用于容纳有电子数据处理设备的房间的冷却系统

摘要

一种用于容纳有电子数据处理设备(12)的房间(10)的冷却系统，包括：活动地板结构(14)，将该房间分成活动地板下面的增压空间(17)和活动地板上面的可用空间(19)；空调装置(20)，将冷却空气供给至增压空间；以及冷却组件(30)。冷却组件被布置为所述活动地板的地板件并包括用于将冷却空气流从增压空间提供至可用空间的风扇(32)，冷却组件被构造为使得空气流的流动方向是可控的。本系统进一步包括连接至冷却组件并用于自动控制空气流的流动方向的控制装置(56、58)。根据本发明的重要方面，冷却组件包括被布置在风扇下游的用于使风扇提供的冷却空气流偏转的至少一个可调节偏转单元(52、54)，该偏转单元连接至用于自动调节偏转单元的控制装置。还提出了相应的冷却组件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于容纳有电子数据处理设备的房间的冷却系统。

背景技术

通常被安装在诸如通常称作数据中心的房间中的电子数据处理设备包括例如信息技术(IT)或电信设备。所述设备通常被布置在如下形式的机架中，即，每个机架均容纳有用于数据的处理、通信或存储或类似用途的多个插入式组件。

近来，由于所经历的数据处理和传输量显著增大，设备制造商已开发出超紧凑的系统来应对这种量的增大。在近几年中，由于正对集成电路集成进行的改进和对数据处理需求的不断增加，已知道每单位体积或单位面积的热耗散显著增大。这种趋势在未来势必会继续。例如，对于标准底座尺寸例如为800×1200mm且总热耗散大大超过10kW的典型服务器机架而言，每单位面积的热耗散值大大超出10kW/m²在当今已变得普通。除了该问题之外的另一趋势是减小每个设备的可用占地面积，这首先由于给定房间中所需设备的增加且其次由于上涨的房地产价格(尤其是大城市区域中)。具体涉及该问题的市场是电信市场。由于所谓的“集中”现象，服务提供商正经历如下需求，即，需要通过同一数据中心提供并管理陆上电话服务和移动电话服务以及计算机网络服务。

众所周知，对于电子数据处理设备的可靠运行而言，合格的运行温度是极为重要的。基于上述原因，对设备所产生的热量散逸在其中的房间进行冷却以及对设备本身进行冷却已变成主要的挑战。

关于这点，另一重要的方面是这种房间的总能量消耗。通常，散逸的热量随着设备的耗电量增加且因此与房间相关联的冷却系统的能量消耗也增大。对于这种房间中的设备而言，0.5MW或更大的耗电量在当今已不是例外。所需的冷却功率通常为设备耗电量的三分之一到一半或更多。因此，通过提供更有效的冷却系统可实现显著的节约。

在用于冷却的各种已知方法中，存在所谓的“直接机架冷却”，其采用液态冷却剂回路和直接安装至每个机架的通风热交换器；“移位调节”，其采用成组地布置在房间侧壁上并冷却整个房间的空调器；“自顶向下冷却”，其采用自上方向机架提供冷却空气的顶式安装空调器；以及“地板下传输冷却”，其采用用于通过地板格栅将冷空气散布至机架的活动地板。第一种方法存在与液态冷却剂的泄漏、降低的安装灵活性以及很高的安装成本相关的严重风险。后三种方法通常是相对低效的，这是因为基本上整个房间都被调节，并且为了保证在任何情况下都对每个设备和设备的每个部分进行充分的冷却，冷却基础结构通常是保守设计的且非常冗余。

从US 6,694,759中获知了地板下传输冷却系统的实例。在该系统中，中央风扇或吹风机用来通过将冷空气吹到增压室(plenum)中而使增压室增压。该系统使用可自动调节的通风孔来替代用于将增压后的冷空气从增压室供给至设备的传统被动通风孔(地板格栅)。根据US 6,694,759，这些通风孔允许调节以改变热力学并减轻公知为空气净化的难题。此外，这些通风孔使得增压室内的压力能够在区域基准上平衡。从US 6,747,872中获知了对根据US6,694,759的系统的进一步改进。在US 6,747,872所描述的系统中，在增压室与用于控制增压室内压力的通风孔之间设置有可变容积装置(诸如可调节风门)。然而，这些系统不能够以对准目标的方式(例如，朝向设备的需要进行冷却的特定部分)可选择且可变地引导冷气流。

