PT1774842E

PT1774842E - Arrefecimento de centros de dados

Info

Publication number: PT1774842E
Application number: PT05758858T
Authority: PT
Inventors: James R Fink; John H Bean Jr; Stephen F Held; Richard J Johnson; Rollie R Johnson
Original assignee: American Power Conv Corp
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2010-12-23
Also published as: CN100584168C; US7046514B2; US8432690B2; DE602005024564D1; US7173820B2; US7529086B2; JP5113203B2; US20090195977A1; CN101686629B; ES2355574T5; US20060187636A1; US20120231722A1; JP2009104650A; JP2010169392A; CN101686629A; US20040223300A1; ES2355574T3; EP1774842B2; US7684193B2; JP2008502082A

Description

ΕΡ 1 774 842/ΡΤ DESCRIÇÃO "Arrefecimento de centros de dados"

CAMPO DO INVENTO

As concretizações do presente invento estão direccionadas para o arrefecimento de dispositivos montados em prateleiras, e, mais em particular, para uma infra-estrutura de centros de dados que tem um sistema de arrefecimento.

ANTECEDENTES DO INVENTO

Os equipamentos de tecnoloqia de comunicações e de informações são comummente concebidos para a montagem em prateleiras e para alojamento no interior de espaços fechados. As prateleiras de equipamento e os espaços fechados são utilizados para conter e dispor os equipamentos de tecnoloqia de comunicações e de informações, tais como os servidores, as CPU, os equipamentos de trabalho na internet e os dispositivos de armazenagem, em armários de cablagem pequenos, bem como em salas de equipamentos de grandes centros de dados. Uma prateleira de equipamento pode ter uma configuração aberta e pode estar alojada dentro de um espaço de prateleiras. Uma prateleira padrão inclui, tipicamente, calhas de montagem frontal, nas quais várias unidades de equipamento, tais como os servidores e as CPU, são montadas e empilhadas verticalmente no interior da prateleira. A capacidade de equipamento de uma prateleira padrão está relacionada com a altura das calhas de montagem. A altura é estabelecida com um incremento de padrão de 1,75 polegada, o qual é expresso como unidades "U" ou a capacidade de altura "U" de uma prateleira. A altura U tipica ou o valor de uma prateleira é de 42 U. Uma prateleira padrão em qualquer momento dado pode ser pouco ou densamente povoada com uma variedade de componentes diferentes, bem como com componentes de diferentes fabricantes. A maioria do equipamento de tecnologia de comunicações e de informação montado em prateleiras consome energia eléctrica e gera calor. 0 calor produzido pelo equipamento 2 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ montado em prateleiras pode ter efeitos adversos no rendimento, na fiabilidade e na vida útil dos componentes dos equipamentos. Em particular, o equipamento montado em prateleira, alojado dentro de um espaço fechado é particularmente vulnerável ao calor desenvolvido e aos pontos quentes produzidos dentro dos limites do espaço fechado, durante a operação. A quantidade de calor gerado por uma prateleira depende da quantidade de energia eléctrica consumida pelo equipamento na prateleira durante a operação. A saida de calor de uma prateleira pode variar entre uns poucos watts por unidade U de capacidade de prateleira até 500 watts por unidade U, ou até mais, dependendo do número e do tipo de componentes montados na prateleira. Os utilizadores de equipamento de tecnologia de comunicações e de informação adicionam, removem e reorganizam os componentes montados em prateleira à medida que as suas necessidades mudam e se desenvolvem novas necessidades. A quantidade de calor que uma prateleira ou espaço fechado dados pode gerar, pode, por conseguinte, variar consideravelmente desde algumas dezenas de watts até cerca de 10 mil watts e ainda mais.

Os equipamentos montados em prateleira são tipicamente arrefecidos pela aspiração de ar ao longo de um lado dianteiro ou do lado de entrada de ar de uma prateleira ou espaço fechado, aspirando o ar através dos seus componentes, e, posteriormente, o ar que sai de um lado traseiro ou de ventilação da prateleira ou do espaço fechado. Os requisitos de escoamento de ar para proporcionar ar suficiente para o arrefecimento podem variar, portanto, consideravelmente como um resultado do número e do tipo de componentes montados em prateleira e das configurações de prateleiras e de espaços fechados.

As salas de equipamentos e os centros de dados estão tipicamente equipados com um sistema de ar condicionado e de arrefecimento que fornece e faz circular o ar frio para os equipamentos montados nas prateleiras e nos espaços fechados. Muitos sistemas de ar condicionado ou de arrefecimento, tal como o sistema descrito na patente US n.° 6,494,050, requerem que uma sala de equipamentos ou centro de dados tenha uma construção de pavimento flutuante para facilitar as funções de condicionamento e de circulação de ar do sistema. Estes 3

ΕΡ 1 774 842/PT sistemas utilizam tipicamente os ladrilhos de pavimento abertos e grelhas ou respiradouros de pavimento para fornecer ar frio a partir da passagem de ar disposta por debaixo do pavimento flutuante de uma sala de equipamento. Os ladrilhos de pavimento abertos e as grelhas ou respiradouros de pavimento estão tipicamente localizados em frente das prateleiras e espaços fechados de equipamentos e ao longo de corredores entre as filas de prateleiras e os espaços fechados dispostos lado a lado.

Os sistemas e métodos de arrefecimento que requerem uma construção de pavimento flutuante não satisfazem, tipicamente, de forma eficiente os requisitos de arrefecimento dos equipamentos, montados em prateleiras. Em particular, as prateleiras, que incluem equipamentos de alta potência que têm uma saida de ar de evacuação térmica acima de 5 000 watt e até 10 000 watt representam um desafio particular para tais sistemas e métodos. Uma construção de pavimento flutuante proporciona, em geral, um ladrilho de pavimento aberto ou uma grade ou respiradouro de pavimento que tem uma zona de ventilação de cerca de 12 por 12 polegada (30,5 por 30,5 cm) e está configurada para proporcionar cerca de 200 pé3/min (5,7 m3/min) a cerca de 500 pé3/min (14,1 m3/min) de ar frio. Uma prateleira de equipamento de alta potência, que origina até 10 000 watts ou mais e que requer um escoamento de ar de aproximadamente 1 600 pé3/min (45,3 m3/min) precisaria, por conseguinte, de cerca de 3,2 a cerca de 8 ladrilhos de pavimento abertos, grelhas ou respiradouros, dispostos em torno do perímetro da prateleira para fornecer ar frio suficiente para satisfazer os seus requisitos de arrefecimento. Uma tal configuração de pavimento seria difícil de alcançar em salas de equipamentos cheias de prateleiras e espaços fechados, e impossível de se implementar se as prateleiras e os espaços fechados estivessem dispostos lado a lado em filas. Os sistemas e métodos de arrefecimento de ar que incluem configurações de pavimento flutuante são, assim, tipicamente utilizadas com prateleiras e espaços fechados espaçados entre si para proporcionarem zona de pavimento suficiente para acomodar vários ladrilhos de pavimento abertos, grelhas ou respiradouros. Para o espaçamento de prateleira típico, isto coloca um limite à densidade dos equipamentos que pode ser 4

ΕΡ 1 774 842/PT conseguida. Quando não é utilizado um pavimento flutuante, o problema da distribuição de ar frio a partir de um ou mais sistemas de ar condicionado centrais é ainda maior, pois o ar frio tipicamente deve de ser distribuído através de uma sala que contém filas de prateleiras.

As salas de equipamentos e centros de dados são muitas vezes reconfigurados para satisfazerem as necessidades novas e/ou diferentes dos equipamentos, que requerem prateleiras e espaços fechados individuais para serem recolocados e/ou substituídos. Neste contexto, os sistemas e métodos de arrefecimento de ar de pavimento flutuante não são flexíveis e tipicamente apenas podem ser reconfigurados e/ou reconvertidos para servir prateleiras de equipamento dispostas de novo, localizadas de novo e/ou recém-instaladas com custos consideráveis. As configurações de pavimento flutuante não podem facilmente e de maneira barata acomodar a maneira, pela qual os utilizadores tipicamente expandem as prateleiras de equipamento e reconfiguram as salas de equipamentos e de centros de dados para satisfazerem as suas necessidades novas ou mudadas.

