ES2311693T3 - Mejoras en la refrigeracion de un centro de datos. - Google Patents
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Abstract
Una cabina (30) para alojar una serie vertical de unidades productoras de calor, la cabina comprende una cámara (70) de equipo y una cámara (38) de unidad enfriadora de equipo separada por una partición vertical (68), dicha cámara (38) de unidad enfriadora de equipo comprende un intercambiador de calor (92) para eliminar calor del flujo de aire, y dicha cámara (70) de equipo está adaptada para soportar dicha serie de tal manera que la serie coopera con la cabina para definir una primera cámara impelente (82) y una segunda cámara impelente (84), la primera cámara impelente tiene una entrada (88) para recibir un flujo de aire refrigerante desde la cámara (38) de unidad refrigeradora de equipo en una dirección substancialmente horizontal y una salida definida por una pluralidad de aberturas a través de la serie, por lo que la primera cámara impelente se comunica con las aberturas en uso para expulsar substancialmente todo el flujo de aire refrigerante a través de las aberturas y así a través de la serie, y la segunda cámara impelente (84) recibe el flujo de aire que sale de la serie y entregar el flujo de aire a la cámara (38) de unidad refrigeradora de equipo; caracterizado porque la cabina (30) está configurada de tal manera que el flujo de aire circula en un modelo horizontal dentro de la cabina.
Description
Mejoras en la refrigeración de un centro de
datos.
Este invento se refiere a la técnica de centros
de datos y, en particular, a centros de procesamiento de datos en
los que bancos de servidores u otros equipos están alojados en un
ambiente protegido. Aspectos específicos del invento se refieren a
alojamientos o cabinas para equipos electrónicos para usar tanto en
ambientes controlados (por ejemplo salas de datos/ordenadores) como
en ambientes no controlados (por ejemplo, oficinas ordinarias,
fábricas, lugares externos, etc). Aunque actualmente está destinado
para alojar equipos electrónicos, el invento no está limitado a
este uso y en cambio puede ser utilizado con respecto a cualquier
equipo que requiera refrigeración de aire forzado.
Los centros de datos son instalaciones de
negocios importantes que intentan proporcionar ambientes protegidos
para alojar equipos electrónicos, tales como ordenadores y sistemas
de telecomunicaciones, para un amplio rango de aplicaciones. Para
un número en continuo aumento de individuos y negocios que utilizan
internet, dando lugar por tanto a instalaciones de electrónica
tales como proveedores de servicio de aplicaciones, proveedores de
servicios de internet, centros de funcionamiento de red y lugares de
alojamiento web y proporcionar conexiones de red, los centros de
datos se vuelven más ocupados y más comunes. En particular, el
crecimiento de internet ha dado lugar a niveles sin precedentes de
computación basada en servidores. Los proveedores han encontrado
que muchas de sus infraestructuras de red y aplicaciones web
trabajan mejor en servidores especializados.
Aunque este invento se describirá en el contexto
de equipos relacionados con internet, hay una necesidad más general
para proteger equipos electrónicos sensibles y valiosos. Las
referencias a centros de datos en esta memoria descriptiva se han
de interpretar por tanto ampliamente para abarcar instalaciones que
no necesariamente se refieren a internet, tales como las que se
refieren a telecomunicaciones o cualquier otro conjunto de equipo
que requiera refrigeración forzada por aire.
Los sistemas de telecomunicaciones y ordenadores
son reunidos comúnmente en centros de datos ya que su delicada
electrónica requiere protección de peligros en el entorno que los
rodea tal como polvo trasmitido por el aire, derrames y
fluctuaciones en la temperatura y humedad, además del peligro
omnipresente por perturbaciones en la energía tales como cortes de
suministro, sobretensiones y picos. También se requieren sistemas
de supervisión/supresión de fuego e inundaciones. Es de sentido
comercial que estas instalaciones protectoras sean compartidas.
El equipo alojado en centros de datos puede ser
muy valioso, pero los datos almacenados por ese equipo es
potencialmente de valor mucho mayor, como lo es el tiempo de parada
si el equipo falla. Consecuentemente, los operadores de centros de
datos asumen una gran responsabilidad para asegurar la protección y
funcionamiento continuo sin fallos del equipo que alojan. Se puede
esperar que los inquilinos reclamen daños sustanciales si esos
objetivos no se
cumplen.
cumplen.
En los últimos años, los elementos de equipos
electrónicos tales como servidores han disminuido de tamaño en la
medida de ser adecuados para el montaje en estantes. Ahora, por
tanto, los servidores en un centro de datos están alojados
usualmente en cabinas o estantes de equipos de una forma y tamaño
generalmente estándar que permite que los servidores y sus equipos
de soporte sean alojados de una forma modular e intercambiable. Las
cabinas o estantes están apoyadas típicamente en suelos elevados por
debajo de la cuales se pueden poner las redes complejas de cables
para interconexiones eléctricas tanto para el suministro de energía
como la comunicación del sistema a la vez que se permite de acceso
para el mantenimiento y cambios de trayecto.
Un estante de equipos es una estructura abierta
con un sistema de montantes que tienen agujeros separados en
centros modulares establecidos, a los que se hace referencia como
separadores de unidad o, para acortar, U's. 1U representa una
separación vertical de 44,45 mm (1,75 pulgadas). La anchura entre
los montantes (una anchura unitaria de separación) conforma
usualmente un estándar de 483 mm (19 pulgadas) o 675 mm (27
pulgadas). El equipo electrónico está fabricado típicamente en
forma de chasis para el montaje en estantes de acuerdo con estos
módulos estándar, aunque por supuesto son posibles tamaños no
estándar para aplicaciones específicas.
Una cabina de equipo es esencialmente un estante
como se ha descrito antes pero montado dentro de una cabina. La
cabina tiene puertas de acceso delante y detrás para permitir acceso
de mantenimiento al equipo dentro y proporciona un grado de
seguridad física al equipo. Una denominada típicamente "cabina
estándar" tendría una anchura externa de 600 mm ó 800 mm, una
profundidad externa de 800 mm ó 900 mm y una altura externa de al
menos 2100 mm. Tal cabina sería capaz de acomodar un estante de 42
a 45 unidades 1U y sería denominada cabina 42U ó 45U según sea
apropiado.
Unidades montadas dentro de una cabina o estante
no necesitan ser necesariamente unidades de servidor: por ejemplo,
unidades de suministro de energía ininterrumpida (UPS) se instalan a
menudo para mantener y atenuar el suministro de energía a otras
unidades.
Las puertas de acceso de una cabina pueden ser
sólidas, acristaladas, perforadas o una combinación de estas, y
usualmente serán bloqueables por medio de llaves o teclados
digitales. También son posibles cierres más sofisticados basados en
escáneres tales como lectores de palma o huella digital.
Las cabinas o estantes de equipos están
dispuestos típicamente en filas en un denominado espacio técnico en
un centro de datos con un espacio de pasillo entre ellas de
aproximadamente 1200 mm y a veces tan pequeño como 900 mm. Este
espacio de pasillo, también conocido en la técnica como "espacio
blanco", permite el acceso al personal técnico para fines de
mantenimiento, supervisión, instalación, etc.
Como se ha mencionado antes, algunos centros de
datos pueden ser compartidos por varios inquilinos que alojan
equipos ahí y así requerir acceso al centro. Aunque esto aumenta la
preocupación por la seguridad, estas preocupaciones pueden ser
parcialmente superadas con acceso restringido al personal al espacio
técnico. Sin embargo, cuanto más accesos tienen lugar, más difícil
se hace mantener un ambiente cerrado en el que se pueda controlar la
temperatura, humedad y entrada de polvo u otros contaminantes.
Los fabricantes de equipos y los estándares de
la industria especifican estrechas tolerancias para condiciones
ambientales para asegurar el rendimiento óptimo del equipo. Por
ejemplo, fluctuaciones relativamente pequeñas pero súbitas en la
temperatura recomendada de funcionamiento (por ejemplo a una
velocidad de cambio de temperatura tan pequeña como 10ºC por hora)
pueden provocar un choque térmico y dañar circuitos delicados. La
alta humedad puede corroer los circuitos de conmutación provocando
disfunciones y fallos de equipos, mientras que la baja humedad puede
promover electricidad estática que interfiere con el funcionamiento
apropiado del equipo.
Las condiciones ambientales de un centro de
datos son determinadas en gran medida por una combinación de la
carga de calor del equipo y las cargas de humedad y temperatura
resultantes de la infiltración de aire del exterior. Otros
factores de carga incluyen gente que trabaja dentro del espacio
técnico, que introducen calor y humedad, y la iluminación del
espacio técnico, que introduce calor por convección y radiación.
Sin embargo, el reto dominante en el control ambiental del espacio
técnico es la generación de calor por el equipo electrónico alojado
en él.
El calor generado por el equipo electrónico está
relacionado con la energía consumida por ese equipo. Nuevos
diseños de equipo electrónico que son más compactos que modelos
previos tienden a tener alto consumo de potencia y por tanto una
mayor emisión de calor. En particular, el deseo de compacidad ha
sido conducido por la necesidad comercial de ajustarse a tantos
servidores como sea posible en centros de datos existentes. Se
requieren servidores más pequeños y población más densa de
servidores para devolver tanto beneficio como sea posible por metro
cuadrado de una zona con estantes del centro de datos.
Con este fin, los servidores han sido diseñados
para ajustarse dentro de un 1U de espacio; a estos "servidores
1U" se les hace referencia también como servidores de "alta
densidad". Desafortunadamente, además de ser pesados, tales
servidores tienen una alta emisión de calor de hasta 293 W por hora
(1000 BTU) por servidor, cuyo nivel depende de la configuración del
servidor en términos de número de procesadores, discos duros, etc,
y el tipo de software y datos que están siendo procesados. Así,
mientras que los estantes o cabinas pueden, en teoría, ser llenados
con equipo de tan alta densidad, en realidad, puede ocurrir
sobrecalentamiento en ese evento. Los servidores presentan un reto
considerablemente mayor con respecto a esto que otro equipo apto
para ser montado en estantes, tal como unidades UPS.
El sobrecalentamiento ha llegado a ser un
problema mayor desde que ha empezado el despliegue de alta densidad
de servidores. Tan recientemente como hace tres años, las cargas
eléctricas típicas eran entre 300-400 W/m^{2} de
espacio de estantes dentro de la zona técnica, pero hoy día 1200
W/m^{2} es la media, siendo con algunas instalaciones tan alto
como 2000 W/m^{2}. Este aumento en consumo de energía se refleja
en emisión de calor dentro del espacio técnico, que a su vez añade
a la carga de refrigeración y por tanto al requisito total de
potencia del centro de datos. De hecho, ese requisito total de
potencia casi se ha doblado en un periodo de tres años. Esto
presenta otro reto en términos de suministro inadecuado de
potencia.
Los que diseñan sistemas de refrigeración para
ambientes de datos están orientados no solo con el problema de
requisitos de mayor de carga de refrigeración, sino prediciendo el
tamaño de la carga a permitir para un punto dado del tiempo. La
Ley de Moore predice el doblado del rendimiento de los
semiconductores cada dieciocho meses. Si la Ley de Moore continua
manteniéndose (y es anticipado que lo será hasta por lo menos 2005),
continuará habiendo un aumento dramático y continuo en densidades
de potencia de productos, acoplado con el diseño de dispositivos más
pequeños que actualmente se prefiere como problema de
"compactación".
El riesgo de sobrecalentamiento significa que
las cabinas a menudo se dejan sin llenar: no son pobladas
completamente con servidores u otros equipos, lo que significa que
algunos niveles disponibles permanecen sin usar. Esto va en
detrimento de la utilización eficiente del espacio en el centro de
datos y, en último lugar, aumenta el coste del alojamiento de cada
servidor ya que menos servidores o menos inquilinos de servidores
comparten los costes de infraestructura del centro de datos.
En centros de datos existentes, la regulación de
temperatura se consigue comúnmente por unidades acondicionadoras de
aire en salas de control cerradas (unidades CRAC, conocidas también
como unidades CRAC o acondicionadoras de aire de salas de
ordenadores) en el espacio técnico. El documento US 2001/0029163
describe un conjunto de aire acondicionado que comprende un aparato
refrigerante en comunicación con un pasaje de aire formado por
debajo del suelo de una sala para introducir aire refrigerante en el
pasaje, un conjunto de equipo colocado en el suelo, teniendo el
equipo una abertura en comunicación con una abertura formada en el
suelo para recibir el aire refrigerante desde el aparato
refrigerador, y una cámara impelente en comunicación con el conjunto
de equipo para recibir aire que fluye desde el conjunto de equipo
que ha sido calentado por el conjunto de equipo, dicha cámara
impelente comunica el aire calentado por el conjunto de equipo atrás
hacia el aparato refrigerador que está para ser enfriado.
Otro ejemplo de tal centro de datos enfriado
convencionalmente se muestra en la figura 1.
La técnica de enfriamiento convencional de salas
de datos/ordenadores ilustrada en la figura 1 es la solución típica
para enfriar equipos electrónicos empleados actualmente. En una
sala cerrada 1 definida por un suelo 2 de sala, paredes laterales 3
y un techo 4, hay instalado un sistema 2 suspendido de suelo elevado
a una altura predeterminada por encima de un suelo base 5. El
suelo suspendido 2 y el suelo base 5 constituyen juntos una
estructura de suelo doble que define un espacio libre o hueco 6 de
suelo que se usa como un pasaje de aire y a menudo como una zona de
servicio técnico para cables de datos y energía. La estructura de
suelo elevado 2 comprende una pluralidad de paneles que permiten el
acceso al hueco 6 del suelo desde arriba. Algunas veces un techo
suspendido 7 que tiene una pluralidad de paneles de techo está
dispuesto por debajo del techo base 4. El techo suspendido 7 y el
techo base 4 se combinan para formar una estructura de techo doble
que define un espacio libre o hueco 8 de techo que se usa como una
zona de servicio técnico para cables, conexiones de luz, etc.
Estantes abiertos 9 o cabinas de estantes, en
las que se pueden colocar dispositivos electrónicos, están
dispuestos en el suelo elevado 2 dentro del "espacio técnico"
definido por la sala 1. Los cables de datos y energía para los
estantes 9 pueden discurrir a través del hueco 6 del suelo del suelo
elevado, el hueco 8 del techo de la estructura del techo, el
espacio 1 de la sala sobre el suelo o por debajo del techo, o una
combinación de estos. Cuando los cables están discurriendo en
nivel alto en el espacio 1 de la sala, el techo suspendido 7 a
menudo es omite.
Un estante 9 comprende una estructura vertical
de carriles dispuestos con agujeros de montaje adecuados para los
estándares de la industria (por ejemplo
EIA-310-D), para aceptar equipo
electrónico. El estante 9 está abierto al espacio 1 de la sala o
está montado dentro de un recinto para formar una cabina 11 de
estantes que tiene varias entradas de aire y salidas de aire que
permiten enfriar el flujo de aire para alcanzar el equipo
electrónico 12 y llevar lejos el calor.
El equipo electrónico ventila más comúnmente de
delante atrás, es decir, el aire fluye a través de agujeros de
ventilación en la parte delantera de la carcasa del equipo y sale a
través de agujeros en la parte trasera de la carcasa. Pequeños
ventiladores, usualmente en la parte trasera de la carcasa, pero en
algunos casos en la parte delantera, ayudan a este del flujo de
aire atravesante. El calor desde los componentes electrónicos
dentro de la carcasa es disipado por convección o ayuda por un
ventilador individual en este flujo de aire atravesante, efectuando
así la refrigeración del equipo. Hay algunos ítems de equipo que
ventilan desde abajo arriba, o de lado a lado, pero el principio
permanece el mismo.
La cabina 11 de estantes estará provista más a
menudo con ranuras o perforaciones de ventilación en las puertas
delantera y trasera para proporcionar un flujo de aire atravesante.
Muchas cabinas de estantes tendrán también una entrada de
ventilación en la placa 13 del fondo de la cabina y otra en la placa
superior 14 de la cabina para evitar una acumulación de calor
concentrado en la parte superior de la cabina debido al denominado
"tiro natural". Cualquiera de estas dos aberturas o en
algunos casos ambas pueden ser intensificadas por ventiladores 15,
preferiblemente en múltiples series para proporcionar
redundancia.
El sistema 2 de suelo elevado comprende una
pluralidad de paneles de suelo, algunos de los cuales son sólidos y
algunos de los cuales están perforados o con una construcción 2b
tipo parrilla que permite el flujo de aire a través de ellos desde
el hueco 6 del suelo al espacio 1 de la sala. Los paneles del suelo
suspendido están apoyados en pedestales 2a que están fijados al
suelo base 5 por tornillos y adhesivo en una cuadrícula modular
regular. El flujo de aire desde las parrillas o paneles perforados
2b fluye a dentro del espacio 1 de la sala y es arrastrado a través
de las partes delanteras de las cabinas 11 de equipo dentro, a
través y entre las unidades del equipo electrónico dentro. A veces
se colocarán reguladores en las cuadrículas 2b del suelo para
permitir el ajuste al flujo de aire y equilibrio manual de las
cargas en la sala.
En el perímetro de la sala 1, una pluralidad de
unidades 16 acondicionadoras de aire para salas de ordenadores de
control cerrado (unidades CRAC o unidades CRAC) reciben aire que
fluye perpendicularmente a las filas de cabinas 11 de estantes. En
salas grandes, alguna de estas unidades CRAC 16 pueden estar
dispuestas también dentro del espacio de la sala lejos de su
periferia para superar las limitaciones de distancia tras la
efectividad de las unidades 16. También, las unidades CRAC 16
pueden ser colocadas a veces fuera de una sala y estar conectadas a
ella a través de aberturas apropiadas en la pared perimétrica de la
sala.
