JP2017096619A - サーバファーム冷却システムのための統合建造物ベースの空気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データセンタを効率的に冷却するための統合建造物ベースの空気処理装置を提供する。【解決手段】エンクロージャを通じて暖気列を封じ込め、ラックマウント式ユニット内部に装着された冷却ファンが冷気を引き込んでラック内のラックマウント式ユニットを冷却し、暖気をエンクロージャに放出する。外気を導入してサーバを冷却できる。システムが、暖気列エンクロージャに加え、冷気列エンクロージャを通じて冷気列を封入できる。ラックマウント式ユニットの冷却ファンが、冷気列エンクロージャから冷気を引き込んでユニットを冷却し、暖気を暖気列エンクロージャに放出できる。制御システムを使用して自然の冷気を選択的に利用してサーバを冷却する。外気が冷却目的に適していない場合、制御システムは、暖気列エンクロージャからの暖気を再循環させ、蒸発冷却機を使用して暖気を冷却する。【選択図】図５

Description

本開示は、一般にデータセンタのための冷却システムに関する。

ウェブ電子メール、ウェブ検索、ウェブサイトホスティング、及びウェブビデオ共有などのインターネットサービスの急速な成長により、データセンタ内のサーバからの計算及び記憶能力に対する需要がますます高まっている。サーバの性能が向上する一方で、集積回路の低電力設計における努力にもかかわらず、サーバの電力消費量も上昇している。例えば、最も広く使用されているサーバプロセッサの１つであるＡＭＤ社のＯｐｔｅｒｏｎプロセッサは、最高９５ワットで作動する。Ｉｎｔｅｌ社のＸｅｏｎサーバプロセッサは、１１０ワット〜１６５ワットで作動する。しかしながら、プロセッサはサーバの一部にすぎず、冷却ファン及び記憶装置などのサーバの他の部品はさらなる電力を消費する。

通常、サーバは、データセンタのラック内に配置される。ラックの物理的構成は様々である。典型的なラック構成は取り付けレールを含み、この上にサーバブレードなどの複数のユニットの機材が取り付けられ、ラック内で縦に積み重ねられる。最も広く使用されている１９インチラックの１つが、１Ｕ又は２Ｕサーバなどの機材を取り付けるための標準化システムである。通常、この種のラック上にある１つのラックユニットは、高さが１．７５インチで幅が１９インチである。１つのラックユニット内に設置できるラックマウント式ユニットは、一般に１Ｕサーバとして指定される。データセンタでは、通常、標準的なラックに、サーバ、記憶装置、スイッチ、及び／又は通信機材が密に装着される。ユニットを冷却するために、ラックマウント式ユニットの内部には１又はそれ以上の冷却ファンを装着することができる。データセンタによっては、ファンレスラックマウント式ユニットを使用して、密度を増やし騒音を減少させるものもある。

ラックマウント式ユニットは、サーバ、記憶装置、及び通信装置を含むことができる。多くのラックマウント式ユニットの耐用動作温度及び湿度要件の範囲は比較的広い。例えば、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ（ＨＰ）社のＰｒｏＬｉａｎｔＤＬ３６５Ｇ５クアッドコアＯｐｔｅｒｏｎプロセッササーバモデルのシステム動作温度範囲は、５０°Ｆ〜９５°Ｆであり、同モデルのシステム動作湿度範囲は、１０％〜９０％の相対湿度である。ＮｅｔＡｐｐ社のＦＡＳ６０００シリーズファイラのシステム動作温度範囲は、５０°Ｆ〜１０５°Ｆであり、同モデルのシステム動作湿度範囲は、２０％〜８０％の相対湿度である。世界中には、米国の北東及び北西地域の一部などのように、ＨＰ ＰｒｏＬｉａｎｔサーバ及びＮｅｔＡｐｐファイラなどのサーバを１年のうちのある期間中に自然の冷気で冷却するのに適した場所が多く存在する。

Ｏｐｔｅｒｏｎ又はＸｅｏｎプロセッサを備えたサーバを密に積み重ねたラックの電力消費は、７，０００ワット〜１５，０００ワットになることがある。この結果、サーバラックは、非常に集中した熱負荷を生じることがある。ラック内のサーバが発散した熱は、データセンタ室に排気される。ラックは、周囲空気に依存して冷却を行うので、高密度のラックが集まって生成される熱は、ラック内に設置された機材の性能及び信頼性に悪影響を及ぼすことがある。従って、暖房、換気、空調（ＨＡＶＣ）システムが、効率的なデータセンタ設計の重要部分となることが多い。

典型的なデータセンタは、１０メガワット〜４０メガワットの電力を消費する。エネルギー消費の大部分は、サーバの動作とＨＶＡＣシステムに大別される。ＨＶＡＣシステムは、データセンタ内の電力使用量の２５〜４０パーセントを占めると推定されてきた。４０メガワットの電力を消費するデータセンタでは、ＨＡＶＣシステムが、１０〜１６メガワットの電力を消費すると考えられる。エネルギー使用量を低減する効率的な冷却システム及び方法を利用することにより、大幅なコスト削減を達成することができる。例えば、ＨＶＡＣシステムの電力消費量を、データセンタで使用される電力の２５パーセントから１０パーセントに低減することは、何千軒もの住宅に給電するのに十分な６メガワットの電力を削減することに相当する。データセンタ内のサーバを冷却するのに使用される電力の割合は、データセンタの費用対冷却効率と呼ばれる。データセンタの費用対冷却効率を向上させることは、効率的なデータセンタ設計の重要な目標の１つである。例えば、４０メガワットのデータセンタでは、１カ月当たり７３０時間の稼働で１キロワット時当たり０．０５ドルと仮定すると、１カ月の電気料は約１４６万ドルになる。費用対冷却効率を２５％から１０％に改善するということは、１カ月当たり２１９，０００ドル又は１年当たり２６３万ドルを節約することに相当する。

