Мобильный центр обработки данных
MOBILE CENTER OF DATA PROCESSING

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к мобильным центрам обработки данных, выполненной в виде грузового контейнера с возможностью перевозки транспортным средством и предназначенной для оперативного применения там, где требуется временное или постоянное хранение и обработка больших объемов информации.
Известен мобильный центр обработки данных [RU 78384, U1, Н04В 7/26, G06F 17/00, 20.11.2008], содержащий контейнер, снабженный фальшполом, установленные в нем стойки с ИТ-оборудованием, систему электроснабжения, систему охлаждения, систему охранной сигнализации и контроля доступа, систему газового пожаротушения, автоматизированную систему диспетчерского управления, кабельное и сетевое оборудование, размещенное под фальшполом, причем, над фальшполом установлена подвижная платформа, имеющая возможность перемещения поперек оси контейнера, на ней закреплены стойки с ИТ-оборудованием, кроме того, контейнер снабжен экраном, размещенным на расстоянии от потолка и отстоящим от боковой стенки контейнера, разделяющим потоки холодного и горячего воздуха, при этом поток холодного воздуха организован через переднюю стенку оборудования, в качестве системы охлаждения используется принудительная воздушная система охлаждения, установленная над имеющимися окнами экрана.
Особенностью этого технического решения является то, что ИТ-оборудование состоит из серверов, систем хранения данных, оборудования телекоммуникационных систем, что он установлен на транспортном средстве, платформа имеет возможность перемещения за счет дистанционного управления, контейнер разделен на два помещения, включающих тамбур-шлюз и комнату с оборудованием.
Недостатком устройства является его относительно высокая сложность, вызванная наличием подвижной платформы и фальшпола, а также конструкцией принудительной воздушной системы охлаждения, установленной над имеющимися окнами экрана.
Известен также мобильный центр обработки данных [RU 94094, U1, Н04В 7/26, 10.05.2010], содержащий контейнер с установленными в нем стойками с ИТ-оборудованием, систему электроснабжения, принудительную воздушную систему охлаждения, систему охранной сигнализации и контроля доступа, систему газового пожаротушения, автоматизированную систему диспетчерского управления, кабельное и сетевое оборудование, подвижную раму, размещенную над фальшполом, на которой закреплены стойки с ИТ-оборудованием, при этом, рама вместе со стойками имеет возможность перемещения поперек оси контейнера, принудительная воздушная система охлаждения представляет собой моноблочные кондиционеры, установленные на наружных стенках контейнера, и воздуховод, направляющий потоки холодного воздуха, выходящие из кондиционеров, расположенный с минимальным зазором над стойками с ИТ-оборудованием.
Недостатком устройства является его относительно высокая сложность и относительно большие габариты, вызванные наличием подвижной рамы, размещенной над фальшполом, на которой закреплены стойки с ИТ-оборудованием, и наличием моноблочных кондиционеров установленных на наружных стенках контейнера за пределами его транспортных габаритов.
Кроме того, известен мобильный центр обработки данных [RU 190100, U1, G06F 17/00, 18.06.2019], содержащий установленный на транспортное средство грузовой контейнер, в котором размещены стойки с ИТ-оборудованием, система электроснабжения, система охлаждения, система охранной сигнализации и контроля доступа, система газового пожаротушения, автоматизированная система диспетчерского управления, кабельное и сетевое оборудование, причем система охлаждения содержит блоки охлаждения, которые сообщены каналами с внутренним объемом стоек с ИТ-оборудованием, при этом, внутренний объем стоек разделен ИТ-оборудованием на зону подачи охлажденного воздуха к ИТ-оборудованию и зону нагнетания ИТ-оборудованием нагретого воздуха и изолирован от внешнего пространства, а каналы сообщают блоки охлаждения с зоной подачи охлажденного воздуха к ИТ-оборудованию и зоной нагнетания ИТ-оборудованием нагретого воздуха.