在这点上，已在US 6,283,380中提出了地板下传输冷却系统的改进方案，其描述了用于需要冷却的房间的空调系统。该房间设置有活动地板结构以及用于将冷却空气供给至活动地板下面的增压室的空调装置。该冷却系统包括冷却装置，该冷却装置被布置为活动地板的地板件并包括用于将冷却空气流从增压室提供至房间的可用空间的风扇。借助于在气流速率及气流方向方面可控的可移动风扇，使得冷却装置能够控冷却气流的流动方向。该可移动风扇具有相对复杂的结构，该结构包括可倾斜的轴以及相关的电磁气流方向控制装置。计算机连接至可移动风扇的气流方向控制电路，以根据基于所测温度的初始室温模拟来控制流动方向。尽管根据US6,283,380的系统能够以对准目标的方式对关键区域提供冷却，但所提出的装置对于实现流动方向的控制是相对复杂的，且因此被认为是昂贵的(由于需要相对频繁的养护)且是易受到机械问题及由此产生的停工期的影响的。

发明内容

鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种用于容纳有电子数据处理设备的房间的简化、高效且可靠的冷却系统。

为了实现该目的，本发明提出了一种根据权利要求1的冷却系统，该冷却系统是为容纳有需要冷却的电子数据处理设备的房间而设计的。本系统包括：活动地板结构，该结构将房间分成为活动地板下面的增压空间和活动地板上面的可用空间；空调装置，用于将冷却空气供给至增压空间；以及冷却组件，该冷却组件被布置为活动地板的地板件。该冷却组件包括用于将冷却空气流从增压空间提供至可用空间以冷却所述设备的专用风扇。此外，该冷却组件被构造为使得气流方向是可控的。本系统进一步包括连接至冷却组件的控制装置，用于自动控制气流的流动方向。根据本发明的一个主要方面，该冷却组件包括被布置在风扇下游的、用于使风扇提供的冷却空气流偏转的至少一个可调节偏转单元，偏转单元连接至用于自动调节该偏转单元的控制装置。

偏转单元能够选择性地朝向控制装置所确定的需要冷却的预定区域改变流出的冷却空气的方向。此外，将偏转单元与风扇一起布置在冷却组件中以形成紧凑单元。借助于可调节偏转单元，就不需要风扇的专用、复杂且昂贵的可调节结构。可改为使用标准的可用风扇。

本发明还提出了一种如权利要求14中所限定的、用于所提出系统的相应的冷却组件。

在避免了需要复杂的风扇结构来实现对流动方向的控制的同时，本系统还能够根据电子数据处理设备所产生的实际热负荷对房间中何处及何时需要冷却源而进行冷却源的动态分配。

所提出的具有一体式风扇的冷却组件能够大大提高可由地板下传输型冷却系统的每个“通风单元”实现的总气流速率。与相同尺寸(例如，单个的600mm宽的正方形地板格栅)的、具有由单个中央吹风机供风的增压室的被动通风单元的大约800-1000m³/h的常规流速相比较，通过根据本发明的单个冷却组件可实现约为4500m³/h的流速。通常，设备机架(例如600mm宽且2-2.4m高的IT服务器机架)在全负荷下具有数千m³/h(例如，4000-5000m³/h)范围内的额定冷却气流速率。因此，本发明的主动冷却组件还允许减小通风单元所需的占地面积，或换言之，其增大了每占地面积的机架的可实现比。

对于已知系统的另一已知问题在于，由于布置在下部中的设备可能完全“消耗”冷空气，因此与下部设备相比较，给定机架中的上部设备存在过热的风险，即，使得冷空气的温度增大到无效值，进而使给定机架的上部中的设备遭受过热的风险。借助于与由于专用风扇而提高的流速相结合的可自动调节偏转单元，所提出的冷却组件使得这种风险能够降到最低。

与现有技术系统相比较，根据本发明，使用与专用风扇相结合的一个或多个可调节偏转单元可实现更高程度的目标冷却。因此，减小或甚至消除了与安全性相关的冷却功率过大(如在被动系统中通常遇到的)问题以及任何相关的能量浪费。此外，能够实现对房间和设备温度的改进的总体控制。