データセンタ室では、一般にサーバラックが、間に冷気通路と暖気通路を交互に置いた列の形でレイアウトされる。全てのサーバをラック内に設置して、ラックの前部に位置する冷気列から調整空気を引き込み、ラックの背後にある暖気列を通じて熱を放出する前後エアフローパターンが実現されている。通常は、上げ床ルーム設計を使用して床下空気分配システムを収容し、冷却した空気を、上げ床内の通気孔を通じて冷気通路に沿って供給する。

データセンタを効率的に冷却する際の要素は、データセンタ内の空気の流れ及び循環を管理することである。電算室空調（ＣＲＡＣ）ユニットが、ラック間の通気孔を含む床タイルを通じて冷気を供給する。サーバに加え、ＣＲＡＣユニットも同様にかなりの量の電力を消費する。１つのＣＲＡＣユニットは、最大３つの５馬力モータを有することができ、データセンタを冷却するには、最大１５０個のＣＲＡＣユニットが必要となり得る。ＣＲＡＣユニットが集まると、データセンタ内のかなりの量の電力を消費する。例えば、暖気及び冷気列構成のデータセンタ室では、暖気列からの熱気が暖気列から出てＣＲＡＣユニットへ循環する。ＣＲＡＣユニットが空気を冷却する。ＣＲＡＣユニットのモータで動くファンが、高くした下地床により定められる床下プレナムに冷却した空気を供給する。冷却した空気を床下プレナム内に誘導することによって生じる圧力により、この冷却した空気は下地床の通気孔を通じて上方へ導かれ、サーバラックが面する冷気通路に供給される。十分な空気流量を実現するために、典型的なデータセンタ室全体には、数百もの強力なＣＲＡＣユニットが設置される場合がある。しかしながら、一般に、ＣＲＡＣユニットはデータセンタ室の角に設置されるので、これらの空気流量を効率的に高める能力は悪影響を受ける。一般に上げ床を建設するコストは高く、また一般に、データセンタ室内の空気の動きが不十分なことに起因して冷却効率は低い。また、データセンタの設計及び構造全体を通じ、供給空気の短絡を防ぐために、床の通気孔の位置には注意深い計画が必要である。ホットスポットを固定するためにタイルを取り除けば、システム全体に問題が生じ得る。

本発明は、データセンタを効率的に冷却するための統合された建造物ベースの空気処理システムを目的とするシステム及び方法を提供する。特定の実施形態では、本発明は、１又はそれ以上のサーバラックに連通するように構成された少なくとも１つのサーバラックポートを含むエンクロージャを提供する。このサーバラックポートは、サーバラック内に設置されたラックマウント式ユニットの後面が、エンクロージャにより定められる内部空間に連通するような形でサーバラックに係合するように構成される。１又はそれ以上のファンが、冷却用空気をラックマウント式ユニットの前面から引き込み、暖気を内部空間に排出する。いくつかの実施形態では、サーバラックポートとサーバラックが、エンクロージャへの及びエンクロージャからの空気の漏れを抑えるために実質的に密閉された形で係合する。

本発明の他の実施形態では、システム及び方法が、自然の冷気を利用してサーバを冷却する。１つの実施形態では、データセンタの側壁の弁付き開口部を、データセンタの内部と外部の温度差が特定の閾値に達したときに弁付き開口部を開く制御システムに接続することができる。この弁付き開口部から、外部冷気がデータセンタに入る。１又はそれ以上のファンが、ラックマウント式ユニットの前面から冷気を引き込み、このラックマウント式ユニットの後面から、エンクロージャにより定められる内部空間に暖気を排出する。エンクロージャは、データセンタの屋根の弁付き開口部に動作可能に接続され、この弁付き開口部を通じて、エンクロージャ内部の暖気がデータセンタから排気される。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の蒸発冷却ユニットを使用して、データセンタの側壁の弁付き開口部から入ってくる外部空気を冷却する。他の実施形態では、データセンタ内で天井を使用することができる。屋根及び天井が、屋根裏空間を定める。この屋根裏空間にエンクロージャが動作可能に接続される。この屋根裏空間に暖気が排出され、屋根に結合された弁付き開口部を通じてデータセンタから排気される。

いくつかの実施形態では、暖気列エンクロージャ及び冷気列エンクロージャの両方を使用する。１又はそれ以上の冷却ユニットにより冷却された空気が冷気列エンクロージャに入る。１又はそれ以上のファンが、冷気列エンクロージャからラックマウント式ユニットを通じて冷気を引き込んでサーバを冷却し、暖気を暖気列エンクロージャに放出する。いくつかの実施形態では、ラックマウント式ユニットの内部に装着された冷却ファンが、冷気列エンクロージャから冷却用空気を引き込み、暖気を暖気列エンクロージャに排出する。他の実施形態では、１又はそれ以上の蒸発冷却ユニットを使用して暖気を冷却する。

以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことにより、本発明の様々な実施形態の本質及び利点がより良く理解できるであろう。

サーバ冷却システム例を示す図である。 屋根裏空間を含むサーバ冷却システム例を示す図である。 内部で空気を再循環させるサーバ冷却システム例を示す図である。 暖気列エンクロージャ及び冷気列エンクロージャを備えたサーバ冷却システム例を示す図である。 暖気列エンクロージャ及び冷気列エンクロージャを備えた、内部で空気を再循環させるサーバ冷却システム例を示す図である。 片側に傾斜した屋根を有するサーバ冷却システム例を示す図である。 片側に傾斜した屋根を有するサーバ冷却システム例の上面図である。 切り妻屋根を有するサーバ冷却システム例を示す図である。 空気混合チャンバを有するサーバ冷却システム例を示す図である。

