NL2007676C2

NL2007676C2 - Systeem voor het koelen van elektronische apparatuur.

Info

Publication number: NL2007676C2
Application number: NL2007676A
Authority: NL
Inventors: Kees Koot
Original assignee: Hiensch Engineering B V
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-06
Also published as: EP2774463A1; WO2013066175A1

Description

Q.2KX45

SYSTEEM VOOR HET KOELEN VAN ELEKTRONISCHE APPARATUUR

5 De uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het koelen van elektronische apparatuur die in ten minste twee elektronica rekken is aangebracht, waarbij de elektronica rekken op afstand van elkaar, onder vrijlating van een gang, op een ondergrond in een elektronicaruimte zijn aangebracht. 10 Een dergelijke elektronicaruimte wordt in de praktijk vaak aangeduid met "datacenter" of computerruimte, terwijl dergelijke rekken in de praktijk ook wel "racks" worden genoemd.

15 Een dergelijk systeem is bijvoorbeeld bekend uit het

Amerikaanse octrooischrift no. 2010/0067193 (IBM). In de afgelopen decennia hebben computers een toenemende rol in de maatschappij gespeeld, zowel in de private als de publieke sector. Zogenaamde "datacenters" kunnen hedentendage in elke 20 sector worden gevonden, zoals de medische sector, onderwijssector, communicatiesector, zakensector, financiële sector en transportsector. Dergelijke datacenters kunnen één kamer of verdieping of zelfs een geheel gebouw in beslag nemen. Elektronische apparatuur, zoals bijvoorbeeld 25 zogenaamde "servers", is in de datacenters veelal opgenomen in zogenaamde "racks" oftewel rekken of stellingen. De rekken hebben dikwijls standaard afmetingen, waarbij elk rek veelal is opgebouwd uit vier verticale rails, waarbij twee paren, tegenover elkaar opgestelde rails een rechthoekige 30 ruimte definiëren. De verticale rails bevatten in lengterichting verscheidene gaten waarin steunen kunnen worden aangebracht om de elektronische apparatuur in het rek te monteren. Het aldus in rekken aanbrengen van 2 elektronische apparatuur brengt met zich mede dat een grote hoeveelheid warmte wordt gegenereerd, waarbij het gevaar op oververhitting van de elektronische apparatuur bestaat, met alle nadelige gevolgen van dien. Het is daarom noodzakelijk 5 om de lucht in een datacenter te koelen.

Een bezwaar van de stand van de techniek is dat de koeling in de datacenters dikwijls op energetisch ongunstige wijze geschiedt, waarbij de koeling van de computers op 10 inefficiënte wijze plaatsvindt.

Het is het doel van de uitvinding de stand van de techniek te verbeteren en daartoe heeft een systeem van de in de aanhef vermelde soort volgens de uitvinding als 15 bijzonderheid dat het systeem een luchtbehandelingsinrichting omvat die is ingericht om koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte aan de elektronicaruimte toe te voeren. Bij voorkeur is de luchtbehandelingsinrichting ingericht om buitenlucht aan te 20 voeren om de koude lucht te genereren, waarbij de luchtbehandelingsinrichting in het bijzonder is ingericht om de buitenlucht adiabatisch te koelen, adiabatisch te bevochtigen, recuperatief energie uit te wisselen en/of te mengen met de warme lucht afkomstig van de elektronische 25 apparatuur. In het bijzonder is sprake van een continue luchtcirculatie, waarbij koude lucht door de luchtbehandelingsinrichting (onder gebruikmaking van een hieronder te bespreken luchttoevoerinrichting) wordt aangevoerd en waarbij warme lucht door de 30 luchtbehandelingsinrichting wordt afgevoerd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem overeenkomstig de uitvinding is de 3 luchtbehandelingsinrichting ingericht om de koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte met een temperatuur variërend tussen 14 en 15 °C, bij voorkeur circa 14 °C, aan de elektronicaruimte toe te voeren. In het 5 bijzonder is de luchtbehandelingsinrichting eveneens ingericht om warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur met een temperatuur variërend tussen 30 en 40 °C, bij voorkeur circa 35 °C, aan te zuigen om de koude lucht te genereren. Het onderhavige systeem streeft er in deze 10 voorkeursvariant naar om het temperatuursverschil tussen de koude lucht en de warme lucht zo groot mogelijk te maken binnen de grenzen van de standaards (ASHREA)om het luchttransport te minimaliseren en derhalve het verbruik van de transportenergie en de afmetingen van het systeem zo 15 klein mogelijk te houden, waarbij de temperatuur van de warme lucht en de koele lucht althans nagenoeg constant wordt gehouden (35 respectievelijk 14 °C) .

