Positionen in dem Datenzentrum, die Gestelle aufweisen, die größere Wärmemengen
abgeben, und durch wesentliches Ablehnen oder Verringern des Kühlfluidflusses
zu Positionen, die Gestelle aufweisen, die weniger Wärmemenge
abgeben. Anstatt Vorrichtungen, z. B. Kompressoren, Gebläse usw.,
des Kühlsystems
bei im Wesentlichen 100% der erwarteten Wärmedissipation von den Gestellen zu
betreiben, können
diese Vorrichtungen somit gemäß der tatsächlichen
Position und den bereichsspezifischen Kühlbedürfnissen betrieben werden.
Außerdem
können
die Gestelle in dem Datenzentrum gemäß ihren erwarteten Wärmelasten
positioniert werden, um dadurch zu ermöglichen, dass Computerraumluftklimatisier-Einheiten
(CRAC-Einheiten; CRAC = computer room air conditioning), die an
verschiedenen Positionen in dem Datenzentrum angeordnet sind, auf
eine effizientere Weise arbeiten können. In anderer Hinsicht können das
Positionieren der Gestelle und die Kühlstrategie bestimmt werden durch
Implementierung von Modellierung und Metrologie des Kühlfluidflusses
durch das Datenzentrum. Außerdem
kann die numerische Modellierung implementiert werden, um den Volumenstrom
und die Geschwindigkeit des Kühlfluidflusses
durch das Datenzentrum zu bestimmen.
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Mit
besonderer Bezugnahme auf die Figuren ist 1 eine schematische
Ansicht des Systems 10 gezeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann. Das System 10 umfasst allgemein
atmosphärische
Sensoren 12, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 14 und
ein atmosphärisches
Steuersystem 16. Das atmosphärische Steuersystem 16 kann
ein intelligentes Kühlsystem
sein, beispielsweise wie es in der mitanhängigen U. S.-Patentanmeldung
mit der Seriennr. 09/970,707, eingereicht am 5. Oktober 2001 von
Patel u. a. dargestellt ist, die der Anmelderin der vorliegenden
Erfindung übertragen
ist und hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen
ist. Alternativ wird in Betracht gezogen, dass jeder Systemtyp,
der sich auf das Steuern atmosphärischer
Bedingungen bezieht, verwendet werden könnte, einschließlich Klimaanlagen,
Befeuchtungssysteme, Filtersysteme, Feuerunterdrückungssysteme usw.
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Die
atmosphärischen
Sensoren 12 werden zum Messen eines oder mehrerer atmosphärischer Parameter
verwendet und umfassen Temperatursensoren, wie z. B. Thermoelemente,
Temperaturwandler, Thermistoren oder dergleichen. Die atmosphärischen
Sensoren 12 könnten
auch Feuchtigkeitssensoren, Barometer- oder Drucksensoren, Fluidgeschwindigkeitssensoren,
Teilchensensoren, Rauschsensoren und dergleichen umfassen. Die atmosphärischen
Sensoren 12 sind in den Abschnitten einer Art Datenzentrumsgebäude (nicht
gezeigt) angeordnet, die atmosphärisch
gesteuert werden sollen. Genauer gesagt, die atmosphärischen
Sensoren 12 können
auf eine Vielzahl von Weisen positioniert werden. Beispielsweise
könnten
die atmosphärischen Sensoren 12 zufällig an
verschiedenen Stellen und Höhen
verteilt sein, oder gemäß einem
vorbestimmten Koordinatengitter ausgerichtet sein, oder in Ausrichtung
mit Positionen von Lüftungen
und/oder Gestellen platziert sein, oder gemäß Empfehlungen von einem Rechenfluiddynamikmodell
platziert sein. In jedem Fall wird in Betracht gezogen, dass sehr
große Datenzentren,
in der Größenordnung
von Tausenden Quadratmetern (Zehntausenden Quadratfuß) gemessen
werden, Tausende von atmosphärischen Sensoren 12 erfordern,
die darin verteilt sind. Die atmosphärischen Sensoren 12 sind
elektronisch mit der CPU 14 verbunden, entweder durch Verdrahtung oder über drahtlose
Telemetrie. In jedem Fall ist die CPU 14 in der Lage, die
Position jedes atmosphärischen
Sensors 12 zu verfolgen, so dass die Ausgabe von jedem „abgebildet" werden kann.
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Die
CPU 14 kann ein unabhängiger
Personalcomputer, eine Computerplatine oder Platinen, die in einem
Gestell in dem Datenzentrum angekoppelt sind, ein Computerchip usw.
sein, unabhängig
davon umfasst die CPU 14 verschiedene Software, die auf dieselbe
geladen ist. Zunächst
umfasst die CPU 14 Software zum Erzeugen von Abbildungen
von atmosphärischen
Bedingungen, wie z. B. Wärmeabbildungssoftware 18.
