БЛОК ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ УМНОГО ДОМА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ПУЛА СЕРВЕРОВ
AIR PREPARATION UNIT BASED ON SMART HOME PRINCIPLES FOR COOLING SYSTEM OF SERVERS FARM

Предпосылки создания изобретения
Данная заявка является частичным продолжением (CIP) заявки № 12/500520 на патент США, поданной 9 июля 2009 г. под названием INTEGRATED BUILDING BASED AIR HANDLER FOR SERVER FARM COOLING SYSTEM («БЛОК ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ УМНОГО ДОМА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ПУЛА СЕРВЕРОВ»), во всей ее полноте включенной сюда посредством ссылки, и здесь выдвигаются притязания на приоритет согласно упомянутой заявке.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится в целом к системам охлаждения.
Предпосылки создания изобретения
Быстрый рост Internet-услуг, таких как электронная Web-почта, Web-поиск, Web-хостинг и Web-видеообмен, создает нарастающий спрос на вычислительные ресурсы и ресурсы хранения данных от серверов в информационных центрах. По мере увеличения производительности серверов, растет и потребление мощности серверами, несмотря на усилия по разработке интегральных схем малой мощности. Например, один из наиболее широко распространенных процессоров серверов - процессор Opteron от компании AMD - работает, потребляя до 95 ватт. Предназначенный для серверов процессор Xeon от компании Intel работает, потребляя от 110 до 165 ватт. Однако процессоры являются лишь частью сервера; другие части сервера, такие как запоминающие устройства, потребляют дополнительную мощность.
Серверы, как правило, размещены в стойках в информационном центре. Существует множество физических конфигураций стоек. Типичная конфигурация стоек включает в себя установочные направляющие, на которые многочисленные блоки оборудования, такие как моноплатные серверы (блэйд-серверы), устанавливаются и располагаются друг над другом внутри стойки. Одна из наиболее широко применяемых, девятнадцатидюймовая стойка, представляет собой стандартизированную систему для установки оборудования, такого, как 1U- или 2U-серверы. Одна стойка этого типа, как правило, имеет высоту 44,45 мм (1,75 дюйма) и ширину 482,6 мм (19 дюймов). Термином «1U-сервер» обычно именуют блок, предназначенный для монтажа в стойке, который можно устанавливать на одном стойко-месте. В информационных центрах стандартная стойка плотно начинена серверами, запоминающими устройствами, коммутационными блоками и/или телекоммуникационным оборудованием. В пределах блока, предназначенного для монтажа в стойке, можно устанавливать как единое целое с ним один или несколько охлаждающих вентиляторов. Для повышения плотности монтажа и уменьшения шума, в некоторых информационных центрах используются безвентиляторные блоки, предназначенные для монтажа в стойке.
Блоки, предназначенные для монтажа в стойках, могут представлять собой серверы, запоминающие устройства и устройства связи. Большинство блоков, предназначенных для монтажа в стойке, имеют относительно широкие диапазоны требований к допустимым рабочим температуре и влажности. Например, диапазон рабочей температуры системы для моделей серверов ProLiant DL365 G5 Quad-Core Opteron от компании Hewlett-Packard (HP) находится между 10°С и 35°С (50°F и 95°F), а диапазон рабочей влажности системы для тех же моделей находится между значениями относительной влажности, составляющими 10% и 90%. Диапазон рабочей температуры системы для работы с файлами серии FAS6000 от NetApp находится между 10°С и 40,6°С (50°F и 105°F), а диапазон рабочей влажности системы для тех же моделей находится между значениями относительной влажности, составляющими 20% и 80%. На земном шаре есть много мест, таких как части северо-восточного и северо-западного регионов Соединенных Штатов, где для охлаждения серверов, таких, как серверы ProLiant от HP и системы для работы с файлами от NetApp, в течение определенных времен года может оказаться подходящим атмосферный охлаждающий воздух.
Потребление мощности стойкой, плотно начиненной серверами, питающимися от процессоров Opteron или Xeon, может находиться между 7000 и 15000 ватт. В результате, стойки серверов могут обеспечивать весьма концентрированные тепловые нагрузки. Тепло, рассеиваемое серверами в стойках, выпускается в помещения информационного центра. Тепло, совместно вырабатываемое плотно начиненными стойками, может оказывать негативное влияние на работопроизводительность и надежность оборудования, установленного в стойках, поскольку полагается, что они охлаждаются окружающим воздухом. Соответственно, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) зачастую являются важной частью проекта эффективного информационного центра.
Типичный информационный центр потребляет 10-40 мегаватт мощности. Большинство потребления мощности делится между работой серверов и систем HVAC. По оценкам, на системы HVAC приходится от 25 до 40 процентов потребления мощности в информационных центрах. Для случая информационного центра, который потребляет 40 мегаватт мощности, системы HVAC могут потреблять 10-16 мегаватт мощности. За счет применения эффективных систем и способов охлаждения, которые сокращают потребление мощности, можно достичь значительной экономии затрат. Например, сокращение потребления мощности систем HVAC с 25 процентов до 10 процентов мощности, потребляемой в информационных центрах, переходит в экономию 6 мегаватт мощности, чего достаточно для энергоснабжения тысяч жилых домов. Процентная доля мощности, используемой для охлаждения серверов в информационном центре, называется эффективностью затрат на охлаждение для информационного центра. Повышение эффективности затрат на охлаждение для информационного центра является одной из важных целей проекта эффективного информационного центра. Например, для информационного центра с потреблением 40 мегаватт, ежемесячные затраты на электричество составляют около 1,46 миллиона долларов США в предположении 730 часов работы в месяц и цены 0,05 доллара США за киловатт-час. Снижение затрат на охлаждение с 25% до 10% переходит в экономию 219000 долларов США в месяц или 2,63 миллионов долларов США в год.
Стойки серверов в помещениях информационного центра, как правило, расположены рядами с чередующимися «холодными» и «горячими» проходами между ними. Все серверы установлены в стойки так, чтобы достигался режим обтекания воздухом спереди назад, при котором имеет место всасывание воздуха из «холодных рядов», находящихся спереди стоек, и выброс тепла через «горячие» ряды сзади стоек. Обычно используется проект, предусматривающий помещения с фальшполами, для размещения подпольной системы кондиционирования воздуха, в которой охлажденный воздух подается через вентиляционные отверстия в фальшпол вдоль «холодных» проходов.
Фактором эффективного охлаждения информационного центра является организация течения и циркуляции воздуха внутри информационного центра. Блоки кондиционеров воздуха для компьютерных залов (CRAC) подают холодный воздух сквозь плитки пола, включающие в себя вентиляционные отверстия, между стойками. Помимо серверов, блоки CRAC тоже потребляют мощность в значительных количествах. Один блок CRAC может иметь электрические двигатели мощностью до 5 лошадиных сил, а для охлаждения информационного центра может потребоваться до 150 блоков CRAC. Блоки CRAC в информационном центре вместе потребляют мощность в значительных количествах. Например, для помещения информационного центра с некоторой конфигурацией «горячих» и «холодных» рядов, горячий воздух из «горячих рядов» покидает «горячие» ряды и циркулирует в блоки CRAC. Блоки CRAC охлаждают этот воздух. Вентиляторы с приводом от электрических двигателей подают охлажденный воздух в подпольную полость, ограниченную настилом фальшпола. Давление, создаваемое за счет нагнетания охлажденного воздуха в подпольную полость, приводит охлажденный воздух в движение вверх через вентиляционные отверстия в настиле и обуславливает подачу этого воздуха в «холодные» проходы, к которым обращены стойки серверов. Чтобы достичь эффективного расхода воздуха, на всем протяжении помещений типичного информационного центра можно устанавливать сотни мощных блоков CRAC. Вместе с тем, поскольку блоки CRAC обычно устанавливаются в углах помещений информационного центра, это оказывает негативное влияние на их способность эффективно увеличивать расход воздуха. Затраты на сооружение фальшпола обычно велики, а эффективность охлаждения обычно низка из-за неэффективного течения воздуха внутри помещений информационного центра. Кроме того, определение мест нахождения вентиляционных отверстий пола требует тщательного планирования в течение всего процесса проектирования и строительства информационного центра для предотвращения короткозамкнутых контуров нагнетаемого воздуха. Снятие плиток для фиксации «горячих мест» может обуславливать проблемы по всей системе.
Краткое изложение существа изобретения
Данное изобретение относится к системам охлаждения.
В одном примере, предложено строительное сооружение с блоками подготовки воздуха, которое включает в себя пол, множество боковых стен, крышу и одно или несколько отверстий, находящихся либо в крыше, либо, по меньшей мере, в одной из боковых стен. Боковые стены включают в себя более высокую и более низкую боковые стены, противоположные друг другу и имеющие соответствующие высоты, определяемые в соответствии с некоторым отношением. Крыша имеет уклон ската, соответствующий отношению, связанному с более высокой и более низкой боковыми стенами. Форма строительного сооружения обеспечивает подъем воздуха внутри строительного сооружения за счет естественной конвекции. Кроме того, первый размер вдоль первого направления, ограниченный между более низкой и более высокой боковыми стенами относительно второго размера вдоль второго направления, перпендикулярного первому направлению, таков, что строительное сооружение обеспечивает доступ к атмосферному воздуху через одно или несколько отверстий в более низкой боковой стене.
В другом примере, предложена система охлаждения серверов, которая включает в себя первое пространство, ограниченное полом, одной или несколькими боковыми стенами и потолком, имеющее множество серверов, установленных в нем, и второе пространство, ограниченное потолком и крышей. По меньшей мере, в одном из потолка, крыши и по меньшей мере одной из упомянутых одной или нескольких боковых стен имеется одно или несколько отверстий. Система охлаждения серверов также включает в себя воздухозаборное отверстие, связанное с первой боковой стеной и применяемое для обеспечения попадания атмосферного воздуха снаружи в один или несколько блоков подготовки воздуха, сообщающихся с воздухозаборным отверстием для всасывания атмосферного воздуха снаружи в первое пространство, и воздуховыпускное отверстие, связанное со второй боковой стеной и применяемое для обеспечения выхода воздуха, находящегося во втором пространстве. Система охлаждения серверов дополнительно включает в себя систему управления, сконфигурированную для управления одним или несколькими блоками подготовки воздуха для подачи воздуха в первое пространство в соответствии с температурами, измеренными внутри и снаружи первого пространства.