Além disso, os sistemas e métodos de arrefecimento que requerem a construção de pavimento flutuante têm falta de flexibilidade física e portabilidade para contarem operativamente para uma grande variação no consumo de energia eléctrica entre diferentes prateleiras e espaços fechados numa sala de equipamentos, e, em particular, entre as prateleiras e os espaços fechados localizados na mesma fila. Os sistemas e métodos de arrefecimento que se baseiam na passagens de ar do pavimento flutuante e nos ladrilhos de pavimento abertos, grelhas ou respiradouros para o fornecimento de ar frio não podem facilmente e de forma barata variar ou concentrar o ar frio nas prateleiras de alta potência, que consomem quantidades relativamente grandes de energia eléctrica e ter uma saída de evacuação de ar termicamente alta. Além disso, o equipamento recém-instalado pode aspirar mais energia eléctrica do que o equipamento substituído ou existente para criar zonas termicamente problemáticas nas salas de equipamentos em funcionamento. 5

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Além disso, um problema particular com as soluções de ar condicionado existentes é que os pontos quentes podem desenvolver-se numa sala, devido à falta de recirculação adequada do ar de evacuação das prateleiras para o lado de retorno de um condicionador de ar ambiente. Isto pode provocar que as prateleiras aspirem indesejavelmente o ar quente para as prateleiras. Para tentar superar os problemas de circulação de ar, muitos condicionadores de ar ambiente são concebidos para proporcionar o ar muito frio a aproximadamente 58 graus F (14°C) e receber o ar de retorno que tem uma temperatura tipica aproximadamente de 78 graus F (25°C). Um problema com tais condicionadores de ar é que, com uma temperatura de ar de saida de 58 graus F (14°C), e o arrefecimento latente que ocorre para atingir esta temperatura, é muitas vezes necessária adicionar um sistema de humidificação para aumentar a humidade no ar num centro de dados. Tais sistemas de humidificação podem ser caros de instalar e operar.

Por conseguinte, é desejável proporcionar um sistema e método para o arrefecimento de equipamentos de tecnologia de comunicações e de informação montados em prateleiras de modo que os requisitos de arrefecimento dos equipamentos sejam satisfeitos de modo eficiente e económico, tanto para os centros de dados que têm um pavimento flutuante como para os centros de dados que não têm um pavimento flutuante. É desejável um sistema e um método de arrefecimento de prateleiras que seja barato e capaz de suportar os grupos de prateleiras e/ou espaços fechados de potência particularmente elevada ou para superar as zonas termicamente problemáticas numa sala de equipamentos ou centro de dados.

Em US 2003/0050003 é descrito um sistema de gestão de escoamento de ar para um centro de dados de internet, com filas de armários, estando as filas localizadas num pavimento flutuante e dispostos em pares, em que os lados dianteiros das duas filas ficam um em frente do outro. O ar fresco é fornecido através do pavimento flutuante a fim de arrefecer os elementos que geram calor, e recolhido após passar através de elementos que geram calor. Os topos dos dois lados dianteiros das duas filas em cada par de filas estão unidos por uma tampa, de modo que os lados dianteiros e a tampa 6

ΕΡ 1 774 842/PT constituem um túnel. O volume de ar fresco fornecido através do pavimento flutuante é controlado por aberturas, pelo que a pressão estática em cada túnel pode ser controlada, dependendo do calor gerado.

RESUMO DO INVENTO

Um primeiro aspecto é direccionado para um centro de dados modular. O centro de dados modular inclui uma pluralidade de prateleiras tendo, cada uma das prateleiras uma face dianteira e uma face traseira, em que a pluralidade de prateleiras estão dispostas numa primeira fila e numa segunda fila, de tal modo que as faces traseiras das prateleiras da primeira fila ficam em frente da segunda fila, e as faces traseiras das prateleiras da segunda fila ficam em frente da primeira fila. 0 centro de dados inclui também um primeiro painel de extremidade acoplado entre uma primeira prateleira da primeira fila e uma primeira prateleira da segunda fila, tendo o primeiro painel de extremidade um bordo de fundo e um bordo de topo. Além disso, o centro de dados inclui um segundo painel de extremidade, acoplado entre uma segunda prateleira da primeira fila e uma segunda prateleira da segunda fila, tendo o segundo painel de extremidade um bordo de topo e um bordo de fundo e um painel de tecto está incluido para acoplar entre o bordo de topo do primeiro painel e o bordo de topo do segundo painel. 0 centro de dados modular pode ser concebido de modo que o painel do tecto fica acoplado a uma porção superior de, pelo menos, uma prateleira da primeira fila e uma porção superior de, pelo menos, uma prateleira da segunda fila, de modo que o painel do tecto, o primeiro painel de extremidade, o segundo painel de extremidade e as primeira e segunda filas de prateleiras formam um espaço fechado em torno de uma zona entre a primeira fila de prateleiras e segunda fila de prateleiras. A pluralidade das prateleiras podem ainda incluir equipamentos de arrefecimento, que aspiram o ar da zona, arrefecem o ar e fazem retornar o ar frio para fora da face dianteira de uma das prateleiras. Pelo menos, um de entre o primeiro painel de extremidade e o segundo painel de extremidade pode incluir uma porta. 7 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ

Além disso, pelo menos, uma porção do painel de tecto pode ser translúcida. 0 centro de dados modular pode ter, pelo menos, uma prateleira que inclui uma alimentação de energia ininterrupta para fornecer energia ininterrupta aos equipamentos, pelo menos, numa outra prateleira da pluralidade de prateleiras. A primeira fila de prateleiras no centro de dados modular pode ser substancialmente paralela à segunda fila. Além disso, o centro de dados modular pode ser concebido, de tal modo que uma da pluralidade de prateleiras inclui os equipamentos de arrefecimento que aspiram o ar de uma zona entre a primeira fila e a segunda fila, arrefece o ar e faz retornar o ar frio para fora da face dianteira de uma ou mais das prateleiras.

Um outro aspecto é direccionado para um método de arrefecimento dos equipamentos electrónicos contidos em prateleiras num centro de dados. 0 método inclui a disposição das prateleiras em duas filas, incluindo uma primeira fila e uma segunda fila que é substancialmente paralela à primeira fila, estando uma face traseira de, pelo menos, uma das prateleiras da primeira fila virada para a face traseira de, pelo menos, uma das prateleiras da segunda fila. 0 método inclui também a criação de um espaço fechado em torno de uma zona entre a primeira fila e a segunda fila, e aspiração do ar da zona dentro de uma das prateleiras e a passagem de ar para fora de uma face dianteira de uma das prateleiras. 0 método pode incluir um passo adicional de arrefecimento do ar aspirado para uma das prateleiras antes da passagem do ar para fora da face dianteira. 0 passo de formação de um espaço fechado pode incluir o acoplamento dos primeiro e segundo painéis laterais e de um painel de tecto, entre a primeira fila e segunda fila. Pelo menos, um de entre o primeiro painel lateral e o segundo painel lateral pode incluir uma porta e o painel de tecto pode incluir uma porção translúcida. Além disso, o método pode incluir a utilização de uma alimentação de energia ininterrupta para fornecer energia aos equipamentos nas prateleiras.

Ainda um outro aspecto é direccionado para um centro de dados modular, que inclui uma pluralidade de prateleiras, tendo cada uma das prateleiras uma face dianteira e uma face 8

ΕΡ 1 774 842/PT traseira, em que a pluralidade das prateleiras estão dispostas numa primeira fila e numa segunda fila, de tal modo que as faces traseiras das prateleiras da primeira fila estão viradas para a segunda fila, e as faces traseiras das prateleiras da segunda fila estão viradas para a primeira fila. 0 centro de dados modular inclui ainda meios para fecho de uma primeira zona envolvente entre a primeira fila e a segunda fila, e meios para aspirar o ar da zona fechada, o arrefecimento do ar e o retorno do ar arrefecido para uma segunda zona.

Os meios para aspirar o ar podem ainda incluir meios para fazerem passar o ar arrefecido através da face dianteira de uma das prateleiras. 0 centro de dados modular pode também ser composto por meios para fornecimento energia ininterrupta aos equipamentos nas prateleiras. Os meios de acesso para permissão do acesso à primeira zona podem ser também uma caracteristica de concepção do centro de dados modular.

Ainda um outro aspecto está direccionado para um centro de dados modular, que inclui uma pluralidade de prateleiras de equipamento, sendo cada uma das prateleiras de equipamento configuradas para aspirar o ar de arrefecimento de uma primeira zona e fornecer ar expelido para uma segunda zona, e, pelo menos, um painel fecho, acoplado entre uma primeira e uma segunda prateleira da pluralidade de prateleiras de equipamento. Pelo menos, uma das prateleiras de equipamento inclui o equipamento de arrefecimento, configurado para aspirar o ar de evacuação da segunda zona e fornecer o ar frio à primeira zona, e à pluralidade de prateleiras de equipamento e a, pelo menos, um painel de fecho estão dispostas para fechar substancialmente a segunda zona.