以下の実施形態例及びこれらの態様は、範囲を限定するのではなく説明例であることを意図する装置、方法、及びシステムとの関連で説明し図示するものである。

図１に、側壁１００、床１０２、屋根１０４、エンクロージャ１０６及びサーバラック１０８を含むサーバ冷却システム例を示す。側壁１００、床１０２、及び屋根１０４は、内側空間１１８を定める。床１０２は、高くした下地床であってもよく、又はそうでなくてもよい。屋根１０４には弁付き開口部１１０が存在することができ、側壁１００には弁付き開口部１１４が存在することができる。弁付き開口部は、個々の弁付き開口部を選択的に開閉する制御システムに接続することができる。エンクロージャ１０６は、フレーム、パネル、ドア、及びサーバラックポートを有することができる。サーバラックポートは、１又はそれ以上のサーバラック１０８に接続できるエンクロージャ１０６の開口部である。エンクロージャ１０６は、鋼、複合材料、又は炭素材料などの様々な材料で作成することができ、これが内側空間１１８から実質的に密封された内部空間１１６を定めるハウジングを形成する。エンクロージャ１０６は、サーバラック１０８内に設置された１又はそれ以上のラックマウント式ユニットが内部空間１１６に連通できるようにする少なくとも１つのサーバラックポートを含む。１つの実施構成では、サーバラックポートが、サーバラック１０８の外形に実質的に適合してこれを収容するように構成された開口部である。サーバラックポートの１又はそれ以上の端部は、サーバラック１０８に接して実質的に密封された接触面を形成するガスケット又はその他の構成要素を含むことができる。サーバラック１０８は、サーバラックポートを介してエンクロージャ１０６に実質的に密封された形で取り外し可能に接続することができる。いくつかの実施形態では、ラックマウント式ユニットのそれぞれの前面が内側空間１１８に連通し、ラックマウント式ユニットのそれぞれの後面が、エンクロージャ１０６により定められる内部空間１１６に連通するようにして、サーバラック１０８内に１又はそれ以上のラックマウント式ユニットが設置される。ラックマウント式ユニット例は、サーバブレード、データ記憶アレイ又はその他の機能装置とすることができる。サーバラック１０８内に設置されたラックマウント式ユニットの前部から後部への空気の流れにより、内側空間１１８から冷却用空気が引き込まれ、暖気が内部空間１１６に排出される。

エンクロージャ１０６は、エンクロージャの上側にある接続部１１２を通じて屋根１０４の弁付き開口部１１０に接続することができる。いくつかの実施形態では、接続部１１２を金属ダクトで作成することができる。他の実施形態では、エンクロージャを弁付き開口部１１０に取り外し可能に接続できるように、接続部１１２を柔らかい可撓性材料で作成することができる。いくつかの実施形態では、エンクロージャ１０６を床１０２に直接装着することができる。他の実施形態では、エンクロージャ１０６が下側にホイールを有し、データセンタ内で容易に動かすことができる。

いくつかの実施形態では、サーバラック１０８にサーバ及びその他の機材がまばらに装着されることがある。サーバ及びその他の設備は、ラック内で縦に積み重ねられるので、まばらになることで、内部空間１１６に対して開いた隙間が形成されることがある。この開いた隙間を通じて、内部空間１１６から空気が漏れる可能性がある。空気の漏れを防ぐために、サーバラック１０８に取り付けたパネルによって隙間を塞ぎ、エンクロージャ１０６から隙間を通じて空気が逃げたり入ったりするのを防ぐことができる。

いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の空気処理ユニット１２２が、外部冷気を内側空間１１８に引き込むことができる。冷気は、側壁１００の弁付き開口部１１４を通じてサーバ冷却システムに入る。１又はそれ以上のファンが、内側空間１１８から１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの前面を通じて冷気を引き込み、１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの後面から内部空間１１６に暖気を排出する。暖気は接続部１１２を通り、屋根１１０の弁付き開口部１１０を通じて内部空間１１６から出る。いくつかの実施形態では、ラック１０８内に設置されたラックマウント式ユニットの内部に装着された冷却ファンが、内側空間１１８から冷気を引き込んで内部空間１１６に暖気を排出し、１つの実施構成では、ラックマウント式ユニットを冷却するために追加の空気処理ユニットが必要ない。ラック１０８内にファンレスラックマウント式ユニットを設置した他の実施形態では、ラック１０８の片側に１又はそれ以上のファンを設置して内側空間１１８からラックマウント式ユニットを通じて内部空間１１６に空気を引き込み、ラック１０８内に設置されたラックマウント式ユニットを冷却することができる。

いくつかの実施形態では、エンクロージャ１１６に弁付き開口部１２０が存在することができる。この弁付き開口部１２０、屋根１０４の弁付き開口部１１０、及び側壁１００の弁付き開口部１１４には、制御システムが動作可能に接続される。この制御システムは、内側空間１１８の内部及び外部で観測される温度に基づいて弁付き開口部の各々を選択的に作動させて、１又はそれ以上の所望の空気の流れを実現する。内側空間１１８の外部の空気が内側空間１１８への導入に適していない場合、制御システムは、弁付き開口部１１０及び１１４を閉じて、弁付き開口部１２０を開く。内側空間１１８内の空気を冷却するために、１又はそれ以上の冷却ユニットを使用することもできる。いくつかの実施形態では、この冷却ユニットを、単純な水の蒸発を通じて空気を冷却する装置である蒸発冷却機とすることができる。蒸発冷却は、冷凍又は吸収空調に比べてエネルギー効率が高い。内側空間１１８からラックマウント式ユニットを通じて冷却用空気が引き込まれ、エンクロージャ１０６により定められる内部空間１１６に暖気が排出される。エンクロージャ１０６内部の暖気は、弁付き開口部１２０を通じて内側空間１１８に排気される。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のファンを使用してエンクロージャ１０６から暖気を排気することができる。

他の実施形態では、外気を内側空間１１８に導入しながら１又はそれ以上の冷却ユニットを使用することができる。制御システムは、弁付き開口部１１０、１１４、及び１２０を同時に開くことができる。内側空間１１８に外気を導入しながら冷却できるように、弁付き開口部１１４の近くで蒸発冷却ユニットを使用することもできる。

