ES2332222T3 - Sistema de refrigeracion de centro de datos. - Google Patents
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Abstract
Centro de datos modular (10) que comprende una pluralidad de bastidores (12, 14, 16, 18), teniendo cada uno de los bastidores (12, 14, 16, 18) una cara frontal y una cara posterior, estando dispuestos la pluralidad de bastidores (12, 14, 16, 18) en una primera fila (32) y una segunda fila (34), de manera que las caras posteriores de los bastidores de la primera fila (32) miran hacia la segunda fila (34) y las caras posteriores de los bastidores (12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34) miran hacia la primera fila (32); estando caracterizado el centro de datos modular porque comprende además: un primer panel final (52) acoplado entre un primer bastidor (12, 14, 16, 18) de la primera fila (32) y un primer bastidor (12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34), teniendo el primer panel final (52) un borde inferior y un borde superior; un segundo panel final (52) acoplado entre un segundo bastidor (12, 14, 16, 18) de la primera fila (32) y un segundo bastidor (12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34), teniendo el segundo panel final (52) un borde inferior y un borde superior; y un panel de techo (56) acoplado entre el borde superior del primer panel final (52) y el borde superior del segundo panel final (52), en donde al menos un bastidor de entre la pluralidad de bastidores (12, 14, 16, 18) incluye equipo refrigerante configurado para arrastrar aire desde un área (22) entre la primera fila (32) y la segunda fila (34), refrigerar el aire para producir aire refrigerado, y devolver el aire refrigerado por al menos una cara frontal de al menos uno de los bastidores (12, 14, 16, 18).
Description
Sistema de refrigeración de centro de datos.
Las realizaciones de la presente invención están
dirigidas a la refrigeración de dispositivos montados en
bastidores, y más particularmente a una infraestructura de centro de
datos que tiene un sistema de refrigeración
Los equipos de comunicaciones y tecnología de la
información están diseñados normalmente para ser montados en
bastidores y para ser alojados dentro de recintos. Los recintos y
los bastidores para equipos se usan para contener y configurar
equipos de comunicaciones y tecnología de la información, tal como
servidores, CPUs, equipo de trabajo en internet y dispositivos de
almacenamiento, en pequeños armarios de cableado así como en salas
de equipos y grandes centros de datos. Un bastidor para equipos
puede tener una configuración abierta y puede estar alojado dentro
de un recinto de bastidor. Un bastidor estándar incluye típicamente
carriles de montaje frontales en los que múltiples unidades de
equipo, tales como servidores y CPUs, son montadas y apiladas
verticalmente dentro del bastidor. La capacidad de equipos de un
bastidor estándar se refiere a la altura de los carriles de
montaje. La altura está fijada a un incremento estándar de 4,44 cm
(1,75 pulgadas), el cual se expresa como unidades "U" o la
capacidad de altura "U" de un bastidor. Un valor o altura U
típica de un bastidor es 42 U. En cualquier momento determinado, un
bastidor estándar puede estar escasa o densamente poblado con una
variedad de componentes diferentes así como con componentes de
diferentes fabricantes.
La mayoría de los equipos de comunicaciones y de
tecnología de la información montados en bastidores consumen
energía eléctrica y generan calor. El calor producido por el equipo
montado en un bastidor puede tener efectos adversos sobre el
rendimiento, fiabilidad y vida útil de los componentes del equipo.
Particularmente, el equipo montado en bastidor alojado dentro de un
recinto es particularmente vulnerable al calor acumulado y a los
puntos calientes producidos en el interior de los confines del
recinto durante el funcionamiento. La cantidad de calor generada
por un bastidor depende de la cantidad de potencia eléctrica
consumida por el equipo en el bastidor durante el funcionamiento.
La salida de calor de un bastidor puede variar desde unos pocos
watios por unidad U de capacidad de bastidor hasta 250 watios por
unidad U, dependiendo del número y del tipo de componentes montados
al bastidor. Los usuarios de equipos de comunicaciones y tecnología
de la información añaden, retiran y recolocan componentes montados
en un bastidor según cambian sus necesidades y surgen nuevas
necesidades. Por lo tanto, la cantidad de calor que puede generar un
determinado bastidor o recinto puede variar considerablemente desde
unas pocas decenas de watios hasta aproximadamente 10.000
watios.
Típicamente, el equipo montado en bastidor se
refrigera a sí mismo absorbiendo aire a lo largo del lado frontal o
lado de entrada de aire de un bastidor o un recinto, pasando el aire
a través de sus componentes y subsecuentemente extrayendo el aire
desde un lado posterior o de ventilación del bastidor o recinto. Los
requerimientos de flujo de aire para proporcionar aire suficiente
para la refrigeración pueden variar considerablemente como
resultado del número y del tipo de componentes montados en un
bastidor y de las configuraciones de bastidores y recintos.
Las salas de equipos y centros de datos están
equipados típicamente con un sistema de refrigeración o aire
acondicionado que suministra y hace circular aire frío hacia el
equipo montado en bastidores y los recintos. Muchos sistemas de
refrigeración o aire acondicionado, tales como el sistema descrito
en la Publicación de Solicitud de Patente US No. 2001/0029163A1,
No. de serie de la solicitud 09/784.238, requieren que una sala de
equipos o centro de datos tenga una construcción de suelo elevado
para facilitar las funciones de circulación y aire acondicionado
del sistema. Estos sistemas usan típicamente baldosas de suelo
abiertas y parrillas de suelo o rejillas de ventilación para
suministrar aire frío desde el pasaje de aire dispuesto debajo del
suelo elevado de una sala de equipos. Las baldosas de suelo
abiertas y las parrillas de suelo o rejillas de ventilación están
situadas típicamente enfrente de los recintos y bastidores para
equipos, y a lo largo de pasillos entre filas de bastidores y
recintos configurados lado a lado. Tal como se expone en la presente
solicitud, puede haber conductos que conecten un primer bastidor a
un techo para extraer aire caliente hacia el techo y dirigir el
aire caliente desde el techo a un serpentín refrigerador en un
segundo bastidor para refrigerarlo y devolverlo al primer bastidor
para refrigerar el equipo en el primer bastidor.