Cada unidad CRAC 16 comprende un intercambiador
de calor o serpentín 17 y un ventilador 18. El aire de salida
desde las cabinas 11 de estantes, mezclado con el aire de la sala,
es arrastrado dentro de una entrada 20 de la unidad CRAC, a través
del serpentín refrigerador 17 y a través del ventilador 18 y una
salida 19 dentro del hueco 6 del suelo. Hay varios tipos de
unidades CRAC cada una de las cuales rechaza el calor de la sala
absorbido de diferentes maneras, a saber unidades de agua enfriada,
unidades de agua enfriada por expansión directa, unidades de aire
enfriado por expansión directa, unidades de glicol enfriado por
expansión directa y otras. Sin embargo todas comparten el mismo
principio, que es que el calor absorbido es transportado a un punto
adecuado fuera de la sala en el que es disipado a la atmósfera
usando tecnología convencional de aire acondicionado. Así, la
unidad está conectada a una planta central por medio de un circuito
de refrigeración que puede consistir en agua destilada u otro
refrigerante. El circuito refrigerante disipa calor a la atmósfera
fuera del espacio técnico por medio de intercambiadores de calor
tales como torres de refrigeración o radiadores externos (radiadores
secos).
A las unidades CRAC descritas e ilustradas se
les hace referencia como unidades de "flujo descendente" que
refleja el flujo de aire generalmente hacia abajo dentro de ellas
durante el uso, pero también hay disponibles unidades de "flujo
ascendente". Las unidades CRAC de flujo ascendente se usan, por
ejemplo, cuando no hay suficiente altura de sala para un suelo
elevado suspendido o cuando la filosofía de dar servicio al equipo
es tal que los servicios se realizan sobre la cabeza, obviando por
tanto un suelo elevado. De cualquier manera, el principio es
similar excepto porque en el caso de una unidad CRAC de flujo
ascendente, la entrada de aire está en el fondo delantero de la
unidad y el aire de la sala pasa arriba a través de la unidad antes
de ser expulsado a la parte superior en la que se mueve fuera y
abajo en la parte delantera de las cabinas 11 de estantes antes de
ser arrastrado a través del equipo electrónico como en el escenario
anterior.
El aire ambiente de la sala está típicamente a
una temperatura de 22ºC\pm2ºC con una humedad relativa del
50%\pm5%. Las unidades CRAC 16 suministran aire enfriado al hueco
6 del suelo a aproximadamente 13ºC que es arrastrado dentro de las
cabinas 11 de estantes bien por convección desde el flujo de aire
desde las parrillas/paneles perforados 2b o bien por el efecto de
los ventiladores de las cabinas. Cuando el aire enfriado pasa a
través y alrededor de las unidades de equipo electrónico y es
calentado, sale fuera adentro del espacio 1 de la sala a
aproximadamente 35ºC. El aire calentado se mezcla entonces con el
aire ambiente acondicionado de la sala que está a temperatura de
aproximadamente 22ºC y el aire mezclado vuelve después a las
unidades CRAC 16 a una temperatura aproximada de 24ºC.
Otras baldosas perforadas 2b están situadas por
toda la sala 1 para proporcionar suministro de aire a otro
equipamiento generador de calor y para mantener un entorno ambiental
apropiado en la sala 1. Algunas salas están distribuidas en el
principio de "pasillos fríos y calientes", en los cuales hay
dispuestas filas de cabinas 11 de manera que sus caras delanteras
se miran entre sí a través de un pasillo "frío", desde el que
el aire frío es arrastrado dentro de las partes delanteras opuestas
de las cabinas, y sus caras traseras se miran entre sí a través de
un pasillo "caliente", en el que aire caliente es expulsado
desde las partes traseras de cabinas opuestas. Parrillas o paneles
perforados 2b están colocados solo en los pasillos fríos (otros de
los que dan servicio a otras piezas de los equipos en otro lugar de
la sala), persiguiendo así asegurar el máximo efecto refrigerante
no mezclando flujos de aire caliente y frío en los mismos
pasillos.
Las unidades grandes CRAC montadas en el suelo
distribuidas alrededor del perímetro y a veces en el centro del
espacio técnico toman espacio del suelo y volumen de la sala que de
otra forma podrían ser entregados a estantes o cabinas. Finalmente
esto cuesta dinero por pérdida de generación potencial de beneficio.
Sin embargo, la alternativa obvia de ventiladores de aire
acondicionado situados en el techo o paredes cerca del techo, como
se encuentra comúnmente en las oficinas, no es adecuado para centros
de datos. Esto es debido a que el aire calentado sube desde las
cabinas o estantes de servidores, se mezcla con el aire enfriado
soplado hacia abajo desde las ventilaciones de aire acondicionado
llevando a condensación y formación de gotas de agua que pueden
dañar los equipos de ordenadores. Por tanto, se prefiere que las
ventilaciones de aire acondicionado estén situadas por debajo de
los estantes de servidores de manera que no se interrumpa el flujo
de aire natural.
Como puede verse en la figura 1, el aire frío
enfriado por el condensador es forzado fuera por debajo de la
unidad CRAC por debajo de un suelo elevado en el que está montado la
unidad CRAC. El suelo elevado actúa como una cámara impelente bajo
presión positiva. Algo del aire frío es forzado arriba a través de
agujeros de ventilación/cables en la base de las cabinas de equipos
montadas en el suelo, aunque algo sube a través de rejillas de
ventilación en el suelo alrededor de las cabinas con reguladores de
control. Por tanto, el volumen total del aire en el espacio técnico
está acondicionado.
Como se ha mencionado, algo del aire
acondicionado en el espacio técnico es arrastrado a través de la
cabina de equipos, por ejemplo por medio de puertas perforadas, por
pequeños ventiladores dentro de los propios servidores. Este aire
fluye a través y alrededor de componentes electrónicos generadores
de calor dentro de los servidores y sale como aire caliente en la
parte trasera del servidor dentro de la cabina. En algunos casos,
sin embargo, se usan puertas sólidas en la parte trasera de la
cabina y se expulsa aire caliente en la parte superior de la cabina
a través de una abertura, a veces ayudado por ventiladores
adicionales para evitar una acumulación de calor concentrado en la
parte superior de la cabina debido al "tiro natural". El aire
caliente vuelve luego a la sala en la que se mezcla con el aire de
la sala y es recirculado eventualmente a través de la unidad CRAC
desde la que su calor es expulsado finalmente a la atmósfera por
medio de medios de transferencia de calor adecuados como se ha
mencionado antes.
Una gran desventaja de un dispositivo general de
control del entorno como se ha descrito antes es que todo el aire
dentro del espacio técnico es tratado continuamente. No es de
sorprender que las demandas de energía asociadas con dicha solución
representan un factor de coste significativo. También, la
refrigeración de servidores individuales se basa fuertemente en sus
ventiladores internos y no hay un intento de asegurar que cada
servidor reciba su parte necesaria de aire acondicionado. En
cambio, se introduce aire acondicionado en las cabinas por varios
medios imprecisos que pueden aumentar flujos de aire
conflictivos.
Una vez en una cabina, el aire acondicionado se
deja fluir dentro de la cabina de una manera fortuita que depende
de la disposición del equipo dentro de la cabina. Así, por ejemplo,
un servidor puede recibir refrigeración inadecuada ya que
servidores adyacentes más cercanos a la entrada de aire toman una
cantidad desproporcionada de aire acondicionado. Similarmente, el
aire acondicionado podría evitar un servidor al seguir un recorrido
de menos resistencia, por ejemplo a través de un compartimiento de
equipo adyacente vacío dentro de la cabina. Hay también el problema
de que si fallara un ventilador de servidor, el servidor se
calentaría casi inevitablemente.
El hueco 6 de suelo, cuando se usa para la
entrega del aire de suministro refrigerante, se asume a menudo que
consiste en una masa homogénea de aire presurizado entregado desde
varias unidades CRAC, dispuestas alrededor del perímetro y
posiblemente el interior del espacio técnico. La realidad es que el
hueco del suelo contiene una pluralidad de columnas de flujo de
aire independientes que emanan de cada unidad CRAC, segregados por
capas fronterizas. Cada una de estas columnas de flujo de aire
varían en tamaño debido a otros factores que efectúan la cantidad
de refrigeración que pueden estar dispuestos en el espacio
técnico.
Un factor clave en el desarrollo de la columna
de flujo de aire es la presión estática dentro del hueco 6 del
suelo. Asumiendo que el diseño inicial es correcto, una falta de
presión estática puede surgir de las aberturas del suelo mal
gestionadas y/o de las cabinas de estantes emparejadas de cerca con
ventiladores adicionales. Específicamente, recortes para cables
entran por debajo de las cabinas y en algún sitio más dentro de la
sala, junto con rejillas o paneles del suelo excesivamente
perforados, provocan sobreenfriamiento, pérdida de presión estática
y capacidad desechada. Las zonas de alta presión del suelo son
enfriadas en exceso mientras que otras zonas con baja presión se
sobrecalientan ya que a una pérdida de presión estática reduce el
tamaño de una columna y por tanto el volumen del espacio de sala
que la columna es capaz de enfriar.
Para mitigar este problema, todos recortes de
agujero deben ser obturados alrededor de los cables y las rejillas
del suelo deben ser ajustadas para entregar una cantidad precisa de
flujo de aire a cada cabina. Sin embargo, en la práctica, los
paneles del suelo mal fijados o, más usualmente, paneles de suelo
que han sido levantados y recolocados mal pueden dar lugar a una
fuga sustancial de flujo de aire refrigerado desde el hueco del
suelo. Si el hueco del suelo se usa para contener cableado entonces
los ingenieros que instalan cables retiran típicamente una fila
completa de paneles en el suelo y/o travesaños en vez de dejar
paneles ocasionales (típicamente cada quinto panel) en si sitio
para mantener el suelo "bloqueado", con el resultado de que los
paneles cambian a través de todo el suelo en un proceso llamado
"coleteo", provocando que se abran huecos.
A modo de ilustración, las investigaciones
locales han verificado casos en los que solo el 31% de todo el
flujo de aire refrigerante estaba siendo distribuido a través de
aberturas "preparadas", con el restante 69% circulando fuera
de los cortes de cables, huecos alrededor el equipo y aberturas
desde cabinas de estantes. El aire frío que escapa de esta manera
vuelve a las unidades CRAC sin transferir efectivamente calor desde
el equipo. Este aire de "retorno" frío o "bypass"
perturba la transferencia de calor que podría haber estado
disponible para acondicionadores de aire sobrecargados, reduciendo
en tales casos la efectividad de las unidades CRAC hasta el 52% de
su capacidad.
El acto de instalar cableado en el hueco del
suelo restringe adicionalmente el flujo de aire a través del hueco
6 del suelo. Esto es un problema degenerativo, ya que las cabinas
11 de estantes son pobladas en el tiempo y se crea una carga de
calor potencialmente mayor, mientras que el cableado adicional
asociado restringe adicionalmente el paso de aire que suministra el
flujo de aire refrigerante a través del hueco del suelo. La
combinación de la nueva tecnología de cableado, en la que los cables
tienden a ser de mayor diámetro, junto con la "compactación"
del equipo electrónico da lugar a espacios de equipo más densamente
ocupados, conectados por cantidades en aumento de cables.
Mientras que en principio es correcto intentar
reducir la temperatura del aire de entrada que entra a las cabinas
11 de estantes aumentando la velocidad del flujo de aire a través de
los paneles perforados del suelo, esto es una simplificación
excesiva del problema. Si la velocidad es demasiado alta, entonces
el flujo de aire puede rebasar una cabina 11 de estantes, cayendo
en el pasillo caliente en la parte trasera de la cabina 11 de
estantes. Esto gasta aire enfriado suministrado y, mezclando con el
aire caliente expulsado desde la cabina 11 de estantes, baja la
temperatura del aire expulsado y por tanto reduce la capacidad de
los acondicionadotes de aire instalados.
Además de esto, a menos que se diseñe
cuidadosamente, una velocidad de aire en aumento puede crear un
"túnel de viento" bajo el suelo elevado. La velocidad de aire
en aumento reduce la presión estática potencial, y puede ser tan
alta que la presión estática suficiente para entregar un volumen
adecuado de aire refrigerante arriba a través del suelo puede no
desarrollar durante 9 m a 12 m más allá del punto de descarga del
ventilador desde la unidad CRAC. Esto da lugar a insuficiente
presión estática cerca de la unidad CRAC para mover el aire
refrigerante disponible arriba a través de las parrillas del suelo.
Peor todavía, en algunos casos, el aire calentado de la sala es
succionado en realidad abajo dentro del hueco del suelo a través de
las rejillas, reduciendo la capacidad refrigerante del flujo de
aire refrigerante y creando "puntos calientes".
El objetivo de pasillos fríos y calientes es
separar la fuente de aire refrigerante de la descarga de aire
caliente que vuelve a la entrada de la unidad CRAC. Sin embargo, en
la práctica, tal separación física es difícil de conseguir en un
entorno de sala abierta particularmente en la que están implicadas
altas cargas de calor. Cabinas de estantes emparejadas de cerca
cada una provistas con ventiladores de extracción crean un efecto
"chimenea" para sacar aire del suelo elevado arriba a través de
la cabina y el equipo en ella. Un problema es que, demasiado a
menudo, estos ventiladores expulsan más aire que el que pueden
entregar las unidades CRAC, agobiando por tanto su capacidad
refrigerante. También, una succión excesiva creada por estas
cabinas de estantes provoca que el aire calentado desde la sala a
extraer en el hueco de la sala y después arriba en las cabinas de
estantes. Solo no hay suficiente aire frío desde las unidades CRAC
para satisfacer la cantidad aplastante de aire expulsado por los
ventiladores de cabina de estantes. Algunos estudios han revelado
que problemas de aire desviado limitan típicamente a unidades CRAC a
menos del 35% de su velocidad "de fabricación". En entornos
"alojados", cabinas de estantes emparejadas de cerca se han
ganado el título "malos dispositivos vecinos", porque toman
más de su parte del flujo de aire refrigerante.
La orientación de las unidades CRAC con relación
a las filas de cabinas de estantes no es significativa con bajas
cargas con un hueco de suelo vacío. Sin embargo, cuando aumentan
las cargas refrigerantes o el cableado y otras obstrucciones por
debajo del suelo, su orientación se vuelve significativa.
Idealmente, las unidades CRAC deben estar orientadas de tal manera
que sus flujos de aire sea perpendicular a las filas de cabinas de
estantes, ya que colocándolas paralelas a las filas de cabinas de
estantes tenderá a crear puntos calientes. Desgraciadamente, esta
orientación ideal de las unidades CRAC pone un último límite en la
capacidad refrigeradora total. Por ejemplo, dos de cuatro
superficies de pared en una sala pueden estar disponibles para
situar las unidades CRAC, la más grande las cuales es
aproximadamente 2,4 m de ancha, con una capacidad de aproximadamente
100 KW. Colocar más unidades CRAC en las otras dos paredes dará
lugar casi con certeza a una turbulencia/flujo de aire perturbado.
Más unidades CRAC pueden ser añadidas en el cuerpo del espacio
técnico (que en cualquier caso será requerido en salas de datos
anchas) pero esto inhibe la flexibilidad de la distribución de
estantes de datos.
La humedad necesita ser mantenida en un nivel
que evite problemas de electricidad estática. Sin embargo, para
proporcionar humedad estable, no es aconsejable equipar cada unidad
CRAC con un humidificador. Una pequeña desviación en la
calibración del sensor de humedad puede provocar que una unidad CRAC
añada humedad mientras una unidad CRAC adyacente está tratando
simultáneamente secar el aire.
Este falla en proporcionar un entorno estable y
derrocha significativa energía con el drenaje condensado,
aumentando el riesgo, costes de capital, reparación y mantenimiento.
En cambio, la buena práctica demanda que se use un sistema
centralizado para la humidificación, que usualmente es el sistema de
producción de aire para el espacio de la sala. Si las temperaturas
de agua enfriada son muy bajas, esto desvía el rendimiento del
serpentín refrigerador hacia la humidificación y baja la capacidad
refrigerante.
Los expertos en la técnica apreciarán que
unidades individuales CRAC no pueden compartir la carga con sus
parejas opuestas o adyacentes. Esto sería un problema suficiente si
las cargas enfriadoras a través del espacio de la sala fueran
uniformes y regulares, pero en la mayoría de las situaciones el
gradiente de temperatura varía ampliamente debido a la variedad y
capacidad de los elementos del equipo generador de calor además e su
estado operacional en un momento dado en el tiempo.
Una vez que el aire enfriado ha sido entregado a
través del hueco del suelo y dentro del espacio de la sala, ese
flujo de aire tiene que entrar en la cabina de estantes para enfriar
el equipo alojado en ella. Las cabinas convencionales de estantes
tienen puertas perforadas delante y detrás para permitir flujo de
aire atravesante de delante a atrás. Este flujo de aire
atravesante se consigue por la acción combinada de aire que está
siendo arrastrado a través por pequeños ventiladores asociados con
el propio equipo; el aire es arrastrado a través por ventiladores
asociados con la cabina (por ejemplo montados en la parte superior,
abajo, en el medio, etc), si se colocan; convección forzada desde
las rejillas o paneles perforados del suelo elevado; y/o convección
forzada directamente dentro del fondo de la cabina.
Las puertas perforadas trabajan
satisfactoriamente con cargas de calor relativamente bajas pero, con
cargas de alta densidad, las propias puertas ofrecen resistencia al
flujo atravesante necesario. Aunque los ventiladores de la cabina
pueden ayudar a eliminar los puntos calientes que tienden a ocurrir
en la parte superior de la cabina de estantes, se ha de tener
cuidado al dimensionar los ventiladores con relación al flujo de
aire atravesante. Los ensayos han mostrado que los ventiladores de
cabina pueden establecer un flujo de aire con fuerte "efecto
chimenea" que tira del aire fuera en la parte superior de la
cabina. Este flujo de aire primario arrastra el aire en la sala en
su frontera, aumentando la masa de aire que se mueve a la vez que se
reduce su velocidad. Esto tiende a establecer una circulación
secundaria y reducir el flujo atravesante dentro del propio
equipo.
Ya se ha hecho mención del problema con aire
desde las rejillas o paneles perforados del suelo que es de tal
velocidad como para pasar por la cabina y en el pasillo caliente.
El problema contrario de falta de velocidad puede dar lugar a un
suministro de aire enfriado que se para a menos de mitad de camino
arriba de la cabina y por tanto no alcanzando el equipo en los
niveles más altos. Este equipo tendrá que basarse en cualquier
efecto refrigerante proporcionado por el aire de la sala que es
arrastrado a través de los ventiladores del equipo, cuyo aire de
sala puede él mismo ya estar calentado y de capacidad refrigerante
limitada.