さらに他の実施形態では、外側空間と内側空間の温度差が、ある設定可能な閾値に達したときに、制御システムが、弁付き開口部１１０を開いて弁付き開口部１１４及び１２０を閉じることができる。他の実施形態では、制御システムが、弁付き開口部１１０を閉じて弁付き開口部１１４及び１２０を開くことができる。内側空間１２０の空気を冷却するために、内側空間１２０内に１又はそれ以上の蒸発冷却ユニットを設置して冷却を行うことができる。

いくつかの実施形態では、屋根１０４が、製造及び設置が容易な片側に傾斜した屋根を含む。他の実施形態では、切り妻屋根などの他の種類の屋根構成を使用することができる。側壁１００、床１０２、及び屋根１０４は、工場内で事前に製造し、データセンタを構築する建設現場で組み立てることができる。ユニットを事前に製造することで、データセンタを築くための費用を大幅に削減することができる。サーバファーム冷却システムのための統合建造物ベースの空気処理装置のコスト優位性の１つは、システムの事前製造部分が便利かつ低コストであり、事前製造部分をデータセンタ内に容易に設置できる点である。

いくつかの実施形態では、図１に示すサーバファーム冷却システムのための統合建造物ベースの空気処理装置により、高くした下地床、ＣＲＡＣユニット及び水冷機の必要性がなくなる。冷却システムの多くの部品は、事前に製造して容易に組み立てることができる。自然の冷気を使用してサーバを冷却することができる。サーバの内部に設置した冷却ファンが、冷却用空気を引き込むのに必要な気流を与えてサーバを冷却することができ、ＣＲＡＣユニット及び高くした下地床がもはや必要でなくなる。効率的な蒸発冷却機が、設置及び動作にコストがかかる水冷機に取って代わることができる。概して、本明細書で説明する冷却システムは、サーバファームを展開する建設費用、及び電力と水の使用を大幅に削減することができる。

図２に、側壁２００、床２０２、屋根２０４、エンクロージャ２０６、サーバラック２０８及び天井２１０を含む別のサーバ冷却システム例を示す。図２の冷却システム例は、天井２１０及び屋根２０４が屋根裏空間２２０を定める点を除き、図１の冷却システム例と同様である。側壁２００、床２０２及び天井２１０は、内側空間２１８を定める。天井２１０には、１又はそれ以上の弁付き開口部２２２が結合される。屋根２０４には弁付き開口部２２４が存在することができ、側壁２００には弁付き開口部２１４が存在することができる。エンクロージャ２０６は、接続部２１２を通じて屋根裏空間２２０に動作可能に接続される。

いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の空気処理ユニット２２６が、外部冷気を内側空間２１８に引き込むことができる。１又はそれ以上のファンが、ラック２０８内に設置された１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの前面を通じて内側空間２１８から冷気を引き込み、ラックマウント式ユニットの後面から内部空間２１６に暖気を排出する。暖気は、接続部２１２を通って屋根裏空間２２０に入る。いくつかの実施形態では、ラック２０８内に設置されたラックマウント式ユニットの内部に装着された冷却ファンが、冷却用空気を内部空間２１６に引き込み、追加の空気処理ユニットは必要ない。ラック２０８内にファンレスラックマウント式ユニットを設置した他の実施形態では、ラック２０８の片側に１又はそれ以上のファンを設置して内側空間から内部空間２１６に空気を引き込み、サーバラック２０８内に設置されたラックマウント式ユニットを冷却することができる。暖気は屋根裏空間２２０へと上昇し、弁付き開口部２２４を通じて冷却システムから排気される。

図３に、側壁３００、床３０３、屋根３０４、エンクロージャ３０６、サーバラック３０８、及び天井３１０を含む、別のサーバ冷却システム例を示す。側壁３００、床３０２及び天井３１０は、内側空間３１８を定める。屋根３０４及び天井３１０は、屋根裏空間３３０を定める。天井３１０には、１又はそれ以上の弁付き開口部３２２が結合される。屋根３０４には弁付き開口部３２４が存在することができ、側壁３００には弁付き開口部３１４が存在することができる。エンクロージャ３０６が、接続部３１２を通じて屋根裏空間３２０に動作可能に接続される。図３の冷却システム例は、内側空間３１８に外気を導入できない点、及びある時点で屋根裏空間３３０内の暖気をサーバ冷却システム例の外側に排気することができず、代わりに必要に応じて暖気を内側空間３１８に混合して所望の動作温度を維持できる点を除き、図２の冷却システム例と同様である。

１つの実施形態では、弁付き開口部３２２、３２４、及び３１４が、内側空間３１８の内部及び外部で観測される温度に基づいて弁付き開口部の各々を選択的に作動させる制御システムに接続される。外気が内側空間３１８への導入に適していない場合、制御システムは、弁付き開口部３１４及び３２４を閉じて弁付き開口部３２２を開く。内側空間３１８内の空気を冷却するために、１又はそれ以上の冷却ユニットを使用することもできる。いくつかの実施形態では、冷却ユニットを蒸発冷却機とすることができる。内側空間３１８からラックマウント式ユニットを通じて冷却用空気が引き込まれ、エンクロージャ３０６により定められる内部空間３１６に暖気が排出される。エンクロージャ３０６内部の暖気は、接続部３１２を通じて屋根裏空間３２０に排気され、天井３１０に結合された弁付き開口部３２２を通じて内側空間３１８に再循環される。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のファンを使用して、暖気をエンクロージャ３０６から屋根裏空間３２０に排気し、及び／又は暖気の少なくとも一部を内側空間３１８に再循環させることができる。