В еще одном примере, предложена система охлаждения серверов, которая включает в себя первое пространство, ограниченное полом, множеством боковых стен и потолком, и второе пространство, ограниченное потолком и наклонной крышей, сооруженной в соответствии с уклоном ската. По меньшей мере, в одном из потолка, крыши и по меньшей мере одной из упомянутых одной из боковых стен имеется одно или несколько отверстий, которые позволяют атмосферному воздуху снаружи попадать в первое пространство, а воздуху, находящемуся во втором пространстве, - выходить из него его за счет естественной конвекции. Система охлаждения серверов также включает в себя внутреннее пространство внутри первого пространства, по существу, охватываемое потолком и контактирующее с ним, и стойку, контактирующую с внутренним пространством, по существу, с обеспечением уплотнения и имеющую множество монтируемых в стойку серверов, установленных в ней. Соответствующие передние стороны серверов, предназначенных для монтажа в стойке, граничат с первым пространством, а соответствующие задние стороны серверов, предназначенных для монтажа в стойке, граничат с внутренним пространством. Каждый сервер, предназначенный для монтажа в стойке, включает в себя один или несколько установленных в нем вентиляторов, работающих, всасывая воздух из первого пространства через переднюю сторону сервера и отводя через заднюю сторону сервера нагретый воздух во внутреннее пространство.
В еще одном примере, предложено строительное сооружение с блоками подготовки воздуха, которое включает в себя пол, множество боковых стен, участок крыши, выступающий участок и одно или несколько отверстий, находящихся, по меньшей мере, на участке крыши, по меньшей мере, в одной из боковых стен и на выступающем участке. Участок крыши имеет боковые стороны, каждая из которых имеет уклон ската. Выступающий участок простирается над участком крыши. Кроме того, форма строительного сооружения обеспечивает попадание атмосферного воздуха снаружи через одно или несколько отверстий, по меньшей мере, в одной из боковых стен за счет естественной конвекции и выход через одно или несколько отверстий, по меньшей мере, на одном из участка крыши и выступающего участка.
Нижеследующее подробное описание вместе с прилагаемыми чертежами обеспечит лучшее понимание особенностей и преимуществ различных вариантов осуществления данного изобретения.
Описание чертежей
На фиг.1 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов;
на фиг.2 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов, причем эта система охлаждения серверов содержит чердачное пространство;
на фиг.3 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов, причем в этой возможной системе охлаждения серверов осуществляется рециркуляция воздуха;
на фиг.4 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов с огороженным пространством «горячего» ряда и огороженным пространством «холодного» ряда;
на фиг.5 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов с огороженным пространством «горячего» ряда и огороженным пространством «холодного» ряда, причем в этой системе охлаждения серверов осуществляется рециркуляция воздуха;
на фиг.6 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов, имеющую односкатную крышу;
на фиг.7 представлен вид сверху возможной системы охлаждения серверов, имеющей односкатную крышу;
на фиг.8 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов, имеющую двухскатную крышу;
на фиг.9 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов, имеющую воздухосмесительную камеру;
на фиг.10A и 10B представлены чертежи, иллюстрирующие возможное строительное сооружение с блоками подготовки воздуха;
на фиг.11 представлен чертеж, иллюстрирующий возможную систему охлаждения серверов;
на фиг.12 представлен чертеж, иллюстрирующий еще одну возможную систему охлаждения серверов;
на фиг.13 представлено поперечное сечение согласно другому примеру строительного сооружения с блоками подготовки воздуха; и
на фиг.14 изображено поперечное сечение еще одного возможного строительного сооружения с блоками подготовки воздуха.
Описание возможного варианта осуществления
Нижеследующие возможные варианты осуществления и их аспекты описаны и иллюстрируются в связи с аппаратурой, способами и системами, которые играют роль иллюстративных примеров, не ограничивающих объем притязаний.
На фиг.1 изображена возможная система охлаждения серверов, содержащая боковые стены 100, пол 102, крышу 104, ограждение 106, и стойку 108 серверов. Боковые стены 100, пол 102 и крыша 104 ограничивают внутреннее пространство 118. Пол 102 может иметь или не иметь настил фальшпола. Возможны створчатые отверстия 110 в крыше 104 и створчатые отверстия 114 в боковых стенах 100. Створчатые отверстия могут быть соединены с системой управления, которая работает, открывая или закрывая каждое отверстие с клапаном. Ограждение 106 может иметь каркас, панели, двери и порты стоек серверов. Порт стойки серверов - это отверстие в ограждении 106, которое может быть соединено с одной или несколькими стойками 108 серверов. Ограждение 106 может быть выполнено из множества материалов, таких, как сталь, композиционные материалы или углеродные материалы, которые образуют кожух, ограничивающий внутреннее пространство 116, которое, по существу уплотнено от внутреннего пространства 118. Ограждение 106 содержит, по меньшей мере, один порт стойки серверов, который позволяет одному или нескольким блокам, предназначенным для монтажа в стойке и установленных в стойке 108 серверов, граничить с внутренним пространством 116. В одном воплощении, порт стойки серверов представляет собой отверстие, конфигурация которого обеспечивает, по существу, соответствие внешним контурам стойки 108 серверов и ее обслуживание. Один или несколько краев порта стойки серверов могут включать в себя прокладку или другой компонент, который контактирует со стойкой 108 серверов и образует, по существу, герметичный стык. Стойку 108 серверов можно, по существу, герметично подсоединять с возможностью разъединения с ограждением 106 через порт стойки серверов. В некоторых вариантах осуществления, один или несколько блоков, предназначенных для монтажа в стойке, установлены в стойке 108 серверов так, что соответствующие передние стороны граничат с внутренним пространством 118 и что соответствующие задние стороны блоков, предназначенных для монтажа в стойке, граничат с внутренним пространством 116, ограниченным ограждением 106. Возможный блок, предназначенный для монтажа в стойке, может быть блейд-лезвием, массивом памяти или другим функциональным устройством. Протекание воздуха спереди назад через монтируемые в стойку блоки, установленные в стойке 108 серверов, приводит к всасыванию воздуха из внутреннего пространства 118 и выпуску нагретого воздуха во внутреннее пространство 116.
Ограждение 106 может быть соединено со створчатыми отверстиями 110 в крыше 104 посредством соединителя 112 на более высокой стороне ограждения. В некоторых вариантах осуществления, соединитель 112 может состоять из металлических коробов. В других вариантах осуществления, соединитель 112 может быть изготовлен из мягких и упругих материалов, так что ограждение можно соединять с возможностью разъединения со створчатыми отверстиями 110. В некоторых вариантах осуществления, ограждение 106 может быть установлено непосредственно на пол 102. В других вариантах осуществления, ограждение 106 может иметь колеса на более низкой стороне, и его можно легко перемещать по информационному центру.
В некоторых вариантах осуществления, стойка 108 серверов может быть неплотно начинена серверами и другим оборудованием. Поскольку серверы и другое оборудование уложены друг над другом вертикально внутри стойки, разреженность начинки может создать открытые зазоры во внутреннем пространстве 116. Из внутреннего пространства 116 через открытые зазоры может утекать воздух. Чтобы предотвратить утечку воздуха, зазоры можно блокировать панелями, установленными в стойку 108 серверов и предотвращающими испускание воздуха и проникновение его в ограждение 106 через зазоры.
В некоторых вариантах осуществления, один или несколько блоков 122 подготовки воздуха могут всасывать холодный воздух снаружи во внутреннее пространство 118. Холодный воздух попадает в систему охлаждения серверов через створчатые отверстия 114 в боковых стенах 100. Один или несколько вентиляторов всасывают холодный воздух из внутреннего пространства 118 через передние стороны одного или нескольких блоков, предназначенных для монтажа в стойке, и выпускают нагретый воздух через задние стороны упомянутого одного или нескольких блоков, предназначенных для монтажа в стойке, во внутреннее пространство 116. Нагретый воздух проходит сквозь соединитель 112 и покидает внутреннее пространство 116 через створчатые отверстия 110 в крыше 104. В некоторых вариантах осуществления, охлаждающие вентиляторы, смонтированные внутри блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 108, всасывают холодный воздух из внутреннего пространства 118 и выпускают нагретый воздух во внутреннее пространство 116; в одном воплощении, для охлаждения блоков, предназначенных для монтажа в стойке, дополнительные блоки подготовки воздуха не требуются. В других вариантах осуществления, где в стойке 108 установлены безвентиляторные блоки, предназначенные для монтажа в стойке, один или несколько вентиляторов можно установить на одной стороне стойки 108 для отсоса воздуха через блоки, предназначенные для монтажа в стойке, из внутреннего пространства 118 во внутреннее пространство 116 для охлаждения блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 108.
В некоторых вариантах осуществления, створчатые отверстия 120 находятся в ограждении 116. Со створчатыми отверстиями 120, створчатыми отверстиями 110 в крыше 104 и створчатыми отверстиями 114 в боковых стенах 100 оперативно соединена система управления. Система управления работает, избирательно активируя каждое из створчатых отверстий на основе температур, наблюдаемых внутри и снаружи внутреннего пространства 118, для достижения одного или нескольких желаемых потоков воздуха. Когда воздух снаружи внутреннего пространства 118 оказывается неподходящим для введения во внутреннее пространство 118, система управления закрывает отверстия 110 и створчатые отверстия 114 и открывает створчатые отверстия 120. Чтобы охладить воздух во внутреннем пространстве 118, можно использовать один или несколько блоков охлаждения. В некоторых вариантах осуществления, блоки охлаждения могут быть блоками испарительного охлаждения, которые являются устройствами, охлаждающими воздух посредством обычного испарения воды. По сравнению с охладительным или абсорбционным кондиционированием воздуха, испарительное охлаждение может оказаться более энергоэффективным. Охлаждающий воздух всасывается из внутреннего пространства 118 через блоки, предназначенные для монтажа в стойке, а нагретый воздух выпускается во внутреннее пространство 116, ограниченное ограждением 106. Нагретый воздух, находящийся внутри ограждения 106, выпускается во внутреннее пространство 118 через створчатые отверстия 120. В некоторых вариантах осуществления, для выпуска нагретого воздуха из ограждения 106 можно использовать один или несколько вентиляторов.
В других вариантах осуществления можно использовать один или несколько блоков охлаждения для введения воздуха снаружи во внутреннее пространство 118. Система управления может открывать створчатые отверстия 110, 114 и 120 одновременно. В непосредственной близости к отверстиям створчатые отверстия 114 можно использовать блоки испарительного охлаждения, вследствие чего воздух, поступающий снаружи, можно охлаждать, когда его вводят во внутреннее пространство 118.