В этом техническом решении система охлаждения состоит из блоков охлаждения и холодильной машины. В боковой стенке блоков охлаждения имеются специальные каналы, которые сообщены с зоной подачи охлажденного воздуха к ИТ-оборудованию и зоной нагнетания ИТ-оборудованием нагретого воздуха стойки, а также позволяют циркулировать воздушному потоку между стойкой и блоком охлаждения, исключая попадание воздуха в объем контейнера. Для отвода тепла от охлаждаемого оборудования, располагаемого внутри стоек, в блоках охлаждения имеются теплообменники, по которым циркулирует хладагент, охлаждаемый при помощи холодильной машины. Внутри блока охлаждения имеются вентиляторы, которые обеспечивают забор воздуха из зоны нагнетания ИТ-оборудованием нагретого воздуха и нагнетание охлажденного воздуха в зону подачи охлажденного воздуха к ИТ-оборудованию. Холодильная машина включает в себя компрессор, фреоновый контур, испаритель, конденсатор, регулирующий вентиль, насос. Холодильная машина устанавливается в специальном отсеке мобильного центра обработки данных и элементы холодильной машины непосредственно с окружающей средой не контактируют, что снижает эффект охлаждения.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность размещения и сохранения в работоспособном состоянии установленной в мобильном центре аппаратуры, что вызвано недостаточно эффективным удалением выделяемого при ее работе тепла, что может привести к нарушению выполняемых ею функций и отказам в работе.
Это обусловлено тем, что, для охлаждения аппаратуры в этом техническом решении используется холодильная машина, которая включает в себя компрессор, фреоновый контур, испаритель, конденсатор, регулирующий вентиль, насос. При этом, холодильная машина устанавливается в специальном отсеке мобильного центра обработки данных, причем, элементы холодильной машины непосредственно с окружающей средой не контактируют, что снижает эффект охлаждения.
Кроме того, наиболее близкое техническое решения обладает относительно низкой ремонтнопригодностью и оперативностью замены холодильного оборудования в чрезвычайных обстоятельствах.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является мобильный центр обработки данных [RU 194952, U1, H05K 7/20, G06F 1/20, 09.01.2020], представляющий собой грузовой контейнер с внутренним усиленным каркасом, выполненным с возможностью размещения в нем стоек для аппаратуры вычислительной техники, средств электроснабжения, средств пожаротушения, средств оповещения и средств охлаждения в виде кондиционеров, при этом, грузовой контейнер с внутренним усиленным каркасом имеет боковую открытую нишу и выполнен с возможностью размещения внешних блоков кондиционеров вдоль боковой открытой ниши и размещения внутренних блоков кондиционеров в верхней части грузового контейнера.
Особенностью этого технического решения является то, что, грузовой контейнер снабжен защитными панелями и дверцами, позволяющими производить работы внутри его.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно высокое энергопотребление средствами охлаждения в виде кондиционеров, которые вынуждены постоянно работать потребляя электроэнергию. Основными потребителями в данном случае являются компрессоры, установленные во внешних блоках кондиционеров и вентиляторы внутренних и внешних блоков кондиционеров.
К недостаткам этого решения можно отнести также относительно ограниченный диапазон рабочих отрицательных температур, обусловленных конструкцией компрессора, которые у большинства производителей работают до -15°С, но с применением опции «низкотемпературный комплект» позволяет расширить этот диапазон до -40°С.
Задачей, решаемой в изобретении, является создание контейнерного центра обработки данных, в котором обеспечивается более высокая энергоэффективность и более широкий диапазон эксплуатационных температур, а также высокая надежность размещения и сохранения в работоспособном состоянии аппаратуры вычислительной техники для хранения и обработки данных путем повышения эффективности охлаждения и удаления из него избыточного тепла с одновременным повышением ремонтопригодности и оперативности замены вентиляционного и холодильного оборудования в чрезвычайных обстоятельствах, а также очисткой поступающего для охлаждения воздуха.