La convección forzada directamente a través del
fondo de la cabina puede dar lugar a problemas similares a los
observados antes. Sin embargo, adicionalmente, si el estante está
poblado pesadamente, entonces el aire entrante golpea la base del
primer servidor y puede ser desviado fuera de la cabina a través de
las puertas perforadas tanto delante como atrás. Este aire
enfriado desperdiciado se mezcla después con el aire de la sala.
Durante ensayos que usan cabinas de estantes de la industria
estándar con ventilación forzada a través de la base de la cabina
completo de servidores 1U de alta densidad, el solicitante encontró
que el gradiente de temperatura en la parte trasera del estante se
ha invertido con las mayores temperaturas registradas en 150 mm de
la base de la cabina. Esto fue en gran medida debido al flujo de
aire entrante enfriado forzado directamente fuera de la cabina por
los servidores más inferiores y de nuevo en la cabina.
\newpage
En general, las cabinas convencionales de
estantes son bastante "permeables" no solo externamente sino
también internamente: por ejemplo, muchas tienen huecos entre el
propio estante y el recinto de la cabina permitiendo que el aire
enfriado evite el equipo dentro de la cabina y sea gastado.
Actualmente, la buena práctica dictamina que
debido a que se tiene en cuenta requisitos de refrigeración
individuales cuando se dispone la implementación en una cabina de
estantes, especialmente para evitar colocar dispositivos muy
calientes por debajo de equipos con cargas de calor más ligeras.
Incluso cuando se sigue esta práctica (y la realidad es que a
menudo se ignora totalmente), el calor que sube tenderá a dar lugar
un calor acumulativo que se acumula progresivamente hacia la parte
superior de la cabina de estantes.
La mayoría de cabinas de estantes nunca están
llenas de dispositivos calientes, siendo típico hasta el 40% de
densidad de ocupación. A veces, son posibles cargas relativamente
altas en cabinas estándar - quizás hasta 5 KW. Sin embargo, tras
el examen, esto es usualmente debido a que la carga está siendo
creada por relativamente pocos dispositivos. Por ejemplo 5 KW de
carga refrigerante agregada desde dos elementos de equipo con mucho
espacio de aire entre ellos es muy diferente de 5 KW de carga
refrigerante agregada desde un estante lleno de equipo caliente.
También, el equipar el propio servidor afecta a la resistencia al
flujo de aire. Por ejemplo, un servidor completamente equipado con
tarjetas de red puede ofrecer 64 pascales de resistencia mientras
que un servidor idéntico pero menos equipado puede ofrecer solo 20 a
30 pascales de resistencia. Además, las cargas de equipo adyacente
son importantes y impacta directamente en la capacidad de
refrigeración.
Si se considera que el suelo elevado es
efectivamente un conducto de suministro de aire y que la longitud
de una sala típica de datos se considera como la anchura del
conducto (dígase 37 m) y una zona de la sala de aproximadamente
1000 m^{2} (27 m x 37 m) es tomada como un ejemplo, tomando
entonces las cargas medias a través de la sala:
- (a)
- para una altura de hueco del suelo de 600 mm, una densidad de calor de 2000 W/m^{2} requiere que el conducto sea de 108,9% de la longitud de la sala;
- (b)
- aumentar la altura del hueco del suelo a 800 mm para la misma densidad de calor da lugar a que el conducto sea el 81,9% de la longitud de la sala; y
- (c)
- si el hueco del suelo está con cableado, reducir su profundidad efectiva a solo 300 mm, entonces se requiere que el conducto sea un 218,1% de la longitud de la sala. Puesto de otra forma, solo es posible conseguir una densidad de calor de menos de 1000 W/m^{2} (108,9%).
Además si se considera que el máximo espacio de
suelo que puede ser ocupado por hardware activo IT (cabinas de
estantes) en el escenario anterior (típicamente entre 30 y 35 por
ciento permitiendo para todo espacio blanco tal como holguras de
servicio, pasillos de acceso, etc.) y una huella de cabina de
estantes de 0,54 m^{2} (0,6 m x 0,9 m), entonces cada cabina solo
puede proporcionar entre 3,6 KW y 3 KW de capacidad refrigeradora.
Esto es una capacidad teórica con un espacio de suelo completamente
libre: más realistamente, con cableado in situ, este valor
caerá a entre 1,8 KW y 1,5 KW por cabina.
Usando el mismo escenario, considerando la carga
refrigerante total de unidades CRAC correctamente orientadas.
Asumiendo que se permiten puertas de acceso y salidas de incendios
(una por lado, 1,2 m de ancho) entonces en cada lado se puede
situar un máximo de 14 unidades CRAC de 100 KW de capacidad.
Asumiendo requisitos de buena práctica para una disponibilidad
mínima de n + 1, entonces hay disponibles un total de 26 unidades
CRAC para una carga de 2.600 KW. Esto iguala a 2,6 KW/m^{2} ó
4,68 KW a 4 KW de capacidad refrigerante por cabina. Sin embargo,
para ser capaz de entregar esta capacidad, el tamaño del conducto de
suministro necesitaría ser aumentado elevando la altura del hueco
del suelo hasta 1500 mm de espacio libre (es decir, por encima de
cualquier cableado también dentro del hueco del suelo, que es
totalmente poco práctico para la mayoría de los centros de datos.
Incluso para nuevas instalaciones construidas expresamente, esta
profundidad de suelo presenta varios retos técnicos.
Otros factores que afectan al movimiento del
flujo de aire dentro de un espacio dado son la topografía del techo
y las paredes, tal como: características de superficie; tipo de
superficie; vigas verticales; obstrucciones de superficie;
tuberías; conductos; servicios; salientes en paredes; colocación de
rejillas de suministro relativas a estantes de equipos; colocación
de estantes de equipos relacionados entre sí; otros equipos; y
salientes en paredes.
Predecir los efectos de estos diversos
parámetros con cualquier certeza de conseguir una configuración
optimizada de sala es extremadamente difícil. La tecnología tal
como el software de dinámica de fluidos computacional (CFD) puede
ayudar enormemente pero esta solución no está, todavía, adoptada
ampliamente en la industria. También, para ser efectivo, el modelo
computacional requiere acumular modelado de todas las
características de la sala, las cabinas de estantes y los
dispositivos productores de calor. Muchos fabricantes no hacen
disponible la información necesaria para emprender esta tarea.
El resultado es que mientras se han superado
algunas desventajas de seguridad con dispositivos contenedores que
contienen equipos eléctricos y están colocados en una sala
ambientalmente controlada, muchas de estas instalaciones existentes
corren el riesgo de sobrecalentar el equipo debido a niveles
inesperadamente densos de utilización y pobre o inadecuada
extracción de aire y ventilación. Sin duda, en algunos centros de
datos, las puertas que se supone que deben estar cerradas para
proporcionar seguridad en cambio se dejan abiertas para ayudar a la
refrigeración.
También se conocen las cabinas encerradas con
techos perforados sobre los que se pueden sujetar kits de
ventiladores para ayudar a la circulación de aire a través de las
unidades, pero son inafectivas en aplicaciones de alta densidad.
Estos sistemas todavía se basan en aire de sala refrigerado
ambientalmente y el efecto refrigerante de los ventiladores es
despreciable. Mientras ventiladores pueden ayudar a conseguir un
flujo de aire deseablemente uniforme dentro de la cabina, se
necesita un considerable cuidado al especificar la capacidad y
tamaño del ventilador ya que un ventilador especificado
incorrectamente puede impedir el flujo general de aire dentro de la
cabina.
Se han propuesto varias soluciones para abordar
los problemas de la tecnología convencional de centros de datos,
que ahora tiene una edad de treinta a cuarenta años. Estas se
desglosan en dos soluciones principales: soluciones al nivel de sala
y soluciones al nivel de estantes.
Las soluciones al nivel de sala empiezan con
sistemas de cabina "emparejados cerca". Esencialmente estos
son desarrollos de la tecnología actual de suelo presurizado. Las
cabinas individuales intentan hacer mejor uso del suministro de
aire controlando de cantidad de aire que entra en cada unidad con
una variedad de tipos diferentes de reguladores o entradas de aire.
Estos reguladores están colocados en la base de la cabina, y en la
parte delantera de la cabina, normalmente abajo para tomar ventaja
del nivel más frío del aire de la sala. Algunos tienen aberturas
creadas previamente para cables con tiras de cepillo de obturación
para mitigar el problema de recortes para cables sin obturar ni
gestionar. A menudo, las entradas de aire inferiores están
provistas con pequeños ventiladores para ayudar al flujo de aire
dentro del recinto de la cabina, y en algunos casos también se
disponen ventiladores en la parte superior del recinto de la cabina
para la misma finalidad.
Algunas variantes han reconocido la limitación
del suministro total de aire refrigerado desde el hueco del suelo,
por ejemplo entre 2 KW/m^{2} y 3 KW/m^{2} máximo. Estas
variantes intentan usar el aire de la sala además de el del hueco
de la sala para aumentar la capacidad de refrigeración total, que se
consigue con ventilaciones de aberturas ajustables manualmente en la
parte delantera de la cabina.
Hay varias desventajas con las soluciones
actuales al nivel de la sala. En primer lugar, no hacen nada para
abordar los problemas más fundamentales con tecnología de suelo
elevado, que incluye:
- capacidad de refrigeración total limitada con alturas razonables de hueco del suelo;
- aumento de las obstrucciones subsuelo que reducen el paso de aire con el tiempo;
- aire refrigerante desperdiciado a través de recortes mal gestionados para cables y cabinas y suelos con pérdida;
- presión estática escasa o demasiado alta;
- carga desigual en unidades crac con algunas infrautilizadas y algunas sobrecargadas;
- problemas de aire que pasa de largo;
- gradientes desiguales de temperatura a través del espacio de la sala; e
- influencia de ítems adyacentes de equipo entre sí.
En segundo lugar, al intentar fortalecer la
capacidad refrigerante usando aire de la sala, estas soluciones
asumen que hay disponible una temperatura ambiente de fondo de
alrededor de 22ºC. Por las razones ya dadas, esto no es a menudo
el caso ya que el aire de la sala es calentado recirculando aire de
salida. Usando ventiladores para extraer el aire a través de una
cabina requiere un equilibrio cuidadoso y dimensionado de
ventiladores para conseguir el flujo atravesante deseado con el
equipo en los estantes. Se pueden establecer fuertes flujos de
aire verticales que retiren mucho del aire refrigerado antes de que
alcance el equipo y tiene el efecto de regular hacia abajo el flujo
pasante deseado y e intentado por los pequeños ventiladores de
equipo en los estantes. Las ventilaciones y reguladores en estos
sistemas requieren normalmente ajuste manual que es realizado en
modo prueba y error. Conforme los estantes son equipados con el
tiempo, a menudo no se hacen ajustes en los parámetros del
regulador hasta que hay un problema. Quizás más seriamente,
sistemas acoplados de cerca pueden arrastrar tanto aire del hueco
del suelo que pueden exceder la capacidad de las unidades CRAC para
suministrarlo, y privar a otros sistemas contenedores de la
refrigeración en un ejemplo principal de los "dispositivos vecinos
malos" mencionados antes.
Una solución diferente se usa para
"refrigeradores de puntos" que, en un buen ejemplo, coloca un
intercambiador de calor en la puerta trasera de la cabina, completa
con varios ventiladores. Los ventiladores extraen aire de la sala
a través de la cabina y el equipo en estantes en ella, en el
intercambiador de calor y después expulsado atrás en la sala a la
temperatura de la sala o cerca. El flujo de aire es por tanto de
delante atrás a través del equipo en estantes según se requiera por
la mayoría de los proveedores de equipos.
El serpentín del intercambiador de calor está
conectado por medio de un sistema de tuberías a una unidad de
distribución de refrigerante situada fuera del espacio técnico que,
regulando la temperatura y flujo del agua enfriada con relación a
cambios en el punto de condensación de la sala, evita problemas con
la condensación. La unidad de distribución de refrigeración está
conectada al suministro existente de agua enfriada del edificio.
Entre doce y quince intercambiadores de calor pueden ser controlados
desde una unidad de distribución de refrigeración, dando una
capacidad refrigeradora de hasta 8 KW por cabina.
El sistema ha sido diseñado como un "enfriador
de punto caliente" para situaciones de modernización retroactiva.
Desgraciadamente, el intercambiador de calor invade los pasillos
calientes 150 mm, reduciendo por tanto la anchura de cada pasillo
caliente en 300 mm si se usa en filas adyacentes opuestas.
Debido a gradientes de temperatura desiguales y
complicados modelos de flujo de aire ya descritos, es una
posibilidad distinta en muchas salas de datos que el aire de la sala
arrastrado dentro de la cabina de estantes está por encima de la
temperatura ambiente designada, por ejemplo 22ºC. En ese caso, el
aire que está siendo expulsado hacia atrás dentro de la sala por el
intercambiador de calor de la cabina también puede estar por encima
de la temperatura ambiente designada. En el caso de pasillos
calientes en los que el aire ambiente está en, por ejemplo, 34ºC
(asumiendo que otro contenedor está expulsando dentro de ellos - la
situación que se podría esperar con una solución de modificación
retroactiva de punto caliente), habrá algo de refrigeración del
aire en el pasillo caliente mezclando el aire del enfriador desde el
intercambiador de calor de la cabina. Esto puede llevar al fenómeno
llamado "desvío estático" que baja el efecto refrigerante de
las unidades CRAC, creando otros puntos caliente.
Mientras que es necesario hacer conexiones en
los servicios de agua enfriada existentes de los edificios, que no
se permitiría en algunas instalaciones de datos, este sistema tiene
la ventaja de permitir construcción progresiva. Siempre y cuando
se tenga cuidado al colocar con relación a otro equipo, proporciona
una buena resolución técnica sobre la tecnología convencional con
vistas a refrigeración de equipos, aunque está limitado dadas las
cargas de calor que se encuentran ahora. Sin embargo, el sistema es
"ciclo abierto" y así todavía es vulnerable a los problemas
que surgen de modelos complicados de flujo de aire en un sistema
convencional. Similarmente, el equipo en el estante está expuesto a
los otros problemas ya descritos con sistemas convencionales de
cabina de estantes abierta, tal como polvo, humedad, daño por humo
frío, seguridad y riegos de fuego.
Además de esto, la unidad de distribución de
refrigeración está enlazada a sensores remotos de humedad y
temperatura montados en la sala. Así, este es un sistema de
control "centralizado" en vez de un sistema de control
específico de estante y por su naturaleza "general", está
sometido a limitaciones de tales sistemas.
El sistema de suministro de tuberías que conecta
la unidad de distribución de refrigeración al intercambiador de
calor del estante es una tubería individual con un acoplamiento
mecánico que une las secciones de tubería. El tipo de acoplamiento
usado es un "Victaulic style 606" (marca comercial) que
proporciona una unión de calidad muy alta. Sin embargo, tal unión
no se puede decir que sea realmente a prueba de fugas, y combinada
con el uso de conjuntos de válvula de solenoide en los recorridos de
la tubería, como las válvulas son una fuente potencial de fugas, el
sistema de tubería no se puede decir que sea de alta elasticidad,
incluso si es doble tubería que no es una opción estándar. Si se
detecta una fuga, un sistema interno de purga bombea el refrigerante
dentro de la unidad de distribución de refrigerante a un
drenaje.
Otra variante del sistema de "ciclo
abierto" es el modelo "espacio de suelo cero". Una
realización de esta solución sitúa un intercambiador de calor en un
nivel alto por encima de las cabinas de estantes de tal manera que
el aire enfriado es lavado hacia abajo por las partes delanteras de
las cabinas individuales. Esto es una acción similar a la de la
solución de suelo presurizado, pero en sentido inverso. El flujo de
aire pasa a través del equipo en estantes debido a la acción de los
ventiladores internos del equipo y convección forzada desde los
ventiladores sobre la cabeza del intercambiador de calor. El aire
calentado expulsado es extraído entonces hacia arriba en el
intercambiador de calor sobre la cabeza a enfriar y el ciclo se
repite.
El intercambiador de calor sobre la cabeza está
conectado por medio del sistema de tuberías a una unidad de
distribución de refrigeración situada fuera del espacio técnico y
después al suministro de agua enfriada del edificio. Una vez de
nuevo, este sistema se basa en un control central usando un sensor
remoto de humedad/temperatura en la sala.
Cada módulo del sistema es de 1,83 m x 1,8 m en
area plana que cubre tres cabinas convencionales de estantes y
pesos 160 Kg cuando están rellenos con refrigerante. Las unidades
necesitan por tanto estar unidas al techo estructural por vástago
roscado y anclajes apropiados, lo que significa que esta solución no
puede ser considerado una opción de modificación retroactiva sino
limitada a situaciones en nuevas construcciones.
Cada módulo es de 0,55 m de altura y requiere
entre 0,6 m y 0,9 m de espacio libre entre la cara inferior del
módulo y la parte superior de las cabinas de estantes. Cualquier
techo suspendido colocado para ser situado al mismo nivel que el
módulo refrigerador. La separación entre los módulos en planta se
varía para adecuar la carga de la sala. Si las unidades fueran
apoyadas juntas borde con borde, esto daría unos teóricos 6,6 KW
por cabina de refrigeración. Sin embargo, este nivel no se
conseguiría en realidad ya que el sistema está efectivamente
"abierto" y está sometido a todas las mismas restricciones de
sala que para un suelo elevado presurizado. Con apoyo borde con
borde o substancialmente así, no hay espacio para instalar
conexiones ligeras o gestión de cable sobre la cabeza (que es la
opción preferida en aumento entre usuarios, por razones técnicas de
sonido), cualquiera de los cuales perjudicaría el modelo de flujo de
aire si se coloca por debajo de los módulos refrigeradores.
Colocando las unidades borde con borde en sus
lados más cortos (para ajustar las anchuras cabina/pasillo) y,
dígase, dos cabinas aparte en su lado más largo proporcionaría unos
teóricos 4 KW por cabina. La carga refrigerante real entregada a
las cabinas de estantes es fácil que esté justo por encima de la
proporcionada por un suelo elevado presurizado. Sin embargo está
la ventaja de que la situación de encima de la cabeza no tiene que
tratar con el hueco del suelo y restricciones de topografía de la
sala al flujo de aire inherente en el diseño elevado del suelo. El
recorrido de suministro y retorno de aire desde la cabina de estante
al intercambiador de calor es relativamente corto, y el espacio del
suelo es salvado para usar por equipo generador de beneficio. El
suelo elevado puede ser usado para cableado estático y posiblemente
el cableado dinámico puede ser tendido sobre la cabeza aunque
incluso con módulos separados, cableado a lo largo de la línea de
la cabina de estante no es posible a alto nivel en vez de
directamente en la parte superior de las cabinas. No obstante los
espacios entre los módulos refrigeradores puede ser usados para
puentes de cables entre filas.
