TW201114991A - Data center and computer receiving cabinet for the data center - Google Patents

Description

201114991 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及有關一種用來設置及運行計算機之建築 物即數據中心，及用於數據中心之計算機容納機櫃。 【先前技術】 一直以來，隨著以服務器為首之計算機的增加，數 據中心之耗電量也隨著增加。最近，對環保問題的意識 逐漸提高，數據中心之節能問題也被強調為重要課題。 因此，於最近之數據中心設計，抑制用電量，管理發熱 莖等項目也被列入要求。 於典型的數據中心，如日本特開2009-63226號公報 中所揭示，其係為了去除從計算機所產生的發熱量，採 取一種從地板下方送進冷空氣，讓熱氣從天花板散熱的 結構。換句話說，也就係靠以空氣為冷卻介質之空調設 備來冷卻計算機。具體而言，藉空調機器，讓冷卻介質 即空氣於呈密閉空間之數據中心内循環，使其與計算機 作用達到冷卻效果。並且，將經計算機加熱過之空氣， 藉冷卻機器進行冷卻之後再度使其與計算機作用。 【發明内容】 最近，對環保問題及節省能源的意識更進一步的提 高。並且，於信息通信領域中，隨著網際網路利用者的 激增，或SaaS及雲端運算服務的普及，服務器之使用 201114991 也隨著加速增加。卻說，隨著服務器本身的技術進步， 比先前運轉發熱量少之計算機，或比先前可在較高溫狀 態下運轉之計算機也逐漸增加。 鑒於這些事由，本發明之課題係提供一種數據中 心，該數據中心能安定運行服務器等之計算機，且能大 量抑制運行時之耗能量，此外，並提供一種用於數據中 心之計算機容納機櫃。 經本發明者們致力研討之結果，如下述般的完成本 發明： (1): 一種數據中心，其係用來設置及運行計算機 之建築物，包括： 吸氣區，備有將外氣導進到建築物内之吸氣裝置； 排氣區，備有將空氣排放到建築物外之排氣裝置； 間壁，用來隔絕吸氣區與排氣區， 計算機容納機櫃，其被設置成貫穿間壁之一部分；

氣流控制手段，讓吸氣區内之空氣通過計算機容納 機檀流到排氣區般的控制氣流。 (2) :如（1)所述數據中心，其中，於吸氣區及排 氣區中還具有氣流被隔絕之氣密室，且於氣密室設置有 往吸氣區之出入口及往排氣區之出入口。 (3) :如（1)及（2)所述數據中心，其還包括： 第2吸氣區，其係上述備有吸氣裝置能將外氣導進 到建築物内之吸氣區之另一吸氣區； 201114991 第2間壁，用來隔絕排氣區與第2吸氣區； 第2計算機容納機櫃，其被設置成貫穿第2間壁之 一部分；及 第2氣流控制手段，讓第2吸氣區内之空氣通過第 2計算機容納機櫃流到排氣區般的控制氣流。 (4) :如（1)至（3)中任一所述數據中心，其還 具有從排氣裝置到吸氣裝置之空氣回流路徑。 (5) :如（1)至（4)中任一所述數據中心，其中， 於吸氣區及排氣區中至少其中一方還具有溫度計，藉溫 度計之信號進行下述氣流控制： (A) 通過氣流控制手段之氣流控制；及（或） (B) 從排氣裝置通過上述回流路徑到吸氣裝置之氣 流控制。 (6) : —種計算機容納機櫃，其係被安置於用來設 置及運行計算機之建築物内，其被成型成：具有如貫穿 該機櫃本體般之計算機容納空間，對該計算機容納空間 可設置擋板，於該計算機容納空間未容納計算機時可藉 擋板隔絕貫通機櫃方向之氣流。 