Típicamente, los métodos y sistemas de
refrigeración que requieren una construcción de suelo elevado no
cumplen eficientemente los requerimientos de refrigeración del
equipo montado en bastidores. Particularmente, los bastidores que
incluyen equipos de alta potencia que tienen una salida térmica de
aire de escape superior a 5.000 watios y hasta 10.000 watios
presentan un reto particular para tales sistemas y métodos.
Típicamente, una construcción de suelo elevado proporciona una
baldosa de suelo abierta o una parrilla de suelo o rejilla de
ventilación que tiene un área de ventilación de aproximadamente 30,5
x 30,5 cm (12 por 12 pulgadas) y está configurada para suministrar
desde aproximadamente 5.664 l/min (200 cfm) a aproximadamente 14,160
l/min (500 cfm) de aire frío. Por lo tanto, un bastidor para
equipos de alta potencia que consumen hasta 10.000 watios y que
requiere un flujo de aire de aproximadamente 50.976 l/min (1.800
cfm) necesitaría de aproximadamente 3,5 a aproximadamente 5
baldosas de suelo abierto, parrillas o rejillas de ventilación
dispuestas alrededor del perímetro del bastidor para suministrar
suficiente aire frío para cumplir con sus requerimientos de
refrigeración. Tal configuración de suelo sería difícil de
conseguir en salas de equipos llenas de bastidores y recintos, y
sería imposible de implementar si los bastidores y los recintos
están dispuestos unos al lado de los otros en filas. Los métodos y
sistemas de refrigeración por aire que incorporan configuraciones de
suelo elevado, por lo tanto, son usados típicamente solo con
bastidores y recintos separados para proporcionar un área de suelo
suficiente para acomodar múltiples baldosas de suelo abiertas,
parrillas o rejillas de ventilación. Para el espaciado de
bastidores típico, esto impone un límite a la densidad de equipos
que puede conseguirse. Cuando no se usa un suelo elevado, el
problema de distribuir aire frío desde uno o más sistemas
centralizados de aire acondicionado es incluso mayor, ya que
típicamente el aire frío debe ser distribuido a lo largo de una
habitación que contiene filas de bastidores.
Las salas de equipos y centros de datos son
reconfigurados frecuentemente para cumplir nuevas y/o diferentes
necesidades de equipos que requieren que los bastidores y recintos
individuales sean recolocados y/o remplazados. En este contexto,
los métodos y sistemas de refrigeración de aire de suelo elevado son
inflexibles y típicamente solo pueden reconfigurarse y/o
retroajustarse para dar servicio a bastidores para equipos
reconfigurados, reasignados y/o instalados recientemente a un costo
considerable. Las configuraciones de suelo elevado no pueden
acomodar fácil y económicamente la manera en la que los usuarios
típicamente despliegan bastidores para equipos y reconfiguran las
salas de equipos y los centros de datos para cumplir con sus nuevas
o cambiantes necesidades.
Además, los métodos y sistemas de refrigeración
que requieren una construcción de suelo elevado adolecen de
portabilidad y flexibilidad física para tener en cuenta
operativamente una gran variación en el consumo de potencia
eléctrica entre los diferentes bastidores y recintos en una sala de
equipos, y, particularmente, entre bastidores y recintos situados
en la misma fila. Los métodos y sistemas de refrigeración que
dependen de pasajes de aire de suelos elevados y baldosas de suelo
abiertas, parrillas o rejillas de ventilación para suministrar aire
frío no pueden variar o concentrar fácil y económicamente el aire
frío en los bastidores de alta potencia que consumen cantidades
relativamente altas de potencia eléctrica y tienen una alta salida
térmica de escape de aire. Además, el equipo instalado recientemente
puede consumir más potencia eléctrica que el equipo remplazado o
existente para crear áreas térmicas problemáticas en las salas de
equipos en funcionamiento.
Además, un problema particular con las
soluciones de aire acondicionado existentes es que pueden
desarrollarse puntos calientes en una sala debido a una falta de
recirculación apropiada de aire de salida desde los bastidores al
lado de retorno de un acondicionador de aire de sala. Esto puede
causar que se absorba aire caliente al interior de los bastidores
de manera no deseada. Para intentar superar los problemas de
circulación de aire, muchos acondicionadores de aire de sala están
diseñados para proporcionar aire muy frío de aproximadamente 14,4ºC
(58 grados F) y recibir aire de retorno que tiene una temperatura
típica de aproximadamente 25,6ºC (78 grados F). Un problema con
dichos acondicionadores de aire es que con una temperatura de aire
de salida de 14,4ºC (58 grados F), frecuentemente es necesario
añadir un sistema de humidificación para incrementar la humedad en
el aire en un centro de datos. Tales sistemas de humidificación
pueden ser caros de instalar y operar.
Por lo tanto, es deseable proporcionar un
sistema y un método para refrigerar equipos de comunicaciones y
tecnología de la información montados en bastidores de manera que
los requerimientos de refrigeración de los equipos se cumplan
eficiente y económicamente, tanto para los centros de datos que
tienen un suelo elevado como para los centros de datos que no
tienen un suelo elevado. Es deseable un método y un sistema de
refrigeración de bastidores que sea económico y que sea capaz de
soportar grupos de recintos y/o bastidores de potencia
particularmente alta o de superar las áreas térmicas locales
problemáticas en una sala de equipos o centro de datos.