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem 20 volgens de uitvinding de luchtbehandelingsinrichting functioneert in de volgende zes werkgebieden: - werkgebied A: een conditie van de buitenlucht met een enthalpie groter dan of gelijk aan 42 kJ/kg; 25 - werkgebied B: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur hoger dan of gelijk aan 14°C en een enthalpie inliggend tussen 34 kJ/kg en 42 kJ/kg; - werkgebied C: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur lager dan of gelijk aan 14°C en een 30 vochtinhoud groter dan of gelijk aan 5,3 g/kg; - werkgebied D: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur hoger dan of gelijk aan 14°C en een enthalpie inliggend tussen 28 kJ/kg en 34 kJ/kg; 4 - werkgebied E: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur hoger dan of gelijk aan 8°C, een enthalpie kleiner dan of gelijk aan 28 kJ/kg en een vochtinhoud kleiner dan of gelijk aan 5,3 g/kg; 5 - werkgebied F: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur lager dan of gelijk aan 8°C en een vochtinhoud kleiner dan of gelijk aan 5,3 g/kg.

In een verder voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem 10 overeenkomstig de uitvinding is de luchtbehandelingsinrichting gevormd door ten minste twee, onafhankelijk van elkaar werkende subinrichtingen. In dat geval is derhalve veiligheidshalve sprake van een "dubbel systeem".

15

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding omvat het systeem een luchttoevoerinrichting, waarbij de luchttoevoerinrichting een afzonderlijke eenheid vormt en nabij de gang is 20 aangebracht, waarbij de luchttoevoerinrichting is ingericht om koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte in de gang te blazen, en waarbij de luchttoevoerinrichting is ingericht om de hoeveelheid koude lucht die in de gang wordt geblazen, te regelen in afhankelijkheid van een gemeten 25 temperatuur van warme lucht in de gang afkomstig van de elektronische apparatuur. De doosvormige eenheid is bij voorkeur aan een plafond van de elektronicaruimte boven de gang gemonteerd. De koude lucht is derhalve koeler dan de warme lucht, terwijl de warme lucht warmer is dan de koude 30 lucht.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem overeenkomstig de uitvinding bevat de luchttoevoerinrichting 5 luchthoeveelheidsregelingen om de koude lucht in een mengkaner te mengen met de warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur en de ontstane koele lucht in de gang te blazen en luchtverplaatsingsmiddelen om de warmte 5 lucht in de mengkamer aan te zuigen. In het bijzonder is daarbij sprake van regelmiddelen om het luchtdebiet (de hoeveelheid lucht die per tijdseenheid wordt verplaatst, uitgedrukt in bijvoorbeeld m3/h) van de luchthoeveelheidsregelingen van de koude lucht te regelen in 10 afhankelijkheid van de gemeten temperatuur van warme lucht in de gang afkomstig van de elektronische apparatuur en het luchtdebiet van de verplaatsingsmiddelen van de warme lucht te regelen door het toerental van bijvoorbeeld ventilatoren in afhankelijkheid van de gewenste inblaastemperatuur van de 15 koele lucht. Hierbij wordt in het bijzonder het toerental van de ventilatoren geregeld. Met andere woorden, de ventilatoren gaan sneller of langzamer draaien indien de gemeten temperatuur een vooraf bepaalde waarde overschrijdt of onderschrijdt. In een andere voorkeursvariant worden 20 ventilatoren bij- of afgeschakeld om het luchtdebiet te verhogen of te verlagen.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding is de luchttoevoerinrichting ingericht 25 om koele lucht met een temperatuur variërend tussen 18 en 27 °C, bij voorkeur circa 18 °C, in de gang te blazen.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem overeenkomstig de uitvinding is de luchttoevoerinrichting 30 ingericht om koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte en warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur in de mengkamer van de luchttoevoerinrichting te mengen, waarbij de 6 luchttoevoerinrichting is ingericht om het luchtmengsel met een temperatuur variërend tussen 18 en 27 °C, bij voorkeur circa 18 °C, in de koele gang te blazen.