Pelo menos, um painel de fecho pode ser um painel de tecto, acoplado a um tecto de uma prateleira de equipamento a um tecto de uma outra prateleira de equipamento. 0 centro de dados pode ainda incluir, pelo menos, um painel de extremidade, disposto entre uma da pluralidade das prateleiras e uma outra da pluralidade das prateleiras, incluindo, pelo menos, um painel de extremidade uma porta que proporciona o acesso da primeira zona à segunda zona. Pelo menos, uma porção do painel do tecto pode ser translúcida e, 9 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ pelo menos, uma da pluralidade das prateleiras podem incluir uma alimentação de energia ininterrupta.

Um outro aspecto está direccionado para um método de arrefecimento de equipamentos numa pluralidade de prateleiras de equipamento. 0 método inclui aspirar o ar de arrefecimento de uma primeira zona para, pelo menos, uma das prateleiras de equipamento e o fornecimento de ar de evacuação da, pelo menos, uma das prateleiras de equipamento para uma segunda zona, proporcionando um espaço fechado em torno da segunda zona, aspirar o ar de evacuação da segundo zona para uma segunda zona da pluralidade de prateleiras de equipamento, o arrefecimento do ar de evacuação para produzir ar arrefecido, e fornecimento do ar de arrefecimento para a primeira zona. 0 método pode incluir também a disposição da pluralidade das prateleiras de equipamento para formar duas filas, estando a segunda zona entre as filas.

De acordo com o invento, é proporcionado um centro de dados modular para alojamento e arrefecimento de equipamentos electrónicos, compreendendo o centro de dados: uma pluralidade dos alojamentos, estando uma primeira porção dos alojamentos configurada para conter os equipamentos electrónicos que produzem calor e estando uma segunda porção dos alojamentos configurada para conter, pelo menos, uma unidade de arrefecimento, tendo cada um dos alojamentos da primeira porção uma parte dianteira e uma parte traseira e configurados para suportarem os equipamentos electrónicos que produzem calor, de tal modo que o gás é aspirado para dentro do equipamento a partir das partes dianteiras do equipamento, aquecido pelo equipamento para se tornar gás aquecido, e expelido pelos equipamentos electrónicos através das partes traseiras dos alojamentos; e, pelo menos, um painel acoplado a um par de alojamentos para fazer a ponte a um intervalo entre o par dos alojamentos; em que os alojamentos e, pelo menos, um painel estão dispostos e acoplados para formarem uma disposição fechada lateralmente, que envolve lateralmente uma região quente e que define uma abertura de topo, que permite que o gás saia verticalmente para a região quente; em que, pelo menos, uma unidade de arrefecimento, configurada para aspirar o gás aquecido da região quente para a, pelo menos, uma unidade de arrefecimento, arrefece o gás aquecido 10 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ para ο tornar gás relativamente frio, e para expelir o gás aquecido a partir de, pelo menos, uma unidade de arrefecimento para uma região fria, que está separada da região quente dos alojamentos; e em que as partes traseiras dos alojamentos da primeira porção estão dispostas adjacentes à região quente. De tal modo que os equipamentos que produzem calor, quando montados nos alojamentos, expelirão o gás aquecido para a região quente.

As implementações do invento podem incluir uma ou mais das seguintes caracteristicas. O centro de dados inclui ainda, pelo menos, uma unidade de arrefecimento, estando, pelo menos, uma unidade de arrefecimento configurada para aspirar o gás aquecido da região quente para a, pelo menos, uma unidade de arrefecimento, para arrefecer o gás aquecido para o tornar gás relativamente frio, e para aspirar o gás aquecido da, pelo menos, uma unidade de arrefecimento para uma região fria, que está separada da região quente dos alojamentos. Pelo menos, uma unidade de arrefecimento está configurada para direccionar o gás frio para as porções de fundo das partes dianteiras da primeira porção dos alojamentos. Pelo menos, uma unidade de arrefecimento está configurada para direccionar o gás frio para as partes dianteiras da primeira porção dos alojamentos. Pelo menos, uma unidade de arrefecimento está configurada para arrefecer o gás a aproximadamente 72 °F, e expelir o gás à mesma temperatura. O centro de dados inclui ainda uma alimentação de energia ininterrupta, acoplada a, pelo menos, uma unidade de arrefecimento e configurada para fornecer energia de emergência para a, pelo menos, uma unidade de arrefecimento.

As implementações do invento podem incluir também uma ou mais das seguintes caracteristicas. Pelo menos, um painel é uma porta configurada para ser aberta, para proporcionar acesso à região quente e para ser fechada para inibir o gás quente da região quente de sair do centro de dados lateralmente a partir da região quente através do intervalo. Pelo menos, um painel tem, pelo menos, aproximadamente uma altura de uma porção menor de uma das primeira e segunda porções do alojamento. A pluralidade dos alojamentos estão dispostos em duas filas paralelas, e em que, pelo menos, um painel inclui duas portas, dispostas em extremidades opostas 11

ΕΡ 1 774 842/PT das filas e que fazem o acoplamento das duas filas entre si nas respectivas extremidades.

Em geral, um outro aspecto proporciona um sistema de conter e arrefecer equipamentos electrónicos que produzem calor durante a operação, incluindo o sistema alojamentos múltiplos, estando uma primeira porção dos alojamentos configurada para permitir que o gás passe através das partes dianteiras dos alojamentos, através das partes interiores dos alojamentos e para fora através das partes traseiras dos alojamentos, estando ainda a primeira porção dos alojamentos configurada para conter os equipamentos electrónicos numa disposição tal que o equipamento aspirará o gás através das partes dianteiras dos alojamentos, através dos equipamentos, aquecendo, desse modo, o gás para produzir gás aquecido, e expelir o gás aquecido através das partes traseiras dos alojamentos, estado a pluralidade dos alojamentos dispostos para formar uma porção substancial de um espaço fechado lateral, que envolve lateralmente uma região quente, meios de fecho para acoplamento lateral de, pelo menos, dois dos alojamentos para completar o espaço lateral fechado, que envolve a região quente, proporcionando os meios de fecho e a pluralidade dos alojamentos uma abertura de topo, de tal modo que o sistema não proporciona substancialmente qualquer ligação superior à região quente, e meios de arrefecimento, dispostos, pelo menos, num dos alojamentos, para arrefecimento do gás aquecido para produzir o gás relativamente frio e para proporcionar um gás relativamente frio para as partes dianteiras da primeira porção dos alojamentos, em que a pluralidade dos alojamentos estão dispostos de tal modo que os equipamentos electrónicos, durante a operação, expelirão o gás aquecido para a região quente.

As implementações deste aspecto podem incluir uma ou mais das seguintes caracteristicas. Os meios de arrefecimento estão configurados para direccionarem o gás relativamente frio para as porções de fundo das partes dianteiras da primeira porção dos alojamentos. Os meios de arrefecimento estão configurados para arrefecer o gás aquecido para aproximadamente 72°F (22°C) para produzir gás relativamente frio. Os meios de fecho incluem, pelo menos, uma porta 12 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ isolada termicamente configurada para ser aberta, para proporcionar acesso à região quente e fechada para inibir o gás aquecido de sair lateralmente da região quente entre os alojamentos, aos quais os meios de fecho estão acoplados. Os alojamentos estão dispostos em duas filas paralelas, e em que os meios de fecho incluem duas portas dispostas em extremidades opostas das filas e que fazem o acoplamento das duas filas entre si nas respectivas extremidades. 0 sistema inclui ainda uma alimentação ininterrupta acoplada aos meios de arrefecimento e configurada para fornecer energia de emergência para os meios de arrefecimento.

De acordo com o invento, é proporcionado também um método de operação e de arrefecimento de equipamentos electrónicos montados em prateleiras, compreendendo o método: a alimentação de energia aos equipamentos electrónicos montados em prateleiras para aspirar o gás para os alojamentos que contêm os equipamentos, através das partes dianteiras dos alojamentos, aquecer o gás para produzir gás aquecido, e expelir o gás aquecido para uma região quente; a inibição do gás aquecido de sair lateralmente da região quente, excepto para um mecanismo de arrefecimento, utilizando os alojamentos, que contêm os equipamentos e, pelo menos, um painel acoplado a, pelo menos, dois dos alojamentos, enquanto permite que o gás aquecido saia no sentido ascendente da região quente substancialmente sem impedimento, pelo menos, até que o gás se eleva acima dos topos dos alojamentos; a aspiração para dentro, pelo menos, algum do gás aquecido da região quente para o mecanismo de arrefecimento e arrefecimento do gás aspirado para a produzir gás frio; e o fornecimento de gás frio para as partes dianteiras dos alojamentos.