El documento
US-A-2003/0050003 describe un centro
de datos modular y un método de refrigeración de equipos
electrónicos, tal como se describe en las secciones
precaracterizadores de las reivindicaciones independientes.
Un primer aspecto de la presente invención está
dirigido a un centro de datos modular que comprende una pluralidad
de bastidores, teniendo cada uno de los bastidores una cara frontal
y una cara posterior, estando configurados la pluralidad de
bastidores en una primera fila y una segunda fila, de manera que las
caras posteriores de los bastidores de la primera fila miran hacia
la segunda fila, y las caras posteriores de los bastidores de la
segunda fila miran hacia la primera fila;
caracterizándose el centro de datos modular
porque comprende además:
un primer panel final acoplado entre un primer
bastidor de la primera fila y un primer bastidor de la segunda
fila, teniendo el primer panel final un borde inferior y un borde
superior;
un segundo panel final acoplado entre un segundo
bastidor de la primera fila y un segundo bastidor de la segunda
fila, teniendo el segundo panel final un borde inferior y un borde
superior; y
un panel de techo acoplado entre el borde
superior del primer panel final y el borde superior del segundo
panel final,
donde al menos un bastidor de entre la
pluralidad de bastidores incluye un equipo de refrigeración
configurado para absorber aire desde un área situada entre la
primera fila y la segunda fila, refrigerar el aire para producir
aire refrigerado, y devolver el aire refrigerado fuera de al menos
una cara frontal de al menos uno de los bastidores.
El centro de datos modular puede estar diseñado
de manera que el panel de techo está acoplado a una parte superior
de al menos un bastidor de la primera fila y a una parte superior de
al menos un bastidor de la segunda fila, de manera que el panel de
techo, el primer panel final, el segundo panel final y las filas de
bastidores primera y segunda forman un recinto alrededor de un área
situada entre la primera fila de bastidores y la segunda fila de
bastidores. Al menos uno de entre el primer panel final y el segundo
panel final puede incluir una puerta. Además, al menos una parte
del panel de techo puede ser translúcida. El centro de datos modular
puede tener al menos un bastidor que incluye un fuente de
alimentación ininterrumpible para proporcionar energía
ininterrumpida al equipo en al menos otro bastidor diferente de
entre la pluralidad de bastidores. La primera fila de bastidores en
el centro de datos modular puede ser sustancialmente paralela a la
segunda fila. Además, el centro de datos modular puede estar
diseñado de manera que uno de entre la pluralidad de bastidores
incluya un equipo de refrigeración que absorba aire desde un área
situada entre la primera fila y la segunda fila, refrigere el aire
y devuelva el aire refrigerado fuera de la cara frontal de uno de
los bastidores.
Otro aspecto de la presente invención está
dirigido a un método para refrigerar el equipo electrónico contenido
en bastidores en un centro de datos, con los bastidores dispuestos
en dos filas, incluyendo una primera fila y una segunda fila que es
sustancialmente paralela a la primera fila, comprendiendo el
método:
configurar los bastidores con una cara posterior
de al menos uno de los bastidores de la primera fila mirando hacia
una parte posterior de al menos uno de los bastidores en la segunda
fila;
caracterizándose porque el método comprende
además:
formar un recinto alrededor de un área entre la
primera fila y la segunda fila; y
absorber aire desde el área al interior de al
menos uno de los bastidores, refrigerar el aire absorbido para
producir aire refrigerado y extraer el aire refrigerado por una cara
frontal del al menos uno de los bastidores.
El paso de la formación de un recinto puede
incluir acoplar los paneles laterales primero y segundo y un panel
de techo entre la primera fila y la segunda fila. Al menos uno de
entre el primer panel lateral y el segundo panel lateral puede
incluir una puerta y el panel de techo puede incluir una parte
translúcida. Además, el método puede incluir el uso de una fuente
de alimentación ininterrumpible para proporcionar potencia al equipo
en los bastidores.
En una realización, hay un centro de datos
modular que incluye una pluralidad de bastidores, teniendo cada uno
de los bastidores una cara frontal y una cara posterior, donde la
pluralidad de bastidores está configurada en una primera fila y una
segunda fila, de manera que las caras posteriores de los bastidores
de la primera fila miran hacia la segunda fila y las caras
posteriores de los bastidores de la segunda fila miran hacia la
primera fila. El centro de datos modular incluye además medios para
albergar una primera área entre la primera fila y la segunda fila,
y medios para absorber aire desde el área cerrada, refrigerar el
aire y devolver aire refrigerado a un segundo área.
Los medios para absorber aire pueden incluir
además medios para pasar el aire refrigerado a través de la cara
frontal de uno de los bastidores. El centro de datos modular puede
comprender también medios para proporcionar potencia
ininterrumpible a los equipos en los bastidores. Medios de acceso
para permitir el acceso al interior de la primera área pueden ser
también una característica de diseño del centro de datos
modular.
En otra realización, hay un centro de datos
modular que incluye una pluralidad de bastidores para equipos,
estando configurado cada uno de los bastidores para equipos para
absorber aire refrigerante desde una primera área y para
proporcionar aire de salida a una segunda área, y al menos un panel
de recinto acoplado entre un primer bastidor y un segundo bastidor
de entre la pluralidad de bastidores para equipos. Al menos uno de
los bastidores para equipos incluye equipo refrigerante configurado
para absorber el aire de salida desde la segunda área y para
proporcionar aire frío a la primera área, y la pluralidad de
bastidores para equipos y el al menos un panel de recinto están
configurados para encerrar sustancialmente la segunda área.