Die Wärmeabbildungssoftware 18 ist
in der Lage, Tausende von Eingangsdatenpunkten zu verarbeiten, wie
z. B. Tausende von Sensorsignalen, und abbildungsartige Informationen
auszugeben. Eine Wärmeabbildung
besteht beispielsweise aus Temperaturumrissen, die verschiedene
isothermische Regionen oder Isotherme von bestimmten Temperaturen
definieren. Die schwerwiegendsten dieser Isotherme werden allgemein
als „Hot
Spots" (heiße Punkte)
bezeichnet. Heiße
Punkte müssen
in ihrer genauen Position nicht notwendigerweise einem bestimmten
Temperatursensor entsprechen, sondern können zwischen verschiedenen
Temperatursensoren angeordnet sein. Trotzdem kann die Wärmeabbildungssoftware
die Position des tatsächlichen
heißen
Punkts von den bekannten Positionen der Temperatursensoren extrapolieren
oder triangulieren. Falls daher die Temperatursensoren in einem Bereich
von Höhen
in verschiedenen Breiten- und Längenkoordinatenpositionen
eines Datenzentrums angeordnet sind, kann die Wärmeabbildungssoftware nicht
nur die Koordinatenposition eines heißen Punkts, sondern auch die
Höhe desselben
triangulieren. Die Temperatursensorlesungen liefern Temperaturdaten
und Daten zum Berechnen von Temperaturgradienten, die verwendet
werden, um eine Wärmeabbildung
zu erzeugen. Wenn keine genauen oder umfassenden Temperaturdaten
vorliegen, können Temperaturgradienten
verwendet werden, um heiße Punkte
in dem Datenzentrum zu finden, durch mathematische Optimierungstechniken,
wie z. B. steilster Gradient usw. Im allgemeinen liefert Triangulation eine
relativ genaue und effiziente Näherungstechnik und
somit ist es möglich,
weniger und in größeren Abständen verteilte
Temperatursensoren zu verwenden, um, falls gewünscht, Ausrüstungskosten und Ausfallmoden
einzusparen.
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Zweitens
umfasst die CPU 14 Software zum Erkennen von Strukturunterschieden
in solchen Abbildungen, allgemeiner bekannt als Strukturerkennungssoftware 20.
Solche Software umfasst im allgemeinen einen Decodierprozess, bei
dem Unterscheidungen bei Strukturen ohne menschliche Intervention
durchgeführt
werden. Drittens ist eine strategische Software 22 in der
CPU 14 geladen und wird verwendet, um einen Verlauf einer
Korrekturmaßnahme
zu bestimmen, um die Strukturunterschiede zu minimieren oder zu
eliminieren, durch Annehmen der Ausgabe der Abbildungssoftware 18,
Verarbeiten derselben und Ausgeben von Befehlen an das Kühlsystem 16.
Es wird in Erwägung
gezogen, dass im Handel erhältliche
mathematische Universaloptimierungssoftware wie MATLAB angepasst
werden könnte,
um Wärmeabbildungen
zu erzeugen und heiße Punkte
durch Strukturerkennung zu identifizieren. Zu diesem Zeitpunkt wird
auch in Erwägung
gezogen, dass auch anwendungsspezifische neurale Netzwerkalgorithmen
verwendet werden können,
um dasselbe zu tun.
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Ansprechend
darauf wird das Kühlsystem 16 verwendet,
um eines oder mehrere von Quantität, Qualität und Verteilung des Kühlfluids
zu variieren, das verwendet wird, um das Datenzentrum zu kühlen. Das
Kühlsystem 16 umfasst
eine Kühlereinheit 24,
aber Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass mehrere andere Typen
von Kühlsystemen
allgemein gut bekannt sind und für
die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung verfügbar sind,
einschließlich
Kühlungssysteme,
Kühlturmsysteme, Kühler-Kondensator-Systeme
und dergleichen. In jedem Fall umfasst das Kühlsystem 16 auch ein
oder mehrere Luftbeweger oder Lüfter 26 mit
variabler Geschwindigkeit und einen oder mehrere entfernt gesteuerte
Dämpfer
oder Entlüftungen 28.
Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass Ventilationsstrukturen,
die die Lüfter,
Entlüftungen
usw. verbinden, alle gut bekannt sind auf dem relevanten Gebiet
der Heizungs-, Lüftungs-
und Klimatechnik (HVAC).