5 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding is de luchttoevoerinrichting ingericht om de warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur in de mengkamer aan te zuigen, waarbij de warme lucht met een temperatuur variërend tussen 30 en 40 °C, bij voorkeur 10 circa 35 °C, in de mengkamer wordt aangezogen.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding bezit de koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte een temperatuur variërend tussen 15 14 en 15 °C, bij voorkeur circa 14 °C.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een schematische technische tekening van een voorkeursvariant van het systeem overeenkomstig de 20 uitvinding.

In de technische tekening onderscheidt men een systeem voor het koelen van computers die in twee racks 1,2 zijn aangebracht. Zoals getekend, zijn de racks 1,2 op afstand 25 van elkaar, onder vrijlating van een koele gang 3, op een vloer van een datacenter aangebracht. Het systeem is voorzien van een luchttoevoerinrichting 4 die als afzonderlijke eenheid in de gang 3 is aangebracht. De luchttoevoerinrichting 4 is ingericht om koude lucht met een 30 temperatuur van ongeveer 14 °C afkomstig van buiten het datacenter en warme lucht afkomstig van de computers in een mengkamer 5 te mengen. Hierbij wordt de warme lucht met een temperatuur van circa 35 °C in de mengkamer 5 aangezogen. Het 7 in de mengkamer 5 ontstane luchtmengsel met een temperatuur van circa 18 °C wordt door de luchttoevoerinrichting 4 vervolgens in de gang 3 geblazen. Voor het aanzuigen van de warme lucht wordt gebruik gemaakt van ventilatoren 6 en voor 5 het toevoeren van de koude lucht van regelkleppen. Er is voorzien in regelmiddelen 7 om het toerenaantal van de ventilatoren 6 te regelen. Dit kan nodig zijn indien de gemeten temperatuur van de koele menglucht afkomstig van de koude lucht buiten de elektronicaruimte en de gemeten 10 temperatuur van de warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur te hoog of te laag wordt. Bijvoorbeeld, indien de temperatuur in de gang 3 lager dan 18 °C dreigt te raken wordt het toerental verhoogd en dien de temperatuur in de gang 3 hoger dan 18 °C dreigt te raken, 15 wordt het toerental verlaagd. Pijlen geven de luchtstroom weer.

Het systeem bevat voorts een luchtbehandelingsinrichting 8 die is ingericht om de koude lucht met een temperatuur van 20 ongeveer 14 °C aan de luchttoevoerinrichting 4 toe te voeren. In deze voorkeursvariant bestaat de luchtbehandelingsinrichting uit twee identieke, onafhankelijk van elkaar werkende subinrichtingen 9 enlO. Beide inrichtingen voeren buitenlucht aan om de koude lucht 25 met een temperatuur van ongeveer 14 °C te genereren. Hierbij wordt de buitenlucht adiabatisch gekoeld, adiabatisch bevochtigd, recuperatief energie uitgewisseld en/of gemengd met de warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur. Dit zal hieronder nader worden toegelicht aan de 30 hand van een van de inrichtingen 9,10.

In werkgebied A wordt buitenlucht adiabatisch gekoeld, waarna een recuperatief warmtewiel 11 wordt gebruikt om 8 gewonnen koude aan warme retourlucht (dat wil zeggen warme, aangezogen lucht met een temperatuur van circa 35 °C afkomstig van de computers) wordt overgedragen. De voorgekoelde retourlucht wordt in een koelbatterij 12 5 vervolgens droog nagekoeld tot ongeveer 14 °C. Van belang is dat geen vocht door de buitenlucht aan de retourlucht wordt afgegeven. Het werkgebied A is van toepassing voor een conditie van de buitenlucht met een enthalpie groter dan of gelijk aan 42 kJ/kg.