从属权利要求中限定了冷却系统及冷却组件的其它有利实施例，并且从以下描述中这些实施例将变得更显而易见。

附图说明

从以下参照附图对非限定性实施例的描述中本发明将是更显而易见的，其中，相同的参考标号将用来表示相同或相似的部件，在这些附图中：

图1是示出了容纳有电子数据处理设备的房间和根据本发明的冷却系统的示意性横截面图；

图2是示出了用在根据图1的冷却系统中的冷却组件的示意性横截面图；

图3是示出了紧邻设备机架安装的根据图2的冷却组件的示意性横截面图，该设备机架是为了冷却空气的水平流动而布置的；

图4是示出了紧邻设备机架安装的根据图2的冷却组件的示意性横截面图，该设备机架是为了冷却空气的竖直流动而布置的；

图5是示出了紧邻根据图3的设备机架安装的根据图2的多个冷却组件的示意性横截面图，所述设备机架与限定出冷空气区与热空气区的隔墙相结合；

图6是图5的布置的示意性平面图。

具体实施方式

图1示意性地示出了容纳有以12表示的电子数据处理设备的房间10，电子数据处理设备例如为用于计算机或电信网络的服务器机架。房间10装备有活动地板(还称作活地板、夹层地板或双层地板)结构14，该结构具有限定出用于支撑地板砖件18的组件格栅的组件支撑结构16。活动地板14将房间分成活动地板14下面的增压空间17和活动地板14上面的可用空间19。本身公知的任何适当类型(例如CCAC(封闭式控制空调)类型)的空调装置20邻近侧壁安装在房间10内。空调装置20被布置为在入口处接收以箭头22示出的热空气流，以使热气流变冷并将得到的冷却空气流(以箭头24示出)供应给增压空间17。因此，除了提供用于设立元件(例如电缆线、管道等)的空间之外，活动地板14还借助于增压空间17而提供了用于冷却空气的通道。尽管图1中未示出，但可在房间10中使用假平顶，以将热空气引导至空调装置20。

如图1中进一步看出的，冷却组件30被布置为活动地板14的地板件，其中，冷却组件的上端与设备12的侧面地板齐平。为此，冷却组件30的底部尺寸与活动地板14所使用的标准地板砖的底部尺寸一致，如从图1中显而易见的。冷却组件30包括风扇32，该风扇用于产生从增压空间17到可用空间19的以箭头34示出的强制冷却空气流。冷却空气流被设备12的一个或多个入口接收，以便冷却所述设备中包含的电子元件(例如处理器或其它集成电路)。以本身公知的方式，该设备具有用于确保从入口到出口的以箭头36示出的内部气流的内部强制通风系统。已被电子元件的热耗散加热的空气离开设备12并且至少部分地按照箭头22回到空调装置20，从而限定出闭合循环式的空气循环。以下将详细描述图1中所示的一组温度传感器40、40′的作用，这组温度传感器与设备12相关并连接至冷却组件30。如从图1中显而易见的，通过采用活动地板结构14，冷却组件30与空调装置20一起形成用于对房间10中的设备12进行冷却的高效冷却系统。

图2更详细地示出了冷却组件30。该冷却组件包括用于容纳它元件的壳体50。风扇32是轴向式的并且邻近吸气护栅51被布置在壳体50的下部中，该吸气护栅形成冷却组件30的底部。风扇32优选地由EC(电子整流的，即，不带电刷的)DC电机驱动，以尤其确保能量效率、低噪声运行、合理的可控性以及增大的运行可靠性。EC电机的使用允许显著降低能量消耗。在图2所示的结构中，冷却组件30包括并排布置在风扇32下游(即，上方)的两个可调节偏转单元52、54。如图2中所示，偏转单元52、54被布置在壳体50的上部中、风扇32的上方。为了使由风扇32产生的强制冷却空气流偏转而设计了偏转单元52、54，且因此允许将冷却空气供应至可用空间19中需要冷却的关键区域。如应该理解的，偏转单元52、54允许在使用简单的标准型风扇32的同时对离开冷却组件30的冷却空气流的流动方向进行动态且自动的控制。如图2中所示的，在至少两个偏转单元52、54被安装在风扇32下游的情况中，每个偏转单元均被构造成是可独立调节的，以使由风扇32产生的气流能够分成至少两股相应的分流，如以下将详细描述的。如图2中所示，每个偏转单元52、54均包括一组可共同调节的平行叶片，这组叶片可枢转地布置在支撑框架内。如应该理解的，叶片55的倾斜确定了离开相应偏转单元52、54的各分流的流动方向。叶片55具有为使流阻最小化并使流动偏转最优化而设计的弯曲的横截面。如从图2中所看到的，由于冷却组件30通常被安装在一个特定设备12的侧面并与该特定设备相连，因此叶片55被布置为使流动方向朝向冷却组件上方的一半空间。然而，根据房间10内的情况及设备的结构，叶片55的其它布置也是可行的。