El al menos un panel de recinto puede ser un
panel de techo acoplado desde un techo de uno de los bastidores
para equipos a un techo de otro bastidor para equipos. El centro de
datos puede incluir además al menos un panel final dispuesto entre
uno de entre la pluralidad de bastidores para equipos y otro de
entre la pluralidad de bastidores para equipos, incluyendo el al
menos un panel final una puerta que proporciona acceso desde la
primera área a la segunda área. Al menos una parte del panel de
techo puede ser translúcida, y al menos uno de entre la pluralidad
de bastidores para equipos puede incluir una fuente de alimentación
ininterrumpible.
En otra realización hay un método para
refrigerar el equipo ubicado en una pluralidad de bastidores para
equipos. El método incluye absorber aire refrigerante desde una
primera área al interior de al menos uno de los bastidores para
equipos y proporcionar aire de salida desde el al menos uno de los
bastidores para equipos al interior de una segunda área,
proporcionar un recinto alrededor de la segunda área, absorber el
aire de salida desde la segunda área al interior de un segundo
bastidor de entre la pluralidad de bastidores para equipos,
refrigerar el aire de salida para producir aire refrigerado, y
proporcionar el aire refrigerado al interior de la primera
área.
El método puede incluir también configurar la
pluralidad de bastidores para equipos para formar dos filas,
estando la segunda área entre las filas.
La invención se apreciará más completamente
después de una revisión de las siguientes figuras, descripción
detallada y reivindicaciones.
Para una mejor comprensión de la presente
invención, se hace referencia a las figuras, que se incorporan a la
presente memoria mediante referencia y en las que:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un
sistema de refrigeración de un centro de datos modular para equipo
montado en bastidores según una realización de la invención;
La Fig. 2 es una vista superior de otro sistema
de datos modular, similar al sistema de la Fig. 1; y
La Fig. 3 es un diagrama de flujo en bloques de
un procedimiento para la refrigeración de equipo montado en centros
de datos modulares en una realización de la invención.
Las realizaciones de la invención proporcionan
una infraestructura para centros de datos que tiene un sistema de
refrigeración para refrigerar equipo electrónico montado en
bastidores. Las realizaciones de la invención proporcionan un
centro de datos modular para equipo montado en bastidores, en el que
el centro de datos modular proporciona distribución de potencia,
refrigeración y soporte estructural para el equipo montado en
bastidores. La unidad de distribución de potencia y la unidad de
refrigeración están provistas en algunas realizaciones que usan
sistemas redundantes para prevenir tiempos muertos debidos a fallos
eléctricos o mecánicos. Tal como entenderán las personas con
conocimientos en la técnica, otras realizaciones se encuentran
dentro del alcance de la invención, tales como las realizaciones
usadas para proporcionar infraestructura para equipos diferentes a
los equipos electrónicos.
Un sistema para proporcionar distribución de
potencia para equipo montado en bastidores, que puede ser usado con
las realizaciones de la presente invención, se describe en la
solicitud de patente US No. 10/038.106, titulada "Adjustable
Scalable Rack Power System and Method".
En referencia a la Fig. 1, se muestra una vista
en perspectiva de un centro de datos modular 10. El centro de datos
modular 10 incluye una unidad de distribución de potencia 14, una
unidad de protección de potencia 12, una unidad de refrigeración 16
montada en el suelo, bastidores 18 para equipos y una habitación
caliente 22. El centro de datos modular 10 tiene también una puerta
52 que tiene una ventana 54, un techo 56, un suministro de agua
refrigerante y retorno 60 y un suministro de voltaje 58. El
suministro de agua de refrigeración y retorno 60 puede consistir en
un condensador de agua en el evento de que la unidad de
refrigeración 16 es del tipo de expansión directa refrigerado por
líquido, agua refrigerada si la unidad de refrigeración 16 es del
tipo agua refrigerada o suministro de refrigerante y retorno si la
unidad de refrigeración 16 es del tipo expansión directa con
refrigeración por aire. El centro de datos 10 es una unidad modular
compuesta de la unidad de distribución de potencia 14, la unidad de
protección de potencia 12, la unidad de refrigeración montada en el
suelo 16 y los bastidores 18 para equipos posicionados contiguos
unos a los otros para formar una fila 32 y una fila 34. La fila 32
y la fila 34 son sustancialmente paralelas. La unidad de
distribución de potencia 14 y la unidad de protección de potencia
12 pueden estar situadas directamente contiguas una a la otra, y
pueden estar situadas al final de una de las filas. La unidad de
refrigeración montada en el suelo 16 puede estar situada y
posicionada contigua a la unidad de distribución de potencia 14. El
resto de recintos que forman la al menos una fila adicional en el
centro de datos 10 son bastidores 18 para equipos. La habitación
caliente 22 está situada entre la fila 32 y la fila 34, y las filas
32 y 34 comprenden dos de las paredes perimetrales del centro de
datos modular 10.
La unidad de distribución de potencia 14
contiene típicamente un transformador y unos circuitos de
distribución de potencia, tales como interruptores de circuito,
para distribuir potencia a cada uno de los bastidores en el centro
de datos modular 10. La unidad de distribución de potencia 14
proporciona potencia redundante a los bastidores 18 y puede
monitorizar la corriente total consumida. Un fuente de alimentación
ininterrumpible puede proporcionar potencia ininterrumpible a la
unidad de distribución de potencia 14. Preferentemente, la unidad
de distribución de potencia 14 incluye una fuente de alimentación
ininterrumpible de 40 kW que tiene redundancia N+1, donde la
capacidad de añadir otro módulo de potencia proporciona redundancia
N+1. En una realización de la invención, la potencia de entrada a
la unidad de distribución de potencia 14 es recibida a través de la
parte superior del bastidor desde una fuente de voltaje 58. En una
realización, la fuente de voltaje 58 es un suministro de 240
voltios acoplado a la unidad de distribución de potencia 14 que
entra a través del panel de techo 56. Como alternativa, la potencia
de entrada puede ser recibida desde debajo del bastidor, tal como a
través de un suelo elevado, o a través de la parte posterior del
bastidor.