根據本發明之數據中心，導進到吸氣區内之外氣將 通過計算機容納機櫃流到排氣區，此時可奪去收容於前 述機櫃中之計算機所產生的發熱量。因為經計算機加熱 之暖空氣將被排放到外部，所以冷卻空氣本身之必要性 可說係沒有或極小。如此，利用氣流控制可以構築數據 中心，其於數據中心之耗能量能顯著的變小，所以可大 201114991 為期待降低成本及減輕環境負荷。根據本發明，就不需 要有如先前數據中心之空調設備所用雙層地板等之類 的建築要素。根據本發明之計算機容納機櫃，因其能高 效率地使空氣流往所收容之計算機内，所以適宜用於上 述數據中心。 根據本發明之適宜形態，因操作人員可通過氣密室 來往吸氣區及排氣區，所以能提高於數據中心之工作效 • 率。根據別的適宜形態，可於數據中心内增設吸氣區， 即可增加收容及運行之計算機。再者，於日另一適宜形 態，按需要可把將被排放之暖空氣導進到吸氣區。如 此，於夜間或冬季等低溫時，彳用來抑制計算機的過度 冷卻，或暖和數據中心。此外，於其他適宜形態，利用 來自溫度計的信號迴授控制氣流，或把經加熱將被排放 之空氣之-部分導進到吸氣區’藉此可控制數據中心内 的溫度變化。 【實施方式】 以下，邊參照圖式邊對本發明作詳細說明。但本發 明之範圍’係不限定於此些圖示形態。在此，所示圖式 中，強調描寫了一部分的結構要素，但本發明之範圍， 係不限定於此些圖式所示之尺寸。 第1圖顯示本發明之一種實施形態即數據中心之模 式平面圖。數據中心1被間壁40區劃成吸氣區10和排 氣區20。於間壁40之一部分，如貫穿間壁40似的設 201114991 置計算機容納機櫃30，該機櫃30面臨吸氣區10和排 氣區20兩方。於第1圖之數據中心1，外氣經吸入口 11被導進到吸氣區10,通過計算機容納機櫃30流到排 氣區20，再經排氣口 21被排放到外部。於計算機容納 機櫃30，空氣最好係通過收容在該機櫃30中之計算機 (無圖示）之内部，此時，從計算機所產生之發熱量將 被空氣奪取，進而達到計算機内部之高效率冷卻。於數 據中心1内，經風扇12及22氣流將被控制。操作人員 可經由出入口 13，23進出吸氣區10和排氣區20。 吸氣區10係被區劃在數據中心1裡的一區域。可將 外氣導進到吸氣區10。用於導進外氣之吸氣裝置可適 宜引用一般的空調裝置，舉例如：吸入口 11和風扇12 之組配。為了保持數據中心1内部之清潔，可對吸入口 11設置適宜的防塵用過濾器。於吸氣區10，除了導進 外氣之吸氣裝置及計算機容納機櫃30以外，最好不要 產生空氣的進出。為了盡可能減少空氣的進出，吸氣區 10之地板或天花板等最好係不要存有孔洞，不過可備 有電氣布線用孔洞。於吸氣區10内，只要係保有足以 讓操作人員進行計算機操作之空間，對吸氣區10之寬 廣並無特別的限制。如第1圖所示形態，於吸氣區10 設置有來自建築物外部之出入口 13。出入口 13最好係 由具有氣鎖功能之複數扇門所構成。 排氣區20係被區劃在數據中心1裡，與吸氣區10 不同的另一區域。排氣區20將空氣排放到數據中心1 201114991 之外部。作為排氣裝置可適宜引用一般的空調裝置，舉 例如：排出口 21和風扇22之組配。於排氣區20，除 了排氣裝置及計算機容納機櫃30以外，最好不要產生 空氣的進出。為了盡可能減少空氣的進出，排氣區20 之地板或天花板等最好係不要存有孔洞，不過可備有電 氣布線用孔洞。於排氣區20内，只要係保有足以讓操 作人員進行計算機操作之空間，對排氣區20之寬廣並 無特別的限制。如第1圖所示形態，於排氣區20設置 有來自建築物外部之出入口 23。