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Es
ist möglich,
jede Kombination von Kühlsystemsteuervariablen
zu variieren, um die Quantität,
Qualität
und/oder Verteilung des Kühlfluids
zu ändern
und dadurch die atmosphärischen
Bedingungen in dem Datenzentrum einzustellen. Beispielsweise kann
der Kühlerzyklus
zwischen 0% und 100% Betriebskapazität verringert oder erhöht werden,
um die Kühlqualität des Kühlfluids
zu ändern,
d. h. Temperatur, Feuchtigkeit, Partikelzählwert usw. Um die Quantität von Kühlfluid,
wie z. B. klimatisierte Luft, zu ändern, kann die Geschwindigkeit
und/oder das Umspringen des Lüfters 26 eingestellt
werden und die Prozentsatzöffnung
der Entlüftungen 28 kann
entweder einzeln oder gemeinsam variiert werden. Außerdem,
falls die Entlüftungen 28 einzelne
Lüfter
(nicht gezeigt) umfassen, können
solche Lüfter
auch in der Geschwindigkeit eingestellt werden. Um die Verteilung
klimatisierter Luft zu ändern,
können
eines oder mehrere von mehreren Kühlern, Lüftern und Entlüftungen
strategisch eingestellt werden, um eine oder mehrere Stellen heißer Punkte
in dem Datenzentrum anzuvisieren. Falls eine Ecke des Datenzentrums beispielsweise
den wesentlichsten Teil der Kühlbedürfnisse
des gesamten Datenzentrums erfordert, können der/die nächstliegenden
Kühler,
Lüfter
und Entlüfter
ausgewählt
werden, während
der/die anderen relativ entfernten Kühler, Lüfter und Entlüftungen deaktiviert
oder reduziert werden können.
Es wird in Betracht gezogen, dass alle anderen vernünftigerweise
vorgesehenen atmosphärischen
Steuersystemsteuervariablen auch eingestellt werden können.
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Mit
Bezugnahme auf 2 umfasst ein Verfahren der
vorliegenden Erfindung die Zusammenarbeit der CPU zwischen den Temperatursensoren
und dem Kühlsystem.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung könnte auch unter Verwendung
anderer Systeme neben den hierin offenbarten praktiziert werden
und ist somit nicht dadurch begrenzt. Das hierin offenbarte System
ist einfach eine von mehreren möglichen
physikalischen Manifestationen des Verfahrens. Wie es vorher erörtert wurde,
liefert das Kühlsystem
ein Kühlfluid
in dem Datenzentrum zum Kühlen
der Ausrüstung
in dem Datenzentrum, wie es in Block 100 gezeigt ist. Im
Block 102 wird die Temperatur in dem Datenzentrum an verschiedenen
Stellen erfasst und an die CPU kommuniziert.
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Die
Wärmeabbildungssoftware
wandelt die punktspezifischen Temperatursensordaten in Informationen
um, durch Erzeugen einer empirischen Wärmeabbildung von denselben,
wie es in Block 104 dargestellt ist. Wie es oben erörtert wurde,
kann eine Wärmeabbildung
heiße
Punkte von einzelnen Sensorpositionen triangulieren, auf der Basis
mathematischer Optimierungstechniken. Es ist bekannt, dass sich
heiße
Punkte in mehreren Situationen ergeben, beispielsweise wo elektronische
Gehäuse
in einem bestimmten Gestell große
Mengen von Leistung ziehen, aufgrund außergewöhnlich hoher Nutzung dieser
Gehäuse
und das Datenzentrumskühlsystem nicht
ausreichend klimatisiertes Fluid liefern kann, um Überhitzung
auszugleichen. Heiße
Punkte können
sich auch ergeben, wenn Gestelle normale Wärmemengen ausgeben aber das
Datenzentrumskühlsystem
an einer bestimmten Stelle oder allgemein fehlerhaft ist.
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Der
Wärmeabbildungsschritt
kann auf einer augenblicklichen, Schnappschuss- oder Abtastbasis ausgeführt werden,
aber alternativ kann dieser Schritt auf Echtzeitbasis durchgeführt werden.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Wärmeabbildung direkt erzeugt
werden könnte,
ohne einzelne Temperatursensoren, unter Verwendung von Thermographietechnologie
auf der Basis von Infrarotwärmeerfassung,
die durch die Ausrüstung
in dem Datenzentrum emittiert wird. Es wird ferner in Betracht gezogen,
dass die Wärmeabbildung
erzeugt werden könnte
durch Schätzen
der Temperatur als eine Funktion der Leistung, die in die elektronischen
Gehäuse
und/oder Gestelle in dem Datenzentrum gezogen wird. Somit könnten die
Temperaturerfassungs- und Abbildungserzeugungsschritte mit thermographischer
Ausrüstung
und Software erreicht werden, oder durch Folgern der Temperatur
aus der Leistungsaufnahme.