他の実施形態では、外気を内側空間３１８に導入しながら１又はそれ以上の冷却ユニットを使用することができる。制御システムは、弁付き開口部３１４、３２２、及び３２４を同時に、又は選択した時間に個々に開くことができる。内側空間３１８に外気を導入しながら冷却できるように、弁付き開口部３１４の近くで蒸発冷却ユニットを使用することもできる。

さらに他の実施形態では、制御システムが、弁付き開口部３１４及び３２２を開いて弁付き開口部３２４を閉じることができる。弁付き開口部３１４及び／又は弁付き開口部３２２の近くで蒸発冷却ユニットを使用して、内側空間３１８内の効率的な冷却を行うことができる。他の実施形態では、制御システムが、弁付き開口部３１４を閉じて弁付き開口部３２２及び３２４を開くことができる。１つの実施形態では、制御システムが、弁付き開口部３１４及び３２２を閉じて弁付き開口部３２４を開くことができる。制御システムは、内側空間３１８内の温度、屋根裏空間３２０内の温度、及び外部の温度をモニタする。３つの観測された温度の差が１又はそれ以上の設定可能な閾値に達した場合、制御システムは、個々の弁付き開口部を選択的に開閉することができる。

図４に、側壁４００、床４０２、屋根４０４、暖気列エンクロージャ４０６、サーバラック４０８、冷気列エンクロージャ４１０、及び天井４２４を含む別のサーバ冷却システム例を示す。図４の冷却システム例は、ラック４０８内に設置されたサーバを効率的に冷却するために１又はそれ以上の冷気列エンクロージャを使用する点を除き、図３の冷却システム例と同様である。

側壁４００、床４０２及び天井４２４は、内側空間４１８を定める。天井４２４及び屋根４０４は、屋根裏空間４２０を定める。いくつかの実施形態では、天井４２４に１又はそれ以上の弁付き開口部４２６を結合することができる。他のいくつかの実施形態では、暖気列エンクロージャ４０６が、１又はそれ以上のラックマウント式ユニットを暖気列内部空間４１６に連通させる少なくとも１つのサーバラックポートを含む。冷気列エンクロージャ４１０も、１又はそれ以上のラックマウント式ユニットを冷気列内部空間４２２に連通させる少なくとも１つのサーバラックポートを含む。サーバラック４０８は、サーバラックポートを介して暖気列エンクロージャ４０６に、実質的に密閉された形で取り外し可能に接続することができる。サーバラック４０８は、サーバラックポートを介して冷気列エンクロージャ４１０にも、実質的に密閉された形で取り外し可能に接続することができる。いくつかの実施形態では、ラックマウント式ユニットのそれぞれの前面が冷気列内部空間４２２に連通し、ラックマウント式ユニットのそれぞれの後面が暖気列内部空間４１６に連通するようにして、サーバラック４０８内にラックマウント式ユニットが設置される。いくつかの実施形態では、暖気列エンクロージャ４０６が、接続部４１２を通じて屋根裏空間４２０に動作可能に接続することができる。他のいくつかの実施形態では、ラックマウント式ユニットを冷却するために、冷気列エンクロージャが、ラック４０８内に設置されたラックマウント式ユニットの前面を通じて冷気列内部空間４２２からの空気を引き込むためのファンユニット４３０を含むことができ、暖気は、ラックマウント式ユニットの後面を通じて暖気列内部空間４１６に放出される。

いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の空気処理ユニット４３２が、外部冷気を内側空間４１８に引き込むことができる。冷気は、側壁４００の弁付き開口部４１４を通じてサーバ冷却システムに入る。１又はそれ以上のファン４２２が、冷気列エンクロージャ４１０の１又はそれ以上の開口部を通じて冷気を内側空間４１８から冷気列内部空間４３０に引き込む。いくつかの実施形態では、外部冷気を冷気列内部空間４２２に引き込むことができるように、個々の冷気列エンクロージャ４１０を弁付き開口部４１４に動作可能に接続することができる。他のいくつかの実施形態では、ラックマウント式ユニットの内部に装着された冷却ファンが、冷気列内部空間４２２から冷気を引き込む。冷気は、ラック４０８内に設置された１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの前面を通って流れ、１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの後面を通じて暖気列内部空間４１６に暖気を排出する。暖気は、接続部４１２を通って屋根裏空間４２０に入る。いくつかの実施形態では、屋根裏空間４２０内部の暖気を、弁付き開口部４２８を通じて冷却システムの外側に排気することができる。

ラック４０８内にファンレスラックマウント式ユニットを設置した他の実施形態では、ラック４０８の片側に１又はそれ以上のファンを設置して内側空間４１８から内部空間４１６に空気を引き込み、サーバラック４０８内に設置されたラックマウント式ユニットを冷却することができる。他の実施形態では、１又はそれ以上のファン４３２が、冷気が冷気列内部空間４２２から暖気列内部空間４１６に流れるのに必要な風力を提供することができる。

図５に、側壁５００、床５０２、屋根５０４、暖気列エンクロージャ５０６、サーバラック５０８、冷気列エンクロージャ５１０、及び天井５２４を含む別のサーバ冷却システム例を示す。側壁５００、床５０２及び天井５２４は、内側空間５１８を定める。天井５２４及び屋根５０４は、屋根裏空間５２０を定める。図５の冷却システム例は、内側空間５１８に外気を導入できない点、及び屋根裏空間５２０内の暖気をサーバ冷却システム例の外部に排気できない点を除き、図４の冷却システム例と同様である。