В еще одних вариантах осуществления, система управления может открывать створчатые отверстия 110 и закрывать створчатые отверстия 114 и 120, когда разность температур между пространством снаружи и пространством внутри достигает некоторых конфигурируемых пороговых значений. В других вариантах осуществления, система управления может закрывать створчатые отверстия 110 и открывать створчатые отверстия 114 и 120. Чтобы охладить воздух во внутреннем пространстве 120, один или несколько блоков испарительного охлаждения можно размещать во внутреннем пространстве 120, обеспечивая охлаждение.
В некоторых вариантах осуществления, крыша 104 представляет собой односкатную крышу, которая может быть простой в изготовлении и установке. В других вариантах осуществления, можно использовать другие конфигурации крыши, такие, как двухскатная крыша. Боковые стены 100, пол 102 и крышу 104 можно изготавливать заранее на заводе и собирать на строительной площадке, где строится информационный центр. Заранее изготовленные блоки могут значительно снизить затраты на строительство информационного центра. Одним из экономических преимуществ блока подготовки воздуха на основе принципов умного дома для системы охлаждения пула серверов является удобство и низкая стоимость заранее изготавливаемых частей системы и простота установки заранее изготавливаемых частей в информационном центре.
В некоторых вариантах осуществления, блок подготовки воздуха на основе принципов умного дома для системы охлаждения пула серверов, изображенной на фиг.1, исключает необходимость настилов фальшполов, блоков CRAC и установок водяного охлаждения. Возможны предварительное изготовление и легкая сборка большого количества частей системы охлаждения. Для охлаждения серверов можно использовать атмосферный холодный воздух. Охлаждающие вентиляторы, смонтированные внутри серверов, могут обеспечивать всасывание необходимого потока воздуха для охлаждения серверов; блоки CRAC и настилы фальшполов больше не нужны. Эффективные блоки испарительного охлаждения могут заменить установки водяного охлаждения, установка и эксплуатация которых стоят дорого. В целом, описываемые здесь системы охлаждения могут значительно снизить затраты на сооружение и сократить потребление электрической мощности и воды для развертывания форм пулов серверов.
На фиг.2 изображена еще одна возможная система охлаждения серверов, содержащая боковые стены 200, пол 202, крышу 204, ограждение 206, стойку 208 серверов и потолок 210. Возможная система охлаждения, показанная на фиг.2, аналогична показанной на фиг.1 за исключением того, что потолок 210 и крыша 204 ограничивают чердачное пространство 220. Боковые стены 200, пол 202 и потолок 210 ограничивают внутреннее пространство 218. С потолком 210 связано одно или несколько створчатых отверстий 222. В крыше 204 могут быть выполнены створчатые отверстия 224, а в боковых стенах 200 могут быть выполнены створчатые отверстия 214. Ограждение 206 оперативно соединено с чердачным пространством 220 через соединитель 212.
В некоторых вариантах осуществления, один или несколько блоков 226 подготовки воздуха могут всасывать холодный воздух снаружи во внутреннее пространство 218. Один или несколько вентиляторов обеспечивают всасывание охлаждающего воздуха из внутреннего пространства 218 через передние стороны одного или нескольких монтируемых в стойку блоков, установленных в стойке 208, а нагретый воздух выпускается через задние стороны блоков, предназначенных для монтажа в стойке, во внутреннее пространство 216. Нагретый воздух проходит через соединитель 212 и попадает в чердачное пространство 220. В некоторых вариантах осуществления, охлаждающие вентиляторы, смонтированные внутри блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 208, обеспечивают всасывание охлаждающего воздуха во внутреннее пространство 216, и дополнительные блоки подготовки воздуха не требуются. В других вариантах осуществления, где безвентиляторные блоки, предназначенные для монтажа в стойке, установлены в стойке 208, один или несколько вентиляторов могут быть установлены на одной стороне стойки 208 для всасывания воздуха из внутреннего пространства 218 во внутреннее пространство 216 для охлаждения блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 208 серверов. Нагретый воздух поднимается в чердачное пространство 220 и выпускается из системы охлаждения через створчатые отверстия 224.
На фиг.3 изображена еще одна возможная система охлаждения серверов, содержащая боковые стены 300, пол 303, крышу 304, ограждение 306, стойку серверов 308 и потолок 310. Боковые стены 300, пол 302 и потолок 310 ограничивают внутреннее пространство 318. Крыша 304 и потолок 310 ограничивают чердачное пространство 330. С потолком 310 связано одно или несколько створчатых отверстий 322. В крыше 304 могут быть выполнены створчатые отверстия 324, а в боковых стенах 300 могут быть выполнены створчатые отверстия 314. Ограждение 306 оперативно соединено с чердачным пространством 320 через соединитель 312. Возможная система охлаждения, показанная на фиг.3, аналогична показанной на фиг.2 за исключением того, что воздух снаружи можно не вводить во внутреннее пространство 318 и что нагретый воздух, находящийся в чердачном пространстве 330, в некоторые моменты времени нельзя выпускать наружу из возможной системы охлаждения серверов; вместо этого, нагретый воздух можно впускать во внутреннее пространство 318 и перемешивать с воздухом, находящимся в нем, при необходимости поддерживать желаемую рабочую температуру.
В одном варианте осуществления, створчатые отверстия 322, 324 и 314 связаны с системой управления, которая работает, избирательно активируя каждое из створчатых отверстий на основе температур, наблюдаемых внутри и снаружи внутреннего пространства 318. Когда воздух снаружи оказывается неподходящим для введения во внутреннее пространство 318, система управления закрывает створчатые отверстия 314 и 324 и открывает створчатые отверстия 322. Чтобы охладить воздух во внутреннем пространстве 318, можно использовать один или несколько блоков охлаждения. В некоторых вариантах осуществления, блоки охлаждения могут быть блоками испарительного охлаждения. Охлаждающий воздух всасывается из внутреннего пространства 318 через блоки, предназначенные для монтажа в стойке, а нагретый воздух выпускается во внутреннее пространство 316, ограниченное ограждением 306. Нагретый воздух, находящийся внутри ограждения 306, выпускается в чердачное пространство 320 через соединитель 312 и рециркулируется во внутреннее пространство 318 через створчатые отверстия 322, связанные с потолком 310. В некоторых вариантах осуществления, для выпуска нагретого воздуха из ограждения 306 в чердачное пространство 320 и/или рециркуляции нагретого воздуха во внутреннее пространство 318 можно использовать один или несколько вентиляторов.
В других вариантах осуществления, можно использовать один или несколько блоков охлаждения для введения воздуха снаружи во внутреннее пространство 318. Система управления может открывать створчатые отверстия 314, 322 и 324 одновременно или в выбранные моменты времени по отдельности. В непосредственной близости к створчатым отверстиям 314 можно использовать блоки испарительного охлаждения, вследствие чего воздух, поступающий снаружи, можно охлаждать, когда его вводят во внутреннее пространство 318.
В еще одних вариантах осуществления, система управления может открывать створчатые отверстия 314 и 322 и закрывать створчатые отверстия 324. В непосредственной близости к створчатым отверстиям 314 и/или створчатым отверстиям 322 можно использовать блоки испарительного охлаждения для эффективного охлаждения воздуха, поступающего снаружи, когда его вводят во внутреннее пространство 318. В других вариантах осуществления, система управления может закрывать створчатые отверстия 314 и открывать створчатые отверстия 322 и 324. В одном варианте осуществления, система управления может закрывать створчатые отверстия 314 и 322 и открывать створчатые отверстия 324. Система управления оперативно контролирует температуры в пределах внутреннего пространства 318, в пределах чердачного пространства 320 и температуру снаружи. Когда разница между этими тремя температурами достигает одного или нескольких конфигурируемых пороговых значений, система управления может избирательно открывать или закрывать каждое створчатое отверстие.
На фиг.4 изображена еще одна возможная система охлаждения серверов, содержащая боковые стены 400, пол 402, крышу 404, ограждение 406 «горячего» ряда, стойку 408 серверов, ограждение 410 «холодного» ряда и потолок 424. Возможная система охлаждения, показанная на фиг.4, аналогична показанной на фиг.3 за исключением того, что для обеспечения эффективного охлаждения серверов, смонтированных в n-й стойке 408, используются одно или несколько ограждений «холодных» рядов.
Боковые стены 400, пол 402 и потолок 424 ограничивают внутреннее пространство 418. Потолок 424 и крыша 404 ограничивают чердачное пространство 420. В некоторых вариантах осуществления, одно или несколько створчатых отверстий 426 могут быть связаны с потолком 424. В некоторых других вариантах осуществления ограждение 406 «горячего» ряда содержит, по меньшей мере, один порт стойки серверов, который обеспечивает сопряжение одного или нескольких блоков, устанавливаемых в стойке, с внутренним пространством 416 «горячего» ряда. Ограждение 410 холодного ряда также содержит, по меньшей мере, один порт стойки серверов, который обеспечивает сопряжение одного или нескольких блоков, устанавливаемых в стойке, с внутренним пространством 422 «холодного» ряда. Стойка 408 серверов может быть соединена с возможностью разъединения с ограждением 406 «горячего» ряда посредством порта стойки серверов, по существу герметично. Стойка 408 серверов также может быть соединена с возможностью разъединения с ограждением 410 «холодного» ряда посредством порта стойки серверов, по существу герметично. В некоторых вариантах осуществления, блоки, предназначенные для монтажа в стойке, установлены в стойке 408 серверов так, что соответствующие передние стороны блоков, предназначенных для монтажа в стойке, граничат с внутренним пространством 422 «холодного» ряда и что соответствующие передние задние стороны блоков, предназначенных для монтажа в стойке, граничат с внутренним пространством 416 «горячего» ряда. В некоторых вариантах осуществления, ограждение 406 «горячего» ряда может быть оперативно соединено с чердачным пространством 420 через соединитель 412. В некоторых других вариантах осуществления, ограждение «холодного» ряда может содержать модуль 430 вентиляторов для всасывания воздуха из внутреннего пространства 422 «холодного» ряда через передние стороны блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 408, для охлаждения этих блоков, предназначенных для монтажа в стойке; нагретый воздух испускается во внутреннее пространство 416 «горячего» ряда через задние стороны блоков, предназначенных для монтажа в стойке.