La unidad de protección de potencia 12
proporciona protección de potencia redundante para equipo de
tecnología de la información centralizad que esté contenido en los
bastidores 18 para equipos. La unidad de protección de potencia 12
puede tener módulos de potencia individuales y módulos de batería
que pueden ser añadidos o retirados individualmente para acomodar
diferentes requerimientos de carga. El uso de múltiples módulos de
potencia y módulos de batería proporciona redundancia permitiendo el
funcionamiento continuado a pesar del fallo de uno cualquiera de
entre el módulo de potencia y el módulo de batería. Por ejemplo, la
unidad de protección de potencia puede incluir una fuente de
alimentación ininterrumpible Symmetra PX® escalable que tiene una
entrada de tres fases y una salida de tres fases, disponible en
American Power Conversion Corporation, de West Kingston, Rhode
Island, o la unidad de protección de potencia puede incluir una de
las fuentes de alimentación de potencia ininterrumpible descritas
en la patente US No. 5.982.652, titulada "Method and Apparatus for
Providing Uninterruptible Power".
La unidad de refrigeración montada en el suelo
16 proporciona retirada de calor mediante el uso de un suministro
de agua refrigerada, que entra en la unidad a través de la línea de
suministro 60. Como alternativa, las unidades refrigerantes pueden
proporcionar retirada de calor usando refrigeración por aire
comprimido DX mediante el uso de una unidad de expansión directa
basada en refrigerante, que puede estar en la propia unidad. La
unidad refrigerante puede contener un serpentín principal de agua
refrigerada y un serpentín secundario de expansión directa dentro
de la misma estructura. La unidad refrigerante puede estar
configurada para el uso de aire, agua o glicol. El aire refrigerado
puede ser liberado a través del fondo de la unidad o de la parte
superior de la unidad. En una realización de la invención el aire
frío es liberado desde la unidad refrigerante 16 desde su cara
frontal, de manera que el flujo de aire es desde la parte posterior
del bastidor y sale desde la parte frontal del bastidor. La unidad
refrigerante 16 puede estar configurada además como uno, dos o tres
módulos. En la realización mostrada en la Fig. 1, se usa una unidad
refrigerante de tres módulos.
En la realización de la Fig. 1, cada una de las
filas 32 y 34 está compuesta de seis bastidores. En realizaciones
de la invención, el número de bastidores y la función del equipo en
los bastidores pueden variar. En una realización de la invención,
los bastidores 18 son bastidores estándar de 48,26 cm (19 pulgadas)
modificados, tales como los disponibles en American Power
Conversion Corporation of West Kingston, RI, bajo la marca comercial
NETSHELTER VX Enclosures®.
La cara posterior de la unidad de distribución
de potencia 14, la unidad de protección de potencia 12, la unidad
refrigerante 16 montada en el suelo y los bastidores 18 para equipos
mira hacia el interior del centro de datos modular 10 o a la
habitación caliente 22. Esencialmente, las caras posteriores de los
bastidores en la fila 32 miran hacia las caras posteriores de los
bastidores en la fila 34. En una realización, los bastidores 18
para equipos tienen sus puertas traseras retiradas de manera que
cada bastidor 18 permanece abierto al interior de la habitación
caliente 22. En la realización mostrada, el centro de datos modular
10 contiene siete bastidores 18 para equipos. Como alternativa, en
otra realización, seis bastidores 18 para equipos completan las
filas, pero más de siete bastidores 18 para equipos pueden completar
las filas contenidas en el centro de datos 10 y pueden estar
contiguos los unos a los otros o contiguos a otros recintos en el
centro de datos 10, tales como la unidad de distribución de
potencia 14, la unidad de protección de potencia 12 o la unidad
refrigerante montada en el suelo 16.
La puerta 52 situada al final de la fila de
bastidores está fijada con bisagras 53 a una estructura 55
separable. La estructura 55 separable está posicionada detrás de la
unidad de protección de potencia 12. La estructura separable puede
estar posicionada detrás de una cualquiera de entre la unidad de
protección de potencia 12, la unidad de distribución de potencia 14
o los bastidores 18 para equipos, dependiendo de cual de las
unidades está posicionada al final de una fila en el centro de
datos 10. La estructura 55 separable permite que la puerta 52 sea
retirada rápidamente para la sustitución de la unidad de protección
de potencia 12 si resulta necesario. La habitación caliente es
accesible mediante la puerta 52 y puede ser monitorizada a través de
la ventana de observación 54. Preferentemente, hay una puerta 52
situada en cada extremo de la habitación caliente 22. Generalmente,
la puerta 52 es una puerta de acero bloqueable, aislada de 5,1 x
91,4 cm (2 x 36 pulgadas) que tiene una ventana de observación 54
aislada.
El suministro de refrigerante o agua y el
retorno 60 puede entrar a la habitación caliente a través de
tuberías de suministro al interior del techo 56 o directamente al
interior de los techos de los bastidores. El suministro de voltaje
58 puede entrar también a través del techo 56 o a través de los
techos de los bastidores. Como alternativa, el suministro de
refrigerante o agua y el retorno 60 y el suministro de voltaje 58
entran a la habitación caliente a través de un suelo elevado sobre
el que descansa el centro de datos modular o desde otra posición
exterior de la habitación y al interior de los bastidores, tal como
al interior de los lados de los bastidores.