いくつかの実施形態では、天井５２４に１又はそれ以上の弁付き開口部５２６を結合することができる。弁付き開口部５１４、５２８、及び５２６は、内側空間５１８及び／又は屋根裏空間５２０の内部及び外部で観測された温度に基づいて弁付き開口部の各々を選択的に作動させる制御システムに動作可能に接続される。外気が内側空間５１８への導入に適していない場合、制御システムは、弁付き開口部５１４及び５２８を閉じて弁付き開口部５２６を開く。内側空間５１８内の空気を冷却するために、１又はそれ以上の冷却ユニット５３２を使用することもできる。いくつかの実施形態では、冷却ユニット５３２を蒸発冷却機とすることができる。冷却用空気が、内側空間５１８から冷気列内部空間５２２に引き込まれる。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のファン５３０を使用して、冷却用空気を冷気列エンクロージャ５１０に引き込むことができる。冷却用空気は、冷気列内部空間５２２からラック５０８内に設置されたラックマウント式ユニットを通じて引き込まれ、暖気は、エンクロージャ５０６により定められる暖気列内部空間５１６に排出される。暖気は、接続部５１２を通じて屋根裏空間５２０に入り、天井５２４に結合された弁付き開口部５２６を通じて内側空間５１８に再循環される。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のファンを使用して、暖気をエンクロージャ５０６から屋根裏空間５２０に排気し、内側空間５１８に再循環させることができる。

図６に、側壁６００、床６０２、屋根６０４、エンクロージャ６０６、サーバラック６０８、及び天井６１０を含むサーバ冷却システム例の３次元表示を示す。側壁６００、床６０２及び天井６１０は、内側空間６１８を定める。屋根６０４及び天井６１０は、屋根裏空間６２０を定める。エンクロージャ６０６は、内部空間６１６を定める。天井６１０には、１又はそれ以上の弁付き開口部６２２が結合される。屋根６０４には弁付き開口部６２４が存在することができ、側壁６００には弁付き開口部６１４が存在することができる。エンクロージャ６０６が、接続部６１２を通じて屋根裏空間６２０に動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、ラックマウント式ユニットのそれぞれの前面が内側空間６１８に連通し、ラックマウント式ユニットのそれぞれの後面が内部空間６１６に連通するようにして、ラック６０８内に１又はそれ以上のラックマウント式ユニットが設置される。いくつかの実施形態では、弁付き開口部６１４を通じて外部冷気を内側空間６１８に引き込むことができる。ラック６０８内に設置されたラックマウント式ユニット内部に装着された冷却ファンによって内側空間６１８から冷気を引き込むことができ、暖気は内部空間６１６に放出され、接続部６１２を通じて屋根裏空間６２０に入る。ラック６０８内にファンレスラックマウント式ユニットを設置した他の実施形態では、１又はそれ以上のファンを使用して、冷却用空気を内側空間６１８から内部空間６１６に引き込むことができる。いくつかの実施形態では、空気処理ユニット６２６を使用して、弁付き開口部６１４を通じて外部冷気を内側空間６１８に引き込むことができる。弁付き開口部６１４、６２４、及び６２２は、内側空間６１８及び／又は屋根裏空間６２０の内部及び外部で観測される温度に基づいて弁付き開口部の各々を選択的に作動させる制御システムに動作可能に接続される。外気が内側空間６１８への導入に適していない場合、制御システムは、弁付き開口部６１４及び６２４を閉じて弁付き開口部６２２を開く。内側空間６１８内の空気を冷却するために、１又はそれ以上の冷却ユニットを使用することもできる。いくつかの実施形態では、冷却ユニットを蒸発冷却機とすることができる。ラック６０８内に設置されたラックマウント式ユニットを通じて内側空間６１８から冷却された空気が引き込まれ、暖気が内部空間６１６に排出される。暖気は、接続部６１２を通じて屋根裏空間６２０に入り、天井６１０に結合された弁付き開口部６２２を通じて内側空間６１８に再循環される。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のファンを使用して、暖気をエンクロージャ６０６から屋根裏空間６２０に排気し、この空気を内側空間６１８に再循環させることができる。

図７は、冷却システム例の上面図である。側壁７００及び天井又は屋根が、内側空間７１８を定める。エンクロージャ７０６が、内部空間７１６を定める。エンクロージャは、実質的に密閉された形で１又はそれ以上のラック７０８に接続することができる。ラック７０８内には、各々が１又はそれ以上の冷却ファンを含む１又はそれ以上のラックマウント式ユニットが設置される。側壁７００の１又はそれ以上の弁付き開口部７１４が、外部冷気を内側空間７１８に入れるようにする。サーバラック内に設置されたラックマウント式ユニット内部に装着された冷却ファンによって内側空間から冷気が引き込まれ、暖気が内部空間７１６に放出される。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の空気処理ユニット７２６が、外部冷気を内側空間７１８に引き込むことができる。１つの実施形態では、冷却システムが、幅６０フィート、長さ２５５フィート、及び高さ１６フィートである。冷却システム内には、４つのエンクロージャが設置される。各エンクロージャには、各々の側面に８つのラックが実質的に密閉された形で接続される。個々のラックは、１６個の１Ｕサーバを含む。側壁、天井、屋根、及びエンクロージャは、事前に製造してデータセンタの建設現場で設置することができる。他のデータセンタ設計と比較した場合、この冷却システム例は、より設置が容易であるとともに効率的に動作することができる。

図８に、側壁８００、床８０２、屋根８０４、エンクロージャ８０６、サーバラック８０８、及び天井８１０を含む別のサーバ冷却システム例を示す。側壁８００、床８０２及び天井８１０は、内側空間８１８を定める。屋根８０４及び天井８１０は、屋根裏空間８２０を定める。天井８１０には、１又はそれ以上の弁付き開口部８２２が結合される。屋根８０４には弁付き開口部８２４が存在することができ、側壁８００には弁付き開口部８１４が存在することができる。図８のサーバ冷却システム例は、片側に傾斜した屋根２０４の代わりに切り妻屋根８０４を使用する点を除き、図２のサーバ冷却システム例と同様である。切り妻屋根は、屋根裏空間８１８内の空気循環を効率的にすることができる。しかしながら、切り妻屋根を構築するコストは、片側に傾斜した屋根を構築するコストよりも高いことがある。