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Die
Wärmeabbildung
liefert auch ein leistungsstarkes visuelles Werkzeug für einen
Datenzentrumsbetreiber. Ein typisches Datenzentrum ist eine wärmemäßigstark
untereinander abhängige
Umgebung, bei der die thermische Leistungsfähigkeit jedes elektronischen
Gehäuses
von jedem Gestell die Leistungsfähigkeit
benachbarter Gehäuse
und Gestelle in verschiedenen Größenordnungen
beeinträchtigt. Somit
liefert eine Wärmeabbildung
auch eine bildlich informative Möglichkeit
zum Identifizieren der gegenseitigen Wärmebhängigkeiten über die Datenzentrumslandschaft.
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Wie
es in Block 106 gezeigt ist, vergleicht die Strukturerkennungssoftware
die empirische Wärmeabbildung
mit einer Vorgabewärmeabbildung.
Die Vorgabewärmeabbildung
könnte
auch als Master- oder Modellwärmeabbildung
bezeichnet werden. Die Vorgabe stellt grundsätzlich eine Wärmeabbildung eines
optimal arbeitenden Datenzentrumskühlsystems dar. Die Vorgabe
kann dynamisch sein und entweder in Echtzeit von aktuellen Betriebsbedingungen erzeugt
werden oder kann statisch sein und vor dem Vergleichsschritt 106 erzeugt
werden. CFD-Softwaretools (CFD = computational fluid dynamics; = Rechenfluiddynamik),
wie z. B. FLOVENT/AIRPACK, sind weit verbreitet erhältlich und
für Fachleute
auf diesem Gebiet bekannt. Das CFD-Werkzeug nimmt verschiedene Eingaben
zum Modellieren an, einschließlich
Wärmelasten
von den Gestellen in dem Datenzentrum, Geschwindigkeit des Kühlfluids,
das durch das Datenzentrum fließt,
Temperatur, Druck und dergleichen in dem Datenzentrum. CFD-Modellierung
kann bei dem Entwurf und Layout eines Datenzentrums verwendet werden
und Positionen für Gestelle
und Belüftungen
vorschlagen. Alternativ kann CFD-Modellieren verwendet werden, um
eine Master-, Vorgabe- oder Modellwärmeabbildung auszugeben, die
durch Einstellen von Kühlsystemvariablen
emuliert werden kann. Aufschlussreich in dieser Hinsicht ist die
U. S.-Patentanmeldung mit der Seriennr. XX/XXX,XXX, eingereicht
am 19. Februar 2002 mit dem Titel „DESIGNING LAYOUT FOR INTERNET
DATACENTER COOLING" von
Nakagawa u. a., die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen
ist und hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen
ist.
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Nachdem
oder während
die empirische Wärmeabbildung
mit der Modellwärmeabbildung
verglichen wird, wird die Strukturerkennungssoftware auch angewendet,
um Strukturunterschiede zwischen denselben zu erkennen, wie es in
Block 108 dargestellt ist. Strukturerkennung wird auch
allgemein als Vorlagenübereinstimmung,
Maskierung usw. bezeichnet. Beispielsweise können in dem Fall von Datenzentrumskühlen thermische
Heißpunkte
identifiziert werden. Sobald dieselben identifiziert sind, tritt ein
anfänglicher
Klassifizierungsschritt auf, wie es durch Block 110 dargestellt
ist. Bestimmte Isotherme können
einen vorbestimmten Bereich von Temperatur, Größe usw. überschreiten und somit für Elimination
oder Reduktion anvisiert werden. Falls alle Isotherme innerhalb
des vorbestimmten Bereichs der Temperatur, Größe usw. sind, dann behält das Kühlsystem
alternativ einfach die aktuellen Betriebsbedingungen und Einstellungen
bei, wie es in Block 112 dargestellt ist.
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Auf
das Erkennen der Strukturunterschiede hin wird die strategische
Software verwendet, um die Korrekturmaßnahme zu bestimmen, die erforderlich ist,
um Strukturunterschiede in dem Datenzentrum zu eliminieren oder
zumindest zu reduzieren, wie es in Block 114 dargestellt
ist. Steuervariable Daten, wie z. B. die Position der Entlüftungen,
die Kapazität
des Lüfters
und die Kapazität
des Kühlers,
werden verwendet, um zu bestimmen, wie das Datenzentrum am Effizientesten
zu kühlen
ist. Außerdem
werden die Wärmeabbildungsdaten
ebenfalls verwendet, wie z. B. die Position, Größe und Intensität der Isotherme.