As implementações do invento podem incluir uma ou mais das seguintes caracteristicas. A inibição inclui a injecção de mais gás aquecido para a região quente e o impedimento do escoamento lateral do gás aquecido com, pelo menos, uma barreira, acoplada entre um intervalo entre um par de alojamentos. 0 fornecimento inclui o direccionamento do gás frio para os fundos das partes dianteiras dos alojamentos. 13

ΕΡ 1 774 842/PT Ο invento será melhor compreendido após uma revisão das seguintes figuras, da descrição pormenorizada e das reivindicações.

DESCRIÇÃO BREVE DAS FIGURAS

Para uma melhor compreensão do presente invento, é feita referência às figuras, as quais são aqui incorporados por referência e nas quais: a Fig. 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de arrefecimento de centros de dados modulares para equipamentos montados em prateleiras, de acordo com uma concretização do invento; a Fig. 2 é uma vista de topo de um outro sistema de dados modular, semelhante ao sistema da Fig. 1; a Fig. 3 é um diagrama de blocos de um processo de arrefecimento de equipamentos montados em centros de dados modulares numa concretização do invento; a Fig. 4 é uma vista em perspectiva do sistema, que inclui equipamentos montados em prateleiras e unidades de arrefecimento de acordo com o invento; e a Fig. 5 é um diagrama de blocos de um processo de arrefecimento de equipamentos no sistema mostrado na Fig. 4, que utiliza unidades de arrefecimento do sistema mostrado na Fig. 4.

DESCRIÇÃO DO INVENTO

As concretizações do invento proporcionam uma infra-estrutura de centro de dados que tem um sistema de arrefecimento para o arrefecimento de equipamentos electrónicos montados em prateleiras. As concretizações do invento proporcionam um centro de dados modular para equipamentos montados em prateleiras, em que o centro de dados modular proporciona a distribuição de energia, o arrefecimento e o suporte estrutural para os equipamentos montados em prateleiras. A unidade de distribuição de energia 14 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ e arrefecimento que é proporcionada em algumas concretizações utiliza sistemas redundantes para evitar tempos de inactividade devidos a falhas eléctricas ou mecânicas. Como pode ser compreendido pelos especialistas na técnica, outras concretizações caem dentro do âmbito do invento, tais como as concretizações utilizadas para proporcionarem infra-estruturas para equipamentos diferentes dos equipamentos electrónicos.

Um sistema para proporcionar a distribuição de energia para os equipamentos montados em prateleiras, o qual pode ser utilizado com as concretizações do presente invento, é descrito no pedido de patente US n 0 10/038,106, intitulado "Adjustable Scalable Rack Power System and Method", o qual é aqui incorporado por referência.

Referindo a Fig. 1, é mostrada uma vista em perspectiva de um centro de dado modular 10. O centro de dados modular 10 inclui uma unidade de distribuição de energia 14, uma unidade de protecção de energia 12, uma unidade de arrefecimento 16 montada no pavimento, prateleiras de equipamento 18 e uma sala quente 22. O centro de dados modular 10 tem também uma porta 52 que tem uma janela 54, um tecto 56, uma alimentação e retorno de água de arrefecimento 60, e uma alimentação de tensão 58. A alimentação e retorno de água de arrefecimento 60 pode consistir em água do condensador, no caso em que a unidade de arrefecimento 16 é da variedade de expansão directa com arrefecimento por líquido, água gelada, se unidade de arrefecimento 16 for da variedade de água gelada, ou alimentação e retorno de refrigerante, se a unidade de arrefecimento 16 for d variedade de expansão directa arrefecida por ar. O centro de dados 10 é uma unidade modular composta pela unidade de distribuição de energia 14, pela unidade de protecção de energia 12, pela unidade de arrefecimento 16, montada no pavimento, e pelas prateleiras de equipamento 18, posicionadas umas ao lado das outras para formar uma fila 32 e uma fila 34. A fila 32 e a fila 34 são sensivelmente paralelas. A unidade de distribuição de energia 14 e a unidade de protecção de energia 12 podem estar localizadas uma ao lado da outra, e podem estar localizadas na extremidade de uma das filas. A unidade de arrefecimento 16, montada no pavimento, pode ser localizada e posicionada 15

ΕΡ 1 774 842/PT adjacente à unidade de distribuição de energia 14. Os espaços fechados remanescentes que formam a, pelo menos, uma fila adicional no centro de dados 10 são prateleiras de equipamento 18. A sala quente 22 está localizada entre a fila 32 e a fila 34, e as filas 32 e 34 compreendem duas das paredes do periféricas do centro de dados modular 10. A unidade de distribuição de energia 14 contém, tipicamente, um transformador e circuitos de distribuição de energia, tais como disjuntores, para distribuição de energia para cada uma das prateleiras do centro de dados modular 10. A unidade de distribuição de energia 14 fornece alimentação redundante de energia às prateleiras 18 e pode monitorizar o consumo total de corrente. Uma alimentação ininterrupta de energia pode fornecer energia ininterrupta à unidade de distribuição de energia 14. De preferência, a unidade de distribuição de energia 14 inclui uma alimentação ininterrupta de 40kW que tem a redundância de N+l, em que a capacidade de adicionar um outro módulo de energia proporciona a redundância de N+l. Numa concretização do invento, a energia de entrada para a unidade de distribuição de energia 14 é recebida através do topo da prateleira a partir de uma alimentação de tensão 58. Numa concretização, a alimentação de tensão 58 é uma alimentação de 240 volts (ou 208 volts para alimentação trifásica) acoplada à unidade de distribuição de energia 14, que entra através do painel de tecto 56. Em alternativa, a energia de entrada pode ser recebida a partir da parte debaixo da prateleira, como através de um pavimento flutuante, ou através da parte traseira da prateleira. A unidade de protecção de energia 12 oferece protecção de energia redundante para os equipamentos de tecnologia da informação centralizados, como os que estão contidos nas prateleiras de equipamento 18. A unidade de protecção de energia 12 pode ter módulos de energia individuais e os módulos de baterias que podem ser adicionados ou removidos individualmente para acomodarem os diferentes requisitos de carga. A utilização de módulos de energia múltiplos e módulos de bateria proporciona redundância, permitindo um funcionamento continuo, apesar da falha de qualquer módulo de energia ou módulo de bateria. Por exemplo, a unidade de 16 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ protecção de energia pode incluir uma alimentação de energia ininterrupta e escalonável da Symmetra PX®, que tem uma entrada trifásica e saída trifásica, disponível em American Power Conversion Corporation, de West Kingston, Rhode Island, ou a unidade de protecção de energia pode incluir uma das alimentações ininterruptas descritas na patente US n.° 5,982,652, intitulada "Method and Apparatus for Providing Uninterruptible Power", que é aqui incorporada por referência. A unidade de arrefecimento 16 montada no pavimento proporciona a remoção de calor pela utilização de uma alimentação de água gelada, a qual entra na unidade através da linha de alimentação 60. Em alternativa, as unidades de arrefecimento podem proporcionar a remoção de calor utilizando o arrefecimento DX comprimido através da utilização de uma unidade com base na expansão directa do refrigerante, a qual pode estar na própria unidade. A unidade de arrefecimento pode conter uma serpentina primária de água gelada e uma serpentina secundária de expansão directa dentro da mesma estrutura. A unidade de arrefecimento pode ser configurada para utilização de ar, água ou glicol. O ar de arrefecimento pode ser libertado através do fundo da unidade ou do topo da unidade. Numa concretização do invento, o ar frio é libertado da unidade de arrefecimento 16 na sua face dianteira, de modo que o escoamento de ar é a partir da parte traseira da prateleira e para da parte dianteira da prateleira. A unidade de arrefecimento 16 pode ainda ser configurada como um, dois ou três módulos. Na concretização mostrada na Fig. 1, é utilizada uma unidade de arrefecimento de três módulos.