La siguiente categoría de solución es el grupo
de agua enfriada de ciclo cerrado que a veces son descritos como
sistemas de "aire enfriado" ya que solo se usa aire dentro de
la propia cabina de estantes. Sin embargo, estos sistemas son, en
realidad, un desarrollo de la tecnología tradicional de suelo
elevado presurizado, porque se basan en unidades CRAC para
transferir el calor desde el aire al agua o refrigerante y entonces
en último lugar a la atmósfera por medio de torres de agua o
enfriadores externos.
Un ejemplo particular de esta solución, como el
descrito en el documento
WO-A-01/62060, obtura la cabina y
dirige el flujo de aire por medio de un colector o cámara impelente
trasera y delantera. De hecho la construcción de la cabina no está
realmente obturada ya que en la práctica hay huecos visibles en la
construcción del armazón, aunque hay juntas obturadoras en las
puertas. El movimiento de aire es vertical a través de la cámara
impelente "de suministro" delantera, después horizontal a
través de los dispositivos en estantes y después en vertical de
nuevo a través de la cámara impelente "de expulsión" trasera.
Se usa una variedad de ventiladores, a veces situados en la parte
superior de la cámara impelente de escape y a veces también en el
fondo de la cámara impelente de suministro. Esto ayuda a controlar
el flujo de aire a través del equipo en estantes.
El fondo de la cámara impelente de suministro
está conectado dentro del suelo elevado, que forma efectivamente el
conducto de suministro. La parte superior de la cámara impelente de
expulsión está conectada dentro del hueco del techo suspendido que
forma efectivamente el conducto de aire de retorno. Para conseguir
sus funciones como conductos discretos, los dos huecos están
separados por barreras verticales. Esta disposición permite una
mejora sustancial sobre el escenario normal de aire de retorno de la
sala abierto en suelo elevado presurizado. Un número limitado de
cabinas de estantes están conectadas directamente a unidades CRAC
individuales que forman un sistema de ciclo cerrado, haciendo así
mucho más eficiente el uso de aire refrigerante disponible desde la
unidad CRAC. Para mejorar adicionalmente el rendimiento del
sistema, el aire de suministro es entregado a 13ºC y mientras que
el aire de retorno se espera que sea 34ºC y 35ºC. Esto comparado
con un escenario convencional de sala abierta de suele presurizado
de suministro de aire a 13ºC y devuelve aire entre 22ºC y 24ºC.
Por tanto, se puede ver que el sistema de ciclo cerrado tiene un
\Deltat de 22ºC opuesto al sistema convencional de \Deltat de
11ºC. La ventaja principal ofrecida para este sistema es que
doblando \Deltat, es posible reducir el flujo de aire requerido
de aire refrigerado a las cabinas de estantes. Esto a su vez
significa que el ventilador de unidad de CRAC requiere el 50% menos
de potencia para accionar el flujo de aire y por tanto son posibles
ahorros sustanciales de energía. Sin embargo, este dato asume que
las pérdidas del sistema no reducen este ahorro, que no es real
dado que todavía se propone usar el suelo elevado para el cableado,
y otros factores tales como fugas a través de baldosas del suelo.
Similarmente, un techo suspendido no es un conducto mayormente no
obstruido usado normalmente para suministros de aire con conductos
de manera que, de nuevo, la resistencia al flujo de aire y fugas
dentro y desde el techo es fácil que impacte en estas figuras.
Otro problema con esta solución es que, en una
situación de modificación retroactiva, puede no ser físicamente
posible instalar un techo suspendido debido a la cantidad de
obstrucciones de servicio en lo alto ya existentes. Adicionalmente,
instalar un techo suspendido en un centro de datos vivo no es
aceptable es decir taladrar dentro del pailón estructural para
fijar los colgadores en suspensión y así sucesivamente.
Este sistema todavía padece de los problemas del
efecto chimenea o tiro natural inherente a todos sistemas de flujo
de aire vertical, requiriendo una gestión muy cuidadosa del
despliegue de dispositivos generadores de calor. Mientras cargas
de hasta 8 KW de refrigeración son reclamados para esta solución, es
difícil ver cómo puede conseguirse esto en la práctica, incluso
asumiendo la mayor eficiencia fundamental debido al mayor
\Deltat. Los números de los ensayos se han estado basando
aparentemente en clasificaciones de placas de datos de equipos o
alternativamente usando barras calentadoras. Los números reales
pueden ser un tercio de las clasificaciones de placas de datos bajo
condiciones de funcionamiento reales. También, mientras que el uso
de barras calentadoras es la solución más común en la industria para
ensayar, esto no tiene en cuenta la variación de disipación de
calor a través de dispositivos electrónicos o su resistencia al
flujo de aire - típicamente 20 pascales para un servidor casi vacío
u otro dispositivo y hasta 64 pascales para uno lleno de tarjetas
de red. Sistemas totalmente con conductos de este tipo que utilizan
conductos de trabajo discretos y cabinas bien obturadas pueden
conseguir cargas refrigeradoras de hasta 12,5 KW. Sin embargo hay
limitaciones en la profundidad o longitud de las filas de cabinas
debido a factores de velocidad de aire - los ensayos han indicado
que esto está alrededor de 20 cabinas estándar (600 mm de
ancho).
Sin embargo, el aspecto más preocupante de esta
solución desde un punto de vista de usuario se refiere al menor
flujo de aire. Los fabricantes de equipos originales (OEMs) diseñan
sus equipos de tal manera que pequeños ventiladores a veces
combinados con sumideros de calor mueven el calor lejos de los
componentes críticos y arriba en la corriente de aire atravesante.
Ventiladores adicionales, a veces tantos como ocho, aspiran aire a
través del dispositivo para expulsar el aire calentado en su parte
trasera. Los productos de un OEM pueden ser dañados por un flujo
de aire demasiado alto; especialmente, es posible "girar por
viento" o circular los pequeños ventiladores más allá de sus
propias revoluciones auto accionadas y acortar su vida o sin duda
quemarlos prematuramente. El sobreenfriamiento también puede
perjudicar al funcionamiento correcto de un dispositivo. Por otro
lado, un flujo de aire demasiado bajo puede dar lugar a
sobrecalentamiento local.
Los niveles de calor a través de un dispositivo
no son uniformes, algunas regiones son significativamente más
calientes que otras. Cada fabricante tiene temperaturas de entrada
variantes para sus equipos. Sin embargo, en la mayoría de las
situaciones de centros de datos reales hay una mezcla de productos
desde proveedores diferentes, o modelos diferentes del mismo
proveedor en cualquier estante dado. Por tanto, desde un punto de
visto práctico, un flujo de aire comprometido tiene que ser provisto
de forma que cubra la extensión de variaciones y requisitos de
temperatura de entrada experimentados a través de los dispositivos.
Por esta razón, los mayores OEMs han expresado su preocupación con
relación a cualquier método de refrigeración que reduce
intencionadamente el flujo de aire significativamente. Su
preferencia es tender hacia flujos de aire mayores ya que esto es
más fácil de asegurar un funcionamiento seguro, en vez de mover a
flujos inferiores.
Como con algunos de los otros sistemas
descritos, la función de control en estos productos se efectúa
centralmente. El recinto de la cabina es, como ya se ha observado,
fuga especialmente si el recinto es una construcción de una sola
piel, especialmente si no está aislado. Consecuentemente, si fuera
posible conseguir cargas de enfriamiento reales por encima de 5 KW
y quizás hasta 8 KW con este equipo, entonces habrá un impacto en
equipos adyacentes. En general, otros dispositivos calientes
vecinos son probable que impacten en el entorno en una cabina dada.
Mientras que este sistema puede ser descrito aproximadamente como
"obturado" - hay obturaciones de puertas - la construcción
general de cabina no cumple cualquier estándar reconocido de
clasificación "obturadora".
El siguiente grupo de productos cae bajo la
agrupación genérica de "categoría auto contenida de ciclo cerrado
obturado aire a agua". Puesto simplemente, el intercambiador de
calor está contenido en la propia cabina de estantes. El presente
invento cae en esta categoría pero al menos otro ejemplo está
también actualmente en el mercado. Esta unidad, el tema del
documento US-A-6506111, tiene un
sistema de flujo de aire de suministro y expulsión separados que
comprende dos cámaras impelentes - una en la parte delantera del
equipo en estantes y la otra en la parte trasera. Esto está en
común con otras unidades descritas previamente.
Toda la unidad se mantiene en un pedestal que
contiene los ventiladores y el serpentín intercambiador de calor.
El aire calentado desde la parte trasera del equipo en estantes es
arrastrado hacia abajo a través de la cámara impelente y dentro del
pedestal. Los ventiladores empujan el aire a través del serpentín
del intercambiador de calor y arriba en la cámara impelente en la
parte delantera del equipo en estantes, a través del equipo y atrás
dentro de la parte trasera en la cámara impelente trasera para
empezar de nuevo el ciclo.
Para superar el problema del efecto chimenea o
tiro natural inherente en cualquier sistema de flujo de aire
vertical, en la cámara impelente delantera hay incorporados varios
dispositivos de distribución. El primero de estos comprende una
placa plana que contiene una pluralidad de aberturas regulares
preformadas. Estas aberturas aumentan en número desde el fondo a
la parte superior de la cámara impelente y permitir así que el aire
fluya a través de ellos en el equipo en estantes. El modelo de los
agujeros puede ser variado para adaptarse a la carga con la
intención de entregar "aproximadamente" igual flujo de aire a
todos niveles del equipo en estantes. También es posible tener
tablillas colocadas en el aparato para proporcionar ajuste adicional
de flujo de aire, presumiblemente en un funcionamiento manual.
Otra opción de dispositivo de distribución
comprende un panel sólido con un lado elevado a lo largo de sus dos
bordes largos y una parte superior curvada enrollada por encima
montada en la parte trasera de la puerta delantera del estante. El
panel se estrecha en su profundidad de tal manera que reduce el área
en sección transversal de la cámara impelente progresivamente desde
su fondo a su parte superior. Este de nuevo está diseñado para
proporcionar flujo de aire regular a través del equipo en estantes,
de una manera similar a la sección que se reduce progresivamente
encontrada en cualquier tendido de conductos (HVAC) de aire
acondicionado, ventilación y calentamiento. Además se propone que
el mismo dispositivo pueda ser colocado en la cámara impelente
trasera de escape o en ambas cámaras impelentes. Cuanto exitoso es
este sistema para proporcionar flujo de aire regular a través de
todo el equipo en estantes no se sabe, pero parecería que todos
niveles actuales de cableado requerido puede ser obstruido por
estos dispositivos en aplicaciones de alta densidad.
Se proporcionan varios ventiladores para
redundancia aunque parece que es necesario arrastrar toda la bandeja
del ventilador para reemplazar el ventilador que ha fallado, con la
consecuencia de que el flujo de aire es interrumpido mientas esto
tiene lugar. Con aplicaciones de alta densidad, incluso en un
periodo corto mientas un ventilador es intercambiado puede tener
serias implicaciones para el equipo en estantes. Similarmente el
serpentín del intercambiador de calor se describe bien como
individual, que no es elástico al requisito mínimo de la mayoría de
los centros de datos para "n+1" a menos que sea intercambiado
en caliente, o múltiple. La opción múltiple proporcionaría
elasticidad aunque si es necesario tirar de los dos serpentines
juntos fuera para intercambiar el defectuoso cuando no parece que
sea cualquier punto en una disposición múltiple de serpentines.
Quizás esta es la razón de que las unidades de producción solo están
equipadas con un solo serpentín.
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El sistema del documento
US-A-6506111 tiene el beneficio de
retirar calor del dispositivo en estantes cerca de donde fue
generado, y de dirigir el flujo de aire. Esto también permite
cargas de calor relativamente altas a tratar - actualmente se exige
hasta 10 KW por cabina. Un suelo de sala de datos elevado no es
necesario y la posición del intercambiador de calor significa que
se consiguen las mínimas dimensiones de huella, a pesar de que con
una pérdida en la altura del estante (la variante actual es 40U).
Los elementos que contienen refrigerante están situados abajo en el
basamento minimizando el daño potencial por pérdidas, aunque no
parece que se proporcionen un contenedor sin medios de fugas.
Aunque se ha descrito un sistema obturado, este se refiere a
paneles de "colocación ajustada" (piel individual no aislada) y
no una clasificación o estándar de obturación reconocida - así la
cabina solo puede ser usada en entornos de salas de datos y está
sometida a penetración de polvo, humo frío, agua, etc. Se requieren
tuberías de interconexión y enfriadores externos.
El grupo final de productos conocidos son
sistemas de aire a refrigerante de ciclo cerrado obturados que
expulsan el calor extraído en el espacio circundante. Estos
sistemas son substancialmente autónomos, pero los más adecuados
para usar en entornos de baja densidad (o al menos no alta) en los
que el aire expulsado caliente no se añadirá a los problemas para
otros equipos. Sin embargo, aunque algunos de estos productos están
obturados según un estándar reconocido, no tienen ningún medio para
salvaguardar el entorno interno en el que el entorno externo no es
benigno, tal como condiciones de alta humedad, problema de presión
parcial y así sucesivamente. Algunos modelos tienen la unidad de
paquete autocontenido montado externamente en la parte superior, o
en los lados de la cabina. Otras variantes la tienen localizada en
el fondo de la zona con estantes. La capacidad de refrigeración
tiende a ser limitado con estos productos, en el intervalo de 1,5 KW
hasta 4 KW. Se requiere un drenaje de condensado con estos
productos; la abertura excesiva de puertas o malas obturaciones
pueden provocar drenaje continuo de condensado. La sala en la que
están situados estos productos necesita tener circulación de aire
adecuada para asegurar que la expulsión de calor es rechazada para
evitar el sobrecalentamiento de la cabina.
Ejemplos de dichas cabinas se venden actualmente
por Liebert Corporation bajo el nombre "Foundation" y por
Stulz GMBH bajo el nombre "CT Cooling Rack". Todas las marcas
comerciales son reconocidas.
La "cimentación" de Liebert está enfocada a
pequeñas oficinas en vez de centros de datos. Esencialmente, es
una cabina acotada, que puede estar obturada, con cierres en el
exterior de la cabina para evitar sabotajes. Un UPS interno montado
en estante es una opción. Se pueden emplear varios módulos
refrigerantes, por ejemplo un "módulo de control ambiental"
montado en la parte superior externa o montado en un estante interno
que enfría el equipo dentro de la cabina usando aire ambiente para
retirar calor del interior de la cabina a través de un condensador
de aire enfriado. Por supuesto, esto toma algo del espacio que de
otra forma podría ser dedicado a servidores, si se pudieran superar
sus problemas de generación de calor. El aire calentado es
expulsado cerca del fondo de la unidad.
Otras opciones de enfriamiento son un ventilador
que puede estar montado dentro de la cabina para favorecer la
circulación de aire en la cabina, y un módulo de enfriamiento de
respaldo que responde a excesiva temperatura interna haciendo
circular aire ambiente filtrado a través de la cabina. Otra opción
de refrigeración es un ventilador montado en el techo para ventilar
un espacio confinado fuera de la cabina, calentado por aire caliente
desde la cabina. Las unidades en el estante no pueden ser
mejoradas sin apagar toda la unidad.
El "CT Cooling Rack" de Stulz es un sistema
refrigerador para recintos electrónicos que pueden ser colocados
sobre cabinas actuales, y está dirigido principalmente al mercado de
PABX en telecomunicaciones. El sistema refrigerador está también
disponible con una cabina que comprende tres lados y una puerta de
cristal, con la unidad refrigeradora situada en la parte superior
de la cabina. El aire dentro de la cabina es enfriado por aire
ambiente que es extraído a través de un intercambiador de calor en
la unidad refrigeradora y después se hace circular dentro de la
cabina. De nuevo, un UPS montado en un estante interno es una
opción.
Ninguno de los productos de Stulz o Liebert es
capaz de conseguir el grado de refrigeración requerido por una
cabina 42U-plus completamente llena en un centro de
datos grande. También, mientras sus provisiones refrigeradoras
localizadas van algo hacia reducir los problemas de contaminación e
ineficiencia de refrigeración completa de sala, todavía padecen de
flujo de aire ineficiente y mal definido dentro de la cabina. Por
ejemplo, el flujo de arriba abajo de aire frío desde las unidades
refrigeradoras montadas en la parte superior va contra el flujo
natura hacia arriba de aire caliente, y hay riesgos de problemas de
condensación ya que la humedad en el aire caliente ascendente se
encuentra el flujo frío hacia abajo. Además de esto, todavía hay el
riesgo de que algunos servidores recibirán menos aire refrigerante
del que deberían, y el fallo de un ventilador interno de servidor
dará lugar a sobrecalentamiento.
Resumiendo todo lo anterior, los expertos en la
técnica saben que características térmicas y movimiento de flujo de
aire dentro de un ambiente típico de sala de datos son
extremadamente complicados y, a la larga, lleno de incertidumbre.
Cuando las cargas refrigeradoras aumentan, este problema se hace más
crítico. Soluciones refrigeradoras convencionales pueden hacer
frente hasta, por ejemplo, 2 KW a 3 KW por cabina, siempre y cuando
el cableado y otros requisitos sean moderados. Por encima de este
nivel, se hace necesario bien extender el equipo ampliamente, lo
que puede no ser práctico o rentable, o colocar límites restrictivos
en varios de los dispositivos calientes que pueden ser empleados
dentro de un estante. Se recordará con respecto a esto que una
densidad típica de despliegue máximo es solo un 40% del espacio del
estante. Actualmente, dichos límites son forzados a menudo en
usuarios debido a la acción de disparadores térmicos en los equipos
electrónicos.
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Además, el documento
US-A-5414591 describe un sistema de
almacenamiento en disco magnético que comprende una pluralidad de
unidades de discos magnéticos en una carcasa, que incluye una puerta
y una pared trasera. La puerta está provista con ventanas de
tablillas hacia abajo que tiene entradas, y la pared trasera está
provista con ventanas de tablillas hacia arriba que tienen salidas.