El panel de techo 56 es preferentemente un panel
de techo de plexiglás semitransparente soportado mediante soportes
de acero 62 que están posicionados a intervalos a lo largo de la
longitud 72 del centro de datos 10. El techo 56 se extiende para
cubrir la parte superior de la habitación caliente 22 situada en la
mitad de las filas de bastidores. El techo 56 puede ser separable
fácilmente para permitir la retirada de los bastidores 18 o la
unidad de protección de potencia 12 cuando sea necesario. Un panel
de techo 56 construido con plexiglás semitransparente permite que
la luz de la habitación entre al espacio que define la habitación
caliente 22. Además, preferentemente el techo de plexiglás 56 es
sustancialmente hermético.
La habitación caliente 22 está cerrada
completamente y tiene paredes formadas por el lado posterior de los
bastidores 18 y paredes compuestas de la puerta 52 fijada a cada
extremo de la habitación caliente 22. Como alternativa, los paneles
sin puertas pueden ser las paredes que completan la habitación
caliente. La habitación caliente 22 es un pasaje sustancialmente
hermético cuando el panel de techo 56 está en su sitio. De esta
manera, el centro de datos modular 10 es una infraestructura para
ordenadores cerrada definida en su perímetro exterior por la cara
frontal de cada uno de los bastidores 18, la unidad de protección
potencia 12, la unidad de distribución de potencia 14 y la unidad
refrigerante 16 y que tiene una habitación caliente 22 en su sección
media. Las paredes exteriores de la habitación caliente formadas
por las puertas 52 son una parte de dos de las paredes exteriores
del centro de datos modular 10.
\newpage
Con referencia a la Fig. 2, se muestra una vista
superior de un centro de datos modular 10 en una realización de la
invención. El centro de datos modular de la Fig. 2 es similar al de
la Fig. 1, pero tiene cinco bastidores en cada una de las filas 32
y 34, en vez de seis bastidores en cada fila de la Fig. 1. Con los
números de referencia similares haciendo referencia a realizaciones
similares, el centro de datos modular 10 de la Fig. 2 está
compuesto de la unidad de distribución de potencia 14, la unidad de
protección de potencia 12, la unidad refrigerante 16 montada en el
suelo, los bastidores 18 para equipos y la habitación caliente 22.
La unidad de protección de potencia 12 está posicionada
directamente contigua a un lado de la unidad de distribución de
potencia 14, mientras que una unidad refrigerante 16 montada en el
suelo está posicionada en el otro lado de la unidad de distribución
de potencia. Un área libre de servicio 20 rodea el centro de datos
modular 10. En la Fig. 2, se muestra una realización de la
invención que tiene seis bastidores 18 para equipos y una unidad
refrigerante 16 que tiene dos módulos.
Las dimensiones del centro de datos modular 10
dependen del número de bastidores incluidos en cada una de las
filas de bastidores. Por ejemplo, y con referencia de nuevo a la
Fig. 1, un centro de datos 10 que tiene seis bastidores 18 para
equipos puede tener una anchura de 304,8 cm (120''), indicada por la
flecha 28, una longitud de 304,8 cm (120''), indicada por la flecha
29 y una altura de 91,5 cm (36''), indicada por la flecha 24. La
altura 24 del centro de datos puede ser de 91,5 cm (36''), mientras
que el área libre de servicio es preferentemente de un ancho 26 de
91,5 cm (36''). Con la inclusión del área libre de servicio 20, el
área superficial de suelo para el centro de datos 10 es
preferentemente, de una longitud 30 de 487,7 cm (192'') y una
anchura 30 de 487,7 cm (192''). Como alternativa, y con referencia a
la Fig. 2, un centro de datos 10 que tiene siete bastidores 18 para
equipos puede tener una anchura de 304,8 cm (120'') y una longitud
de 365,8 cm (144''), mientras que la altura del centro de datos 10
es de 91,5 cm (36''). Con la inclusión del área libre de servicio
20, el área superficial de suelo para un centro de datos alternativo
es de 487,7 cm (192'') por 548,7 cm (216''). Las dimensiones del
centro de datos modular se proporcionan sólo a modo de ejemplo,
pero pueden variar considerablemente dependiendo del tipo y del
tamaño de los bastidores usados para diseñar el centro de
datos.
El centro de datos modular 10 es operativo
cuando está provisto de una fuente de agua refrigerada, condensador
de agua o tuberías de refrigeración 60 y un suministro de voltaje
58. El centro de datos puede incluir una serie de diseños de
entrada de potencia diferentes, pero es preferente un diseño de 40
kW, permitiendo 6,7 kW/bastidor en un sistema de seis bastidores 18
para equipos, o 5,7 kW/bastidor en un sistema que tiene siete
bastidores 18 para equipos, por ejemplo. El agua refrigerante o el
refrigerante entran a las unidades refrigerantes 16 montadas en el
suelo a través de las líneas de suministro 60. Una línea de
suministro 60 común puede proporcionar agua refrigerante a una o
más unidades refrigerantes simultáneamente, ya que las unidades
refrigerantes 16 están conectadas al suministro común 60 con
manguera flexible que se desconecta fácilmente.
El centro de datos modular 10 proporciona
refrigeración para equipos en el centro de datos tal como se indica
a continuación. El aire de la habitación, o aire ambiente, se filtra
a través de la parte frontal de los bastidores 18 para refrigerar
el equipo almacenado en los bastidores 18. El aire entra a través de
la parte frontal de los bastidores 18 y es expelido fuera por la
parte posterior de los bastidores 18. Conforme el aire pasa a
través de los bastidores 18 para equipos, la temperatura del aire
aumenta. El aire respectivamente más caliente es expelido al
interior de la habitación caliente 22. La habitación caliente 22
contiene el aire caliente y previene que el aire caliente se mezcle
con el aire que rodea la habitación. La unidad refrigerante 16
absorbe aire caliente desde la habitación caliente y devuelve aire
frío a la habitación fuera del centro de datos 10. El aire caliente
entra a las unidades refrigerantes 16 directamente desde la
habitación caliente 22. La unidad refrigerante actúa para bajar la
temperatura del aire y, a continuación, el aire refrigerado es
liberado al interior del área circundante. El aire es reciclado a
la habitación circundante a una temperatura sustancialmente
refrigerada. Por ejemplo, la unidad refrigerante 16 generalmente
recibe aire de la habitación caliente a 35ºC (95ºF) y lo refrigera
a una temperatura de aproximadamente 22,22ºC (72ºF) antes de que sea
liberado al interior del área que rodea el centro de datos 10. La
unidad refrigerante 16 montada en el suelo opera a temperaturas de
suministro y retorno sustancialmente más altas, permitiendo la
realización de una alta capacidad sin retirada de calor
latente.