Na concretização de Fig. 1, cada uma da fila 32 e da fila 34 é composta por seis prateleiras. Nas concretizações do invento, o número de prateleiras e a função dos equipamentos nas prateleiras pode variar. Numa concretização do invento, as prateleiras 18 são prateleiras de 19 polegadas padrão modificadas, tais como as disponíveis em American Power Conversion Corporation de West Kingston, RI, com o nome comercial NetShelter VX Enclosures®. 17

ΕΡ 1 774 842/PT A face traseira de cada uma da unidade de distribuição de energia 14, da unidade de protecção de energia 12, da unidade de arrefecimento 16, montada no pavimento, e das prateleiras de equipamento 18 estão viradas para o interior do centro de dados modular 10, ou para a sala quente 22. No essencial, as faces traseiras das prateleiras na fila 32, estão viradas para as faces traseiras das prateleiras na fila 34. Numa concretização, as prateleiras 18 têm as suas portas traseiras removidas, de modo que cada prateleira 18 permanece aberta para o interior da sala quente 22. Na concretização mostrada, o centro de dados modular 10 contém sete prateleiras de equipamento 18. Em alternativa, numa outra concretização, as seis prateleiras de equipamento 18 completam as filas, mas mais do que sete prateleiras de equipamento 18 podem completar as filas contidas no centro de dados 10 e podem estar adjacentes entre si ou junto a outros espaços fechados no centro de dados 10, tal como a unidade de distribuição de energia 14, a unidade de protecção de energia 12, ou a unidade de arrefecimento 16, montada no pavimento. A porta 52, localizada na extremidade da fila de prateleiras é fixa com as dobradiças 53 a uma moldura destacável 55. A moldura destacável 55 está localizada por detrás da unidade de protecção de alimentação 12. A moldura destacável pode ser posicionada por detrás de qualquer uma da unidade de protecção de alimentação 12, da unidade de distribuição de energia 14, ou das prateleiras de equipamento 18, dependendo de qual das unidades está posicionada na extremidade de uma fila no centro de dados 10. A moldura destacável 55 permite que a porta 52 seja rapidamente removida para substituição, se necessário, da unidade de protecção de alimentação 12. A sala quente está acessível pela porta 52 e pode ser monitorizada através da janela de observação 54. De preferência, uma porta 52 está localizada em cada extremidade da sala quente 22. Em geral, a porta 52 é uma porta de aço de 2 x 36 polegadas isolada, com fechadura, que tem uma janela de observação isolada 54. A alimentação e o retorno de água ou refrigerante 60 podem entrar na sala quente através de tubos de alimentação para o tecto 56 ou directamente para os tectos das prateleiras. A alimentação de tensão 58 também pode entrar 18

ΕΡ 1 774 842/PT através do tecto 56 ou através dos tectos das prateleiras. Em alternativa, a alimentação e o retorno de água ou refrigerante 60 e a alimentação de tensão 58 entram na sala quente através de um pavimento flutuante, no qual assenta o centro de dados modular ou de uma outra localização fora da sala e para as prateleiras, tal como para os lados das prateleiras. O painel de tecto 56 é, de preferência, um painel de tecto semitransparente em acrilico, suportado por suportes de aço 62, que estão posicionados de modo intervalado ao longo do comprimento 72 do centro de dados 10. O tecto 56 prolonga-se para cobrir o topo da sala quente 22, localizada no meio das filas de prateleiras. O tecto de 56 pode ser facilmente removível para permitir a remoção das prateleiras 18 ou da unidade de protecção de energia 12, quando necessário. Um painel de tecto 56 construído em acrílico semitransparente permite que a luz da sala entre no espaço que define a sala quente 22. Além disso, o tecto em acrílico 56 é, de preferência, substancialmente hermético ao ar. A sala quente 22 é completamente fechada e tem paredes, formadas pela parte traseira das prateleiras 18, e paredes que compreendem a porta 52, fixas em cada extremidade da sala quente 22. Em alternativa, os painéis sem portas podem ser as paredes que completam a sala quente. A sala quente 22 é uma passagem substancialmente hermética, quando o painel de tecto 56 está no lugar. Assim, o centro de dados modular 10 é uma infra-estrutura de computadores fechada, definida no seu perímetro exterior, pela face dianteira de cada uma das prateleiras 18, pela unidade de protecção de energia 12, pela unidade de distribuição de energia 14 e pela unidade de arrefecimento 16, e que tem uma sala quente 22, na sua secção média. As paredes exteriores da sala quente, formadas pelas portas 52 são uma porção de duas das paredes exteriores do centro de dados modular 10.

Referindo a Fig. 2, na mesma é mostrada uma vista de topo de um centro de dados modular 10 de uma concretização do invento. O centro de dados modular do Fig. 2 é semelhante ao da Fig. 1, mas tem cinco prateleiras em cada uma da fila 32 e da fila 34, em vez de seis prateleiras em cada fila da Fig. 19 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ 1. Com números semelhantes são referidas concretizações semelhantes, o centro de dados modular 10 da Fig. 2 compreende a unidade de distribuição de energia 14, a unidade de protecção de energia 12, a unidade de arrefecimento 16, de montagem no pavimento, as prateleiras de equipamento 18, e a sala quente 22. A unidade de protecção de energia 12 está posicionada adjacente a um lado da unidade de distribuição de energia 14, enquanto uma unidade de arrefecimento 16, de montagem no pavimento, está posicionada no outro lado da unidade de distribuição de energia. A zona de espaço livre de serviço 20 envolve o centro de dados modular 10. Na Fig. 2 é mostrada uma concretização do invento com seis prateleiras de equipamento 18 e uma unidade de arrefecimento 16 que tem dois módulos.

As dimensões do centro de dados modular 10 dependem do número de prateleiras incluídas em cada uma das filas de prateleiras. Por exemplo, um centro de dados 10 com seis prateleiras de equipamento 18 pode ter uma largura de 120" (304 cm), indicada por uma seta 28, um comprimento de 120" (304 centímetros), indicado por uma seta 29, e uma largura da sala quente (separação de fila) do 36" (91 cm), indicada pela seta 24, e um espaço livre de serviço 26, de preferência, de 36" (91 cm) de largura. Com a inclusão do espaço livre de serviço 26, a zona superficial do pavimento para o centro de dados 10 tem, de preferência, um comprimento 30 de 192" (487 cm) e uma largura 31 de 192" (487 cm). Em alternativa, e referindo de novo a Fig. 1, um centro de dados 10, com sete prateleiras de equipamento 18, pode ter uma largura de 120" (304 cm) e um comprimento de 144" (365 cm). Com a inclusão do espaço livre de serviço 26, a zona de pavimento para um centro de dados alternativo é 192" por 216" (487 cm por 365 cm) . As dimensões do centro de dados modular são dadas apenas como exemplos, mas podem variar significativamente, dependendo do tipo e dimensão das prateleiras utilizadas para na concepção do centro de dados. O centro de dados modular 10 está operacional quando provido com uma tubagem de água gelada, de água de condensador ou de tubagem de refrigerante 60 e uma alimentação de tensão 58. O centro de dados pode incluir um número de concepções de entrada de energia diferentes, mas é, 20 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ de preferência, uma concepção de 40kW, permitindo 6,7 kW/prateleira num sistema que tem, por exemplo, seis prateleiras de equipamento 18, ou 5,7 kW/prateleira num sistema que tenha sete prateleiras de equipamento 18. A áqua ou o refrigerante de arrefecimento entra nas unidades de arrefecimento 16, montadas no pavimento, através de linhas de alimentação 60. Uma linha de alimentação comum 60 pode fornecer água de arrefecimento a uma ou mais unidades de arrefecimento, simultaneamente, quando as unidades de arrefecimento 16 estão ligadas à alimentação comum 60 pela mangueira flexivel, que é facilmente desligada. O centro de dados modular 10 proporciona arrefecimento aos equipamentos no centro de dados como se segue. O ar a partir do interior, ou ar ambiente, é filtrado através da parte dianteira das prateleiras 18 para arrefecer os equipamentos armazenados nas prateleiras 18. O ar entra através da parte dianteira de uma das prateleiras 18 e é expelido para fora da parte traseira das prateleiras 18. À medida que o ar passa através das prateleiras de equipamento 18, a temperatura do ar sobe. O ar mais quente é, respectivamente, expelido para a sala quente 22. A sala quente 22 contém o ar quente e impede que o ar quente se misture com o ar na sala envolvente. A unidade de arrefecimento 16 aspira o ar quente da sala quente e faz retornar o ar frio para a sala exterior ao centro de dados 10. O ar quente entra nas unidades de arrefecimento 16 directamente a partir da sala quente 22. A unidade de arrefecimento actua para diminuir a temperatura do ar, e o ar arrefecido é então libertado para a zona envolvente. O ar é reciclado para a sala envolvente a uma temperatura substancialmente arrefecida. Por exemplo, a unidade de arrefecimento 16 recebe, em geral, o ar da sala quente a 95°F (35°C) e arrefece o mesmo para uma temperatura de aproximadamente 72°F (22°C) antes de ser libertado para a zona circundante do centro de dados 10. A unidade de arrefecimento 16, montada no pavimento, opera a temperaturas de alimentação e retorno substancialmente mais elevadas, permitindo a realização de alta capacidade sem a remoção do calor latente. 21