出入口 23最好係由具 有氣鎖功能之複數扇門所構成。 間壁40隔絕了吸氣區10與排氣區20。只要係能隔 絕吸氣區10與排氣區20兩區域之氣流，對間壁40之 構造或材質並無特別的限制，可適宜引用一般建築用 板。為了確保吸氣區10與排氣區20之氣流隔絕，通常， 間壁40被形成從地板到天花板一面的結構。於間壁40 之一部分設置從吸氣區10貫穿到排氣區20之計算機容 納機櫃30。最好係形成此計算機容納機櫃30為吸氣區 10與排氣區20之間的唯一氣流流路的結構。 計算機容納機櫃30 (以下，簡稱為「機櫃」）係一 種機架狀的結構物，其備有用於容納所有運行計算機之 空間。第2圖顯示本發明之一種實施形態即機櫃之模式 圖。此機櫃30具有面板31和側面板32。如貫穿機櫃 30似的設置有機架狀的容納空間。此機架狀的容納空 間可收容計算機（無圖示）。在此所用之計算機，最好 201114991 係設計成於其内部空氣只能朝單軸向流動。於容納空間 可設置能隔絕該空間之貫穿方向氣流之擋板33。機櫃 30具有複數個容納空間，於運行數據中心1時，在有 若干個容納空間未容納計算機的情況下，對未容納計算 機之閑置空間設置擋板33，即可高效率地將空氣導進 到計算機内部，能更加確實地進行計算機的冷卻。 目前為止之計算機容納機櫃（無圖示），其大部份係 沒有面板31和側面板32，只由框架所構成之物。即使 為此類機櫃，只要係使其形成在間壁40之延長線上能 設置擋板33的結構，或盡可能提高於機櫃之容納空間 中收容計算機之所占比率，就有可能以高效率冷卻計算 機。不過，因設有面板31和側面板32比較容易控制氣 流，所以可擴大設置條件或所使用計算機之選擇範圍。 若機櫃30除了計算機容納空間以外仍有空隙部時，最 好係對該空隙部也設置擋板，讓空氣能高效率流往所收 容計算機之内部。 根據本發明，於數據中心1對所設置及運行之計算 機之種類並無特別限制。最好係使用讓空氣從計算機正 面流往背面藉此達到冷卻作用之計算機。即使為此類以 外之計算機，只要讓吸氣區10内之空氣通過計算機流 到排氣區20，亦可期待所定的冷卻效果。 根據本發明，被導進到吸氣區10内之外氣，將通過 計算機容納機櫃30流到排氣區20。如此之氣流，可如 第1圖所示形態，通過吸入口 11，排氣口 21及風扇12, 201114991 22之動作來進行控制。因此，於此實施形態，能認定 吸入口 11，排氣口 21及風扇12，22作為氣流控制手 段起作用。有關氣流控制手段並不限於風扇，亦可併用 能造出所望氣流之代替手段，或置換代替手段。 藉调郎風扇等的輸出功率，即可適宜調節氣流之強 弱。依據本發明者們之見解，使用足夠的風量即可使計 算機内部溫度維持在高於外氣溫度約10〜16°c左右的狀 態下。因此’於計算機運轉狀態下，讓風量能達到前塊 溫度範圍般的可適宜調節風扇之數量。 第3圖顯示適於本發明之一種實施形態即數據中心 之模式平面圖。此數據中心1，除了上述吸氣區1〇及 排氣區20以外，還加設區劃了氣密室50。氣密室5〇 形成能隔絕吸氣區10與排氣區20兩區氣流的結構。於 氣密室50設置有往吸氣區10之出入口 51，及往拆氣 區20之出入口 52。通過氣密室50，操作人員即可不搜 亂從吸氣區10通過計算機容納機櫃30流到排氣區 之氣流，來往移動吸氣區10及排氣區20之兩區間。其 結果’在操作計算機時，可以不經出入口 13或23出去 到數據中心1外面，所以能增加工作效率。藉設置氣密 室50，將有可以不設置出入口 13及23其中任〜個的 可能性。