В некоторых вариантах осуществления, один или несколько блоков 432 подготовки воздуха могут всасывать холодный воздух снаружи во внутреннее пространство 418. Холодный воздух попадает в систему охлаждения серверов через створчатые отверстия 414 в боковых стенах 400. Один или несколько вентиляторов 430 обеспечивают всасывание охлаждающего воздуха из внутреннего пространства 418 во внутреннее пространство 422 «холодного» ряда через одно или несколько отверстий в ограждении 410 «холодного» ряда. В некоторых вариантах осуществления, каждое ограждение 410 «холодного» ряда может быть оперативно связано со створчатыми отверстиями 414 так, что холодный воздух снаружи можно всасывать во внутреннее пространство 422 «холодного» ряда. В некоторых других вариантах осуществления, охлаждающие вентиляторы, установленные внутри блоков, предназначенных для монтажа в стойке, обеспечивают всасывание охлаждающего воздуха из внутреннего пространства 422 «холодного» ряда. Охлаждающий воздух течет через передние стороны одного или нескольких блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 408, а нагретый воздух выпускается через задние стороны одного или нескольких блоков, предназначенных для монтажа в стойке, во внутреннее пространство 416 «горячего» ряда. Нагретый воздух проходит через соединитель 412 и попадает в чердачное пространство 420. В некоторых вариантах осуществления, нагретый воздух, находящийся внутри чердачного пространства 420, может быть выпущен из системы охлаждения через створчатые отверстия 428.
В некоторых вариантах осуществления, где безвентиляторные блоки, предназначенные для монтажа в стойке, установлены в стойке 408, на одной стороне стойки 408 можно установить один или несколько вентиляторов для всасывания воздуха из внутреннего пространства 418 во внутреннее пространство 416 для охлаждения блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 408. В других вариантах осуществления, один или несколько вентиляторов 422 могут обеспечить необходимую мощность для протекания охлаждающего воздуха из внутреннего пространства 422 «холодного» ряда во внутреннее пространство 416 «горячего» ряда.
На фиг.5 изображена еще одна возможная система охлаждения серверов, содержащая боковые стены 500, пол 502, крышу 504, ограждение 506 «горячего» ряда, стойку 508 серверов, ограждение 510 «холодного» ряда и потолок 524. Боковые стены 500, пол 502 и потолок 524 ограничивают внутреннее пространство 518. Потолок 524 и крыша 504 ограничивают чердачное пространство 520. Возможная система охлаждения, показанная на фиг.5, аналогична показанной на фиг.4 за исключением того, что воздух снаружи можно не вводить во внутреннее пространство 518 и что нагретый воздух, находящийся в чердачном пространстве 520, можно не выпускать наружу из возможной системы охлаждения серверов.
В некоторых вариантах осуществления, с потолком 524 может быть связаны одно или несколько створчатых отверстий 526. Створчатые отверстия 514, 528 и 526 оперативно соединены с системой управления, которая работает, избирательно активируя каждое из створчатых отверстий на основе температур, наблюдаемых внутри и снаружи внутреннего пространства 518 и/или чердачного пространства 520. Когда воздух оказывается неподходящим для ведения во внутреннее пространство 518, система управления закрывает створчатые отверстия 514 и 528 и открывает створчатые отверстия 526. Чтобы охладить воздух во внутреннем пространстве 518, можно использовать один или несколько блоков 532 охлаждения. В некоторых вариантах осуществления, блоки 532 охлаждения могут быть блоками испарительного охлаждения. Охлаждающий воздух всасывается из внутреннего пространства 518 во внутреннее пространство 522 «холодного» ряда. В некоторых вариантах осуществления, для всасывания охлаждающего воздуха в ограждение 510 можно использовать один или несколько вентиляторов 530. Охлаждающий воздух всасывается из внутреннего пространства 522 «холодного» ряда через блоки, предназначенные для монтажа в стойке и установленные в стойке 508; нагретый воздух выпускается во внутреннее пространство 516 «горячего» ряда, ограниченное ограждением 506. Нагретый воздух попадает в чердачное пространство 520 через соединитель 512 и рециркулируется во внутреннее пространство 518 через створчатые отверстия 526, связанные с потолком 524. В некоторых вариантах осуществления, для выпуска нагретого воздуха из ограждения 506 в чердачное пространство 520 и рециркуляции во внутреннее пространство 518 можно использовать один или несколько вентиляторов.
На фиг.6 иллюстрируется трехмерное изображение возможной системы охлаждения серверов, содержащей боковые стены 600, пол 602, крышу 604, ограждение 606, стойку 608 серверов и потолок 610. Боковые стены 600, пол 602 и потолок 610 ограничивают внутреннее пространство 618. Крыша 604 и потолок 610 ограничивают чердачное пространство 620. Ограждение 606 ограничивает внутреннее пространство 616. С потолком 610 связано одно или несколько створчатых отверстий 622. В крыше 604 могут быть выполнены створчатые отверстия 624, а в боковых стенах 600 могут быть выполнены створчатые отверстия 614. Ограждение 606 оперативно соединено с чердачным пространством 620 через соединитель 612. В некоторых вариантах осуществления, один или несколько блоков, предназначенных для монтажа в стойке, установлены в стойке 608 так, что соответствующие передние стороны граничат с внутренним пространством 618, и что соответствующие задние стороны блоков, предназначенных для монтажа в стойке, граничат с внутренним пространством 616. В некоторых вариантах осуществления, холодный воздух снаружи можно всасывать во внутреннее пространство 618 через створчатые отверстия 614 створчатые. Охлаждающий воздух можно всасывать из внутреннего пространства 618 посредством охлаждающих вентиляторов, установленных внутри блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойке 608; нагретый воздух испускается во внутреннее пространство 616 и попадает чердачное пространство 620 через соединитель 612. В других вариантах осуществления, где безвентиляторные блоки, предназначенные для монтажа в стойке и установлены в стойке 608, для всасывания охлаждающего воздуха из внутреннего пространства 618 во внутреннее пространство 616 можно использовать один или несколько вентиляторов. В некоторых вариантах осуществления, для всасывания холодного воздуха снаружи во внутреннее пространство 618 через створчатые отверстия 614 можно использовать блоки 626 подготовки воздуха. Створчатые отверстия 614, 624 и 622 оперативно соединены с системой управления, которая работает, избирательно активируя каждое из створчатых отверстий на основе температур, наблюдаемых в пределах и снаружи внутреннего пространства 618 и/или чердачного пространства 620. Когда воздух снаружи оказывается неподходящим для введения во внутреннее пространство 618, система управления закрывает створчатые отверстия 614 и 624 и открывает створчатые отверстия 622. Чтобы охладить воздух во внутреннем пространстве 618, можно использовать один или несколько блоков охлаждения. В некоторых вариантах осуществления, блоки охлаждения могут быть блоками испарительного охлаждения. Охлажденный воздух всасывается из внутреннего пространства 618 через монтируемые в стойку блоки смонтированные в стойке 608; и нагретый воздух выпускается во внутреннее пространство 616. Нагретый воздух попадает в чердачное пространство 620 через соединитель 612 и рециркулируется во внутреннее пространство 618 через створчатые отверстия 622, связанные с потолком 610. В некоторых вариантах осуществления, для выпуска нагретого воздуха из ограждения 606 в чердачное пространство 620 и рециркуляции нагретого воздуха во внутреннее пространство 618 можно использовать один или несколько вентиляторов.
На фиг.7 изображен вид сверху возможной системы охлаждения. Боковые стены 700 и потолок или крыша ограничивают внутреннее пространство 718. Ограждение 706 ограничивает внутреннее пространство 716. Ограждение может быть соединено с одной или несколькими стойками 708, по существу герметично. В стойке 708 смонтирован один или несколько блоков, предназначенных для монтажа в стойке, каждый из которых содержит один или несколько охлаждающих вентиляторов. Одно или несколько створчатых отверстий 714 в боковых стенах 700 обеспечивают попадание холодного воздуха снаружи во внутреннее пространство 718. Охлаждающий воздух всасывается из внутреннего пространства охлаждающими вентиляторами, установленными внутри блоков, предназначенных для монтажа в стойке и установленных в стойках серверов, а нагретый воздух испускается во внутреннее пространство 716. В некоторых вариантах осуществления, один или несколько блоков 726 подготовки воздуха могут всасывать холодный воздух снаружи во внутреннее пространство 718. В одном варианте осуществления, размеры системы охлаждения составляют 18,29 м (60 футов) в ширину, 77,72 м (255 футов) в длину и 4,88 м (16 футов) в высоту. В системе охлаждения установлены четыре ограждения. С каждым ограждением на каждой стороне, по существу, герметично соединены восемь стоек. Каждая стойка содержит 16 1U-серверов. Боковые стены, потолок, крыша и ограждения могут быть изготовлены заранее и установлены на строительной площадке информационного центра. По сравнению с другими проектами информационных центров, возможная система охлаждения проще в монтаже и эффективнее в эксплуатации.
На фиг.8 изображена еще одна возможная система охлаждения серверов, содержащая боковые стены 800, пол 802, крышу 804, ограждение 806, стойку 808 серверов и потолок 810. Боковые стены 800, пол 802 и потолок 810 ограничивают внутреннее пространство 818. Крыша 804 и потолок 810 ограничивают чердачное пространство 820. С потолком 810 связано одно или несколько створчатых отверстий 822. В крыше 804 могут быть выполнены створчатые отверстия 824, а в боковых стенах 800 - створчатые отверстия 814. Возможная система охлаждения серверов, показанная на фиг.8, аналогична показанной на фиг.2 за исключением того, что вместо односкатной крыши 204 используется двухскатная крыша 804. Двухскатная крыша может обеспечить лучшую циркуляцию воздуха в чердачном пространстве 818. Однако стоимость возведения двухскатной крыши может превышать стоимость возведения односкатной крыши.