El aire refrigerante es obligado a fluir en el sistema
horizontalmente a través de las entradas en la puerta y hacia fuera
a través de las salidas en la pared trasera.
El invento se ha diseñado contra este
antecedente.
De acuerdo con el presente invento, por tanto,
se proporciona una cabina según la reclamación 1 por debajo para el
alojamiento de una serie vertical de unidades productoras de
calor.
En virtud de este invento, el aire fluye a
través de la primera cámara impelente en el uso como una cortina de
fluido que se mueve horizontalmente que es que es preferiblemente de
forma substancialmente uniforme desde la parte superior al fondo a
través de la serie. Esto ayuda a asegurar un reparto uniforme de
aire refrigerante entre todas las unidades productoras de calor
tales como servidores.
La entrada a la primera cámara puede ser una
ranura substancialmente vertical por detrás de la primera cámara
impelente, que preferiblemente se extiende substancialmente toda la
extensión vertical de la serie o la cámara
impelente.
impelente.
La salida desde la segunda cámara impelente
lleva el flujo de aire a una planta para refrigeración e impulsión
del fluido. La planta incluye preferiblemente al menos un
intercambiador de calor y al menos un impulsor. Es posible que el
intercambiador de calor esté bien aguas arriba o bien aguas abajo
del impulsor. La planta puede incluir además uno o más filtros
para filtrar el aire antes de que vuelva a la primera cámara
impelente.
La planta puede incluir un solo intercambiador
de calor, que es relativamente fiable y tiene menos necesidad de
redundancia, y una pluralidad de impulsores, que son relativamente
poco fiables y tienen más necesidad de redundancia. Cada impulsor
puede estar asociado con una válvula antirretorno que se cierra en
el caso de fallo del impulsor, evitando el cortocircuito del flujo
de aire a través del impulsor que ha fallado.
Para la compactación a la vez que se aumenta la
eficiencia la cortina de aire mencionada antes, los impulsores están
dispuestos preferiblemente en una serie substancialmente
vertical.
Para una facilidad de mantenimiento,
especialmente donde no hay redundancia de equipo, se prefiere que al
menos el intercambiador de calor sea un módulo reemplazable en el
uso de la cabina. Por ejemplo, el intercambiador de calor puede
estar montado en la cabina en rieles que soportan el intercambiador
de calor cuando es retirado de la cabina, y puede estar acoplado a
conductos de suministro de refrigerante por conectores de rotura
seca.
En disposiciones compactas preferidas, la planta
está alojada en una cámara de planta por detrás de la cámara de
equipo. El aire puede circular durante el uso entre la cámara de
planta y la cámara de equipo: por ejemplo, el flujo de aire a
través de la cámara de equipo puede ser substancialmente paralela y
estar opuesta al flujo de aire de la cámara de planta. Es
ventajoso para el flujo de aire general que sea substancialmente
horizontal por toda dicha circulación. A pesar de todo, se
prefiere que el flujo general de aire que emana de la cámara de
planta experimente un cambio de dirección substancialmente ortogonal
para entrar en la primera cámara impelente y que el flujo de aire
general que emana desde la segunda cámara impelente experimente un
cambio de dirección substancialmente ortogonal para entrar en la
cámara de planta.
Al menos una puerta permite adecuadamente el
acceso a la cámara de planta independientemente al acceso a la
cámara de equipo. Así, por ejemplo, puertas respectivas permiten el
acceso a la cámara de planta y la cámara de equipo pueden tener
cierres independientes capaces de permitir el acceso a una cámara
pero no a ambas, de manera que solo personal autorizado está
permitido acceder a cada cámara.
En realizaciones preferidas, la cámara o cada
cámara impelente se extiende substancialmente de manera vertical
entre una pared vertical de la cabina y una cara vertical de la
serie, y aberturas atravesantes de la serie están distribuidas a
través de la cara de la serie. Las aberturas a través de la serie
se extienden preferiblemente de manera substancialmente horizontal
entre cámaras impelentes primera y segunda opuestas respecto la
serie. Elegantemente, la pared vertical puede ser una puerta o panel
desmontable que permiten el acceso a la cabina.
La cabina del invento está adaptada
preferiblemente a alojar unidades con forma de servidores. Puede
alojar también o estar adaptada para alojar unidades supresoras de
fuego y/o suministro de energía, y puede incluir además medios de
transferencia de calor para llevar calor lejos de la cabina.
De acuerdo a otro aspecto del presente invento
se proporciona un método para enfriar una serie vertical de unidades
productoras de calor, según la reivindicación 26 posterior.
El invento se extiende también a una instalación
de centro de datos que comprende al menos una cabina del invento o
que funciona de acuerdo con el método del invento. La instalación
puede incluir además medios de interbloqueo de puerta que evitan el
acceso a una cabina si no se cumplen las condiciones especificadas.
Una de tales condiciones es autorización de usuario para acceder a
la cabina. Otra es compatibilidad ambiental dentro y fuera de la
cabina, para evitar condensación. Otra es que un recinto externo
alrededor de la cabina debe estar cerrado.
Un recinto externo alrededor de la cabina
incluye preferiblemente medios de aire acondicionado para controlar
la temperatura y/o humedad alrededor de la cabina. Ese recinto
puede estar equipado con paneles externos separados de las paredes
del recinto para ensombrecer, aislar y enfriar las paredes.
La cabina del invento que se describirá en esta
memoria consigue ahorros de energía en comparación con cabinas
convencionales de estantes de equipos, en los que estos son
enfriados usando sistemas de suelo elevado presurizado junto con
unidades cerradas de manejo de aire de la sala con control por
ordenador (CRAC o CRAH). El sistema de cabina permite que los
estantes con cargas de calor/refrigeración muy diferentes estén
situados juntos entre sí sin que una afecte a la otra.
Las cargas de calor generadas por dispositivos
electrónicos varían a menudo debido al estado operacional del
dispositivo en cualquier momento dado. El sistema de cabina del
invento reacciona a esto entregando solo la cantidad de
refrigeración que es requerida en cualquier momento dado al equipo
específico en cada estante. El sistema es capaz de utilizar todo el
espacio del estante para dispositivos calientes en oposición a
cabinas/estantes convencionales que típicamente están limitados al
40% del espacio del estante. El sistema es capaz de manejarse con
cargas de alta densidad de hasta 15 KW por carga de refrigeración de
estante IT y más.
Para mantener un entorno cerrado, la cabina del
invento está preferiblemente obturada con clasificación de
Protección de Entrada (Ingress Protection) de "IP55". Estos
dígitos representan la resistencia a la entrada de agua desde
chorros ligeros de agua puestos sobre la cabina, y resistencia a
entrada física de polvo transportado en el aire. Obturar la cabina
de esta manera evita la entrada de polvo que a menudo es un problema
en centros de datos debido al trabajo de mantenimiento o
construcción en curso que tiene lugar después de que el centro de
datos empieza su funcionamiento. La obturación resiste también la
entrada de agua, especialmente en instalaciones de varios ocupantes
en los que algunos ocupantes o técnicos pueden realizar actividades
que dan lugar a derrames de agua a los que están debajo. En
particular, el equipo no puede ser dañado por goteo o pulverización
de agua a través de puertas convencionales perforadas.
La cabina del invento contiene todos los
requisitos para un entorno de centro de datos (control
ambiental/refrigera-
ción, detección/protección de fuego, gestión y seguridad de energía) en la cabina. En su variante autónoma, proporciona un entorno de centro de datos para usar en cualquier sitio, externa o internamente. Combinado con su planta remota modular de enchufar y funcionar, la cabina del invento proporciona una solución realmente ampliable que puede ser ampliada tanto hacia arriba como hacia abajo.
ción, detección/protección de fuego, gestión y seguridad de energía) en la cabina. En su variante autónoma, proporciona un entorno de centro de datos para usar en cualquier sitio, externa o internamente. Combinado con su planta remota modular de enchufar y funcionar, la cabina del invento proporciona una solución realmente ampliable que puede ser ampliada tanto hacia arriba como hacia abajo.
El invento permite, por tanto, la provisión de
un entorno física y ambientalmente seguro y protegido para situar
la tecnología crítica IT/eléctrica actual y futura en distribución
de alta densidad. La distribución de alta densidad en este sentido
significa la capacidad completa de ocupar la zona de estantes del
elemento de cabina 100% con dispositivos calientes para enfriar
cargas entre 3 KW y hasta 20 KW por cabina. El invento facilita
esta distribución sin que el usuario tenga que estar preocupado de
las posiciones relativas del equipo técnico en el espacio de
estante con relación al rendimiento técnico. En particular, el
efecto chimenea o tiro natural es eliminado esencialmente debido a
la entrega de flujo de aire horizontal al equipo.
Debido a la estrecha proximidad del
intercambiador de calor de agua enfriada a la fuente de calor
combinada con el "conducto de aire" relativamente ancho,
recordando que sistemas de aire forzado convencionalmente dirigido
que fluye verticalmente tienen un conducto relativamente estrecho,
se transfiere muy poco calor por convección a las paredes internas
de la cabina. Además, debido a la construcción preferida de núcleo
aislado con doble piel de las paredes de cabina, cualquier calor
que es transferido no es conducido a través del núcleo de la piel
externa. Similarmente, la ganancia o pérdida de calor no se
experimenta desde el lado de la sala de la cabina para perturbar el
ambiente controlado con precisión.
El invento pone una atención estrecha a
problemas potenciales de "puenteo en frío" y la calidad de
obturación: la mayoría de contenedores estándar de la industria
fugan gravemente, a veces incluso los reivindicados como obturados.
La cabina cumplirá las características IP55 como un mínimo (si es
necesario se pueden conseguir mayores características de protección
a entradas) y se puede considerar "sala neutra". Esto es
particularmente importante cuando un usuario desea ubicar
distribución de alta densidad en un ambiente existente sin causar
problemas al equipo existente. Este ambiente seguro está provisto
con una forma que permita su uso en cualquier ubicación en la que
puede ser razonablemente requerido, es decir, no solo en un ambiente
de sala de datos sino también en espacios ordinarios internos y
externos tales como oficinas, fábricas, almacenes, aplicaciones
marinas y en lugares abiertos tales como puede ser necesario para
uso en construcción o militar.
El contenedor del invento alojará con seguridad
cualquier producto con estantes montados
EIA-310-D 19' con ventilación de
delante atrás que incluye servidores de cuchilla, de cualquier
vendedor u OEM. La arquitectura del sistema está diseñada para
proporcionar un mínimo de redundancia n+1 para el servicio alojado y
alta disponibilidad y tolerancia a fallos. Por ejemplo,
componentes más fáciles de fallar bajo análisis de riesgos están
diseñados para ser "enchufados en caliente".
Los sistemas de control automatizados minimizan
los requisitos de intervención humana que dependiendo de la
investigación considerada puede sumar hasta el 40% de tiempo de
parada. Los sistemas de control están diseñados para proporcionar
supervisión proactiva remota y control para minimizar la oportunidad
para fallos vistos anteriormente.
La arquitectura del sistema proporciona
capacidad de ampliación verdadera tanto hacia arriba como hacia
abajo, permitiendo que los usuarios se emparejen a las necesidades
reales actuales con niveles apropiados de provisión de seguridad en
vez de sobre diseño en base a lo que será necesario o puede ser
necesario en algunas fechas futuras.
Intentar conseguir eficiencia de energía con un
sistema a nivel de sala presenta varias dificultades. Por ejemplo,
el recorrido de entrega para aire enfriado por ejemplo en una
solución de suelo presurizado está sometido a numerosas variables,
tales como obstrucciones bajo el suelo, topografía de superficie de
la sala y cargas de equipo que varían ampliamente a través de la
sala. Un recorrido de aire prolongado desde la planta al
contenedor y vuelta a la planta, dependiendo del sistema particular
usado, uso ineficiente de riesgos de la planta central por ejemplo
desviación de aire enfriado, pérdida de presión estática y demasiada
presión estática. Acortando la distancia desde la fuente de
generación de calor al punto en el que se transfiere calor por
medio de convección a un medio más denso que el aire, y limitando el
volumen del espacio técnico a enfriar (por abajo del nivel de
cabina) es posible manejar eficientemente con cargas de calor muy
altas.
El invento proporciona un sistema preconfigurado
en el que todos problemas de interfase entre los elementos se han
tratado con un solo sistema e incorporado dentro de él antes de la
entrega al usuario final. La provisión de confianza en vez de
incertidumbre de sistemas tradicionales permite que los usuarios
cumplan necesidades de auditoria con facilidad bajo requisitos de
gobierno corporativo.
Ya se ha hecho referencia a la figura 1 de los
dibujos que se acompañan, que es una vista lateral esquemática en
sección de un centro de datos convencional que tienen cabinas de
equipos que son enfriadas por una unidad de acondicionamiento de
aire de sala con control cerrado (unidad CRAC) en el espacio
técnico.
Para que el invento pueda ser entendido más
fácilmente, ahora se hará referencia, a modo de ejemplo, a los
dibujos restantes, en los que:
La figura 2(a) es una vista seccional en
planta de la cabina del invento en un entorno no controlado,
equipado así con un segundo recinto;
La figura 2(b) es una vista en sección de
la cabina y recinto tomado en la línea Y-Y de la
figura 2(a);
La figura 2(c) es una vista en sección de
la cabina y recinto tomados en la línea X-X de la
figura 2(a);
Las figuras 3(a), 3(b) y
3(c) corresponden a las figuras 2(a), 2(b) y
2(c) pero que muestran paneles de entorno externo fuera del
segundo recinto;
La figura 4 es un diagrama esquemático que
muestra las conexiones de fluido y energía de un sistema que
incorpora cabinas del invento;
La figura 5(a) es una vista en sección en
planta de una cabina de acuerdo con el invento;
La figura 5(b) es una vista lateral en
sección de la cabina de la figura 5(a);
La figura 5(c) es una vista trasera en
sección de la cabina de las figuras 5(a) y 5(b);
La figura 5(d) corresponde a la figura 1
pero muestra la cabina de las figuras 5(a) a 5(c)
alojada en espacio técnico y que reemplaza una de las cabinas de la
figura 1;
La figura 6(a) es una vista en planta en
sección de una cabina alternativa del invento;
La figura 6(b) es una vista lateral en
sección de la cabina de la figura 6(a); y
La figura 7 muestra como el serpentín de tipo
cartucho puede ser intercambiado en caliente durante el
mantenimiento o reparación.
Haciendo referencia en primer lugar a las
figuras 2(a), 2(b) y 2(c), figuras 3(a),
3(b) y 3(c) y la figura 4, realizaciones preferidas
del invento comprenden tres elementos principales que juntos
permiten un sistema autónomo 28 de cabina, en el sentido de una
instalación de centro de datos en una sola cabina de equipos que no
se basa en provisión de servicio externo en vez de conexiones de
refrigerante y energía eléctrica. Si se requiere, se pueden
proporcionar instalaciones de refrigerante y energía que puede ser
provisto usando patines de planta que pueden, por ejemplo, incluir
un grupo generador para la provisión de energía eléctrica. Por
supuesto son posibles conexiones de energía principales seguras y
adecuadas y, en la mayoría de los casos, preferidas.
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El primer elemento del sistema es la propia
cabina 30 de equipo, que está obturado de su entorno inmediato.
Cuando se usa en ambientes no controlados 32 como en las figuras
2(a), 2(b) y 2(c), la cabina está situada en
un recinto externo secundario 34 que la aísla del entorno y
proporciona una zona en la que la humedad puede ser controlada por
una unidad refrigeradora 36 de paquete pequeño. Una unidad
refrigeradora (ECU) de equipo en la cabina 30 proporciona control
de humedad y refrigeración/calentamiento y se conecta por un sistema
40 de tuberías a unos patines 42 de planta (mostrada en la figura
4). La puerta 44 del recinto externo 34 está interbloqueado con la
puerta de cabina por medio del sistema de control para evitar que
ambos sean abiertos al mismo tiempo.
Además, si en un entorno externo, se pueden
añadir paneles extra 44 fuera y separados del recinto secundario 34
como se muestra en las figuras 3(a), 3(b) y
3(c). Estos proporcionan refrigeración pasiva por virtud de
flujo de aire a través de huecos entre los paneles 44 y el recinto
34 y confinan también que las paredes del recinto externo 34 están
en condiciones de sombra. Esto minimiza la refrigeración requerida
para el espacio 32 de recinto externo.
Específicamente, los paneles extra 44 reflejan
la ganancia solar directa y por virtud de los huecos, proporcionan
también unos medios de ventilación/refrigeración pasiva. En el caso
de ganancia solar experimentada por los paneles 44, el aire
calentado en el hueco entre los paneles 44 y el recinto externo 34
crea un efecto chimenea/tiro natural en el que el aire entra por
debajo del borde inferior del panel 44 y sale en el borde superior.
Así, hay un suministro continuo de aire fresco refrigerante y
expulsión de aire caliente antes de que el aire caliente pueda
transferir significativo calor al recinto externo. Similarmente un
panel horizontal puede proporcionar una cavidad de techo
atravesante ventilada. Esto asegura que la estructura principal
externa aislada de recinto permanece en condiciones de sombra que
minimizan la cantidad de refrigeración requerida para mantener un
entorno ambiental adecuado.
Haciendo referencia ahora a la figura 4 en
particular, el segundo elemento del sistema 28 es el sistema 40 de
tuberías que conecta la ECU 38 de cabina a los patines 42 de planta
enfriadora remota. Esto comprende un sistema prefabricado de tubo
en tubo aislado para proporcionar máxima protección contra fugas.
El sistema 42 puede ser conectado en un nivel alto o bajo a la
cabina 30 por medio de un latiguillo flexible 40 tubo en tubo. El
latiguillo flexible 48 está conectado a una caja 50 de válvula que
contiene válvulas aislantes de flujo y retorno (para sistemas
individuales de cabina) o un grupo prefabricado de equilibrio de
puesta en servicio (para múltiples cabinas). El tubo en tubo
rígido 52 discurre desde la caja 50 de válvulas a los propios
patines de planta de enfriadora 42.
El tercer elemento del sistema 28 es el patín
remoto 42 de planta enfriadora que comprende uno de un intervalo de
patines modulares dimensionados para adecuarse a cualesquiera
permutaciones de números de cabinas que sean requeridas. Aunque no
se muestra, cada patín 42 está dispuesto con dos enfriadores (que
proporcionan redundancia n+1), un depósito intermedio, un colector
mezclador, grupos de bombas de velocidad variable, un actuador y un
panel de control.