Con referencia a la Fig. 3, y con referencia
adicional a las Figs. 1-2, el centro de datos 10
está configurado para realizar un procedimiento de refrigeración
del equipo almacenado en los bastidores cerrados usando una
infraestructura que tiene suministros independientes de potencia y
refrigerante. El procedimiento 100 incluye las etapas mostradas,
aunque el procedimiento 100 puede ser alterado, por ejemplo, con
etapas añadidas, eliminadas o desplazadas en relación a las etapas
mostradas.
El procedimiento 100 de la Fig. 3 incluye la
etapa 102, en la que la potencia es suministrada desde una unidad
de distribución de potencia a una pluralidad de bastidores 18 para
equipos. Los bastidores 18 para equipos pueden contener una
variedad de equipo electrónico que requiere una fuente de
alimentación consistente para evitar tiempos muertos del sistema.
Un suministro de voltaje 58 está conectado a la unidad de
distribución de potencia 14 y una unidad de protección de potencia
12 está instalada contigua a la unidad de distribución de potencia
14 para asegurar el suministro redundante de potencia.
En la etapa 104, los bastidores 18 absorben aire
frío de la habitación circundante a través de la cara frontal de
los bastidores 18. Puede haber, por ejemplo, una unidad de
distribución de aire en el interior de los bastidores y/o en el
interior del equipo contenido en los bastidores que absorbe el aire
de la habitación al interior del bastidor 18 y distribuye el aire a
lo largo del bastidor para refrigerar los componentes contenidos en
el bastidor. Conforme el aire pasa a través del bastidor 18, el aire
incrementa en temperatura.
En la etapa 106, los bastidores 18 expelen el
aire a una temperatura incrementada al interior de la habitación
caliente 22. El aire es expelido por la parte posterior de los
bastidores 18. Tal como se ha descrito anteriormente, en una
realización, los bastidores 18 no tienen puertas posteriores. En
otras realizaciones, puede haber puertas posteriores incluidas en
los bastidores, siendo expelido el aire caliente al interior de la
habitación caliente a través de aperturas de ventilación en las
puertas. El aire es mantenido en la habitación caliente 22 a una
temperatura incrementada y se previene la mezcla del aire caliente
con el aire ambiente circundante. En una realización de la
invención, el centro de datos modular está diseñado para mantener
una presión de aire en la habitación caliente que es
aproximadamente igual a la presión de aire fuera de la habitación
caliente. Esto permite que una de las puertas sea abierta sin dejar
que el aire frío entre a la habitación caliente. En tal
realización, la unidad refrigerante proporciona 4.531 l/min por
kW
(160 cfm/kW).
(160 cfm/kW).
En la etapa 108, la unidad refrigerante absorbe
el aire caliente desde la habitación caliente 22. La unidad
refrigerante 16 usa el agua fría del suministro 60 de agua fría para
enfriar el aire de la habitación caliente. En la etapa 110, el aire
refrigerado es liberado de la unidad refrigerante al interior de la
habitación circundante, lo que completa el ciclo de refrigeración.
El aire en la habitación circundante es absorbido a continuación al
interior de los bastidores 18 una vez más y el ciclo continúa.
Son posibles otras realizaciones de la
invención. Por ejemplo, el aire podría ser forzado hacia arriba a
través de los bastidores 18 para equipos. El aire desplazado a
través de los bastidores 18 podría ser de temperaturas variables,
incluyendo aire caliente. El centro de datos 10 puede estar
configurado para distribuir gases diferentes al aire. Además, puede
usarse un refrigerante u otro medio refrigerante en vez de agua
fría. Además, puede acoplarse un controlador al centro de datos 10
para monitorizar las velocidades de flujo y las temperaturas del
aire, así como un suministro de potencia de manera que cada bastidor
sea provisto de potencia adecuada de manera consistente. Un centro
de datos puede contener un solo bastidor 18 para equipos que tiene
una sola unidad refrigerante 16 creando un centro de datos
individual, en el que la potencia es distribuida a un solo centro
de datos 10 o a múltiples centros de datos de un solo bastidor
simultáneamente.
En una realización de la presente invención, una
o más unidades refrigerantes están situadas centralmente en el
centro de datos modular para tratar de igualar la absorción de aire
caliente desde cada uno de los bastidores al interior de la unidad
refrigerante. En otras realizaciones, las unidades refrigerantes
pueden estar situadas en otras posiciones, y en una realización,
una o más unidades refrigerantes pueden estar posicionadas para
estar muy cercanas a un bastidor o unos bastidores que generan el
mayor calor en el centro de datos modular.
Además, en realizaciones de la presente
invención, el techo sobre el área caliente puede incluir un número
de ventiladores que están controlados para extraer aire desde el
área caliente en el evento de un fallo de una unidad de aire
acondicionado en el centro de datos modular, y/o cuando la
temperatura del aire en el área caliente exceda un límite
predeterminado o si la presión de aire en el área caliente excede un
límite predeterminado.