図９に、側壁９００、床９０２、屋根９０４、エンクロージャ９０６、サーバラック９０８、天井９１０、及び外壁９３０を含む別のサーバ冷却システム例を示す。図９のサーバ冷却システム例は、屋根９０４、床９０２、側壁９００、及び外壁９３０が混合空間９２８を定めることを除き、図８のサーバ冷却システム例と同様である。側壁９００、床９０２及び天井９１０は、内側空間９１８を定める。屋根９０４及び天井９１０は、屋根裏空間９２０を定める。いくつかの実施形態では、外壁９３０の弁付き開口部９１４を通じて、外部冷気を混合空間９２８に引き込むことができる。この冷気は、側壁９００に結合された１又はそれ以上の空気処理ユニット９２６によって内側空間９１８に引き込まれる。ラック９０８内には、各々が冷却ファンを含む１又はそれ以上のラックマウント式ユニットが設置される。ラックマウント式ユニット内部に装着された冷却ファンが、ラックマウント式ユニットを通じて内側空間９１８から冷却用空気を引き込み、暖気を内部空間９１６に放出する。この暖気は、内部空間９１６を屋根裏空間９２０に動作可能に接続する１又はそれ以上の接続部９１２を通じて屋根裏空間９２０に入る。いくつかの実施形態では、屋根裏空間９２０内の暖気が、１又はそれ以上の弁付き開口部９２４を通じて外部に排気される。他の実施形態では、暖気が１又はそれ以上の弁付き開口部９２２を通じて混合空間９２８に引き込まれ、外部冷気と混合される。さらに他の実施形態では、弁付き開口部９１４、９２２、及び９２４を、各弁付き開口部を選択的に作動させる制御システムに動作可能に接続することができる。外気が内側空間９１８への導入に適していない場合、制御システムは、弁付き開口部９１４及び９２４を閉じて弁付き開口部９２２を開く。屋根裏空間９２０内の暖気は、混合空間９２８に再循環されて内側空間９１８に再循環される。他の実施形態では、制御システムが、内側空間９１８内の温度、屋根裏空間９２０内の温度、混合空間９２８内の温度、及び外部温度をモニタする。観測された温度の差が、１又はそれ以上の閾値、又はその他の動的な又は所定のレベルに達した場合、制御システムは、各弁付き開口部を選択的に開閉することができる。内側空間内の空気を冷却するために、１又はそれ以上の冷却ユニットを使用することもできる。いくつかの実施形態では、この冷却ユニットが混合空間９２８内に設置される。他の実施形態では、冷却ユニットが内側空間９１８内に設置される。１つの実施形態では、冷却ユニットが蒸発冷却機である。

特定の実施形態を参照しながら本発明について説明した。例えば、特定の構成要素及び構成を参照して本発明の実施形態を説明したが、当業者であれば、異なる構成要素及び構成の組み合わせを使用できることを理解するであろう。例えば、実施形態によっては、高くした下地床、ＣＲＡＣユニット、水冷機、又は湿度制御ユニットを使用することができる。実施形態によっては、地震制御装置、並びに電気及び通信ケーブル管理装置を使用することもできる。当業者には他の実施形態が明らかであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲で示すもの以外に限定されるものではない。

５００ 側壁
５０２ 床
５０４ 屋根
５０６ 暖気列エンクロージャ
５０８ サーバラック
５１０ 冷気列エンクロージャ
５１２ 接続部
５１４ 弁付き開口部
５１６ 暖気列内部空間
５１８ 内側空間
５２０ 屋根裏空間
５２２ 冷気列内部空間
５２４ 天井
５２６ 弁付き開口部
５２８ 弁付き開口部
５３０ ファン
５３２ 冷却ユニット

Claims (26)