ΕΡ 1 774 842/PT

Referindo a Fig. 3, com referência ainda às Figs. 1 e 2, o centro de dados 10 está configurado para executar um processo de arrefecimento dos equipamentos armazenados nas prateleiras fechadas, utilizando uma infra-estrutura que tem alimentações de energia e de refrigerante independentes. O processo 100 inclui os passos mostrados, embora o processo 100 possa ser alterado, por exemplo, tendo passos adicionados, suprimidos ou movidos em relação aos passos mostrados. O processo 100 da Fig. 3 inclui o passo 102, em que a energia é alimentada a partir de uma unidade de distribuição de energia para uma pluralidade de prateleiras de equipamento 18. As prateleiras de equipamento 18 podem conter uma variedade de equipamentos electrónicos que requerem uma fonte de alimentação de energia consistente para evitar tempo de paralisação do sistema. A energia é alimentada através da alimentação de tensão 58, que está ligada à unidade de distribuição de energia 14, estando a unidade de protecção de alimentação 12, de preferência, disposta adjacente à unidade de distribuição de energia 14, para assegurar a alimentação de energia redundante.

No passo 104, as prateleiras 18 aspiram o ar frio da sala envolvente através da face dianteira das prateleiras 18. Pode existir, por exemplo, uma unidade de distribuição de ar no interior das prateleiras e/ou no interior dos equipamentos contidos nas prateleiras, que aspira o ar da sala para o interior da prateleira 18 e distribui o ar através da prateleira para arrefecer os componentes contidos na prateleira. À medida que o ar passa através da prateleira 18, o ar aumenta de temperatura.

No passo 106, as prateleiras 18 expelem o ar a uma temperatura aumentada para a sala quente 22. O ar é expelido para fora da parte traseira das prateleiras 18. Como descrito acima, numa concretização, as prateleiras 18 não têm portas traseiras. Noutras concretizações, podem ser incluídas portas traseiras nas prateleiras, sendo o ar quente expelido para o interior da sala quente através de respiradouros nas portas. O ar é retido na sala quente 22 a uma temperatura aumentada e é impedida a mistura do ar quente com o ar ambiente 22 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ envolvente. Numa concretização do invento, o centro de dados modular é concebido para manter uma pressão de ar na sala quente, que é aproximadamente igual à pressão do ar fora da sala quente. Isso permite que uma das portas seja aberta, sem permitir que o ar frio entre na sala quente. Numa tal concretização, o dispositivo de arrefecimento fornece 160 cfm/kW (4,5 m3/min.KW).

No passo 108, a unidade de arrefecimento aspira o ar quente da sala quente 22. A unidade de arrefecimento 16 utiliza a água fria da alimentação de água fria 60 para arrefecer o ar da sala quente. No passo 110, o ar arrefecido é libertado da unidade de arrefecimento para o interior da sala envolvente, o que completa o ciclo de arrefecimento. O ar na sala ambiente é então aspirado de novo para o interior das prateleiras 18 e o ciclo continua.

Outras concretizações estão dentro do âmbito e espirito das reivindicações anexas. Por exemplo, o ar podia ser forçado para cima através das prateleiras de equipamento 18. Ar movido através das prateleiras 18 pode ter temperaturas variáveis, incluindo ar quente. O centro de dados 10 pode estar configurado para distribuir gases diferentes do ar. Além disso, um refrigerante ou outro agente de arrefecimento pode ser utilizado em vez de água fria. Além disso, pode ser acoplado ao centro de dados 10 um controlador para monitorizar as temperaturas do ar e os débitos, bem como a alimentação de energia, de modo que cada prateleira está provida com a energia adequada de modo consistente. Um centro de dados pode conter uma única prateleira de equipamento 18 com uma única unidade de arrefecimento 16, que cria um centro de dados individual, pelo que a energia é distribuída para um único centro de dados 10 ou para centros dados de prateleira única múltiplos simultaneamente.

Numa concretização do presente invento, uma ou mais unidades de arrefecimento estão localizadas centralmente no centro de dados modular na tentativa de igualar a aspiração de ar quente a partir de cada uma das prateleiras para o interior da unidade de arrefecimento. Noutras concretizações, as unidades de arrefecimento podem ser colocadas noutras localizações, e numa concretização, uma ou mais unidades de 23 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ arrefecimento pode ser posicionadas de modo a ficarem mais próximas de uma prateleira ou prateleiras que geram a maior quantidade de calor no centro de dados modular.

Além disso, nas concretizações do presente invento, o tecto sobre a zona quente pode incluir um certo número de ventoinhas, que são controladas de modo a evacuarem o ar da zona quente, no caso de uma falha de uma unidade de ar condicionado no centro de dados modular, e/ou quando a temperatura do ar na zona quente exceder um limite predeterminado ou se a pressão do ar na região quente exceder um limite predeterminado.

Nas concretizações do invento descritas acima, as prateleiras dos centros de dados modulares são descritas como estando dispostas em duas filas. Noutras concretizações, as prateleiras podem ser dispostos noutras configurações geométricas. Além disso, nos lados de um centro de dados modular, uma ou mais prateleiras podem ser utilizadas em para além de ou em substituição de um ou de ambos os painéis laterais.

Estão dentro do âmbito e espirito do invento ainda outras concretizações. Referindo a Fig. 4, um sistema 210 inclui uma unidade de protecção de energia 212, uma unidade de distribuição de energia (PDU) 214, um sistema de arrefecimento 215, de montagem no pavimento, que inclui unidades de arrefecimento múltiplas 216, prateleiras de equipamento 218, e portas 220, 222. Como utilizado aqui, os dispositivos 212, 214, 216, 218 referem-se a equipamento funcional (quando apropriado), suportes de montagem e/ou espaços fechados /alojamentos que contêm os suportes e os equipamentos. Assim, as prateleiras 218, como utilizadas aqui referem-se a suportes de montagem (para a montagem equipamentos electrónicos que produzem calor) e/ou a alojamentos que contêm os suportes de montagem e permitem a passagem de gás, através dos alojamentos. O sistema 210 está configurado com os dispositivos 212, 214, 216, 218, dispostos em duas filas deslocadas 224, 226 ligadas pelas portas 220, 222. As partes traseiras dos dispositivos 212, 214, 216, 218 estão dispostas adjacentes (e possivelmente ligadas) entre si para formarem dois lados de uma região quente 228, formando 24 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ as portas 220, 222 os dois outros lados da região quente 228. As portas 220, 222 podem auxiliar no controlo do acesso aos equipamentos nas prateleiras 218, por exemplo, sendo bloqueadas para restringir o acesso à região quente 228. Apesar das unidades de arrefecimento 216 serem mostradas dispostas adjacentes entre si, com uma unidade de extremidade, disposta adjacente à PDU 214, isto não é requerido e podem ser aceites outras posições das unidades de arrefecimento 216 em relação aos outros dispositivos 212, 214, 218.