На фиг.9 изображена еще одна возможная система охлаждения серверов, содержащая боковые стены 900, пол 902, крышу 904, ограждение 906, стойку 908 серверов, потолок 910 и внешние стены 930. Возможная система охлаждения серверов, показанная на фиг.9, аналогична показанной на фиг.8 за исключением того, что крыша 904, пол 902, боковые стены 900 и внешние стены 930 ограничивают пространство 928 смешения. Боковые стены 900, пол 902 и потолок 910 ограничивают внутреннее пространство 918. Крыша 904 и потолок 910 ограничивают чердачное пространство 920. В некоторых вариантах осуществления, холодный воздух снаружи можно всасывать в пространство 928 смешения через створчатые отверстия 914 во внешних стенах 930. Охлаждающий воздух всасывается во внутреннее пространство 918 посредством одного нескольких блоков 926 подготовки воздуха, связанных с боковыми стенами 900. В стойке 908 установлен один или несколько блоков, предназначенных для монтажа в стойке, каждый из которых содержит охлаждающий вентилятор. Охлаждающие вентиляторы, смонтированные внутри блоков, предназначенных для монтажа в стойке, обеспечивают всасывание охлаждающего воздуха из внутреннего пространства 918 через блоки, предназначенные для монтажа в стойке, и обеспечивают испускание нагретого воздуха во внутреннее пространство 916. Нагретый воздух попадает в чердачное пространство 920 через один или несколько соединителей 912, которые оперативно соединяют внутреннее пространство 916 с чердачным пространством 920. В некоторых вариантах осуществления, нагретый воздух, находящийся в чердачном пространстве 920, выпускается наружу через одно или несколько створчатых отверстий 924. В других вариантах осуществления, нагретый воздух всасывается в пространство 928 смешения через одно или несколько створчатых отверстий 922 и смешивается с холодным воздухом снаружи. В еще одних вариантах осуществления, створчатые отверстия 914, 922 и 924 могут быть оперативно соединены с системой управления, которая работает, избирательно активируя створчатые отверстия. Когда воздух снаружи оказывается неподходящим для ведения во внутреннее пространство 918, система управления закрывает створчатые отверстия 914 и 924 и открывает створчатые отверстия 922. Нагретый воздух, находящийся в чердачном пространстве 920 рециркулирует в пространство 928 смешения и рециркулирует во внутреннее пространство 918. В других вариантах осуществления, система управления оперативно контролирует температуру во внутреннем пространстве 918, чердачном пространстве 920, пространстве 928 смешения, а также температуру снаружи. Когда разница температур между наблюдаемыми температурами достигает одного или нескольких пороговых значений либо других динамических или заранее определенных уровней, система управления может избирательно открывать или закрывать каждое створчатое отверстие. Для охлаждения воздуха, находящегося во внутреннем пространстве, можно использовать один или несколько блоков охлаждения. В некоторых вариантах осуществления, блоки охлаждения установлены в пределах пространства 928 смешения. В других вариантах осуществления, блоки охлаждения установлены в пределах внутреннего пространства 918. В одном варианте осуществления, блоки охлаждения представляют собой блоки испарительного охлаждения.
Фиг.10A и 10B иллюстрируют пример строительного сооружения 1000 с блоками подготовки воздуха, которое включает в себя пол 1002, множество боковых стен 1004 и крышу 1006. В этом примере, строительное сооружение 1000 может быть заранее изготовлено на заводе и собрано на строительной площадке, где надлежит построить информационный центр. Как описано выше, заранее изготавливаемые блоки могут значительно снизить стоимость строительного сооружения 1000. Одними из экономических преимуществ строительного сооружения 1000 с блоками подготовки воздуха для системы охлаждения серверов являются удобство и низкая стоимость заранее изготавливаемых частей системы и простота установки заранее изготавливаемых частей в информационном центре. Материал строительного сооружения 1000 включает в себя, но не в ограничительном смысле, сталь, композиционный материал, углеродный материал или любой другой подходящий материал.
Пол 1002 в этом примере представляет собой пол без настила фальшпола и характеризуется относительно низкими начальными затратами на строительство по сравнению с фальшполом. Понятно, что в других примерах во всем строительном сооружении 1000 или его части можно использовать фальшпол. Множество боковых стен 1004 включает в себя более низкую боковую стену 1004-a и более высокую боковую стену 1004-b, противоположные друг другу, имеющие разные относительные высоты, определяемые в соответствии с отношением. Как показано на фиг. 10B, где представлен вид сверху строительного сооружения 1000, множество боковых стен 1004 может также включать в себя две другие боковые стены 1004-c, 1004-d, по существу, перпендикулярные более низкой и более высокой боковым стенам 1004-a, 1004-b. Крыша 1006 может быть сооружена в соответствии с уклоном ската, удовлетворяющим отношению, связанному с более низкой и более высокой боковыми стенами 1004-a, 1004-b. Иными словами, крыша 1006 является наклонной крышей с уклоном ската, составляющим 1:х, где x существенно больше единицы, так что снег накапливается на крыше 1006 и тает, а тепло изнутри строительного сооружения 1000 ускоряет процесс таяния снега. В одном примере, х равно 6 (например, уклон ската может составлять 2:12). В этом примере, крыша 1006 является односкатной крышей (также известной как шедовая крыша). Понятно, что в других примерах, таких, как приведенные на фиг.8 и 9, крыша 1000 может быть двухскатной крышей или крышей любого другого подходящего типа.
В разных частях строительного сооружения 1000, таких как одна или несколько боковых стен 1004 и крыша 1006, может находиться одно или несколько отверстий 1008, таких как створчатые отверстия. В этом примере, более низкая боковая стена 1004-a имеет одно или несколько отверстий 1008-a, через которые атмосферный воздух снаружи может попадать в строительное сооружение 1000. В одном примере, более низкая боковая стена 1004-a может быть, по существу, решетчатой для облегчения попадания атмосферного воздуха снаружи в строительное сооружение 1000. В этом примере, более высокая боковая стена 1004-b может иметь одно или несколько отверстий 1008-b, через которые может выходить воздух, находящийся в строительном сооружении 1000. В одном примере, участок более высокой боковой стены 1004-b, который выше более низкой боковой стены 1004-a, может быть, по существу, решетчатым для обеспечения выхода воздуха из строительного сооружения 1000. По выбору, крыша 1006 тоже может включать в себя одно или несколько отверстий 1008-c, через которые может выходить воздух, находящийся в строительном сооружении 1000. Следует понять, что хотя отверстия 1008-b, 1008-c на фиг.10A показаны и в более высокой боковой стене 1004-b, и в крыше 1006, эта конфигурация может не быть обязательной в других примерах. Ввиду наличия отверстий, располагающихся выше высоты отверстий 1008-a в более низкой боковой стене 1004-a, воздух, находящийся в строительном сооружении 1000, может покидать строительное сооружение 1000 за счет естественной конвекции.
Обращаясь теперь к фиг.10B, отмечаем, что первый размер L1 вдоль первого направления ограничен более низкой и более высокой боковыми стенами 1004-a, 1004b, а второй размер L2 вдоль второго направления ограничен перпендикулярно первому направлению, в этом примере - между другими двумя боковыми стенами 1004-c, 1004-d. Как показано на фиг.10B, L1 меньше, чем L2. Относительная длина L1 и L2 задана так, что строительное сооружение 1000 обеспечивает доступ к атмосферному воздуху снаружи через одно или несколько отверстий 1008-a в более низкой боковой стене 1004-a за счет увеличения отношения площади к объему строительного сооружения 1000. В одном примере, L2 может быть вдвое больше L1. Соответственно, форма строительного сооружения 1000 позволяет воздуху, находящемуся внутри строительного сооружение 1000, подниматься за счет естественной конвекции. Иными словами, строительное сооружение 1000 выполнено имеющим преимущество, заключающееся в тенденции подъема теплого воздуха для достижения «свободного охлаждения». Эта естественная «тяга» интенсифицирует механически вносимое движение воздуха и поэтому снижает общую мощность, необходимую для охлаждения. В случае конструкции, рассматриваемой в этом примере, строительное сооружение 1000 само по себе (т.е. за счет «свободного охлаждения») служит в качестве блока подготовки воздуха даже без традиционной механической системы охлаждения.
Как показано на фиг.10A, строительное сооружение 1000 может включать в себя потолок 1010, который делит внутренность строительного сооружения 1000 на первое пространство 1012 и второе пространство 1014. В этом примере, первое пространство 1012, которое можно использовать для монтажа серверов информационного центра, ограничено между полом 1002 и потолком 1010; второе пространство 1014 - в качестве чердачного пространства - ограничено между потолком 1010 и крышей 1006. Потолок 1010 может иметь одно или несколько отверстий 1008-d, находящихся в разных областях потолка 1010. В этом примере, по меньшей мере, одно отверстие 1008-d находится около отверстий 1008-a в более низкой боковой стене 1004-a, где атмосферный воздух снаружи попадает в строительное сооружение 1000. При такой конфигурации, атмосферный воздух снаружи попадает в первое пространство 1012 через отверстия 1008-a в более низкой боковой стене 1004-a и покидает первое пространство 1012 за счет естественной конвекции через отверстия 1008-d в потолке 1010, попадая во второе пространство 1014. Воздух, находящийся во втором пространстве 1014, потом покидает его за счет естественной конвекции через отверстия 1008-b на участке более высокой боковой стены 1004b над потолком 1010 и/или через отверстия 1008с в крыше 1006. Воздух, находящийся во втором пространстве 1014, также может попадать в первое пространство 1012 через отверстия 1008-d в потолке 1010 около более низкой боковой стены 1004-a и может смешиваться с атмосферным воздухом, попавшим в первое пространство 1012.
На фиг.11 изображен пример системы 1100 охлаждения серверов. В этом примере, система 1100 включает в себя первое пространство 1102, ограниченное полом 1104, одной или несколькими боковыми стенами 1106 и потолком 1108. В первом пространстве 1102 можно устанавливать множество серверов 1110. Система 1100 в этом примере также включает в себя второе пространство 1112 в качестве чердачного пространства, ограниченное потолком 1108 и крышей 1114. Одно или несколько отверстий 1116, таких как створчатые отверстия, могут находиться, по меньшей мере, в одном из потолка 1108, крыши 1114 и, по меньшей мере, одной из боковых стен 1106. В этом примере, первая боковая стена (например, более низкая боковая стена) 1106-a имеет одно или несколько отверстий 1116-a; потолок 1118 имеет одно или несколько 1116-d, включая, по меньшей мере, одно отверстие 1116-d около более низкой боковой стены 1106-a; участок второй боковой стены (например, более высокой боковой стены) 1106-b над потолком 1108 (во втором пространстве 1112) и/или крыша 1114 включают в себя одно или несколько отверстий 1116-b, 1116-c, соответственно. Как описано выше, отверстия 1116 используются для реализации движения воздуха между пространством снаружи, первым пространством 1102 и вторым пространством 1112.