Esta combinación de elementos permite una
disposición ampliable verdadera, en primer lugar cabina a cabina, y
en segundo lugar por planta remota modular. Cuando se añaden
cabinas en pequeños incrementos en el tiempo, se alcanzará un punto
en el que la multiplicidad de módulos remotos de planta no será
dimensionada correctamente con relación a la carga total para
proporcionar máxima eficiencia en costes de mantenimiento y
funcionamiento. En el invento, los patines 42 de planta que están
diseñadas por tanto sobre la base de "enchufar y funcionar"
pueden ser añadidos dentro o ser sacados del sistema 40 de tuberías
sin cerrar el servicio. Esto permite que los patines 42 de planta
sean intercambiados en cualquier momento en el futuro, y más módulos
de tamaño apropiado añadidos para mantener máxima eficiencia con
relación a costes de mantenimiento y funcionamiento.
En contraste, uno de los problemas con
tecnología actual de centros de datos es que la planta tiene que ser
dimensionada para la última carga total, lo que significa que la
planta puede ser sobredimensionada para periodos de a veces años
hasta que la carga actual se aproxima a ese nivel. Si,
inversamente, la planta es más pequeña de lo normal para la carga
total eventual, entonces esto provoca problemas en el futuro con
perturbación a los servicios en la vida que requieren mejora.
En términos de conexiones de servicio, la cabina
30 de invento es llevada por el suelo elevado de la sala de datos o
directamente por el suelo sólido del edificio según se requiera.
Cables de energía eléctrica están conectados a la cabina 30 por
medio de tapones "comando" montados en un panel situado ambos
en el fondo y la parte superior de la cabina para permitir bien la
conexión desde el hueco del suelo elevado o el hueco del techo u
otros servicios por encima de la cabeza si no se coloca un techo
suspendido. Hay cuatro conexiones eléctricas a la cabina:
- (i)
- suministro seguro "limpio" A y B de 32 Amperios para alimentar de energía las (PDUs) Unidades de Distribución de Energía a los estantes de equipo con doble cordón;
- (ii)
- suministro seguro "sucio" C1 y C2 de 16 Amperios para alimentar de energía la ECU 38. Estos suministros (limpio y sucio) están separados para evitar cualquier posible problema por ruido de tierra que sea transmitido desde la ECU 38 al PDU del estante de equipo. Los suministros C1 y C2 discurren por medio del FPU montado en estante que contiene un interruptor de circuito de 16 amperios que es abierto en el caso de una condición de alarma de fuego para para los ventiladores de la cabina. Un enlace de apagado por emergencia (EPO) discurre también desde el FPU a las cajas de enlaces PDU para parar el PDU en el caso de una condición de fuego. Si hay colocado un interruptor de transferencia o UPS a poner en estantes está también conectado al EPO del FPU.
- (iii)
- Entre las conexiones de entrada eléctricas A y B y las dos cajas (A y B) de enlace del equipo PDU están situados en el fondo del espacio con estantes que constantemente supervisa el voltaje RMS, corriente RMS, y KWh de cada PDU. Cada una de las salidas individuales de enchufe (IEC 10A como salida de enchufe un estándar para cada posición U de espacio en estantes) se puede conmutar remotamente (no hay interruptores colocados a la tira PDU para evitar el apagado accidental personal del servicio erróneo).
- (iv)
- Las cajas de enlaces están provistas con una pantalla LCD de la corriente RMS instantánea, voltaje RMS, y KWh acumulados. Un MCB de doble polo de clase C de 32A proporciona protección de corriente. Un puerto de comunicaciones (EIA RS485) está provisto para conmutación individual de enchufe, datos de entrada/salida y potencia y un puerto de programación de datos (RJ45).
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Hay dos conexiones de agua enfriada sobre la
cabina hechas con conectores de "interruptor seco" y
latiguillos flexibles (tubo en tubo) 48, bien a bajo nivel o a alto
nivel. Los latiguillos flexibles se conectan a la caja obturada 50
de válvulas, con el latiguillo externo enroscado sobre el
alojamiento de la caja mientas que el tubo interno pasa a través de
la caja para conectarse las válvulas en él. La caja 50 de válvula
contiene bien válvulas aislantes (una sola cabina) o un grupo de
puesta en servicio/equilibrio (varias cabinas). Así estos
elementos que pueden posiblemente aumentar hasta una fuga, a saber
los cuerpos de válvula/conexiones de válvula, son contenidas en el
recinto a prueba
de fugas.
de fugas.
Un sistema rígido 52 tubo en tubo discurre desde
el otro lado de la caja 50 de válvula del patín 42 de planta. El
sistema 40 de tubos es suministrado en formato prefabricado
(longitudes de 3 m/5 m) que comprende un tubo interno de triple
capa plástico/metal/plástico al que hay unido un aislante. El tubo
externo corrugado facilita el tirar de la funda externa y aislante
para hacer la unión de tubo (bien plegado o soldado por fusión).
La unión está hecha y un collar obturado a vapor aplicado sobre la
unión. Los soportes de tubo ensamblado previamente y ajustables
permiten la fijación del recorrido del tubo externo a la estructura
del edificio. La cinta de detección de fugas puede estar dispuesta
en el tubo externo unido al controlador de cabina. Un depósito
intermedio requiere rellenarse con agua; pero una vez lleno no
requiere una alimentación permanente de agua fría.
Cuando se requiera (y si hay suficiente
capacidad refrigerante) para conectar el sistema 28 de cabina a un
suministro de agua enfriada existente de las instalaciones, entonces
es necesario proporcionar un módulo de planta para elevar la
temperatura del suministro de agua enfriada a 11,5ºC antes de entrar
al suministro de agua enfriada de la cabina.
El sistema 28 de cabina puede funcionar
completamente solo, o tener un tendido de conexión de datos desde
el controlador de cabina a un PC de escritorio local, una sala de
control local, o por medio de una puerta de enlace LON o un SNMP
para comunicarse por medio de un enlace de Intranet o Internet para
acceso remoto. Similarmente, el panel de control remoto del patín
de planta puede estar unido a un PC de escritorio local, una sala
de control local, o por medio de una puerta de enlace LON o un SNMP
para comunicarse por medio de un enlace de Internet o Intranet para
acceso remoto. La detección de fugas en el suministro de tubo en
tubo (si se coloca, siendo opcional) es conectado al controlador de
cabina.
Haciendo referencia ahora a las figuras
5(a), 5(b), 5(c) y 5(d), la cabina 30
del invento es generalmente cuboidal y está construida mayormente
de paneles de acero rectangulares que pueden ser estructurales,
aunque la cabina 30 también puede tener un bastidor estructural
subyacente al que están unidos los paneles. Los paneles definen
paredes superior e inferior 56, 58 horizontales y paralelas y
paredes laterales verticales paralelas 60, 62, 64, 68 que se
extienden entre las paredes superior e inferior. Una partición
vertical 68 se extiende paralela a las paredes laterales, también
entre las paredes superior e inferior.
La cabina 30 comprende dos partes principales
divididas por la partición 68, a saber un espacio 70 de equipo que
se puede poner en estantes además de una unidad refrigeradora de
equipo o ECU 38. En otras palabras, la partición 68 dentro de la
cabina 30 define una cámara de servidor para colocar estantes además
de una cámara de planta para impulsar y refrigerar aire a pasar a
través y entre servidores en los estantes.
La partición 68 no se extiende toda la
profundidad de las paredes laterales 60, 62, 64, 66 ó las paredes
superior o inferior 68, 70, dejando por tanto huecos o ranuras en
la parte delantera o trasera de la partición. Estos huecos o
ranuras establecen recirculación de flujo de aire entre el espacio
del servidor y el espacio de planta, por medio de una cámara
impelente de una cámara impelente delantera de suministro que se
extiende por la cara delantera de un banco de servidores apoyados
por los estantes y la cámara impelente trasera de expulsión que se
extiende por la cara trasera de ese banco de servidores.
El invento contempla, por tanto, una carcasa de
cabina que forma dos zonas internas; un espacio 70 de estantes de
equipo y un espacio de ECU. Ventajosamente, la parte de la carcasa
que define el espacio de ECU es desmontable de la parte de la
carcasa que define el espacio 70 de estantes para permitir un acceso
de instalación más fácil en edificios existentes con anchura de
abertura de puerta limitada. Sin embargo, esto no es esencial para
el invento en su amplio sentido.
La carcasa tiene una construcción con doble piel
para reducir peso, proporcionar integridad estructural, reducir
transmisión de ruido, reducir transmisión térmica y aumentar la
seguridad. La carcasa puede estar construida de cualquier variedad
de materiales para adaptarse mejor a aplicaciones específicas, o una
combinación de ellas, por ejemplo pieles de acero, aluminio o
plástico con rellenos de madera mineral, panal de aluminio, espuma
de alta densidad o núcleos de panal sintético.
La cabina 30 contiene estantes 72 que definen
compartimentos capaces de acomodar un número correspondiente de
unidades 1U tales como servidores. Por supuesto, unidades más
profundas de 2U o más de espesor pueden ser acomodadas si el número
total de unidades en la cabina 30 es disminuido. Las unidades están
situadas estrechamente juntas en una configuración similar a pilas
estratificadas, aunque las unidades están soportadas desde los
lados de la cabina y realmente no están apiladas en el sentido de
depender entre sí. Esto significa que las unidades pueden ser
retiradas y reemplazadas sin perturbar a unidades adyacentes por
encima o por debajo.
Alguna capacidad en los compartimentos en el
fondo de la cabina 30 puede estar dedicada a una unidad de gestión
de energía eléctrica tal como un UPS y una capacidad adicional en
compartimentos en la parte superior de la cabina puede estar
dedicada a una unidad de gas supresora de fuegos. Esto deja la
capacidad restante para otras unidades tales como servidores
protegidos por la unidad de gestión de energía y la unidad supresora
de fuegos.
La unidad supresora de fuegos puede, por
ejemplo, ser una unidad de descarga de gas que contiene la sustancia
supresora heptafluoropropano, como se vende comúnmente bajo la
marca comercial FM200 de Great Lakes Chemical Corporation y
conocida genéricamente como HFC-227ea. La descarga
de gas puede ser activada por un detector de humos tal como el
vendido bajo la marca comercial VESDA de Vision Systems Group.
De manera convencional, cada servidor en la
cabina 30 define un recorrido de flujo de aire entre aberturas de
ventilación tales como rejillas en sus caras delantera y trasera,
cuyas aberturas pueden ser referidas como aberturas de ventilación
delanteras y aberturas de ventilación trasera, respectivamente. Por
supuesto, puede haber otras aberturas en la parte superior,
inferior o los lados de los servidores. Cada servidor incluye
también típicamente un impulsor para estimular el flujo de aire
refrigerante a lo lardo del recorrido alrededor de las fuentes de
calor en el servidor.
Será claro que cada cabina 30 define un entorno
obturado que, en situaciones de emergencia, tiene un elemento
importante de autosuficiencia en términos de refrigeración,
protección al fuego y suministro de energía. Hasta este punto,
cada cabina 30 es mini centro de datos que es apto para ser colocado
a posteriori en un lugar existente, y que puede ser
rellenado hasta su máxima capacidad sin sobrecalentarse como se
describirá con más detalle después.
El acceso al interior de la cabina 30 es por
medio de cuatro puertas, dos en la parte delantera 74, 76 y dos en
la parte trasera 78, 80. Una puerta de cada par 76, 80 da acceso a
la ECU 38 y la otra puerta de cada par 74, 78 da acceso al estante
del equipo. Las puertas están abisagradas en un lado y obturadas
alrededor de su periferia. Pueden estar acristaladas aunque esto no
es técnicamente significativo.
Las puertas 74, 78 que dan acceso al estante 70
de equipo están separadas de la parte delantera y la parte trasera
de las unidades de servidores de manera que en conjunto con los
paneles laterales 60, 66 y la partición 68, crean una cámara
impelente delantera 82 de suministro que comunica con las aberturas
delanteras de ventilación de las unidades de servidores y una
cámara impelente trasera 84 de expulsión que comunica con las
aberturas traseras de ventilación de las unidades de servidores.
La cámara impelente trasera 84 de expulsión está
cerrada en todos los lados excepto en uno, cuando se comunica con
la cámara 38 de planta a través de un hueco o ranura 86 en la parte
trasera de la partición, por tanto para expulsar aire que ha sido
calentado por su paso a través de las unidades de servidores. Ese
aire es enfriado, filtrado e impulsado a través de la cámara 38 de
planta en la cámara impelente delantera 82 de suministro por medio
de un hueco o ranura 88 en la parte delantera de la partición. Como
la cámara impelente trasera 84 de expulsión, la cámara impelente
delantera 82 de suministro está cerrada en todos los otros
lados.
Substancialmente todo el aire que entra debe
pasar a través de la cámara impelente delantera 82 y desde ahí a
través de las aberturas delanteras de ventilación de los servidores.
Para asegurar esto cuando la cabina no está llena, se deben fijar
placas de extinción a través de cualquier compartimiento no ocupado
por servidores; de otra forma, el aire fluiría preferiblemente a
través de los huecos resultantes, alrededor en vez de a través de
los servidores.
Cada puerta 74, 76, 78, 80 es bloqueable por
cierres eléctricos de puerta (preferiblemente magnéticos) bajo
control de tarjeta inteligente, en cuyo extremo hay dispuesto un
lector de tarjetas (no mostrado) en la parte delantera y parte
trasera de la cabina. Las tarjetas inteligentes pueden estar
programadas para dar acceso a cualquiera de las puertas de ECU, las
puertas 74, 78 de estante de equipo o todas las puertas dependiendo
de las tareas del personal expedido con la tarjeta. Adicionalmente,
se pueden programar tarjetas para hacer funcionar el acceso a las
puertas de la sala en la que está situada la cabina 30 y todas las
otras puertas de acceso en ruta hacia ella.
En la base de la cabina 30, una unidad 90 de
cajón seguro aloja sistemas programables de control necesarios para
hacer funcionar el sistema 28. Sin embargo, esta colocación no es
esencial: otras variantes o modelos pueden situar el sistema de
control en cualquier otro sitio, por ejemplo dentro del espacio del
ECU o montado en la puerta. Cualquiera que sea la posición, el
principio es el mismo en que el acceso a los controles debe ser
posible sin tener que entrar al espacio 70 con estantes.
Donde diferente personal mantiene los
controles/ECU y el espacio con estantes, ninguno debe tener acceso
libre a las otras zonas de responsabilidad para evitar incidentes
de mantenimiento/operacionales que pueden dar lugar a tiempos de
parada. Consecuentemente, tras la presentación de la tarjeta
inteligente al lector de tarjetas inteligentes, el controlador
programable dentro de la cabina 30 comprueba con un registro de
seguridad que el usuario está autorizado a entrar en la cabina.
Habiendo confirmado esto, el controlador usa
entonces sensores para comprobar el entorno externo e interno, que
debe ser similar aunque el entorno de la cabina es controlado con
más precisión. Si hay una discrepancia entre el entorno externo e
interno que puede dar lugar a un problema de punto de condensación
cuando las puertas están abiertas, entonces los bloqueos eléctricos
de puerta no son liberados. De otra manera, el aire de la sala
puede depositar humedad dentro de la cabina 30 a llevar por el flujo
de aire sobre el equipo en estantes o directamente sobre el propio
equipo en estantes. Así, en el caso de tal discrepancia, se da un
aviso por una luz o zumbador a la persona que intenta obtener
acceso, alertándolos de que el entorno de la cabina debe ser
ajustado primero.
Para armonizar los entornos externo e interno,
el controlador puede usar ventiladores de velocidad variable y
válvulas de agua enfriada para ajustar el entorno interno para
eliminar el problema. Una vez que esto a sido conseguido, el
indicador de aviso cesa y los cierres de puertas se liberan. Si los
entornos externo e interno están demasiado separados para armonizar
de esta manera, entonces los cierres de puerta no se liberarán. El
usuario tiene entonces que encargarse de la razón por la que entorno
externo de sala de datos que se ha movido tan lejos fuera de sus
límites especificados. Si la razón para denegar el acceso fuera
debido a un fallo con el controlador, esto puede ser verificado por
medio de otra condición de alarma (general). Si este es el caso,
entonces es posible abrir las puertas con la llave manual de
anulación que debe ser mantenida en un punto de seguridad separado.
Los fiadores o cierres manuales pueden estar dispuestos además de
cierres eléctricos para asegurar que las obturaciones de la puerta
son mantenidas en todo momento cuando las puertas se supone que
están cerradas.
Una vez que el propósito de entrada a la cabina
30 ha sido completado, el usuario cierra la puerta o puertas y
vuelve a presentar la tarjeta inteligente que bloquea la cabina 30 y
pone la ECU en modo "arranque blando". El arranque blando es
usado en la puesta en servicio inicial para llevar el entorno
interno de nuevo al punto establecido en un retraso medido
(normalmente 15 a 20 minutos) para evitar cualquier problema de
punto de condensación con el aire de la sala que ha sido introducido
en la cabina.
El espacio del ECU contiene equipo refrigerante
que comprende un serpentín 92 de agua enfriada (intercambiador de
calor) y una serie vertical de ventiladores. La relación entre los
ventiladores 94 y el serpentín 92 varía entre variantes. En la
primera variante mostrada en las figuras 5(a) a 5(c),
los ventiladores 94 están colocados en la parte trasera de la
cabina 30 y aspiran aire de la cámara impelente 84 de expulsión en
la parte trasera del espacio 70 de estantes. El flujo de aire es
empujado luego dentro de una cámara impelente media 96 y después a
través del serpentín 92 y filtros 98, aguas debajo de los
ventiladores 94, a la parte delantera de la cabina 30, en la que
fluye en la cámara impelente 82 de suministro. La cámara impelente
82 de suministro entrega el flujo de aire a la parte delantera del
equipo en estantes, en el que pasa a través de los agujeros de
ventilación del equipo, recogiendo calor de los componentes
electrónicos y expulsandolo dentro de la cámara impelente 84 de
expulsión para empezar el ciclo de nuevo.