图2还示意性地示出了与壳体50一体安装并包括控制装置58(诸如微处理器)的电控制面板56。其中，电控制面板56为风扇32以及为可调节偏转单元52、54的各致动器(未示出)供电。偏转单元52、54连接至用于自动调节偏转单元52、54的控制装置58。应该理解的是，可调节偏转单元52、54与控制装置58的组合使得能够对离开冷却组件30的冷却空气流34的流动方向进行自动且准确的控制。位于可用空间19的不同区域中的温度传感器40、40′也连接至控制装置58。传感器40、40′将测量信号传送至控制装置58，以根据本领域公知的任何适当控制算法来控制流动方向，通常旨在朝向所希望的设定值调节各传感器40、40′位置处的温度。为此，控制装置58包括微处理器或运行适当控制软件的类似单元。此外，控制装置58被布置成用于控制EC型风扇32的性能，以便控制冷却空气(图1中以箭头34示出)的流速。这允许根据实际热负荷来调整冷却空气的输出量，从而可在无需冷却或几乎不需要冷却的情况下实现风扇32(且具体是空调装置20)的能量消耗的节约。应该理解的是，风扇32能够在每个冷却组件30的水平下进行单独的流速调节。

如图2中进一步示出的，壳体50在其上端处包括周向安装框架60，该框架用来将用作活动地板14的零件的冷却组件30安装在组件支撑结构16的任何组件中。如图1中所示，根据标准尺寸来设计壳体50的尺寸，即，该壳体具有地板砖件18的底部尺寸，以允许以类似于地板砖(参见图1中的标号18)的安装来安装该壳体。如图1中进一步所示，壳体50的高度与活动地板14的高度一致。因此，保证了冷却组件30的位置的灵活性及安装的简易性。如果需要，可将地板格栅62设置在安装框架60的顶部上，以保护冷却单元30并避免对于在冷却组件30上方的活动地板14上活动的人员的限制。地板格栅62被设计为使流阻最小化并使方向流动优先性最小化。

多数情况下，电子数据处理设备12被构造为服务器机架。关于市场上可获得的机架以及它们的内部冷却结构，通常可划分成两种不同的类型，即，水平流动式结构和竖直流动式结构。

图3示意性地示出了具有水平流动式结构的机架12′的实例。关于内部冷却，机架12′被分成上部区域70和下部区域70′两个区域。每个区域均在机架12′的后侧上设置有用于冷却空气的入口以及在该机架的前侧上设有用于热空气的独立出口。内部风扇(未示出)确保在每个区域中将空气从后侧抽吸到前侧，如图3中分别以箭头72和72′示出的。冷却组件30被布置为从侧面接近于机架12′的活动地板14的地板件。可调节偏转单元52、54允许选择性地将冷却空气供应给机架12′的每个区域70、70′的相应入口。通过与相应区域70、70′的每个出口相连且与冷却组件30的控制装置58相连通的温度传感器40、40′来测量实际热负荷。如应该理解的，借助于这两个可独立调节偏转单元52、54，以箭头74和76示出的离开冷却组件30的冷却空气的每股相应分流的流动方向是可独立调节的。因此，冷却组件30能够根据机架12′的实际冷却需求将冷却空气分配到服务器12′的给定区域70、70′，该实际冷却需求由控制装置58根据传感器40、40′的温度测量结果来确定。例如，如果下部区域70′中的电子元件消耗了比上部区域70中的元件更多的热量，则控制装置58将一个偏转单元54的分流及先前被引导至上部区域70的另一个偏转单元52的一部分或所有分流都朝向下部区域70′偏转。因此，冷却装置30能够自动调节以改变机架12′内的不同冷却需求。