Genauer gesagt, die oben erwähnten
Datensätze
sind korreliert, um einen optimal effizienten Verlauf einer Korrekturmaßnahme zu
entwickeln.
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Bei
Block 116 wird auf der Basis der ausgewählten Korrekturmaßnahme eines
oder mehrere von Quantität,
Qualität
und Verteilung des klimatisierten Fluids des Kühlsystems variiert. Falls beispielsweise
die Größe und/oder
Intensität
eines Isotherms eines heißen
Punkts relativ klein ist, kann das Kühlsystem lediglich die Öffnungsgröße der Entlüftung am
nächsten
zu der Stelle der Isotherme einstellen. Falls andererseits die Größe und/oder
Intensität
einer Isotherme relativ groß ist,
können
mehrere Entlüftungen
eingestellt werden, zusätzlich
zum Erhöhen des
Kühlerzyklus.
Gleichartig dazu, falls das Kühlsystem
mehrere Kühler
enthält,
könnte
der Kühler
am nächsten
zu der Isotherme im Zyklus erhöht
werden. Allgemein kann die Quantität und/oder Qualität des Kühlfluids
verringert oder beibehalten werden für Positionen des Datenzentrums,
die Strukturunterschiede in einem vorbestimmten annehmbaren Bereich zeigen.
Im Gegensatz dazu können
die Quantität und/oder
Qualität
des Kühlfluids
für Stellen
des Datenzentrums erhöht
werden, die Strukturunterschiede außerhalb eines vorbestimmten
annehmbaren Bereichs zeigen. Schließlich wird das Verfahren so ausgeführt, dass
der Temperaturerfassungsschritt durch den Schritt des Variierens
der klimatisierten Luft eine fortlaufende Schleife sein kann.
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Durchschnittsfachleute
auf diesem Gebiet werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung
in der Lage ist, den Energieverbrauch im Zusammenhang mit dem Kühlen eines
Datenzentrums wesentlich zu reduzieren, aufgrund der Verwendung
gerichteter positionsspezifischer Kühlung anstatt verteilter Kühlung auf
Zimmerebene. Genauer gesagt, das Kühlsystem kann relativ effizienter
betrieben werden im Vergleich zu dem Stand der Technik aufgrund
eines genaueren Verfahrens zum Verfolgen und Verwenden der tatsächlichen
Temperaturmessung als eine Eingabe in die Kühlsystemsteuerung. Anders ausgedrückt, die
vorliegende Erfindung liefert Methodik zum Extrahieren einer großen Menge
an einzelnen positionsspezifischen Temperaturdatenpunkten und Umwandeln
derselben in fortlaufendere fluidartige Informationen in der Form
einer thermischen Abbildung. Die vorliegende Erfindung ist geeignet
für die Verwendung
mit Anwendungen, die Tausende von Sensoren erfordern, oder sogar
nur einige gut platzierte Sensoren. Unabhängig davon ermöglicht die vorliegende
Erfindung die Verwendung der Zwischenräume zwischen den Sensorpositionen,
die beim Bewerten oder Triangulieren der Positionen, Größe und Intensität der heißen Punkte
aufgenommen werden, was zu einer genaueren Reduktion dieser Punkte
führt,
als es der Stand der Technik ermöglicht.
Daher präsentiert
die vorliegende Erfindung im Vergleich zu dem Stand der Technik
und für
ein Datenzentrum bestimmter Größe ein genaueres
und effizienteres Kühlverfahren
und erfordert somit weniger und kleinere Kühlvorrichtungen und weniger
Energieverbrauch.
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Obwohl
die Erfindung bezüglich
einer begrenzten Anzahl von Ausführungsbeispielen
beschrieben wurde, ist klar, dass andere Formen durch Fachleute
auf diesem Gebiet angepasst werden könnten. Anders ausgedrückt, die
Lehren der vorliegenden Erfindung umfassen alle vernünftigen
Substitutionen oder Äquivalente
von Anspruchsbegrenzungen. Beispielsweise könnten andere Modi zum Ausführen der
Verfahrensschritte zusätzlich
zu denjenigen, die hierin beschrieben sind, verwendet werden, und
das Verfahren könnte
unabhängig
von dem hierin offenbarten spezifischen System praktiziert werden.
Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass andere Anwendungen,
einschließlich
denjenigen außerhalb
von Datenzentrumskühlen,
mit dieser Erfindung möglich
sind.