10

In werkgebied B gelden de volgende condities voor de buitenlucht: temperatuur hoger dan of gelijk aan 14°C en een enthalpie inliggend tussen 34 kJ/kg en 42 kJ/kg. De buitenlucht wordt tot ongeveer 14 °C adiabatisch gekoeld en 15 direct toegevoerd aan de luchttoevoerinrichting 4. De buitenlucht wordt derhalve direct gebruikt en niet met de warme retourlucht gemengd.

Werkgebied C is van toepassing op de volgende condities voor 20 de buitenlucht: temperatuur lager dan of gelijk aan 14°C en een vochtinhoud groter dan of gelijk aan 5,3 g/kg. De buitenlucht heeft een voldoende lage temperatuur en een voldoende vochtinhoud om met de warme retourlucht te worden gemengd tot circa 14 °C. Het luchtmengsel wordt vervolgens 25 aan de luchttoevoerinrichting 4 toegevoerd.

In werkgebied D gelden de volgende condities voor de buitenlucht: temperatuur hoger dan of gelijk aan 14°C en een enthalpie inliggend tussen 28 kJ/kg en 34 kJ/kg. De 30 buitenlucht heeft thans een te lage vochtinhoud, terwijl de temperatuur daarvan te hoog is om direct te buitenlucht te kunnen gebruiken. De buitenlucht en de retourlucht worden gemengd totdat het ontstane luchtmengsel een enthalpie heeft 9 van circa 34 kJ/kg. Vervolgens wordt het luchtmengsel adiabatisch bevochtigd tot circa 14 °C. Tenslotte wordt het luchtmengsel naar de luchttoevoerinrichting 4 geleid.

5 In werkgebied E gelden de volgende condities voor de buitenlucht: temperatuur hoger dan of gelijk aan 8°C, een enthalpie kleiner dan of gelijk aan 28 kJ/kg en een vochtinhoud kleiner dan of gelijk aan 5,3 g/kg. De buitenlucht heeft thans een te lage vochtinhoud, terwijl de 10 temperatuur daarvan te hoog is om direct te buitenlucht te kunnen gebruiken. De buitenlucht wordt eerst adiabatisch gekoeld en bevochtigd tot een vochtinhoud van ongeveer 5,5 g/kg. Vervolgens wordt de ontstane lucht met de warme retourlucht gemengd tot circa 14 °C. Tenslotte wordt het 15 luchtmengsel aan de luchttoevoerinrichting 4 toegevoerd.

Werkgebied F is van toepassing op de volgende condities voor de buitenlucht: temperatuur lager dan of gelijk aan 8°C en een vochtinhoud kleiner dan of gelijk aan 5,3 g/kg. De 20 buitenlucht heeft een voldoende lage temperatuur en een onvoldoende vochtinhoud, i.e. de buitenlucht is voldoende koud, docht te droog. Om het vocht binnen het datacenter te houden, wordt er volledig gerecirculeerd, zodat de buitenlucht niet met de warme retourlucht wordt gemengd. Het 25 warmtewiel 11 wordt gebruikt om gewonnen koude aan de warme retourlucht toe te voeren, zonder dat er bevochtiging plaatsvindt. De lucht wordt tenslotte naar de luchttoevoerinrichting 4 geleid.

30 Opgemerkt wordt dat de uitvinding zich niet beperkt tot de beschreven voorkeursvariant, doch zich eveneens uitstrekt tot andere varianten vallend binnen het bereik van de aangehechte conclusies.

Claims

1. Systeem voor het koelen van elektronische apparatuur 5 die in ten minste twee elektronica rekken is aangebracht, waarbij de elektronica rekken op afstand van elkaar, onder vrijlating van een gang, op een ondergrond in een elektronicaruimte zijn aangebracht, met het kenmerk dat het systeem een 10 luchtbehandelingsinrichting omvat die is ingericht om koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte aan de elektronicaruimte toe te voeren.

2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de 15 luchtbehandelingsinrichting is ingericht om buitenlucht aan te voeren om de koude lucht te genereren.

3. Systeem volgens conclusie 1 of 2, waarbij de luchtbehandelingsinrichting is ingericht om de 20 buitenlucht adiabatisch te koelen, adiabatisch te bevochtigen, recuperatief energie uit te wisselen en/of te mengen met de warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur.