В этом примере, система 1100 включает в себя воздухозаборное отверстие 1118, связанное с первой боковой стеной 1106-a и применяемое для обеспечения попадания атмосферного воздуха снаружи в первое пространство 1102. Воздухозаборное отверстие 1118 в этом примере включает в себя одно или несколько решетчатых отверстий 1116-а на первой боковой стене 1106-а. Система 1100 в этом примере также может включать в себя воздуховыпускное отверстие 1120, связанное со второй боковой стеной 1106-b и применяемое для обеспечения выхода воздуха, находящегося во втором пространстве 1112. Воздуховыпускное отверстие 1120 в этом примере включает в себя одно или несколько решетчатых отверстий 1116-b во второй боковой стене 1106-b. Система 1100 может дополнительно включать в себя один или несколько блоков 1122 подготовки воздуха, сообщающихся с воздухозаборным отверстием 1118 для всасывания атмосферного воздуха снаружи и для подачи воздуха в первое пространство 1102. Блоки 1122 подготовки воздуха включают в себя, например, вентилятор 1122-a, блок 1122-b испарительного охлаждения, конфигурация которого обеспечивает образование воздуха испарительного охлаждения на основе атмосферного воздуха снаружи, и, в некоторых вариантах осуществления, фильтр 1122-с, конфигурация которого обеспечивает фильтрацию атмосферного воздуха, попадающего снаружи в первое пространство 1102. Вентилятор 1122-a может быть вентилятором с регулируемой частотой вращения и может быть выполнен с возможностью поддержания высокой турбулентности воздуха, что способствует смягчению градиентов температуры и вносит смешение. По выбору, система 1100 может также включать в себя одну или несколько систем источников бесперебойного питания (ИБП), в которых используется запасенная кинетическая энергия.
В этом примере, система 1100 также включает в себя систему 1124 управления, конфигурация которой обеспечивает управление одним или несколькими блоками 1122 подготовки воздуха с целью подачи воздуха в первое пространство 1102 в соответствии с температурами, измеренными внутри и снаружи первого пространства 1102. Система 1124 управления может включать в себя одно или несколько устройств, таких, как микропроцессор, микроконтроллер, процессор цифровых сигналов или их комбинации, выполненные с возможностью исполнения запомненных команд и работы с запомненными данными. Компоновки систем управления хорошо известны обычным специалистам в данной области техники, например, в форме встроенной системы, портативного компьютера, настольного компьютера, планшета или серверных компьютеров.
Система 1124 управления может включать в себя один или несколько датчиков (не показаны) или может быть подключена к ним для оперативного контроля метрик окружающей среды, таких, как температура и влажность внутри или снаружи первого пространства 1102. Например, датчики температуры могут быть установлены в разных местах в первом пространстве 1102, втором пространстве 1112 и пространстве снаружи системы 1100 охлаждения серверов для выдачи информации о температурах разных мест в реальном масштабе времени. В одном примере, температуру «горячего» прохода (ограждения «горячего» ряда) стоек серверов в первом пространстве 1102 можно использовать для регулирования вентиляторов с регулируемой скоростью вращения; температуру «холодного» прохода (ограждения «холодного» ряда) стоек серверов в первом пространстве 1102 и температуру и влажность наружного воздуха можно использовать для выдачи показаний о кпд смешения наружного воздуха и оборотного воздуха. Датчики точки росы и/или датчики влажности также могут быть предусмотрены в воздухозаборном отверстии 1118 и блоках 1122 подготовки воздуха для оперативного контроля влажности воздуха, попадающего в первое пространство 1102. Понятно, что хотя система 1124 управления, показанная на фиг.11, смонтирована во втором пространстве 1112, ее можно смонтировать в других местах в пределах системы 1100 охлаждения серверов или снаружи системы 1100 охлаждения серверов. В этом примере, система 1124 управления оперативно связана с блоками 1122 подготовки воздуха и другими компонентами системы 1100 охлаждения серверов, такими, как не в ограничительном смысле теплообменный блок 1126, который может сообщаться с отверстиями 1214-d в потолке 1108 около первой боковой стены 1106-a и конфигурация которого может обеспечивать всасывание воздуха из второго пространства 1112 в первое пространство 1102 для смешения с атмосферным воздухом, попадающим в первое пространство 1102 снаружи. Соединения между системой 1124 управления и другими компонентами системы 1100 могут быть достигнуты посредством известных методов проводной или беспроводной связи.
В зависимости от измеренных температур внутри и снаружи первого пространства 1102, система 1124 управления может управлять операциями блоков 1122 подготовки воздуха совместно с другими компонентами системы 1110 охлаждения серверов, например, в трех разных режимах работы в трех разных диапазонах температур.
В первом диапазоне, который является режимом оптимальных рабочих температур для серверов 1110, система 1124 управления может управлять блоками 1122 подготовки воздуха совместно с воздухообменным блоком 1126 для непосредственной подачи атмосферного воздуха снаружи в первое пространство 1102 с целью достижения так называемого «свободного охлаждения». В частности, в этом режиме система 1124 управления может отключать блок 1122-b испарительного охлаждения и включать вентилятор 1122-а для непосредственного всасывания атмосферного воздуха снаружи в первое пространство 1102 без излишнего охлаждения. В необязательном порядке, система управления 1124 также может включать фильтр 1122-c для фильтрации поступающего атмосферного воздуха. В этом режиме система 1124 управления может также выключать воздухообменный блок 1126 для прекращения смешения атмосферного воздуха, поступающего в первое пространство 1102, с нагретым воздухом из второго пространства 1112, что может увеличить температуру в первом пространстве 1102. В одном примере, первый диапазон, по существу, находится между 21,1°С и 29,4°С (70°F и 85°F).
Во втором диапазоне, где температуры ниже, чем в первом диапазоне, система 1124 управления может управлять блоками 1122 подготовки воздуха совместно с воздухообменным блоком 1126 для подачи воздуха в первое пространство 1102 на основе смешиваемого атмосферного воздуха снаружи и воздуха, выпускаемого из серверов 1110 через одно или несколько отверстий 1116-d в потолке 1108 около воздухозаборного отверстия 1118. В частности, в этом режиме система 1124 управления может выключать блок 1122-b испарительного охлаждения и включать вентилятор 1122-a для всасывания атмосферного воздуха снаружи в первое пространство 1102. В необязательном порядке, система 1124 управления может включать фильтр 1122-c для фильтрации поступающего атмосферного воздуха. В этом режиме, система 1124 управления может включать воздухообменный блок 1126 для всасывания воздуха, выпускаемого через серверы 1110 во второе пространство 1112, в первое пространство 1102 для подогрева поступающего атмосферного воздуха в первом пространстве 1102. В этом примере, воздухообменный блок 1126 может включать в себя заслонку, возвратный вентилятор, сообщающийся с отверстиями 1106-d, и рециркуляционный вентилятор, способствующих смешению смешиваемого воздуха, а также предотвращению каких-либо градиентов температуры и влажности. В одном примере, температуры во втором диапазоне ниже примерно 21,1°С (70°F).
В третьем диапазоне, где температуры выше, чем в первом диапазоне, система 1124 управления может управлять блоком 1122 подготовки воздуха совместно с воздухообменным блоком 1126 для подачи воздуха испарительного охлаждения в первое пространство 1102 на основе атмосферного воздуха снаружи, всасываемого из воздухозаборного отверстия 1118 через насыщенные среды. В частности, в этом режиме система 1124 управления может включать и блок 1122-b испарительного охлаждения, и вентилятор 1122-a для всасывания атмосферного воздуха снаружи в первое пространство 1102 и охлаждения его посредством испарительного охлаждения. По выбору, система 1124 управления может включать фильтр 1122-c для фильтрации поступающего атмосферного воздуха. В этом режиме, система 1124 управления может выключать воздухообменный блок 1126 для прекращения смешения поступающего атмосферного воздуха в первом пространстве 1102 с нагретым воздухом из второго пространства 1112. В необязательном порядке, совместно с испарительными средами блока 1122-b испарительного охлаждения можно использовать датчик точки росы, гарантируя, что дополнительная влага не попадет в уже насыщенный воздух. В одном примере, второй диапазон, по существу, находится между 29,4°С и 43,3°С (85°F и 110°F).
Отметим, что в любом диапазоне температур конфигурация системы управления 1124 может дополнительно обеспечивать избирательную активацию одного или несколько отверстий 1116-a в первой боковой стене 1106-a для управления количеством атмосферного воздуха, всасываемого снаружи в первое пространство 1102, на основе температур, измеренных внутри и снаружи первого пространства 1102. Кроме того, когда измеренная температура превышает 43,3°С (110°F), можно включать дополнительные механические блоки охлаждения и блоки кондиционирования воздуха, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение.
Первое пространство 1102 системы 1100 может дополнительно включать в себя, по меньшей мере, одно, по существу, огороженное внутреннее пространство 1128, контактирующее с потолком 1108 и открывающееся во второе пространство 1112, и, по меньшей мере, одну стойку 1130, контактирующую с внутренним пространством 1128, по существу, герметично и имеющую множество установленных в ней серверов 1110. Внутреннее пространство может быть образовано ограждением, имеющим каркас, панели, двери и порты стоек. Ограждение внутреннего пространства 1128 может быть выполнено из множества материалов, таких как сталь, композиционные материалы или углеродные материалы. Ограждение образует кожух, ограничивающий внутреннее пространство 1128, которое является, по существу, герметичным от первого пространства 1102. Ограждение внутреннего пространства 1128 включает в себя, по меньшей мере, один порт стойки, который обеспечивает для одного или нескольких серверов 1110, смонтированных в стойках 1130, сопряжение с внутренним пространством 1128. Один или несколько краев порта стойки серверов могут включать в себя прокладку или другой компонент, который контактирует со стойкой 1130 и образует, по существу, герметичный стык. Стойку 1130 можно соединять с возможностью разъединения с ограждением внутреннего пространства 1128 через порт стойки, по существу, герметичным образом.
В этом примере, один или несколько серверов 1110 смонтированы в стойках 1130 так, что соответствующие передние стороны серверов 1110 граничат с первым пространством 1102, и так, что соответствующие задние стороны серверов 1110 граничат с внутренним пространством 1128. В этом примере, каждый сервер 1110, предназначенный для монтажа в стойке, может включать в себя один или несколько вентиляторов 1132, расположенных внутри и приводимых в действие для всасывания воздуха из первого пространства 1102 через переднюю сторону сервера и выпуска нагретого воздуха во внутреннее пространство 1128 через заднюю сторону сервера.
Система 1110 охлаждения серверов может поддерживать надлежащим образом смешанный подаваемый воздух в диапазоне оптимальных рабочих температур, например, между 21,1°С и 29,4°С (70°F и 85°F), и в диапазоне относительной влажности при отсутствии конденсации, например, ниже 85%.