En las realizaciones de la invención descritas
anteriormente, los bastidores de los centros de datos modulares se
describen como configurados en dos filas. En otras realizaciones,
los bastidores pueden estar configurados en otras configuraciones
geométricas. Además, en los lados de un centro de datos modular,
puede usarse uno o más bastidores además de o en vez de uno o ambos
paneles laterales.
Las realizaciones de la presente invención
proporcionan una o más de las ventajas siguientes: se reduce la
mezcla del aire de salida con aire frío en un centro de datos;
pueden reducirse los puntos calientes alrededor de grupos de
bastidores de alta potencia conteniendo dichos bastidores de alta
potencia en un centro de datos modular, tal como se describe en la
presente memoria; y el uso de refrigeración localizada permite que
las unidades de aire acondicionado en un centro de datos,
incluyendo dentro de los centros de datos modulares, operen más
eficientemente y produzcan aire frío a mayores temperaturas,
evitando de esta manera la necesidad de sistemas de
humidificación.
Claims (12)
1. Centro de datos modular (10) que comprende
una pluralidad de bastidores (12, 14, 16, 18), teniendo cada uno de
los bastidores (12, 14, 16, 18) una cara frontal y una cara
posterior, estando dispuestos la pluralidad de bastidores (12, 14,
16, 18) en una primera fila (32) y una segunda fila (34), de manera
que las caras posteriores de los bastidores de la primera fila (32)
miran hacia la segunda fila (34) y las caras posteriores de los
bastidores (12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34) miran hacia la
primera fila (32);
estando caracterizado el centro de datos
modular porque comprende además:
- un primer panel final (52) acoplado entre un primer bastidor (12, 14, 16, 18) de la primera fila (32) y un primer bastidor (12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34), teniendo el primer panel final (52) un borde inferior y un borde superior;
- un segundo panel final (52) acoplado entre un segundo bastidor (12, 14, 16, 18) de la primera fila (32) y un segundo bastidor (12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34), teniendo el segundo panel final (52) un borde inferior y un borde superior; y
- un panel de techo (56) acoplado entre el borde superior del primer panel final (52) y el borde superior del segundo panel final (52),
- en donde al menos un bastidor de entre la pluralidad de bastidores (12, 14, 16, 18) incluye equipo refrigerante configurado para arrastrar aire desde un área (22) entre la primera fila (32) y la segunda fila (34), refrigerar el aire para producir aire refrigerado, y devolver el aire refrigerado por al menos una cara frontal de al menos uno de los bastidores (12, 14, 16, 18).
2. Centro de datos modular (10) según la
reivindicación 1, en el que el panel de techo (56) está acoplado a
una parte superior de al menos un bastidor (12, 14, 16, 18) de la
primera fila (32) y a una parte superior de al menos un bastidor
(12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34), de manera que el panel de
techo (56), el primer panel final (52), el segundo panel final (52)
y la primera y segunda filas (32, 34) de bastidores formen un
recinto alrededor de un área (22) entre la primera fila (32) de
bastidores (12, 14, 16, 18) y la segunda fila (34) de bastidores
(12, 14, 16, 18).
3. Centro de datos modular (10) según la
reivindicación 1, en el que al menos uno de entre el primer panel
final (52) y el segundo panel final (52) incluye una puerta.
4. Centro de datos modular (10) según la
reivindicación 1 o la reivindicación 3, en el que al menos una parte
del panel de techo es translúcida.
5. Centro de datos modular (10) según la
reivindicación 1 o la reivindicación 4, en el que al menos uno de
los bastidores (12) incluye un fuente de alimentación
ininterrumpible para proporcionar potencia ininterrumpida a un
equipo en al menos otro bastidor diferente de entre la pluralidad de
bastidores (12, 14, 16, 18).
6. Centro de datos modular (10) según la
reivindicación 5, en el que la primera fila (32) es sustancialmente
paralela a la segunda fila (34).
7. Centro de datos modular (10) según la
reivindicación 1, en el que un ventilador está conectado al panel
de techo (56) y está construido y dispuesto para extraer aire desde
el área (22) entre la primera fila (32) y la segunda fila (34).
8. Método para refrigerar equipo electrónico
contenido en bastidores (12, 14, 16, 18) en un centro de datos
(10), con los bastidores (12, 14, 16, 18) dispuestos en dos filas
(32, 34), incluyendo una primera fila (32) y una segunda fila (34)
que es sustancialmente paralela a la primera fila (32), en
comprendiendo el método:
- disponer los bastidores (12, 14, 16, 18) con una cara posterior de al menos uno de los bastidores de la primera fila (32) mirando hacia una cara posterior de al menos uno de los bastidores (12, 14, 16, 18) de la segunda fila (34);
- caracterizado porque el método comprende además:
- formar un recinto (52, 56) alrededor de un área (22) entre la primera fila (32) y la segunda fila (34); y
- absorber aire desde el área (22) al interior de al menos uno de los bastidores (12, 14, 16, 18), refrigerar el aire absorbido para producir aire refrigerado, y pasar el aire refrigerado fuera de una cara frontal del al menos uno de los bastidores (12, 14, 16, 18).
9. Método según la reivindicación 8, en el que
la formación de un recinto (52, 56) incluye acoplar unos paneles
laterales primero y segundo (52) y un panel de techo (56) entre la
primera fila (32) y la segunda fila (34).
10. Método según la reivindicación 9, en el que
al menos uno de entre el primer panel lateral (52) y el segundo
panel lateral (52) incluye una puerta.
11. Método según la reivindicación 10, en el que
el panel de techo (56) incluye una parte translúcida.
12. Método según la reivindicación 8, que
comprende además el uso de una fuente de alimentación
ininterrumpible para proporcionar potencia al equipo en los
bastidores (12, 14, 16, 18).
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