4. Systeem volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij de luchtbehandelingsinrichting is ingericht om de koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte met een temperatuur variërend tussen 14 en 15 °C, bij voorkeur circa 14 °C, aan de elektronicaruimte toe te voeren. 30

5. Systeem volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 4, waarbij de luchtbehandelingsinrichting is ingericht om warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur met een temperatuur variërend tussen 30 en 40 °C, bij voorkeur circa 35 °C, aan te zuigen om een zo groot mogelijk temperatuursverschil te genereren.

6. Systeem volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en 5 met 5, waarbij de luchtbehandelingsinrichting functioneert in de volgende zes werkgebieden: - werkgebied A: een conditie van de buitenlucht met een enthalpie groter dan of gelijk aan 42 kJ/kg; 10. werkgebied B: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur hoger dan of gelijk aan 14°C en een enthalpie inliggend tussen 34 kJ/kg en 42 kJ/kg/ - werkgebied C: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur lager dan of gelijk aan 14°C en een 15 vochtinhoud groter dan of gelijk aan 5,3 g/kg; - werkgebied D: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur hoger dan of gelijk aan 14°C en een enthalpie inliggend tussen 28 kJ/kg en 34 kJ/kg; - werkgebied E: een conditie van de buitenlucht met een 20 temperatuur hoger dan of gelijk aan 8°C, een enthalpie kleiner dan of gelijk aan 28 kJ/kg en een vochtinhoud kleiner dan of gelijk aan 5,3 g/kg; - werkgebied F: een conditie van de buitenlucht met een temperatuur lager dan of gelijk aan 8°C en een 25 vochtinhoud kleiner dan of gelijk aan 5,3 g/kg.

7. Systeem volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 6, waarbij de luchtbehandelingsinrichting is gevormd door ten minste twee, onafhankelijk van elkaar 30 werkende subinrichtingen.

8. Systeem volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 7, waarbij het systeem een luchttoevoerinrichting omvat, waarbij de luchttoevoerinrichting een afzonderlijke eenheid vormt en nabij de gang is aangebracht, waarbij de luchttoevoerinrichting is ingericht om koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte in de gang te blazen, en waarbij de 5 luchttoevoerinrichting is ingericht om de hoeveelheid koude lucht die in de gang wordt geblazen, te regelen in afhankelijkheid van een gemeten temperatuur van warme lucht in de gang afkomstig van de elektronische apparatuur. 10

9. Systeem volgens conclusie 8, waarbij de luchttoevoerinrichting luchthoeveelheidsregelingen bevat om de koude lucht in een mengkamervan de luchttoevoerinrichting te mengen met de warme lucht 15 afkomstig van de elektronische apparatuur en de door menging ontstane koele lucht in de gang te blazen, alsmede luchtverplaatsingsmiddelen bevat om de warme lucht in de mengkamer aan te zuigen.

10. Systeem volgens conclusie 9, waarbij de luchttoevoerinrichting regelmiddelen bevat om het luchtdebiet van de koude lucht te regelen in afhankelijkheid van de gemeten temperatuur van de warme lucht in de gang afkomstig van de elektronische 25 apparatuur en het luchtdebiet van de warme lucht te regelen door het toerental van ventilatoren in afhankelijkheid van de gewenste inblaastemperatuur van de door menging ontstane koele lucht.

11. Systeem volgens conclusie 8, 9 of 10, waarbij de luchttoevoerinrichting is ingericht om de koele lucht met een temperatuur variërend tussen 18 en 27 °C, bij voorkeur circa 18 °C, in de gang te blazen.

12. Systeem volgens een der voorgaande conclusies 8 tot en met 11, waarbij de luchttoevoerinrichting is ingericht om de warme lucht afkomstig van de elektronische apparatuur in de mengkamer aan te zuigen, waarbij de 5 luchttoevoerinrichting is ingericht om warme lucht met een temperatuur variërend tussen 30 en 40 °C, bij voorkeur circa 35 °C, in de mengkamer aan te zuigen.

13. Systeem volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en 10 met 5, waarbij de koude lucht afkomstig van buiten de elektronicaruimte een temperatuur bezit variërend tussen 14 en 15° C, bij voorkeur circa

14° C.