Se apreciará que el flujo de aire circula
continuamente en un modelo horizontal semejante al movimiento de
una cortina. Este modelo de movimiento evita problemas con el
efecto chimenea/tiro natural, ya que cada dispositivo es alimentado
directamente con aire enfriado desde el serpentín 92. Esto
significa que a diferencia de todos sistemas de flujo de aire
vertical, ya no es crítico donde son colocados los dispositivos más
calientes. El flujo de aire horizontal se encuentra también menos
problemas con la resistencia del cableado, que es un problema en
aumento para contenedores debido a los efectos de compactación ya
observados.
Además de esto, el invento proporciona un
"área de conducto" mucho mayor que la que es posible con un
sistema vertical. Considérese que la anchura efectiva de conducto
para un sistema vertical convencional es establecida por la anchura
general de recinto (600 mm) de la cabina aunque normalmente, debido
a requisitos estructurales, la anchura actual está dentro de los
rieles de estante, a saber 500 mm o menos. Ignorar sistemas que
colocan la abertura del conducto directamente bajo el estante, la
altura del conducto depende del espacio disponible en la parte
delantera del estante. Este espacio puede ser tan pequeño como 30
mm en algunos casos; mientras que de los ensayos realizados con una
variedad de zonas de flujo de aire, la mínima altura de conducto
debería ser de 75 mm a 100 mm.
Incluso asumiendo que se proporciona una altura
de conducto de 100 mm a través de toda la anchura 600 mm del
recinto de la cabina, entonces el área máxima efectiva del conducto
para el flujo de aire vertical convencional es solo 0,1 x 0,6 =
0,06 m^{2}. En comparación, el flujo de aire horizontal del
invento permite el uso completo de la altura de cabina como la
anchura efectiva del conducto. Por ejemplo una versión 42U de la
cabina tiene un conducto que se extiende durante 1,9 m en la altura
de la cabina. Así, para la misma altura de conducto de 100 mm, el
área efectiva de conducto es 0,1 x 1,9 = 0,19 m^{2} ó más de tres
veces el de un sistema vertical convencional.
La cabina 30 del invento se beneficia también
notablemente de la menor resistencia al flujo de aire. El sistema
de flujo de aire horizontal del invento requiere cuatro cambios de
dirección para completar un ciclo completo mientras que el flujo de
aire vertical emplea una planta central requiere diez, hecho a
través de conductos más restringidos. Así, el sistema de flujo de
aire horizontal hace posible proporcionar mayor flujo de aire para
tratar con cargas muy altas; con menos resistencia del sistema al
flujo de aire.
En el invento, la proximidad de la unidad
refrigeradora 38 al equipo que está siendo enfriado significa que
se transfiere muy poco calor desde el flujo de aire a las paredes
internas de la cabina. Esto, combinado con el entorno obturado,
asegura que las cargas refrigerantes generadas por el equipo alojado
no influyen a otro equipo cercano. La zona ambiental más limitada
permite refrigeración automática más precisa al nivel necesario en
cualquier momento dado minimizando por tanto el consumo de energía,
y retirando la confianza en la intervención humana que es requerida
con muchos recintos existentes de cabina.
En una segunda variante del invento como se
ilustra en las figuras 6(a) y 6(b), los ventiladores
están colocados en la parte delantera de la cabina 30b y tiran del
aire a través del serpentín 92 que está situado aguas arriba de los
ventiladores, hacia la parte trasera de la cabina 30b. El flujo de
aire es entonces como antes, moviéndose en la cámara impelente 82
de suministro; a través del equipo en estantes; dentro de la cámara
impelente 84 de expulsión y después de nuevo a través del serpentín
92 para empezar de nuevo el ciclo.
En las realizaciones preferidas ilustradas en
las figuras 5(a) a 5(c) y las figuras 6(a) y
6(b), seis ventiladores 94 están dispuestos en una serie
vertical para empujar o tirar del flujo de aire a través del
serpentín 92. Se necesitan cinco ventiladores 94 para una carga con
una redundancia en una disposición n+1. El número de ventiladores
94 está directamente relacionado con la carga refrigerante total y
la configuración de serpentín. Actualmente se usan un total de seis
para modelos que tienen capacidades totales de 15 KW a 20 KW de
carga refrigerante 1T. Cargas inferiores pueden requerir menos
ventiladores pero el principio es el mismo.
Es deseable que todos los ventiladores 94
funcionen todo el tiempo, ya que los ventiladores son más fáciles
de fallar en el arranque, especialmente si no han sido encendidos
regularmente durante el mantenimiento. Si fallara un ventilador,
un alerón anti-retorno 100 se cierra sobre el
ventilador que falla para evitar el "corto circuito" del flujo
de aire, después de lo cual los ventiladores restantes aceleran para
tomar la carga. Esta característica de válvula
anti-retorno 100 es ventajosa en la primera
realización en la que los ventiladores están aguas arriba del
serpentín, pero no es necesario en la segunda realización en la que
los ventiladores están aguas abajo del serpentín.
Los ventiladores 94 son intercambiables en
caliente, requiriendo la liberación de las fijaciones de suelta
rápida y un conector de enchufe eléctrico es un proceso que conlleva
aproximadamente cuatro minutos para intercambiar un ventilador.
El equipo de supervisión puede detectar consumo
de potencia en aumento por cualquier ventilador 94 que indica un
posible futuro fallo de un ventilador y que permite que la unidad
sea intercambiada antes de que aparezca el fallo. La combinación
de válvulas de agua enfriada y velocidad variable vinculadas a los
sensores, permite que se mantengan niveles de refrigeración
eficientes. En otras palabras, solo el nivel de refrigeración
requerido del equipo mecánico es entregado automáticamente en
cualquier momento.
La redundancia n + 1 es importante para los
ventiladores 94, que son los componentes más probables en fallar
pero es menos importante para el serpentín 92 que raramente falla.
En cualquier caso, disponer dos serpentines 92 para conseguir el
mismo nivel (n +1) de redundancia ya que los ventiladores
aumentarían la resistencia al aire a través del sistema,
requiriendo mayores ventiladores y aumentando el consumo de
energía.
Los serpentines raramente fallan, pero cuando lo
hacen a veces es catastrófico en la puesta en servicio o más
probable como un resultado de un agujero de soplado. Un fluyente de
soldadura incrustado en un agujero puede no ser revelado con una
prueba de aire en fábrica, pero fallará cuando se rellene con agua
tras la puesta en servicio. Estos incidentes son muy raros pero no
desconocidos, de manera que el invento contempla proporcionar
redundancia n+1 en el servicio pero no el propio serpentín. Esto se
consigue diseñando el serpentín como un cartucho que puede ser
intercambiado en caliente sin parar la cabina. Con este fin, el
serpentín 92 completo con válvulas solenoides aislantes de agua y
dos (o tres) válvulas de agua enfriadas moduladoras de puerto están
hechos como un conjunto 102, como se muestra en la figura 7. El
conjunto 102 está montado en rieles telescópicos 104 y conectados
al flujo y tubos de retorno por medio de conectores 106 "de rotura
seca" en los que una válvula interna se cierra antes de un
acoplamiento externo se suelte para evitar cualquier derrame de
refrigerante.
Los procedimientos de supervisión detectan fugas
y pérdidas de presión en el serpentín 92. En el caso de un fallo
del serpentín, un ingeniero abre las puertas al espacio del ECU
dejando los ventiladores 94 funcionando. El aire de la sala
continua circulando a través del equipo en estantes que puede
aumentar de temperatura pero estará dentro de sus límites de
funcionamiento. Manteniendo algo del flujo de aire durante el
intercambio del serpentín, la rapidez del aumento de temperatura en
la cabina 30 es minimizada y por tanto se reduce el riesgo de daño
por choque térmico al equipo protegido por la cabina 30. Un
"pico" por choque térmico representa una velocidad de aumento
de temperatura de 10ºC por hora es considerado aceptable en este
contexto.
Una vez que se obtiene acceso abriendo las
puertas 76, 80 al espacio del ECU, los conectores 106 de rotura
seca son desconectados juntos con tapones eléctricos. Una
abrazadera de retención se deshace y el cartucho completo 102 del
serpentín se desliza fuera de la cabina 30 en los rieles
telescópicos 104. En esta posición, los pernos de retención que
sostienen el cartucho 102 del serpentín en los rieles 104 son
retirados y el serpentín 92 es elevado fuera de los rieles y es
reemplazado. El procedimiento es invertido con un nuevo serpentín,
el serpentín es purgado y las puertas cerradas para volver al
funcionamiento normal. Se concibe que el tiempo total necesario
para intercambiar un serpentín será menos de aproximadamente diez
minutos.
La zona en el espacio de ECU por debajo del
cartucho 102 del serpentín está en un depósito de manera que en el
caso de derrame los contenidos del serpentín 92 y los tubos de la
cabina, etc. estén contenidos. Los sensores de detección de fugas
en la zona en depósito proporcionan una condición de alarma en esta
situación. En el caso de una fuga catastrófica, las válvulas de
agua enfriada se cierran automáticamente para evitar que más fluido
entre en el recinto de la cabina (este servicio puede ser
desactivado si se requiere). En formato estándar, el latiguillo
externo del sistema tubo en tubo mencionado antes puede ser usado
como un drenaje. Sin embargo si se requiere una cabina a prueba de
fuego entonces este agujero está obturado contra el fuego y es
necesario drenar manualmente la zona "en depósito".
Como se ha mencionado antes con relación al
sistema de bloqueo de puerta, el sistema refrigerador está diseñado
para mantener el entorno de la cabina por encima del punto de
condensación para evitar la condensación que se forma en el
serpentín del intercambiador de calor y es llevado en el equipo en
estantes por el flujo de aire o se forma directamente en la
superficie del equipo en estantes. El punto de referencia de diseño
para la temperatura de entrada de agua al intercambiador de calor
es 11,5ºC con una salida de temperatura de 16,5ºC. El entorno
obturado de la cabina significa que el punto de condensación externo
puede ser ignorado a diferencia de cuando las puertas de cabina
están abiertas, cuando el interbloqueo de los cierres de puerta y
los controles del entorno (como se ha descrito antes) evitan
problemas por punto de condensación.
La ECU 38 de cabina en combinación con la cabina
30 proporcionan un sistema aire/agua de ciclo cerrado que trata
solo con calor sensible. Por esta razón no hay deshumidificador en
la ECU 38. El aire continuamente circulante es arrastrado
originalmente, y de vez en cuando durante acceso a mantenimiento o
funcional desde el aire de la sala. En un centro de datos, este
aire será mantenido dentro de niveles de humedad prescritos
normalmente del 50% de humedad relativa (RH) más o menos el 5% de un
sistema central de producción de aire limpio. Algunas
especificaciones de OEM permiten una tolerancia de humedad mucho más
amplia mientras se establece el dato de 50% RH como ideal.
Mientras que una humedad demasiado alta debe ser evitada para
prevenir problemas con la condensación en el equipo, niveles de
humedad demasiado bajos no son deseables para evitar problemas
potenciales con la electricidad estática.
Durante los últimos pocos años, ha habido un
aumento del número de fallos de componentes de equipos debido a
problemas de humedad. Esto acentúa la necesidad de dirigir el
entorno en una banda ideal de tolerancia de humedad. Cuando la
cabina va a ser situada fuera de entornos de centros de datos, es
decir estrecho control de humedad y temperatura, se debe tener
cuidado para asegurar que la capacidad del sistema de control para
evitar la condensación por medio de interbloqueo de puerta todavía
es viable. En otras palabras el entorno interno y externo debe ser
capaz de ser emparejado para estar por encima del punto de
condensación pero también mantener condiciones refrigeradoras
adecuadas para el equipo.
Cuando hay cualquier duda en cuanto a este
requisito, entonces un recinto externo debe ser usado como se
ilustra en las figuras 2(a) a 2(c) en las figuras
3(a) a 3(c). Esto proporciona una zona externa
aislada que está provista con una pequeña unidad 36 HVAC de
paquetes para mantener un entorno ambiental estable de 22ºC 50% RH.
La unidad 36 proporciona control de humedad, enfriamiento y
calentamiento (si se requiere) y está vinculado al patín 42 de
planta por un sistema de tuberías similar pera independiente.
Si los suministros de flujo y retorno tubo en
tubo de interconexión que vinculan el intercambiador de calor de
cabina con el patín 42 de planta no están aislados, entonces un
sensor es unido a la tubería. Así, en el caso de que el punto de
condensación de la sala se aproxime al punto de referencia de
temperatura del fluido, el panel de control del patín aumentará,
por medio del accionador de patín y bomba de velocidad variable, la
temperatura del fluido dígase 1ºC o más para evitar la formación de
condensación. Sin embargo, en formato estándar el sistema tubo en
tubo es suministrado con ensayo preliminar y aislado, de manera que
no se necesita esta característica. El circuito de agua enfriada
primaria del patín es 7,51C en el suministro.
La cabina 30 del invento está provista con
suministros de energía A y B con doble cordón como se muestra en la
figura 4, instalaciones de control y supervisión de energía, y
suministros de energía de instalación C1 y C2 de doble cordón a la
ECU.
La cabina 30 del invento puede contener varias
características internas que no son esenciales para el invento y no
se muestran. Por ejemplo, cada unidad de distribución de energía
(PDU) en la cabina puede contener una salida de enchufe IEC (es
posible un rango de otras salidas para adaptarse al país de
ubicación) que está numerado y tiene una lámpara de neón de estado.
Si se requiere, los módulos altos 8U (8 salidas de enchufe) pueden
estar provistos con supervisión individual de potencia de
enchufe.
Otra característica interna no mostrada es una
unidad de protección de incendios (FPU) montada en estante que
proporciona un subsistema en cabina controlado con microprocesador
para extinguir fuegos en la cabina. La detección del fuego se
proporciona con una unidad láser de detección de humo en cabina. El
agente extintor FM200 (en una disposición de botella dual) es
preferido ya que este agente es eléctricamente no conductivo y no
perjudicial al equipo electrónico o el personal. En el caso de una
situación de fuego detectada por la unidad de detección de humo,
solo la cabina individual es inundada con agente extintor y parada
en vez de toda la sala. Después de un fuego, el gas de lo
extinguido y el residuo del fuego puede ser extraído de la cabina
usando una bomba de vacío y una botella móvil de gas, conectada a
una válvula de corte en el lateral de la cabina. Esto elimina
también la necesidad de instalar conductos de extrac-
ción de alto y bajo nivel, completado con reguladores y ventiladores requeridos para soluciones a nivel de sala.
ción de alto y bajo nivel, completado con reguladores y ventiladores requeridos para soluciones a nivel de sala.
El invento minimiza el impacto del fuego en
servicio del usuario y minimiza el coste: por ejemplo un coste de
sustitución de \mathsterling200 para el gas comparando con quizás
\mathsterling80.000 para inundar una sala completa de área 1.000
m^{2}, dejando solo el coste de tiempo de parada y posible daño de
equipo involucrado en inundar toda la sala. Ciertamente, un
sistema adecuado de detección con aviso temprano sensible
proporciona al personal de control la opción de para la energía al
estante, lo que normalmente evita un fuego potencial, antes de
inundar la cabina con agente extintor.
Un riesgo en aumento de fuego sigue al proceso
de compactación, que requiere que los usuarios consideren su
estrategia de fuego. El valor de interrupción del negocio para
muchos usuarios es mucho más grande que el coste capital de las
pérdidas de equipo. El sistema automático instalado en la cabina
del invento proteje el equipo en estantes y limita el daño a un
estante. Al ser una cabina obturada, se elimina el riesgo de daño
por humo frío a otro equipo/servicios en la sala. En contraste, la
mayoría de salas de datos usan una forma de inundación total (ya
sea por gas o vaporización de agua) para proteger que el espacio de
la sala directamente pero los interiores de los estantes y equipos
indirectamente.
El invento tiene beneficios adicionales. Por
ejemplo, la construcción de cabina del invento junto con sus
sistemas de seguridad proporciona un nivel muy alto de seguridad
física requerida por muchos usuarios y sus aseguradoras.
Además de esto, obviando suelos elevados, el
invento evita otros problemas tales como el problema de bigotes de
metal, a saber viruta del borde de los recortes en las baldosas del
suelo que pueden ser llevadas por los sistemas de flujo de aire en
el equipo en estantes de cabinas de estantes sin obturar ventiladas
desde el suelo.
El continuo aumento en el peso de equipo y
cables tiene el efecto de aumentar la carga en las cabinas de
estantes y por tanto sobre el suelo elevado. La capacidad completa
de carga de un suelo elevado solo se realiza cuando todas sus
baldosas están en su sitio. En otras palabras, la fuerza lateral
del suelo depende de la presencia de las baldosas. Como se ha
descrito antes, las baldosas a menudo se pierden en muchos centros
de datos. La carga en aumento en el suelo elevado aumenta las
cargas puntuales en el suelo estructural, a menudo más allá de
límites aceptables.
Para usuarios en zonas de terremotos, los
sistemas con suelo elevado crean un peligro adicional. Mientras
todos sistemas son propensos a experimentar tiempo de parada de
horas o días debido a pérdidas de conectividad en el caso de un
terremoto, suelos elevados plegados dan lugar a daños de equipo en
estantes que pueden extender el tiempo de parada a más de un
mes.
El funcionamiento del invento se describirá
ahora con más detalle. La función de la planta es mantener aire en
la cámara impelente de suministro de la cabina de datos a 22ºC 50%
RH. La temperatura básica de "punto de referencia" es 22ºC
que puede ser ajustada por medio de una pantalla remota opcional y
un panel de ajuste (no mostrado). Todos los otros parámetros para
sintonizar los bucles de control también pueden ser ajustados por
medio del panel de ajuste y el monitor local opcional.
Debido a la estratificación de temperatura en la
cámara impelente de aire de suministro 82, el promedio de dos
temperaturas se usa para asegurar que la temperatura del aire de
suministro es ajustada para contrarrestar la carga refrigerante
principal en la cabina. El punto de referencia de la temperatura
del aire de suministro es bajada desde 22ºC a 20ºC cuando la
temperatura promedio de retorno supera los 34ºC. Si alguno de los
sensores no fuera fiable, es decir circuito abierto o cerrado, se
retira del calculo promedio.
El promedio de las dos temperaturas de
suministro es comparado con un punto de referencia deslizante
producido por la temperatura promedio del aire de retorno que
supera 34ºC. La válvula de agua enfriada será modulada entonces de
acuerdo con un algoritmo proporcional de control integral plus para
mantener el punto de referencia.