1. 床、１又はそれ以上の側壁及び屋根により定められる内側空間と、
   前記屋根内、又は前記１又はそれ以上の側壁内に定められる１又はそれ以上の開口部と、
   前記内側空間の上部領域と流体連通する内部空間を定める、前記内側空間内に設置されたエンクロージャと、
   前記内側空間に外気を供給する１又はそれ以上の空気処理ユニットと、
   前記内側空間内に設置され、前記エンクロージャと実質的に密閉された形で係合するラックと、
   前記ラック内に設置され、それぞれの前面が前記内部空間に連通し、それぞれの後面が前記エンクロージャにより定められる内側空間に連通するようにされた１又はそれ以上のラックマウント式ユニットと、
   前記内側空間から前記１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの前面を通じて空気を引き込み、前記１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの後面から前記内部空間に暖気を排出する１又はそれ以上の冷却ファンと、
   を備えることを特徴とするサーバ冷却システム。
2. 前記１又はそれ以上の冷却ファンが、前記ラックマウント式ユニットの対応するユニット内部に装着される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ冷却システム。
3. 前記内側空間内の空気を冷却する１又はそれ以上の冷却ユニットをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ冷却システム。
4. 前記各エンクロージャが、前記ラックを前記エンクロージャ内に取り外し可能に設置できるようにする少なくとも１つのサーバラックポートを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ冷却システム。
5. 前記１又はそれ以上の弁付き開口部に動作可能に接続され、前記内側空間の内部及び外部で観測された温度に基づいて前記１又はそれ以上の弁付き開口部を選択的に作動させる制御システムをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ冷却システム。
6. 前記１又はそれ以上のエンクロージャに結合され、前記制御システムに動作可能に接続された１又はそれ以上の弁付き開口部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項５に記載のサーバ冷却システム。
7. 前記冷却ユニットの少なくとも１つが蒸発冷却機である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のサーバ冷却システム。
8. 前記屋根が、片側に傾斜した屋根を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ冷却システム。
9. 床、１又はそれ以上の側壁及び天井により定められる内側空間と、
   前記天井及び屋根により定められる屋根裏空間と、
   前記屋根、又は前記１又はそれ以上の側壁に結合された１又はそれ以上の弁付き開口部と、
   前記１又はそれ以上の弁付き開口部及び前記屋根裏空間に動作可能に接続された内部空間を定める、前記内側空間内に設置されたエンクロージャと、
   前記天井に結合されて前記屋根裏空間と前記内側空間の間の空気を交換する１又はそれ以上の弁付き天井開口部と、
   前記内側空間に外気を引き込む１又はそれ以上の空気処理ユニットと、
   前記内側空間内に設置され、前記エンクロージャと実質的に密閉された形で係合するラックと、
   前記ラック内に設置され、それぞれの前面が前記内部空間に連通し、それぞれの後面が前記エンクロージャにより定められる内側空間に連通するようにされた１又はそれ以上のラックマウント式ユニットと、
   前記内側空間から前記１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの前面を通じて空気を引き込み、前記１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの後面から前記内部空間に暖気を排出する１又はそれ以上の冷却ファンと、
   を備えることを特徴とするサーバ冷却システム。
10. 前記１又はそれ以上の冷却ファンが、前記ラックマウント式ユニットの対応するユニット内部に装着される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のサーバ冷却システム。
11. 前記内側空間内の空気を冷却する１又はそれ以上の冷却ユニットをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載のサーバ冷却システム。
12. 前記各エンクロージャが、前記ラックを前記エンクロージャ内に取り外し可能に設置できるようにする少なくとも１つのサーバラックポートを含む、
    ことを特徴とする請求項９に記載のサーバ冷却システム。
13. 前記１又はそれ以上の弁付き開口部に動作可能に接続され、前記内側空間の内部及び外部で観測された温度に基づいて前記１又はそれ以上の弁付き開口部を選択的に作動させる制御システムをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載のサーバ冷却システム。
14. 前記制御システムが、前記１又はそれ以上の弁付き天井開口部に動作可能に接続され、前記内側空間及び前記屋根裏空間内で観測された温度に基づいて前記１又はそれ以上の弁付き天井開口部を選択的に作動させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載のサーバ冷却システム。
15. 前記冷却ユニットの少なくとも１つが蒸発冷却機である、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のサーバ冷却システム。
16. 前記屋根が、片側に傾斜した屋根を含む、
    ことを特徴とする請求項９に記載のサーバ冷却システム。
17. 床、１又はそれ以上の側壁及び天井により定められる内側空間と、
    前記天井及び屋根により定められる屋根裏空間と、
    前記屋根、又は前記１又はそれ以上の側壁に結合された１又はそれ以上の弁付き開口部と、
    前記１又はそれ以上の弁付き開口部に動作可能に接続された冷気列内部空間を定める、前記内側空間内に設置された冷気列エンクロージャと、
    前記屋根裏空間に動作可能に接続された暖気列内部空間を定める、前記内側空間内に設置された暖気列エンクロージャと、
    前記天井に結合されて前記屋根裏空間と前記内側空間の間の空気を交換する１又はそれ以上の弁付き天井開口部と、
    前記内側空間に外気を引き込む１又はそれ以上の空気処理ユニットと、
    前記内側空間内に設置され、前記冷気列エンクロージャと前記暖気列エンクロージャを実質的に密閉された形で係合するラックと、
    前記ラック内に設置され、それぞれの前面が前記冷気列内部空間に連通し、それぞれの後面が前記暖気列内部空間に連通するようにされた１又はそれ以上のラックマウント式ユニットと、
    前記冷気列内部空間から前記１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの前面を通じて空気を引き込み、前記１又はそれ以上のラックマウント式ユニットの後面から前記暖気列内部空間に暖気を排出する１又はそれ以上の冷却ファンと、
    を備えることを特徴とするサーバ冷却システム。
18. 前記１又はそれ以上の冷却ファンが、前記ラックマウント式ユニットの対応するユニット内部に装着される、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のサーバ冷却システム。
19. 前記内側空間内の空気を冷却する１又はそれ以上の冷却ユニットをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のサーバ冷却システム。
20. 前記暖気列エンクロージャ及び前記冷気列エンクロージャの各々が、前記ラックを前記エンクロージャ内に取り外し可能に設置できるようにする少なくとも１つのサーバラックポートを含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のサーバ冷却システム。
21. 前記１又はそれ以上の弁付き開口部に動作可能に接続され、前記内側空間の内部及び外部で観測された温度に基づいて前記１又はそれ以上の弁付き開口部を選択的に作動させる制御システムをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のサーバ冷却システム。
22. 前記制御システムが、前記１又はそれ以上の弁付き天井開口部に動作可能に接続され、前記内側空間及び前記屋根裏空間内で観測された温度に基づいて前記１又はそれ以上の弁付き天井開口部を選択的に作動させる、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のサーバ冷却システム。
23. 前記冷却ユニットの少なくとも１つが蒸発冷却機である、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のサーバ冷却システム。
24. 前記屋根が、片側に傾斜した屋根を含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のサーバ冷却システム。
25. １又はそれ以上のサーバを装着した少なくとも１つのサーバラックの前面により定められる少なくとも１つの外側部を有し、上側に１又はそれ以上の弁付き開口部が動作可能に接続された内部空間を実質的に封入するステップと、
    前記少なくとも１つのサーバラックの後面から冷却用空気源を導入し、前記サーバラック内に装着された前記１又はそれ以上のサーバに含まれる冷却ファンにより、前記冷却用空気源から冷却した空気を引き込み、前記内部空間に暖気を排出して、前記暖気が前記内側空間の上部領域に上昇できるようにするステップと、
    前記暖気を前記内側空間から排出するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
26. 前記冷却用空気源が、
    前記冷却用空気源内部の空気を冷却する１又はそれ以上の蒸発冷却機と、
    前記冷却用空気源に外気を導入する１又はそれ以上の吸気口と、
    前記１又はそれ以上の吸気口に結合され、前記冷却用空気源の内部及び外部で観測された温度に基づいて前記１又はそれ以上の吸気口を選択的に作動させる制御システムと、
    を備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。

Images