Требуемый технический результат заключается в повышении энергоэффективности, надежности размещения и сохранения в работоспособном состоянии аппаратуры вычислительной техники для хранения и обработки данных путем повышения эффективности охлаждения и удаления избыточного тепла и очисткой поступающего для охлаждения воздуха, а также в одновременном повышении ремонтопригодности и оперативности ремонта и замены вентиляционного и холодильного оборудования в чрезвычайных обстоятельствах.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, устройство, представляющее собой грузовой контейнер с внутренним усиленным каркасом и выполненным с возможностью размещения в нем стоек для аппаратуры вычислительной техники, средств электроснабжения, средств пожаротушения, средств оповещения и средств охлаждения, размещенных внутри грузового контейнера вдоль одной из его торцевых сторон, согласно изобретению, с другой его торцевой стороны установлен фильтрационный отсек грубой очистки воздуха с вентиляционными решетками в стенке контейнера, и последовательно установленные за ними внутрь контейнера фильтры грубой очистки воздуха, фильтры тонкой или сверх тонкой очистки воздуха, регулируемые жалюзи подачи очищенного воздуха, воздушный теплообменник и вентиляторы с регулируемыми или гравитационными жалюзи.
На чертежах представлены:
на фиг. 1 - мобильный центр обработки данных, общий вид сверху слева;
на фиг. 2 - мобильный центр обработки данных, детальный вид сверху слева;
на фиг. 3 - мобильный центр обработки данных, общий вид сверху справа;
на фиг. 4 - мобильный центр обработки данных, детальный вид сверху справа;
на фиг. 5-7 - психрометрические диаграммы.
На чертежах обозначены:
1 - корпус грузового контейнера;
2 - вентиляционные решетки фильтрационного отсека грубой отчистки воздуха (или регулируемые жалюзи);
3 - фильтры грубой отчистки воздуха;
4 - фильтры тонкой (или сверх тонкой) отчистки воздуха;
5 - регулируемые жалюзи подачи очищенного воздуха;
6 - воздушный теплообменник (или испаритель);
7 - компрессоры (в случае фреонового контура) или насосы (в случае применения сухих градирен);
8 - вентиляторы с гравитационными или регулируемыми жалюзями;
9 - газовые баллоны системы пожаротушения;
10 - фильтры очистки горячего воздуха;
11 - регулируемые жалюзи горячего воздуха отсека смешивания воздушных масс;
12 - выпускные регулируемые жалюзи с вентиляционными решетками;
13 - машинный зал;
14 - «горячий» коридор;
15 - входная дверь в «горячий» коридор;
16 - расширительные баки (ресиверы в случае фреонового контура) системы охлаждения;
17 - вентилируемый тамбур (может быть не вентилируемым в случае выноса внешних блоков охлаждения за пределы габаритов грузового контейнера);
18 - внешние блоки системы охлаждения (сухие градирни или конденсаторные блоки);
19 - входная вентилируемая дверь;
20 - входная дверь в «холодный» коридор;
21 - электрический шкаф;
22 - «холодный» коридор;
23 - стойки или шкафы для аппаратуры вычислительной техники;
24 - эвакуационная дверь;
25 - отсек смешивания воздушных масс;
26 - сервисная дверь отсека смешивания воздушных масс;
27 - сервисная дверь фильтрационного отсека тонкой или сверх тонкой отчистки воздуха;
28 - фильтрационный отсек тонкой или сверх тонкой отчистки воздуха;
29 - сервисная дверь фильтрационного отсека грубой отчистки воздуха;
30 - фильтрационный отсек грубой отчистки воздуха.
В мобильном центре обработки данных с одной стороны размещены отсеки грубой и тонкой или сверх тонкой отчистки воздуха, отсек смешивания воздушных масс. С другой стороны, вентилируемый тамбур с внешними блоками системы охлаждения воздуха (внешние блоки системы охлаждения воздуха могут размещаться вне вентилируемого тамбура за габаритами грузового контейнера). Между отсеком смешивания воздушных масс и вентилируемым тамбуром с внешними блоками системы охлаждения воздуха размещается машинный зал.
На входе в отсек грубой очистки воздуха располагаются вентиляционные решетки, препятствующие прямому попаданию осадков внутрь отсека грубой очистки воздуха, в зависимости от условий эксплуатации и требований пожарной безопасности за вентиляционными решетками могут располагаться регулируемые жалюзи, за решетками предусмотрено необходимое сервисное пространство после которого располагается фильтрационная рама с фильтрами грубой очистки воздуха. Для обслуживания отсека грубой очистки воздуха по длинной стороне грузового контейнера предусмотрена сервисная дверь.