Embora o sistema 210 seja mostrado disposto nas duas filas 224, 226, ligadas pelas portas 220, 222, podem ser aceites outras concretizações. Por exemplo, o sistema 210 pode ser configurado em disposições triangulares, circulares ou rectangulares/quadradas, etc. Além disso, apesar de serem mostradas duas portas 220, 222, podem ser utilizadas outras quantidades de portas, por exemplo, uma ou três, etc. Além disso, os painéis que não abrem podem ser utilizados em vez de qualquer ou de todas (embora, de preferência, não todas) as portas. 0 sistema 210 proporciona um ambiente restritivo lateral ou horizontalmente, que define a região quente 228 e que inibe a saida de gás lateralmente a partir da região quente 228, excepto através do sistema de arrefecimento 215. 0 sistema 210 auxilia a conter ar aquecido na região quente 228 e a isolar o ar aquecido expelido das prateleiras 218 do ar de arrefecimento fornecido pelo sistema de arrefecimento 215. O equipamento nas prateleiras 218 aspira o ar frio a partir das partes dianteiras 230, 232 das prateleiras 218 e expele o ar quente para fora das partes traseiras das prateleiras 218 para o interior da região quente 228. O escoamento do gás através do equipamento inibe o gás de se escoar da região quente 228 através das prateleiras 218 para as partes dianteiras 230, 232. Além disso, as portas 220, 222 são portas termicamente isolantes, que auxiliam a conter o calor do gás na região quente 228. Os dispositivos 212, 214, 216, 218 e as portas 220, 222 proporcionam uma abertura de topo 229, que permite ao gás da região quente 228 sair verticalmente da região quente 228, por exemplo, elevando-se. As portas 220, 222 são, pelo menos, tão altas como o menor dos dispositivos 212, 214, 216, 218 25 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ para auxiliarem a reter o gás aquecido na região quente 228. De preferência, os dispositivos 212, 214, 216, 218 e as portas 220, 222 têm quase a mesma altura. As portas 220, 222 e o escoamento de gás através da prateleira 218 auxiliam a conter o gás aquecido na região 228 e isolam o gás aquecido na região 228 do gás fora do sistema 210. O isolamento e a contenção do gás aquecido auxiliam a inibir o gás de se escoar horizontalmente e de se combinar com o gás de arrefecimento fornecido pelo sistema de arrefecimento 215. Os dispositivos, tal como a unidade de protecção de energia 212 e a PDU 214 evacuam pequenas quantidades de gás aquecido para o interior da região quente 228. O sistema de arrefecimento 215 está configurado para aspirar o gás aquecido da região quente 228, arrefecer o mesmo e fornecer o gás frio para o exterior do sistema 210 próximo dos fundos e das partes dianteiras 230, 232 das prateleiras 218. O sistema 215 é alimentado em energia através de uma alimentação de tensão 240 e utiliza a água fria ou outro refrigerante a partir de uma linha de alimentação 242 para arrefecer o ar aspirado para dentro. A água ou outro refrigerante, tendo tido a temperatura elevada, deixa o sistema 215 através de uma linha de retorno 244 para ser arrefecido de novo. De preferência, as unidades de arrefecimento 216 estão dispostas e configuradas para aspirarem para dentro quantidades significativas do ar/gás aquecido a partir da região quente 228 antes do gás aquecido se elevar e sair da região 228. O gás aquecido, tipicamente a cerca de 95°F (35°C), é arrefecido pelas unidades 216 para cerca de 72°C e expelido 234 para fora das partes dianteiras das unidades 216 próximo das partes dianteiras 230, 232 das prateleiras 218. Se não estiverem dispostas as unidades de arrefecimento 216 na mesma fila 224 ou 226 com as prateleiras de equipamento 218, os efeitos de convecção que ocorrem naturalmente fazem com que o gás frio de uma ou mais das unidades 216 se escoe para as partes dianteiras 232 das prateleiras 218 da outra fila 224, 226. De preferência, as unidades de arrefecimento 216 fornecem o gás frio perto do pavimento (perto dos fundos das prateleiras 218) e em quantidades tais que a maior parte do gás frio é aspirada para o interior das prateleiras de equipamento 218. As unidades 216 podem direccionar o gás frio como desejado, 26

ΕΡ 1 774 842/PT utilizando, por exemplo, ventiladores, condutas, respiradouros, deflectores, tubos, etc. As unidades 216 arrefecem o gás sem remoção significativa do calor latente (arrefecimento desumidificação) e sem a introdução de humidade no gás. 0 sistema de arrefecimento 215 é um condicionador de ar ambiente de sala de computadores (CRAC), disposto na proximidade dos equipamentos que produzem calor nas prateleiras 218. A localização o sistema de arrefecimento 215 perto da prateleiras 218 reduz e/ou elimina os problemas encontrados pelos sistemas com os CRAC afastados significativamente distantes dos equipamentos que produzem calor, em particular problemas de obtenção do ar frio a partir do CRAC para os equipamentos que produzem calor. Por exemplo, o sistema de arrefecimento 215 pode utilizar a velocidade de ar/gás mais baixa do que os sistemas afastados, reduzindo a queda de pressão (perda de pressão na serpentina do ventilador do CRAC) e, portanto, o consumo de energia menor do ventilador para propulsionar o ar/gás.

As concretizações do sistema 210 podem ter dimensões semelhantes às do centro de dados 10 mostrado na Fig. 1. Por exemplo, com sete prateleiras de equipamento 218 o sistema 210 pode ter um comprimento, incluindo 36" (91 cm) de espaço livre de serviço em ambas as extremidades, de 216" (548 cm) e uma largura, incluindo 36" (91 cm) de espaço livre de serviço em ambos os lados, de 192" (487 cm).

As concretizações do sistema 210 podem incluir caracteristicas do sistema 10 não mencionadas especificamente em relação ao sistema 210. Por exemplo, as portas 220, 222 podem ter janelas configuradas e dispostas para o visionamento por adultos. Além disso, o sistema 210 pode incluir um UPS ligado através da PDU 214, para fornecer energia aos dispositivos do sistema 210, para auxiliar a assegurar a alimentação de energia ininterrupta para os dispositivos desejados no sistema 210. Outras caracteristicas podem ser também incluídas no sistema 210.

Referindo a Fig. 5, ainda com referência à Fig. 4, o sistema 210 está configurado para executar um processo 250 de 27 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ arrefecimento dos equipamentos armazenados em prateleiras fechadas, utilizando uma infra-estrutura que tem alimentações independentes de energia e de refrigerante. 0 processo 250 inclui os passos mostrados, embora o processo 250 possa ser alterado, por exemplo, tendo os passos adicionados, excluídos, ou movidos em relação aos passos mostrados.

No passo 252, a energia é fornecida a partir da unidade de distribuição de energia 214 para as prateleiras de equipamento 218. As prateleiras de equipamento 218 podem conter uma variedade de equipamentos electrónicos que utilizam uma alimentação de energia consistente, para evitar a paralisação do sistema. A energia é alimentada através da alimentação de tensão 240, que está ligada à unidade de distribuição de energia 214, estando uma unidade de protecção de energia 212, de preferência, disposta adjacente à unidade de distribuição de energia 214 e configurada para assegurar a alimentação de energia redundante.

No passo 254, as prateleiras 218 aspiram o ar frio da sala envolvente através das faces dianteiras 230, 232 das prateleiras 218. Não pode existir, por exemplo, uma unidade de distribuição de ar no interior das prateleiras 218 e/ou no interior dos equipamentos, contidos nas prateleiras 218, que aspira o ar na sala para as prateleiras 218 e distribui o ar através das prateleiras 218 para arrefecer os componentes contidos nas prateleiras 218. À medida que o ar passa através das prateleiras 218, a temperatura do ar aumenta.

No passo 256, as prateleiras 18 expelem o ar com uma temperatura aumentada para a região quente 228. O ar é expelido para fora da parte traseira das prateleiras 218, por exemplo, através de ranhuras ou respiradouros nas portas traseiras ou directamente para a região 228 se as prateleiras 218 não tiverem portas traseiras. O ar é restringido na região quente 228 pelos dispositivos 212, 214, 216, 218, pelas portas 220, 222, e pelo escoamento de ar para a região 228, inibindo assim a mistura do ar quente com o ar ambiente envolvente.

No passo 258, as unidades de arrefecimento 216 aspiram o ar quente da região quente 228. As unidades de arrefecimento 28 ΕΡ 1 774 842/ΡΤ 16 utilizam a água fria da alimentação de água fria 242 para arrefecer o ar vindo da região quente 228.

No passo 260, o ar arrefecido é libertado das unidades de arrefecimento 216 para a sala envolvente. O ar frio é expelido das unidades de arrefecimento 216 e direccionado para as partes dianteiras 230, 232 das prateleiras 218. O ar na sala envolvente é então aspirado de novo para dentro das prateleiras 218 e o ciclo continua. De preferência, as unidades 216 e as prateleiras são configuradas de tal modo gue as unidades fornecem o ar arrefecido e as prateleiras 218 aspiram o ar frio para dentro de modo que muito do ar de arrefecido é aspirado para o interior das prateleiras 218, por exemplo, para auxiliar a reduzir a mistura do ar arrefecido e do ar aquecido da região quente 228.