На фиг.12 изображен еще один пример системы 1200 охлаждения серверов. Система 1200 включает в себя первое пространство 1202, ограниченное полом 1204, множеством боковых стен 1206 и потолком 1208, и второе пространство 1210, ограниченное потолком 1208 и наклонной крышей 1212, возведенной в соответствии с уклоном ската. Одно или несколько отверстий 1214, таких, как створчатые отверстия, могут находиться, по меньшей мере, в одной из крыши 1212, потолка 1208 и, по меньшей мере, одной из боковых стен 1206, причем эти отверстия гарантируют попадание атмосферного воздуха снаружи в первое пространство 1202 и выход воздуха, находящегося во втором пространстве 1210, за счет естественной конвекции. Система 1200 может также включать в себя, по меньшей мере, одно внутреннее пространство 1216 внутри первого пространства 1202, по существу, огороженное потолком 1208 и контактирующее с ним, и, по меньшей мере, одну стойку 1218, контактирующую с внутренним пространством 1216, по существу, с обеспечением уплотнения и имеющую множество серверов 1220, установленных в ней. В этом примере, один или несколько серверов 1220 установлены в стойках 1218 так, что соответствующие передние стороны серверов 1220 граничат с первым пространством 1202 и что соответствующие задние стороны серверов 1220 граничат с внутренним пространством 1216. В этом примере, каждый сервер 1220, предназначенный для монтажа в стойке, может включать в себя один или несколько вентиляторов 1222, находящихся в нем и приводимых в действие для всасывания воздуха из первого пространства 1202 через переднюю сторону сервера и выпуска нагретого воздуха во внутреннее пространство 1216 через заднюю сторону сервера.
Строительное сооружение, показанное на фиг.12, является аналогичным показанному на фиг.10A и 10B, которое выполнено имеющим преимущество, заключающееся в естественной конвекции для интенсификации механически вносимого движения воздуха, а значит, и снижения общей мощности, необходимую для охлаждения серверов. Возможная система 1200 охлаждения серверов, показанная на фиг.12, аналогична показанной на фиг.11, за исключением того, что система 1200 не включают в себя блоки подготовки внешнего воздуха и воздухообменные блоки, такие, как вентиляторы и блок испарительного охлаждения. Циркуляция воздуха обеспечивается внутренними вентиляторами 1222 серверов 1220 и происходит с помощью естественной конвекции, интенсифицируемой строительным сооружением особой конструкции. Соответственно, суммарное энергопотребление системы 1200, показанной на фиг.12, можно дополнительно снизить по сравнению с системой 1100, показанной фиг.11.
На фиг.13 изображено поперечное сечение еще одного возможного строительного сооружения 1300 с блоками подготовки воздуха. Строительное сооружение 1300 с блоками подготовки воздуха аналогично строительному сооружению 1000 с блоками подготовки воздуха и включает в себя пол 1302 и множество боковых стен 1304. Пол 1302 в этом возможном варианте осуществления может быть полом без настила фальшпола. Понятно, что в других вариантах осуществления во всем строительном сооружении 1300 или его части можно использовать фальшпол.
Строительное сооружение 1300 с блоками подготовки воздуха имеет два участка 1306 крыши, симметрично размещенные с каждой стороны от выступающего участка 1322. Выступающий участок 1322 выше, чем самая высокая часть участков 1306 крыши, и располагается над центром здания в поперечном сечении. Участки 1306 крыши и выступающий участок 1322 проходят вдоль строительного сооружения 1300 с блоками подготовки воздуха в направлении, перпендикулярном поперечному сечению, показанному на фиг.13.
Выступающий участок 1322 имеет боковые стены 1324 и участки 1326 крыши. Боковые стены 1304, 1324 и участки 1306, 1326 крыши сооружены аналогично боковым стенам 1004 и участкам 1006 крыши.
Подобно участкам 1006 крыши, участки 1306 крыши могут быть сооружены в соответствии с уклоном ската, составляющим 1:x, где x существенно больше единицы, так что снег накапливается на крыше 1306 и тает, а тепло изнутри строительного сооружения 1300 ускоряет процесс таяния снега. В одном примере, x равно 6.
В разных частях строительного сооружения 1300, таких, как одна или несколько боковых стен 1304 и участки 1306 крыши, может находиться одно или несколько отверстий 1308, таких, как створчатые отверстия. В этом примере, более низкая боковая стена 1304-a имеет одно или несколько отверстий 1308-a, через которые атмосферный воздух снаружи может попадать в строительное сооружение 1300. В одном примере, более низкая боковая стена 1304-a может быть, по существу, решетчатой для облегчения попадания атмосферного воздуха снаружи в строительное сооружение 1300. В этом примере, боковые стены 1324 выступающего участка 1312 могут иметь одно или несколько отверстий 1308-b, через которые может выходить воздух, находящийся в строительном сооружении 1300. В одном примере, участок боковых стен 1324 выше высоты боковой стены 1304 может быть, по существу, решетчатым для обеспечения выхода воздуха из строительного сооружения 1300. По выбору, участки 1306 крыши могут также включать в себя одно или несколько отверстий 1308-c, через которые может выходить воздух, находящийся в строительном сооружении 1300. Следует понять, что хотя отверстия 1308-с на фиг.13 показаны на участке 1306 крыши, эта конфигурация может не быть обязательной в других примерах. Ввиду наличия отверстий 1308, располагающихся выше высоты отверстий 1308-a в боковой стене 1304, воздух, находящийся в строительном сооружении 1300, может покидать строительное сооружение 1300 за счет естественной конвекции.
Дополнительная высота одного или несколько отверстий 1308-b в боковых стенах 1324, превышающая высоту отверстий 1308-a в боковой стене 1304, делает естественную конвекцию в строительном сооружении 1300 более интенсивной, чем в строительном сооружении 1000.
Как показано на фиг.13, строительное сооружение 1300 может включать в себя потолок 1310, который делит внутренность строительного сооружения 1300 на первое пространство 1312 и второе пространство 1314. В этом примере, первое пространство 1312, которое можно использовать для установки серверов информационного центра, ограничено между полом 1302 и потолком 1310, а второе пространство 1314 в качестве чердачного пространства ограничено между потолком 1310 и крышей 1306 и выступающим участком 1322. Потолок 1310 может иметь одно или несколько отверстий 1308-d, находящихся в разных областях потолка 1310. В этом примере, по меньшей мере, одно отверстие 1308-d находится около отверстий 1308-a в более низкой боковой стене 1304-a, где атмосферный воздух снаружи попадает в строительное сооружение 1300. При такой конфигурации, атмосферный воздух снаружи попадает в первое пространство 1312 через отверстия 1308-a в боковой стене 1304-a и покидает первое пространство 1312 за счет естественной конвекции через отверстия 1308-d в потолке 1310, попадая во второе пространство 1314. Воздух, находящийся во втором пространстве 1314, потом покидает его за счет естественной конвекции через отверстия 1308-b на выступающем участке 1322 над потолком 1310 и/или через отверстия 1308с в крыше 1306. Воздух, находящийся во втором пространстве 1314, также может попадать в первое пространство 1312 через отверстия 1308-d в потолке 1310 около боковой стены 1304-a и может смешиваться с атмосферным воздухом, попавшим в первое пространство 1312.
На фиг.14 изображено поперечное сечение еще одного возможного строительного сооружения 1400 с блоками подготовки воздуха, которое аналогично строительному сооружению 1300, но не имеет потолка 1310 и отверстия 1308-d (другие признаки обозначены так же, как на фиг.13). Естественная конвекция приводит воздух в движение через отверстия 1308-а, и он поднимается через строительное сооружение 1400 и выходит наружу через отверстия 1308-b.
3
3
Описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов позволяют достичь почти 100%-ной готовности к эксплуатации в течение срока службы, например, для сооружений информационного центра, имеющего критическую нагрузку 9,0 МВт, - 99,98%-ной готовности к эксплуатации в течение срока службы. Описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов могут обеспечивать «свободное охлаждение», например, в течение 99% года за счет особой формы и ориентации строительного сооружения, а также физической конфигурации серверов. Кроме того, описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов позволяют посредством испарительного охлаждения достичь примерно 2%-ных - в пересчете на год - «затрат на охлаждение», где «затраты на охлаждение» - это энергия (кВт), затрачиваемая на отвод тепла, вырабатываемого нагрузкой информационно-технического оборудования (IT) и выражаемая в процентах самой нагрузки информационного центра. Описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов также позволяют сэкономить около 136000 м (36 миллионов галлонов) воды, используемой для охлаждения, по сравнению с обычными конструкциями, включающими в себя установки водяного охлаждения и подвергающимися сравнимым информационным нагрузкам. Описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов позволяют достичь высоких значений целевой эффективности использования энергии (PUE), например, составляющих менее 1,11, таких как 1,08. Более того, описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов позволяют достичь примерно 40%-ного снижения потребления электричества информационным центром по сравнению с типичными для промышленности прежними информационными центрами. Например, для информационного центра с критической нагрузкой 9 МВт, описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов позволяют снизить энергопотребление на 8,6-18,9 миллионов киловатт в год по сравнению с обычными сооружениями того же типа. Поскольку установка водяного охлаждения может не потребоваться в описанных здесь возможных системах охлаждения серверов, объем сточных вод, связанный с эксплуатацией информационного центра, в этих системах охлаждения серверов может оказаться нулевым, что равноценно сокращению канализационного стока примерно на 30283 м (8 миллионов галлонов) в год по сравнению с обычной конструкцией, включающей в себя установки водяного охлаждения. Помимо этого, описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов позволяют снизить затраты на сооружение по сравнению с традиционными конструкциями, например, более чем на 5 миллионов долларов США на мегаватт и сократить время строительства, например, до менее 6 месяцев. В одном варианте, описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов позволяют поддерживать соответствие следующим требованиям к окружающей среде помещений: комнатная температура от 12,8°С до 32,2°С (от 55°F до 90°F); относительная влажность при отсутствии конденсации не более 85%; давление ±0,285 Па (±0,11 дюйма водяного столба); и скорость изменения температуры 3°С (5,4°F) в час. Описанные здесь различные примеры строительных сооружений и систем охлаждения серверов также позволяют выдерживать условия температуры и влажности в течение 100 лет и исключительно низкие зимние температуры при поддержании соответствия требованиям к окружающей среде помещений.