Отсек тонкой или сверх тонкой отчистки воздуха располагается за фильтрационной рамой с фильтрами грубой очистки воздуха и представляет из себя необходимое сервисное пространство, после которого располагаются рамы с фильтрами тонкой очистки воздуха. Между фильтрационной рамой с фильтрами грубой очистки воздуха и фильтрационными рамами с фильтрами тонкой очистки воздуха по длинной стороне грузового контейнера предусмотрена сервисная дверь.
После отсека тонкой отчистки воздуха располагается отсек смешивания воздушных масс. После фильтрационных рам с фильтрами тонкой или сверх тонкой очистки воздуха отсека тонкой или сверх тонкой отчистки воздуха установлены регулируемые жалюзи забора чистого воздуха, после каждой регулируемой жалюзи забора чистого воздуха, установлены воздушные теплообменники или испарители в случае фреоного контура, рядом с теплообменниками или испарителями устанавливаются насосы или компрессоры. На границе отсека смешивания воздушных масс с горячим коридором машинного зала располагаются регулируемые жалюзи горячего воздуха отсека смешивания воздушных масс с фильтрами очистки горячего воздуха. На границе отсека смешивания воздушных масс с «холодным» коридором машинного зала располагаются вентиляторы с гравитационными или регулируемыми жалюзи. Между регулируемыми жалюзи горячего воздуха с фильтрами очистки горячего воздуха и вентиляторами располагаются газовые баллоны системы пожаротушения. Между фильтрационными рамами с фильтрами тонкой или сверх тонкой очистки воздуха и машинным залом по длинной стороне грузового контейнера предусмотрена сервисная дверь.
После отсека смешивания воздушных масс располагается машинный зал, периметр которого может быть теплоизолирован в зависимости от климатических условий эксплуатации и суммарной мощности установленной аппаратуры вычислительной техники. Вдоль машинного зала размещены стойки и/или шкафы для аппаратуры вычислительной техники, средства электроснабжения и освещения. Машинный зал по ширине грузового контейнера разделен на две зоны - зону «холодного» коридора и зону «горячего» коридора. В верхней части горячего коридора установлены выпускные регулируемые жалюзи с вентиляционными решетками. Доступ в машинный зал в штатном режиме осуществляется через вентилируемую дверь в вентилируемый тамбура, а оттуда через герметичные двери в зону «холодного» коридора и зону «горячего» коридора. В аварийном режиме возможен вход и выход через эвакуационные двери и/или через двери вентилируемого тамбура, а оттуда через вентилируемую дверь на улицу.
После машинного зала располагается вентилируемый тамбур. Между входной дверью в «горячий» коридор и входной дверью в «холодный» коридор располагаются расширительные баки или ресиверы, а напротив располагаются внешние блоки системы охлаждения воздуха.
Используется мобильный центр обработки данных следующим образом.
Охлаждение аппаратуры вычислительной техники и средств электроснабжения, установленных в машинном зале в стойках и/или шкафах, происходит за счет воздуха, который засасывается вентиляторами отсека смешивания воздушных масс из окружающего пространства через вентиляционные решетки отсека грубой очистки воздуха. Далее уличный воздух очищается, проходя сквозь фильтры грубой очистки воздуха и фильтры тонкой или сверх тонкой очистки воздуха, после чего очищенный воздух проходит через регулируемые жалюзи забора чистого воздуха, далее существует 3 основных алгоритма работы.
Если температура уставки и влажность уставки в «холодном» коридоре машинного зала равна температуре и влажности уличного воздуха, то очищенный воздух проходит через неработающие теплообменники или испарители, далее вентиляторы отсека смешивания воздушных масс наполняют изолированный «холодный» коридор чистым воздухом температуры равной температуре уставки в «холодном» коридоре машинного зала. Если влажность на улице выше уставки влажности в «холодном» коридоре, то включается контур охлаждения, который дополнительно понижает температуру входящего очищенного воздуха и одновременно с этим открываются регулируемые жалюзи горячего воздуха отсека смешивания воздушных масс и в отсек смешивания воздушных масс поступает горячий и холодный воздух в объемах необходимых для получения воздуха равного уставкам температуры и влажности в «холодном» коридоре машинного зала.