有關氣密室50之設計及構築，可適宜引用〜 般的建築技術。於本發明所設想之「氣密」為只要係有 不顯著妨礙通過計算機容納機櫃3〇之氣流程度之氣密 性即可。在此，對於數據中心1之出入口 13及23，其 201114991 各個出入口最好係構成具有複數扇門之氣密室的結構。 第4圖顯示適於本發明之一種實施形態即數據中心 之模式平面圖。此數據中心1被區劃成三區。於排氣區 2〇之兩側’設有第i吸氣區1〇及第2吸氣區u〇。第 1吸氣區10與排氣區2〇之間的氣流被第j間壁4〇隔 絕。.第2吸氣區11〇與排氣區2〇之間的氣流被第2間 壁140隔絕。如貫穿第1間壁40及第2間壁140似的， 5又有第1計算機容納機櫃30及第2計算機容納機櫃 130 〇 圖式中之粗箭線顯示空氣的流動。第 1吸氣區10與 排乳區20的關係，同於如帛1圖所示實施形態。於第 4圖所示形態，第2吸氣區11〇設有吸入口 ηι和風扇 112，構成能導進外氣的結構。將所導進之外氣進行控 制’使其通過第2計算機容納機櫃130流到排氣區20。 如此，於第2吸氣區110裡之氣流控制，係由吸入口 ’風扇112及22所擔當，可認定其等為第2氣流控 制手段。 未顯示於第4圖，對數據中心1可適宜設置如上述 之類的氣密室或出人σ。如此，藉設置第2吸氣區11〇, f7可、'曰加於數據中心1中所容納及運行計算機之數 1。並且，亦可通過適宜組配如第1圖，第3圖及第4 圖所示形態，構成區劃成四區以上之數據中心。 根據本發明’經計算機加熱過之空氣將經由排氣區 被排放到數據中心丨之外部。根據另—個適於本發 12 201114991 明之形態，甘 吸氣區的。具備有用來將被排放之暖空氣再度導進到 據中心i (無圖示來就認為，對數 發明者們J算機存有越冷越好的傾‘但是，根據本 計算機^解，隨著最近計算機技術的發達，來自 過度冷卻j也衫算很大_候，也有起因於計算機 外氣溫來的㈣I尤其係’在冬季或夜間等， 有必要低時，將會有過度冷卻的憂慮，或係發生 要對所導t數據中心1内部的情況。此時，有可能有必 排氣區2(/及乳區10之外氣進行加溫。在此，利用從 源。對此所排放之暖空氣，即可節省用於加溫之能 管適宜椹叫路徑之具體結構並無特別限制，可使用導 管（無y。如第4圖所示實施形態'’可使用分支式導 ^ 示），構成從排氣區20之排氣口 21到第1吸 = 久第2吸氣區no兩區之回流路經。 最好係於吸氣區1〇及排氣區2〇中至少一丙执 溫度計Γ么回一、 又罝有 作^ …圖不）。進一步最好係，依據從溫度計所取 侍之信銳來控制數據中心丨内的氣流。比方說，當計算 機冷部不夠發生溫度上升之信號時’則增加風扇12及 回轉輸出功率，加強氣流藉此促進計算機的冷卻。 反=來說，當來自溫度計之信號判斷係計算機之冷卻已 充分達到時，則減低風扇12及22之回轉輸出功率，如 =可進〜步謀求減輕耗能量。再者，亦可具有從上述排 氣裝置到吸氣裝置之空氣回流路徑，通過溫度計判斷為 過度冷部時’藉控制被加熱之暖空氣和外氣的混合比 13 201114991 率，就有可能可以暖和數據中心1之内部。有關這些控 制=具體手&，可以適宜引用如眾所知之控制技術。有 ，這些氣流控制之發明，*僅單只冷卻數據中心1之内 部即可’其最好·緖職流使溫度變化料越好，在 世、。過本發明者們所提示之新技術指南初次被揭示於 要性可=發明如先前數據巾^ ’冷卻空氣本身之必 阻礙本§係沒有或極小，於實施本發明時，只要係於不 術。發明的作用及效果之範圍内，可適宜引用先前技 〔實施例〕 日，以下，用實施例來對本發明作更進一步的說明，但 疋本發明並不限於這些實施例。 (實施例1 ) 如下所示，於實際數據中心運行了服務器。 、數據中心之模式平面圖，參照如前述第1圖所示。 不過，炎 .. 馬了考慮服務器之操作容易性，比起排氣區20 擴大 ％ # rs· 1 rv . 久乳£ 10。具體而言，吸氣區1〇為面積 ’排氣區20為面積4.5mxl.〇m。於吸入口 11 礼罩，安裝3台吸氣用風扇12。風扇12之能力如 下： 壓力扇 40cm，17〇〇m3/h，lOOPa，單相 100V，135W。 ，排氣D 21也設置氣罩’安裝3台排氣用風扇22。排 玑用風屬22使用與上述吸氣用風扇具有同等功能之 201114991 物。這些氣罩和風扇擔當了吸氣裝置，排氣裝置及氣流 控制手段。 作為間壁40，設置了從地板到天花板厚度12cm之 耐火壁。貫穿此間壁40般的，設置兩台19英吋的機櫃 30。該機櫃30具有面板和側面板。第5圖顯示此19英 吋機櫃之模式正面圖。機櫃30可容納25台之1U服務 器35。於梭櫃30含有若干個未容納服務器之閑置空間 34。對此閑置空間34設置擋板（無圖示），隔絕從機櫃 正面往背面之空氣流動。此外，於機櫃30之外圍附近 會產生空氣餘白空間（無任何物體可通氣之空間）36。 對此空氣餘白空間36也嵌入擋板，隔絕從機櫃正面往 背面之空氣流動。 除了監視服務器35之CPU及HDD的溫度之外，同 時在機樞3 0之吸氣區之-側及排氣區之-側也設置.溫 度計監視其溫度。 2009年8月18日，於東京之上述數據中心運行了 服務器。那天的外氣氣溫為30.1°C (最高氣溫）。 此實施例，係在對CPU及HDD不格外施加負荷之 狀態下，運轉風扇12及22來控制氣流。此時，各部之 溫度如下所示。 mm cpu溫度~~hdd溫度 機櫃吸氣側溫度"""機櫃排氣側溫度

32C 32C 32〇C 33.59〇C 32〇C 32〇C 31.2〇C 32〇C 30.56〇C 30.56〇C ppp p p 3 3 2 2 1 4 4 4 4 4 pocpp°c 7 7 7 5 5 3 3 3 3 3 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 15 201114991 (實施例2) 與實施例1於同一數據中心，於另一天（2009年9 月2日）運行了服務器。那天的外氣氣溫為24°C (最高 氣溫）。 此實施例，係在對CPU及HDD施加了負荷之狀態 下運行了服務器。為了對CPU施加負荷，執行了 100 萬次的正弦函數。如果不格外施加冷卻措施，執行如此 之負荷時，通常，CPU會高達50°c。於此實施例，運 轉風扇12及22來控制氣流。此時，各部之溫度如下所 示。 時間 CPU溫度 HDD溫度 機櫃吸氣側溫度 機櫃排氣側溫度 12:00 38〇C 30°C 23.1°C 27.04〇C 14:00 40°C 31°C 23.58〇C 27就 16:00 40°C 31°C 23.58〇C 27.68〇C 18:00 39〇C 30°C 23.26〇C 27.36。。 20:00 38〇C 30°C 22.78。。 26.88〇C 如上所述， 於實施例： l及2， 能長期間持續安定維 持溫度。不管係哪個實施例皆能把CPU溫度維持在比 外氣溫度高約10〜16°c左右之狀態下，且不會發生進一 步的溫度上升。依據現在的服務器技術，可認定其係足 以經得住實際運行的溫度維持效果。對用上述實施例所 構成之數據中心，若利用如先前似的以壓縮機冷卻來運 行的話，估計必需消耗電量5000W至10000W。