Результаты в соответствии с примерами
Таблица 1
2005
2006
2006
2007
2010
Тип системы
Стандартный блок CRAC, система охлаждения без экономии DX
Установка охлаждения, сооружаемая на площадке и предусматривающая водяное охлаждение; стандартный блок CRAC без экономии DX
Установка охлаждения, предусматривающая воздушное охлаждение, AHU, с экономией за счет воздуха снаружи
Модульная настраиваемая установка охлаждения, AHU следующего поколения с экономией за счет воздуха снаружи
Принадлежащий YAHOO! кооператив Compute Coop
Пример площадки
Площадка для размещения серверов YAHOO! в Санта-Кларе, штат Калифорния
Площадка для размещения серверов YAHOO! в Санта-Кларе, штат Калифорния
Существующие сооружения информационного центра YAHOO! в Веначти, штат Вашингтон
Куинси, штат Вашингтон, фаза 1
Локпорт, штат Нью-Йорк, фаза 2
кВт на тонну AHU
0,50
0,50
0,40
0,35
0,10
кВт на тонну CHW
NA
0,75
1,19
0,88
0,03
кВт на тонну CHW при свободном охлаждении
0,10
0,08
0
кВт на тонну DX
1,38
NA
NA
NA
NA
Возможная электрическая/механическая нагрузка, кВт
5000
5000
5000
5000
5000
Требования по тоннажу
1420
1420
1420
1420
1420
кВт AHU (максимум)
710
710
568
497
142
кВт AHU наилучшее (при свободном охлаждении)
NA
NA
142
85
0
кВт AHU среднее
710
710
355
291
71
кВт отвода тепла максимум (DX или CHW)
1980
1085
1633
965
42
кВт отвода тепла наилучшее (свободное охлаждение)
-
-
142,05
85,29
0
кВт отвода тепла среднее
1080
1085
958
588
21
Суммарная нагрузка охлаждения, кВт, на МВт нагрузки постоянного тока
2670
1775
1313
850
92
% суммарного охлаждения
53%
36%
20%
17%
2%
В таблице 1 представлен анализ развития эффективности охлаждения за указанное время с помощью использования, по меньшей мере, некоторых из примеров описанных здесь строительных сооружений и систем охлаждения серверов. В таблице 1: AHU - блоки подготовки воздуха; CHW - охлажденная вода; и DX - непосредственное охлаждение. Например, пользуясь, по меньшей мере, некоторыми из примеров описанных здесь строительных сооружений и систем охлаждения серверов, получаем, что средняя мощность, потребляемая в AHU, снизилась с 710 кВт до 71 кВт. В качестве еще одного примера, отметим, что, пользуясь, по меньшей мере, некоторыми из примеров описанных здесь строительных сооружений и систем охлаждения серверов, получаем, что процентная доля суммарного охлаждения сократилась за указанные годы с 53% в 2005 году; как типичной промышленной нормы в 2005 г. до всего 2% в самом последнем эксперименте, проведенном Compute Coop из состава YAHOO! в 2010 г. Эти данные отображают существенное улучшение.
Таблица 2
Сооружения информационного центра на площадке для размещения серверов YAHOO!, Санта-Клара, штат Калифорния (2006)
Сооружения информационного центра YAHOO! в Куинси, штат Вашингтон (2007)
Сооружения информационного центра принадлежащего YAHOO! кооператива Compute Coop (YCC), Локпорт, штат Нью-Йорк (2010)
Истинная нагрузка серверов (ватты), эквивалентная рабочая характеристика - 2 ядра ЦП, 4 Гб ОЗУ, 180 Гб жесткий диск
140
89
89
Эффективные потери подачи питания (ватты)
215
93
93
Распределенные потери трансформации напряжения серверов (ватты)
222
-
-
Эффективные потери ИБП (ватты)
252
99
97
Средние потери трансформации напряжения (ватты)
257
101
99
Суммарная мощность на возможный сервер (ватты)
257
101
99
Стоимость кВт для запитывания 25000 серверов (без охлаждения)
6438
2529
2489
Стоимость кВт для охлаждения серверов
2285
434
48
Суммарная стоимость кВт для 25000 серверов
5722
2963
2535
Суммарное сокращение мощности, кВт, по сравнению с данными Santa Clara CoLo
5759
6187
PUE
1,62
1,27
1,08
В таблице 2 представлен анализ развития электрического кпд во времени с помощью, по меньшей мере, некоторых из примеров описанных здесь строительных сооружений и систем охлаждения серверов. В таблице 2, PUE - эффективность использования энергии, получаемую путем измерения подводимого энергоснабжения системы и критического энергопотребления, как можно более близких к нагрузкам серверов. Эту информацию можно считывать и собирать из смонтированной системы оперативного контроля электрической мощности (EPMS) с помощью устройств оперативного контроля силовых цепей. Поскольку все информационные центры, указанные в таблице 2, могут широко использовать способы охлаждения воздухом снаружи, данные можно собирать ежемесячно и объединять в сводки по годам для учета таких переменных, как погода, часы работы, и т.д. PUE можно вычислять по следующей формуле:
PUE = (Суммарная энергия оборудования)/(энергия аппаратуры IT),
где энергия аппаратуры IT - это совокупное потребление энергии, связанное со всей аппаратурой IT, такой как оборудование компьютеров, запоминающих устройств и сети, вместе с дополнительным оборудованием; суммарная энергия оборудования - это все потребление энергии оборудования, включая энергию аппаратуры IT, электрические потери при распределении, энергию системы охлаждения и другое потребление энергии разным оборудованием.
Таблица 2 показывает, что с учетом улучшений во всех компонентах тракта электрического кпд сооружения YAHOO! в Локпорте, штат Нью-Йорк, имеют 70%-ное улучшение по сравнению с сооружениями на площадке для размещения серверов YAHOO! в Санта-Кларе, штат Калифорния. Например, с помощью использования, по меньшей мере, некоторых из примеров описанных здесь строительных сооружений и систем охлаждения серверов, получаем дополнительное уменьшение PUE с 1,62 до 1,08 по сравнению со средним по промышленности значением 2,0.
Таблица 3
Сооружения информационного центра на площадке для размещения серверов YAHOO!, Санта-Клара, штат Калифорния
Сооружения информационного центра YAHOO!, Куинси, штат Вашингтон
Сооружения информационного центра принадлежащего YAHOO! кооператива Compute Coop (YCC), Локпорт, штат Нью-Йорк
PUE
1,62
1,27
1,06
Относительное сокращение энергии (кВт·ч/год) для установки кооператива YCC мощностью 9 МВт
26.541.307
12.094.773
-
Среднее ежегодное сокращение выбросов углерода (тонны CO<sub>2</sub>)
14,863
0,773
-
2
2
В таблице 3 показано сокращение энергии и выбросов углерода с помощью использования, по меньшей мере, некоторых из примеров описанных здесь строительных сооружений и систем охлаждения серверов. Кроме того, минимизированное использование испарительного охлаждения по сравнению со стандартными способами охлаждения может дать 99%-процентное сокращение потребления воды в сооружении (и соответствующее сокращение оттока сточных вод) по сравнению с традиционным информационным центром, в котором используются установки водяного охлаждения. Выбросы углерода предположительно становятся ниже, чем средняя по США интенсивность выбросов углерода, составляющая 0,56 тонны CO на МВт·ч. В других примерах, фактические сокращения выбросов углерода могут привести к гораздо более низким значениям за счет того, насколько «чистое» электричество на всех трех площадках (0,31 тонны CO на МВт·ч для Санта-Клара и близкое к нулю для штата Вашингтон и для штата Нью-Йорк).
Ниже подробно описываются два примера сооружений информационных центров YAHOO!, приведенных в таблицах 1-3.
Сооружения информационного центра YAHOO! в штате Вашингтон
Описание площадки. Доказано, что существующая установка в Веначти оказалась наиболее эффективным информационным центром YAHOO! до 2010 г. Находящаяся в центральной области штата Вашингтон, эта площадка была выбрана по ее климату, при этом существующее здание оптимизировано для получения преимущества экономии за счет воздуха снаружи. Блоки подготовки воздуха (AHU) выпускают воздух в традиционную полость под фальшполом, распределяя подаваемый воздух в серверы.
Дата монтажа: 2006 г.
Электрические параметры: 4,8 МВт, критическая инфраструктура N+1 со стационарными ИБП на аккумуляторах мощностью 4800 кВт и 4 резервными дизель-генераторами по 2 МВт.
Система охлаждения: установки воздушного охлаждения и AHU с экономией за счет воздуха снаружи.
Расчетная целевая PUE: 1,25.
Сооружения информационного центра принадлежащего YAHOO! кооператива Compute Coop (YOO), Локпорт, штат Нью-Йорк
Описание площадки. Инновационная конструкция и установка Compute Coop от YAHOO! в Локпорте является наиболее эффективной из всех информационных центров YAHOO! на сегодняшний день. Находящийся в Локпорте, штат Нью-Йорк, участок для начальной застройки был выбран исходя из его холодного климата; уникальные характеристики обеспечивают экономию воздуха, поступающего снаружи, значительно понижая нагрузку на вентиляторы.
Дата монтажа: 2010 г.
Электрические параметры: 9 МВт, N+1 критическая инфраструктура с линейными интерактивными системами ИБП, использующими запасенную кинетическую энергию, и резервными дизель-генераторами. Основные системы ИБП развернуты в модулях по 200 кВт, что позволяет отключать эти системы, когда они не используются.
Система охлаждения: система с испарительным охлаждением на основе принципов умного дома, разработанная принадлежащим YAHOO! кооперативом Compute Coop.
Расчетная целевая PUE: 1,08-1,11.
Развертывание в соответствии, по меньшей мере, с некоторыми из примеров описанных здесь строительных сооружений и систем охлаждения серверов наглядно доказало их эффективность. Инновационные строительные сооружения и системы охлаждения серверов, описанные здесь, могут снизить несклонность к рискам в индустрии информационных центров (как у конструкторов информационных центров, так и у изготовителей IT) применительно к другим инновациям, которые касаются «свободного охлаждения», информационных центров без установок охлаждения и более широких диапазонов температур, а также в экспериментах с проектированием информационных центров, предусматривающих уделение большего внимания максимизации использования местных климатических условий.
Данное изобретение пояснено применительно к конкретным вариантам осуществления. Например, хотя варианты осуществления данного изобретения описаны с указанием конкретных компонентов и конфигураций, специалисты в данной области техники поймут, что можно также использовать другую комбинацию компонентов и конфигураций. Например, в некоторых вариантах осуществления можно использовать настилы фальшполов, блоки CRAC, установку водяного охлаждения или блоки управления влажностью. В некоторых вариантах осуществления можно также использовать устройства сейсмического контроля и устройства для разводки кабелей связи. Другие варианты осуществления будут очевидны обычным специалистам в данной области техники. Поэтому следует считать, что данное изобретение не ограничивается ничем, кроме того, что изложено в прилагаемой формуле изобретения.