As concretizações do invento podem proporcionar uma ou mais das seguintes capacidades. Num centro de dados é reduzida a mistura do ar de evacuação com o ar frio. Os pontos quentes em torno de grupos de prateleiras de alta potência podem ser reduzidos, contendo tais prateleiras de alta potência num centro de dados modular como descrito acima. A utilização do arrefecimento localizado permite que as unidades de ar condicionado num centro de dados, incluindo no interior dos centros de dados modulares, operem de modo mais eficiente e produzam ar frio a temperaturas mais altas, negando assim a necessidade de sistemas de humidificação. Os gradientes de temperatura podem ser reduzidos quando comparados aos sistemas anteriores. A fiabilidade dos equipamentos pode ser melhorada em relação às disposições de equipamentos/arrefecimento anteriores. As unidades de arrefecimento podem operar com uma boa eficiência e próximo da sua capacidade de projecto. O equipamento pode ser arrefecido, utilizando menos energia do que com os sistemas anteriores. Pode ser aumentada a eficiência da unidade de arrefecimento em comparação com os sistemas anteriores e as unidades de arrefecimento, que são menores e/ou têm menores capacidades do que nos sistemas anteriores, podem ser utilizados para proporcionar efeitos de arrefecimento semelhantes (por exemplo, para arrefecerem regiões com dimensões semelhantes). O padrão de protecção contra incêndios e de iluminação de edifícios pode ser utilizado 29

ΕΡ 1 774 842/PT para um centro de dados. Os centros de dados existentes podem ser facilmente adaptados/actualizados de acordo com o invento. A segurança fisica pode ser melhorada em comparação com os sistemas anteriores.

Podem ainda ser proporcionadas capacidades adicionais, tais como podem ser conseguidas relações de calor sensível próximas de um. A relação de calor sensível (SHR) é a capacidade de arrefecimento sensível QS dividida pela capacidade de arrefecimento total QT (SHR = QS/QT) . As capacidades de arrefecimento sensível e total são dadas em BTU por: QS = (Ti - T2)-CMF-1,08 QT = (Hi - H2) -CMF-4,45 em que Ti é a temperatura do gás que entra na unidade de arrefecimento 216, T2 é a temperatura do gás que sai da unidade de arrefecimento 216, Ηχ é a entalpia do gás que entra na unidade de arrefecimento 216, H2 é a entalpia do gás que sai da unidade de arrefecimento 216, 1,08 é uma constante para o ar padrão para converter a temperatura de delta para btu quando multiplicado pelo CFM, 4,45 é uma constante para a conversão de ar padrão na entalpia delta em BTU, quando multiplicada por CFM, e CFM é a quantidade de gás (que entra e sai, respectivamente, da unidade 216) em pés cúbicos por minuto. Por exemplo, para uma temperatura de entrada Τχ de 80°F (26°C) com 36% de HR (humidade relativa), uma entalpia de entrada Ηχ de 27,82 BTU/lbmassa, uma temperatura de saída T2 de 50°F (10°C) na 95% HR, e uma entalpia de saída H2 de 19,89 BTU/lbmassa, a SHR é de cerca de 0,92.

Assim, tendo descrito, pelo menos, uma concretização ilustrativa do invento, ocorrerão prontamente aos especialistas na matéria diversas alterações, modificações e melhoramentos. Pretende-se que tais alterações, modificações e melhoramentos fiquem dentro do âmbito e espírito do invento. Por conseguinte, a descrição anterior é apenas a título de exemplo, não se pretende que seja limitativa. O limite do invento é apenas definido nas reivindicações seguintes e pelos seus equivalentes.

Lisboa, 2010-12-16

Claims

ΕΡ 1 774 842/PT 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Centro de dados modular (10, 210) para alojamento e arrefecimento de equipamentos electrónicos, compreendendo o centro de dados: uma pluralidade de alojamentos, estando uma primeira porção dos alojamentos configurada para conter os equipamentos electrónicos que produzem calor (18, 218) e contendo uma segunda porção dos alojamentos, pelo menos, uma unidade de arrefecimento (16, 216), tendo cada um dos alojamentos da primeira porção uma parte dianteira (230, 232) e uma parte traseira, e estando configurado para conter o equipamento electrónico que produz calor, de tal modo que o gás é aspirado para dentro do equipamento a partir das partes dianteiras do equipamento, aquecido pelo equipamento para se tornar gás aquecido, e expelido pelo equipamento electrónico através das partes traseiras dos alojamentos; e pelo menos, um painel (52, 56, 220, 222), acoplado a um par de alojamentos para fazer a ponte a um intervalo entre o par dos alojamentos; em que os alojamentos e, pelo menos, um painel estão dispostos e acoplados para formarem uma disposição fechada lateralmente, que envolve lateralmente uma região quente (22, 228) e que define uma abertura de topo (229), que permite ao gás sair verticalmente da região quente; em que, pelo menos, uma unidade de arrefecimento está configurada para aspirar o gás aquecido a partir da região quente para o interior de, pelo menos, uma unidade de arrefecimento, arrefecer o gás aquecido para se tornar gás relativamente frio, e expelir o gás aquecido de, pelo menos, uma unidade de arrefecimento para a região fria que está separada da região quente dos alojamentos; e em que as partes traseiras dos alojamentos da primeira porção estão dispostas adjacentes à região quente, de tal modo que os equipamentos que produzem calor, quando montados nos alojamentos, expelirão o gás aquecido para dentro da região quente. ΕΡ 1 774 842/PT 2/3
2 - Centro de dados de acordo com a reivindicação 1, em que, pelo menos, uma unidade de arrefecimento está configurada para direccionar o gás frio para as partes dianteiras da primeira porção dos alojamentos.
3 - Centro de dados de acordo com a reivindicação 2, em que, pelo menos, uma unidade de arrefecimento está configurada para direccionar o gás frio para as porções de fundo das partes dianteiras da primeira porção dos alojamentos.
4 - Centro de dados de acordo com a reivindicação 1, em que, pelo menos, uma unidade de arrefecimento está configurada para arrefecer o gás a aproximadamente 72°F (22°C) e expelir o gás à mesma temperatura.
5 - Centro de dados de acordo com a reivindicação 1, que compreende ainda uma alimentação de energia ininterrupta (12, 212), acoplada a, pelo menos, uma unidade de arrefecimento e configurada para fornecer energia de emergência a, pelo menos, uma unidade de arrefecimento.
6 - Centro de dados de acordo com a reivindicação 1, em que o, pelo menos, um painel é uma porta, configurada para ser aberta para proporcionar acesso à região quente e para ser fechada para inibir que o gás quente da região quente saia do centro de dados lateralmente a partir da região quente através do intervalo.
7 - Centro de dados de acordo com a reivindicação 1, em que, pelo menos, um painel tem, pelo menos, aproximadamente uma altura de uma porção mais pequena das primeira e segunda porções dos alojamentos.
8 - Centro de dados de acordo com a reivindicação 1, em que a pluralidade dos alojamentos estão dispostos em duas filas paralelas (32, 226, 34, 224), e em que, pelo menos, um painel inclui duas portas, dispostas em extremidades opostas das filas e que fazem o acoplamento das duas filas entre si nas respectivas extremidades. ΕΡ 1 774 842/ΡΤ 3/3
9 - Método de operação e de arrefecimento de equipamentos electrónicos montados em prateleiras, compreendendo o método: a alimentação de energia do equipamento electrónico montado em prateleiras (18, 218) para aspirar o gás para dentro dos alojamentos que contêm o equipamento através das partes dianteiras dos alojamentos, aquecer o gás para produzir gás aquecido, e expelir o gás aquecido para dentro de uma região quente (22, 228); a inibição da saída lateral do gás aquecido da região quente, excepto para dentro de um mecanismo de arrefecimento (16, 216), utilizando os alojamentos que contêm os equipamentos e, pelo menos, um painel (52, 56, 220, 222) acoplado a, pelo menos, dois dos alojamentos, apesar de se permitir que o gás aquecido saia da região quente substancialmente sem impedimento, pelo menos, até o gás se elevar acima dos topos dos alojamentos; a aspiração de, pelo menos, algum do gás aquecido da região quente para dentro do mecanismo de arrefecimento e o arrefecimento do gás aspirado para dentro para produção de gás frio, e o fornecimento do gás frio às partes dianteiras dos alojamentos.
10 - Método de acordo com a reivindicação 9, em que a inibição inclui a injecção de mais gás aquecido para dentro da região quente e o impedimento do escoamento lateral do gás aquecido com, pelo menos, uma barreira acoplada entre um intervalo entre um par dos alojamentos.
11 - Método de acordo com a reivindicação 9, em que o fornecimento inclui o direccionamento do gás frio para o fundo das partes dianteiras dos alojamentos.
12 - Método de acordo com a reivindicação 10, em que o fornecimento inclui o direccionamento do gás frio para os fundos das partes dianteiras dos alojamentos. Lisboa, 2010-12-16