卻說， 於實施例1及2，利用6台風扇（每台最大輸出功率為 135W)即可達到溫度維持，於計算上其最大的消耗電 量為810W。如此這般，在實施例1及2，對數據中心 ]6 201114991 之溫度管理可達到明顯降低耗電量。 根據本發明，能顯著的降低於數據中心之耗能量， 所以對情報技術之進一步發展及環境負荷之進一步減 輕貢獻大。 【圖式簡單說明】 第1圖：顯示本發明之一種形態即數據中心之模式 平面圖。 • 第2圖：顯示本發明之一種形態即計算機容納機櫃 之模式圖。 第3圖：顯示本發明之一種形態即數據中心之模式 平面圖。 第4圖：顯示本發明之一種形態即數據中心之模式 平面圖。 第5圖：顯示用於本發明之實施例之19英吋機櫃之 I 模式正面圖。 【主要元件符號說明】 1 :數據中心 10，110 :吸氣區 11，111 :吸入口 12，22，112 :風扇 13，23，51，52 :出入口 20 :排氣區 17 201114991 21 :排氣口 30，130 :計算機容納機櫃 31 :面板 32 :侧面板 33 :擋板 34 :未容納服務器之閑置空間 35 :服務器 36 :空氣餘白空間 40，140 :間壁 50 :氣密室

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Claims (1)

1. 201114991 七、申請專利範圍： 1. 一種數據中心，其係用來設置及運行計算機之建築 物，包括： 吸氣區’備有將外氣導進到建築物内之吸氣裝置； 排氣區’備有將空氣排放到建築物外之排氣裝置； 間壁，用來隔絕吸氣區與排氣區； 計算機容納機櫃，其被設置成貫穿間壁之一部分；及 氣流控制手段，讓吸氣區内之空氣通過計算機容納機櫃 流到排氣區般的控制氣流。 2·如申請專利範圍第1項所述數據中心，其中，於吸氣 區及排氣區中還具有氣流被隔絕之氣密室，且於氣密 室設置有往吸氣區之出入口及往排氣區之出入口。 3. 如申睛專利範圍第1項所述數據中心，其還包括： 第2吸氣區，其係上述備有吸氣裝置能將外氣導進到建 築物内之吸氣區之另一吸氣區； 第2間壁，用來隔絕排氣區與第2吸氣區； 第2計算機容納機櫃，其被設置成貫穿第2間壁之一部 分；及 ^ 2氣流控制手段，讓第2吸氣區内之空氣通過第2計 鼻機谷納機櫃流到排氣區般的控制氣流。 4. 如申請專利範圍帛1項所述數據中心，其還具有從排 氣袭置到吸氣裝置之空氣回流路徑。 5. 如申請專利範圍帛2項所述數據中工心，其還具有從排 氣裝置到吸氣裝置之空氣回流路徑。 19 201114991 6. 如申請專利範圍第3項所述數據中心，其還具有從排 氣裝置到吸氣裝置之空氣回流路徑。 7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一所述數據中 心，其中，於吸氣區及排氣區中至少其中一方還具有 溫度計，藉溫度計之信號進行下述氣流控制： (A)通過氣流控制手段之氣流控制；及/或 (B )從排氣裝置通過上述回流路徑到吸氣裝置之氣流控 制。 8. —種計算機容納機櫃，其係被安置於用來設置及運行 計算機之建築物内，其被成型成：具有如貫穿該機櫃 本體般之計算機容納空間，對該計算機容納空間可設 置擋板，於該計算機容納空間未容納計算機時可藉擋 板隔絕貫通機櫃方向之氣流。

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