Рассмотрим пример со 100% влажностью и температурой уставки равной уличной температуре: температура на улице +26°С, влажность 100%, температура уставки в «холодном» коридоре 26°С (±1°С), уставка по влажности от 20% до 60%. Как видно из психрометрической диаграммы Молье (Фиг. 5), при выше упомянутых условиях, температура и влажность в «холодном» коридоре машинного зала остается в пределах уставок.
Если температура уставки в машинном зале ниже температуры уличного воздуха, то включается контур(ы) охлаждения воздуха и теплообменники или испарители понижают температуру входящего очищенного воздуха до температуры уставки в машинном зале. Далее вентиляторы отсека смешивания воздушных масс наполняют изолированный «холодный» коридор очищенным воздухом температуры равной температуре уставки в машинном зале. Охлаждение хладагента в теплообменниках или испарителях происходит при помощи теплообмена с окружающей средой посредством внешних блоков системы охлаждения. В зависимости от типа хладагента в контуре охлаждения могут присутствовать насосы или компрессоры, расширительные баки или ресиверы. Если влажность на улице выше уставки влажности в «холодном» коридоре, то контур охлаждения дополнительно понижает температуру входящего очищенного воздуха и одновременно с этим открываются регулируемые жалюзи горячего воздуха отсека смешивания воздушных масс и в отсек смешивания воздушных масс поступает горячий и холодный воздух в объемах необходимых для получения воздуха равного уставкам температуры и влажности в «холодном» коридоре машинного зала.
Рассмотрим пример со следующими климатическими условиями: температура на улице +40°С, влажность 100%, температура уставки в «холодном» коридоре 26°С (±1°С), влажность от 20% до 60%. Как видно из психрометрической диаграммы Молье Фиг. 6 при выше упомянутых условия температура и влажность в «холодном» коридоре машинного зала остается в пределах уставок.
И, наконец, если температура уставки в «холодном» коридоре машинного зала выше температуры уличного, то очищенный воздух проходит через неработающие теплообменники или испарители, а, одновременно с этим, выпускные регулируемые жалюзи прикрываются на нужный угол, а регулируемые жалюзи горячего воздуха отсека смешивания воздушных масс открываются на нужный угол открытия и горячий воздух из горячего коридора проходит через фильтры очистки горячего воздуха и попадает в нужном объеме в отсек смешивания воздушных масс, где происходит повышение температуры воздуха и снижение его влажности, далее проходя через вентиляторы отсека смешивания воздушных масс наполняют изолированный «холодный» коридор очищенным воздухом температуры равной температуре уставки в машинном зале. Поступление горячего воздуха из «горячего» коридора в отсек смешивания воздушных масс происходит под давлением, создаваемым выпускными регулируемыми жалюзи, а дозирование воздуха в камеру смешивания происходит за счет установки жалюзи горячего воздуха на нужный угол открытия.
Рассмотрим пример со следующими климатическими условиями: температура на улице +1°С, влажность 100%, температура уставки в «холодном» коридоре 26°С (±1°С), влажность от 20% до 60%. Как видно из психрометрической диаграммы Молье Фиг. 7 при выше упомянутых условия температура в «холодном» коридоре машинного зала остается в пределах уставок.
Если открытие регулируемых жалюзи горячего воздуха отсека смешивания воздушных масс не приводит к снижению влажности до температуры уставки, то подключается контур охлаждения дополнительно понижающий температуру. В этом случае в процесс будет идентичен выше описанным и в качестве примера можно рассмотреть диаграммы фиг. 5 или фиг. 6.
Далее горячий воздух от аппаратуры вычислительной техники и средств электроснабжения поступает в «горячий» коридор, оттуда через выпускные регулируемые жалюзи с вентиляционными решетками выбрасывается в атмосферу за пределы корпуса грузового контейнера.
Таким образом, благодаря усовершенствованиям, представленным в изобретении, достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении энергоэффективности, надежности размещения и сохранения в работоспособном состоянии аппаратуры вычислительной техники для хранения и обработки данных, поскольку повышается эффективность охлаждения и удаления избыточного тепла и очистка поступающего для охлаждения воздуха, а также в одновременном повышении ремонтопригодности и оперативности ремонта и замены вентиляционного и холодильного оборудования в чрезвычайных обстоятельствах.