Todas entradas digitales son normalmente
abiertas para la condición de fallo para asegurar que la integridad
del circuito de cableado y los interruptores de circuito también se
supervisan. La salida de alarma está apagada para un estado de
alarma, por la misma razón.
Cada ventilador de volumen variable mantiene una
presión estática constante bajo el control de un algoritmo
proporcional de control integral plus, usando el transmisor de
presión estática de conducto como entrada. Si el transmisor fuera
impreciso, la velocidad del ventilador sería controlada en un valor
fijo. A continuación de un fallo de energía, la velocidad del
ventilador se intensificaría gradualmente.
Cada uno de los ventiladores de volumen variable
funciona continuamente a menos que se desactiven por cualquiera de
las siguientes condiciones, a saber:
- "gas desaparecido" - si el sistema regulador de gas de protección contra el fuego en cabina es activo;
- si el interruptor de reinicio alarma/aislador local está apagado (cableado dentro del equipo controlado); o
- la condición de fallo respectivo del ventilador es detectado (cableado dentro del equipo controlado).
La válvula de agua enfriada se forzará al 100%
abierta si cualquiera de las condiciones siguientes está activa, es
decir el ventilador de suministro está desactivado o si todas
temperaturas del aire de retorno son poco fiables (ya sea circuito
abierto o cerrado).
Las válvulas solenoides aislantes de agua serán
apagadas si se detecta agua dentro de la unidad.
En términos de la función de seguridad, una
"luz de panel de puerta abierta" se iluminará cuando todas las
siguientes condiciones estén activas:
- Hay una petición del sistema de control de la sala (si está conectado) y el lector de tarjetas de la cabina;
- La temperatura del punto de condensación en la cabina es mayor que el punto de condensación requerido para condensar humedad del aire que entra en la unidad cuando las puertas están abiertas; y
- no hay señal desde la alarma "Gas desaparecido" de la unidad (extintora) de protección contra el fuego.
La "luz del panel de la luz de puerta
abierta" destellará cuando todas las siguientes condiciones están
activas:
- hay una petición del sistema de control de la sala (si está conectado) y el lector de tarjetas de la cabina;
- la temperatura del punto de condensación en la cabina está siendo ajustada para evitar la condensación de humedad del aire que entra en la unidad cuando las puertas están abiertas; y
- no hay señal de la alarma "Gas desaparecido" de la unidad (extintora) de protección contra el fuego.
Los cierres magnéticos de la puerta de la ECU se
abrirán cuando todas las siguientes condiciones están activas:
- hay una petición del sistema de control de la sala (si está conectado) y el lector de tarjetas de la cabina;
- la temperatura del punto de condensación en la cabina es mayor que el punto de condensación requerido para condensar la humedad del aire que entra en la unidad cuando las puertas están abiertas; y
- no hay señal de la alarma "Gas desaparecido" de la unidad (extintora) de protección contra el fuego.
Los bloqueos magnéticos de espacio de estantes
para equipos se abrirán cuando todas las siguientes condiciones
están activas:
- hay una petición del sistema de control de sala (si está conectado) y el lector de tarjetas de la cabina;
- la temperatura del punto de condensación en la cabina es mayor que el punto de condensación requerido para condensar la humedad del aire que entra en la unidad cuando las puertas están abiertas; y
- no hay señal de la alarma "gas desaparecido" de la unidad (extintora) de protección contra el fuego.
Moviéndonos ahora al Sistema de Protección y
Detección contra el fuego, la unidad de protección contra el fuego
(FPU) tiene un interruptor bloqueable de aislamiento, para usar
cuando se realice trabajo en la cabina. Si la unidad está
bloqueada, el fallo común será activado. Este fallo común no
incluirá la alarma de baja presión de gas, que es una entrada
separada. Cuando se incluye una puerta de acceso de sistema de
detección de humo que toma muestras de aire, la entrada de humo
vendrá de un LON SNVT que reemplazará la conexión con cables.
En condición manual, que asume que hay conectado
un sistema de control de sala, el regulador remoto manual de gas
será habilitado si las siguientes condiciones están activas:
- La sala de control ha autorizado que esta función esté activa por medio de una conexión de red;
- la entrada de humo desde el sistema de detección de humo por muestreo de aire está activa;
- los cierres magnéticos de puerta no están liberados (ecu o estante de equipo);
- la entrada de prealarma desde el sistema de detección de humo por muestreo de aire está activo; y
- los ventiladores no están apagados.
En una condición automática, que asume una
configuración autónoma en la que un sistema de control de sala no
está conectado, el regulador remoto manual de gas estará habilitado
si las siguientes condiciones están activas. Este es también un
sistema de respaldo para el regulador remoto manual de gas, si la
sala de control no ha autorizado la función en un tiempo dado y las
otras entradas todavía están activas:
- el primer golpe está activo (entrada de cableado desde el sistema de detección de humo por muestreo de aire al FPU);
- la entrada de prealarma desde la unidad de sistema de detección de humo por muestreo de aire está activa;
- el segundo golpe (entrada de humo desde la unidad de sistema de detección de humo por muestra de aire) está activo;
- los cierres magnéticos de puerta no están liberados (secciones de estante de equipo y ECU);
- los ventiladores están apagados; y
- ha transcurrido un retraso de tiempo configurable (0 a 120 segundos).
Moviéndonos ahora a las alarmas, una "alarma
de planta común" estará habilitada si cualquiera de las
condiciones siguientes está activa:
- hay una alarma de humo/fuego desde la unidad de sistema de detección de humo por muestra de aire;
- hay una señal de fallo desde la unidad de detección de humo por muestra de aire;
- hay una prealarma desde la unidad de detección de humo por muestra de aire;
- la señal "gas desaparecido" está activa desde la FPU;
- hay una señal de "poco gas" desde la FPU;
- hay una señal de fallo común desde la FPU;
- el filtro está sucio;
- el estado de las puertas delanteras no coincide con la posición ordenada (después de un periodo de gracia de 5 minutos - solo si el control de sala está conectado);
- el estado de la puerta trasera no coincide con la posición ordenada (después de un periodo de gracia de cinco minutos - solo si el control de sala está conectado);
- se detecta agua en la unidad;
- se detecta vibración en la unidad;
- el "punto de referencia" de temperatura no se mantiene (más o menos 2ºC) después de 30 minutos tras un fallo de energía; o
- la humedad en cabina es menos de 45% RH o mayor de 50% RH, después de 30 minutos tras un fallo de energía.
La salida anterior se enganchará hasta que se
ponga a cero por medio del sistema de control de sala (si está
conectado) o desde el panel de ajuste y monitor portátil.
Una "alarma por fuego" (lámpara parpadeante
en el panel) estará habilitada si hay una alarma de fuego/humo
desde la unidad de detección de humo por muestra de aire. Esta
salida enganchará también hasta la puesta a cero por medio del
sistema de control de sala (si está conectado) o desde el panel de
ajuste y monitor portátil.
Una "lámpara de gas desaparecido" estará
habilitada si hay una señal de "gas desaparecido" desde la FPU
(esta es una señal por cable) y esto indicará a qué unidad se
refiere la alarma cuando hay varias unidades conectadas juntas.
Será claro para los expertos en la técnica que
el invento tiene numerosos y considerables beneficios sobre la
técnica anterior. Proporciona un entorno total seguro y protegido
para situar tecnología eléctrica/IT nueva y existente en
distribuciones de alta densidad. Este entorno está provisto en una
forma que puede ser utilizada en cualquier ubicación en la que
puede ser requerido razonablemente: no es necesariamente dependiente
en una ubicación convencional de sala de datos. El entorno se
proporciona también en una forma que permite el uso total (es decir
100%) del espacio del equipo para dispositivos calientes si se
requiere.
Los sistemas de entorno del invento proporcionan
alta disponibilidad y tolerancia a fallos tanto en condiciones de
mantenimiento como de funcionamiento. El entorno es "sala
neutra" es decir la cabina del invento no contribuye a ninguna
carga adicional de refrigeración o recibe ninguna carga de
refrigeración adicional desde su espacio circundante. Proporciona
medios para supervisión proactiva remota y control de los sistemas
de entorno para asegurar máximo tiempo de funcionamiento. Retira
tanto como sea posible la necesidad de personal para planificar el
orden de implementación (apilamiento) de equipo para una buena
gestión térmica. Automatiza tanto como sea posible los sistemas de
control de entorno para evitar la necesidad de intervención manual y
los riesgos resultantes de tiempo de parada. Proporciona
escalabilidad verdadera hacia arriba y hacia abajo a través de
todos sistemas medioambientales, a la vez que mantiene condiciones
medioambientales adecuadas para el correcto funcionamiento de todos
productos del proveedor/OEM. El invento permite consumo eficiente
de energía tanto para requisitos de funcionamiento como de
mantenimiento durante toda la vida de una instalación y cualquier
etapa dada de construcción.
El invento proporciona unos medios enterizos
para evitar la "enfermedad de borde arrugado" de la industria,
en otras palabras, los problemas de interfase que surgen entre
sistemas tradicionales complejos provistos de una variedad de
fuentes especialistas, especialmente costes altos, distribución
temporal en aumento, menor disponibilidad, múltiples puntos de
fallo y largos tiempos medios de reparación. Proporciona confianza
a usuarios, eliminando tantas variables e incertidumbres
tradicionales como sea posible y por tanto simplificando el proceso
de decisión/diseño cuando se configura una instalación.
Claims (37)
1. Una cabina (30) para alojar una serie
vertical de unidades productoras de calor, la cabina comprende una
cámara (70) de equipo y una cámara (38) de unidad enfriadora de
equipo separada por una partición vertical (68), dicha cámara (38)
de unidad enfriadora de equipo comprende un intercambiador de calor
(92) para eliminar calor del flujo de aire, y dicha cámara (70) de
equipo está adaptada para soportar dicha serie de tal manera que la
serie coopera con la cabina para definir una primera cámara
impelente (82) y una segunda cámara impelente (84), la primera
cámara impelente tiene una entrada (88) para recibir un flujo de
aire refrigerante desde la cámara (38) de unidad refrigeradora de
equipo en una dirección substancialmente horizontal y una salida
definida por una pluralidad de aberturas a través de la serie, por
lo que la primera cámara impelente se comunica con las aberturas en
uso para expulsar substancialmente todo el flujo de aire
refrigerante a través de las aberturas y así a través de la serie, y
la segunda cámara impelente (84) recibe el flujo de aire que sale de
la serie y entregar el flujo de aire a la cámara (38) de unidad
refrigeradora de equipo; caracterizado porque la cabina (30)
está configurada de tal manera que el flujo de aire circula en un
modelo horizontal dentro de la cabina.
2. Una cabina según la reivindicación 1, en la
que el flujo de aire es substancialmente uniforme desde la parte
superior a la inferior a través de la serie.
3. Una cabina según la reivindicación 1 ó 2, en
la que en la entrada a la primera cámara impelente (82) hay una
ranura (88) substancialmente vertical por detrás de la primera
cámara impelente.
4. Una cabina según la reivindicación 1, la 2 ó
la 3, en la que la entrada a la primera cámara impelente (82) se
extiende substancialmente toda la extensión vertical de la serie o
de la primera cámara impelente.
5. Una cabina según la reivindicación 1, en la
que dicha cámara (38) de unidad refrigeradora de equipo aloja una
planta (92, 94) para refrigerar e impulsar el flujo de aire.
6. Una cabina según la reivindicación 5, en la
que la planta incluye al menos un intercambiador de calor (92) y al
menos un impulsor (94).
7. Una cabina según la reivindicación 6, que
tiene una pluralidad de impulsores (94).
8. Una cabina según la reivindicación 7, en la
que los impulsores (94) están dispuestos en una serie
substancialmente vertical.
9. Una cabina según la reivindicación 7 u 8, en
la que cada impulsor (94) está asociado con una válvula antirretorno
que se cierra en el caso de fallo de ese impulsor.
10. Una cabina según las reivindicaciones 6 a 9,
en la que al menos el intercambiador de calor (92) es un módulo
reemplazable en el uso de la cabina (30).
11. Una cabina según la reivindicación 10, en la
que el intercambiador de calor (92) está montado en la cabina (30)
en desplazadores que soportan el intercambiador de calor (92) cuando
es arrastrado desde la cabina.
12. Una cabina según la reivindicación 10 u 11,
en la que el intercambiador de calor (92) está acoplado a conductos
de suministro de refrigerante por conectores de rotura seca.
13. Una cabina según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 12, en la que la planta incluye además uno o
más filtros para filtrar el flujo de aire antes de que vuelva a la
primera cámara impelente (82).
14. Una cabina según la reivindicación 1,
configurada de tal manera que el flujo de aire a través de la
cámara(70) de equipo es substancialmente paralela y está
opuesta al flujo de aire a través de la cámara (38) de unidad
refrigeradora de equipo.
15. Una cámara según la reivindicación 14,
configurada de tal manera que el flujo de aire general que emana de
la cámara (38) de unidad refrigeradora de equipo experimenta un
cambio de dirección substancialmente octogonal para entrar en la
primera cámara impelente (82).
16. Una cabina según la reivindicación 14 ó 15,
configurada de tal manera que el flujo de aire general que emana de
la segunda cámara impelente (84) experimenta un cambio de dirección
substancialmente octogonal para entrar en la cámara (82) de unidad
refrigeradora de equipo.
17. Una cabina según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, en la que al menos una puerta (76, 80)
permite el acceso a la cámara (38) de unidad refrigeradora de equipo
independientemente del acceso a la cámara (70) de equipo.
\newpage
18. Una cabina según la reivindicación 17, en la
que puertas respectivas (76, 80) permiten el acceso a la cámara (38)
de unidad refrigeradora de equipo y la cámara (70) de equipo tiene
bloqueos independientes capaces de permitir el acceso a una cámara
pero no a ambas.
19. Una cabina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que la cámara o cada cámara
impelente (82, 84) se extiende substancialmente de forma vertical
entre una pared vertical (62, 66) de la cabina (30) y una cara
vertical de la serie, y en la que las aberturas a través de la serie
están distribuidas a través de la cara de la serie.
20. Una cabina según la reivindicación 19, en la
que la pared vertical es una puerta o panel desmontable (74, 76) que
permite el acceso a la cabina.
21. Una cabina según la reivindicación 19 ó 20,
en la que las aberturas a través de la serie se extienden
substancialmente en horizontal.
22. Una cabina según cualquiera de las
reivindicaciones 19 a 21, en la que las cámaras impelentes primera y
segunda (82, 84) están opuestas alrededor de la serie.
23. Una cabina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, y que está adaptada para alojar
unidades en forma de servidores.
24. Una cabina según la reivindicación 23, que
aloja también o está adaptada para alojar unidades supresoras de
fuego y/o suministro de energía.
25. Una cabina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye además medios de
transferencia de calor para llevar el calor lejos de la cabina.
26. Un método para enfriar una serie vertical de
las unidades productoras de calor alojadas en una cabina (30), dicha
cabina comprende una cámara (70) de equipo y una cámara (38) de
unidad refrigeradora de equipo que están separadas por una partición
vertical (68), dicha cámara (38) de unidad refrigeradora de equipo
comprende un intercambiador de calor (92) y dicha cámara (70) de
equipo está adaptada para soportar dicha serie de tal manera que la
serie coopera con la cabina para definir una primera cámara
impelente (82), cuya primera cámara impelente se comunica con una
pluralidad de aberturas en dicha serie, y una segunda cámara
impelente (84) que se comunica con una segunda pluralidad de
aberturas a través de la serie, dicha serie define un recorrido de
flujo de aire entre dichas pluralidades primera y segunda de
aberturas, dicha primera cámara impelente (82) que tiene una entrada
(88) para recibir un flujo de aire refrigerante desde la cámara (38)
de unidad refrigerante de equipo y dicha segunda cámara impelente
(84) que tiene una salida (86) que se comunica con dicha cámara (38)
de unidad refrigeradora de equipo; caracterizado porque dicho
método comprende aire circulante en un modelo horizontal dentro de
la cabina, de tal manera que la primera cámara impelente (82) recibe
un flujo de aire refrigerante de la cámara (38) de unidad
refrigerante de equipo a través de dicha entrada (88)
substancialmente de forma horizontal y sale substancialmente todo
dicho flujo de aire refrigerante a través de dicha primera
pluralidad de aberturas y así a través de la serie, y dicha segunda
cámara impelente recibe dicho flujo de aire que sale de la serie a
través de dicha segunda pluralidad de aberturas y entrega dicho
flujo de aire en la cámara (38) de unidad refrigeradora de
equipo.
27. Un método según la reivindicación 26, que
comprende dirigir el flujo de aire a través de la primera cámara
impelente (82).
28. Un método según la reivindicación 26 ó 27,
que comprende distribuir proporcionalmente el flujo de aire
substancialmente igual entre las primera aberturas.
29. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 26 a 28, en el que el flujo de aire en las primeras
aberturas es transversal a la dirección del flujo a través de la
primera cámara impelente (82).
30. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 26 a 29, en el que el flujo de aire es
substancialmente uniforme desde la parte superior a la inferior a
través de la serie.
31. Una instalación de centro de datos que
comprende al menos una cabina (30) según se define en cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 25 o funciona de acuerdo al método de
cualquiera de las reivindicaciones 26 a 30.
32. Una instalación según la reivindicación 31,
que incluye además medios de interbloqueo de puerta que evitan el
acceso a una cabina (30) si no se cumplen condiciones
específicas.
33. Una instalación según la reivindicación 32,
en la que una condición específica es autorización de usuario al
acceso a la cabina (30).
34. Una instalación según la reivindicación 33,
en la que una condición específica es la compatibilidad ambiental
dentro y fuera de la cabina (30).
\newpage
35. Una instalación según la reivindicación 34,
en la que una condición especifica es que un recinto externo
alrededor de la cabina (30) debe ser cerrada.
36. Una instalación según cualquiera de las
reivindicaciones 31 a 35, en la que un recinto externo alrededor de
la cabina (30) incluye medios de aire acondicionado para controlar
la temperatura y/o humedad alrededor de la cabina.
37. Una instalación según la reivindicación 31 a
36, en la que el recinto externo incluye paneles externos separados
de las paredes (60, 62, 64, 66) de la cabina (30).
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