图3示意性地示出了具有竖直流动结构的机架12″的实例。关于内部冷却，机架12″包括布置在机架12″的下部中(例如，后侧上)的入口80以及布置在该机架的上部中(例如，后侧及前侧上)的一个或多个出口82。内部风扇(未示出)确保将通过入口80接收的空气从下部竖直向上抽吸至上部，如以箭头84示出的，从上部通过出口82排出该空气。如图3中进一步所示，冷却组件30被布置在活动地板14的下面机架12″的侧面且邻近入口80。可调节偏转单元52、54允许直接朝向入口80引导冷却空气流，如以箭头86示出的。应该理解的是，冷却组件30还可用来对具有不同于以上所述的内那些部冷却结构的任何其它类型的机架或需要气流冷却的任何其它类型的设备进行冷却。

对于根据现有技术冷却系统的气流冷却设备，冷却空气的供给通常不是直接连接或引导至设备的入口的。因此，冷却空气通常仅代表在机架的入口处进入并用于内部冷却的总气流的一部分。这首先是由于现有技术冷却装置的有限流速，其次是由于使得周围室内空气产生循环且尤其是使得来自设备出口的热空气产生循环的自然对流。因此，设备入口处的空气温度通常不利地高于由冷却系统供给的冷却空气的温度。因此应该理解的是，对于图3和图4的两种构造来说，冷却组件30能够降低给定机架12′、12″的入口温度及热空气的循环(从出口到入口)。这可通过使控制装置58产生朝向入口被引导的分流和/或以便减少不希望的循环效应来自动实现。如本领域技术人员还应该理解的，专用于冷却组件30的风扇32允许选择性地调节待输送至需要冷却的区域的冷空气的流速。

可以理解的是，用在根据本发明的冷却组件30中的可调节偏转单元(例如52、54)的实际数量取决于设备12、12′、12″及房间10的给定安装及环境要求。因此，冷却组件30中可包括一个、两个或更多个任意数量的可调节偏转单元。此外，尽管为了简洁的目的，已描述了借助于单个冷却组件30对单个设备12、12′、12″进行冷却，然而应该理解的是，这种房间10通常包括多个设备12、12′、12″(例如，布置在多个平行排中)，这些设备将被装备适当数量的冷却组件30，例如，每个设备装备一个或两个冷却组件。关于这点应该注意的是，给定的冷却组件30及其控制装置58能够作为用于调节其本身的偏转单元52、54以及一个或多个其它冷却组件(未示出)的偏转单元52、54的主控制，这些其它冷却组件被布置得邻近给定冷却组件30且例如与同一个设备12、12′、12″相连。可替换地，多个冷却组件30可连接至外部集中控制系统，该系统监控并调节房间和设备的温度。

如从图2与图3的对比中显而易见的，本冷却组件可与不同的设备设计兼容并能够自动适应其实际冷却需求。

图5和图6示意性地示出了房间100，其中容纳有布置在以上参照图3所述类型(水平流动结构)的机架12′内的电子数据处理设备。横向布置的竖直隔墙90(参见图6)连同机架12′的两邻近列87和89与以屋顶方式布置的水平上隔墙92(参见图5)相组合，限定出在机架12′的两列87、89之间限定冷空气区94的空间。借助于图1所示的多个冷却组件30向冷空气区94供给冷却空气，每个冷却组件均与特定的邻近机架12′相连。至少一个竖直隔墙90(见图5)设置有通道门，以允许进入机架12′的位于由隔墙90、92及机架12′限定出的空间内部的前侧。机架12′的内部冷却系统将处理设备所散逸的热量传递至从冷空气区94抽取的冷空气且随后将得到的热空气吹到机架12′的后侧上的热空气区96中。应该理解的是，图5和图6中所示的隔墙系统消除了如上所述的热空气循环的风险。隔墙90、92的系统与其它类型的机架设计(例如，图4中的机架设计)是兼容的。还应该理解的是，多对列87、89可被布置在单个房间中，以便在相邻机架列之间以交替的方式形成冷通道和热通道。与图1中的冷却组件30相组合，图5和图6中示出的隔墙系统提供了对冷却系统的总效率和可靠性的进一步的改进。

最后，应该注意根据本发明的冷却系统及其冷却组件的其它多个优点：

·由于根据实际热负荷(按照实际需求调节的气流)对设备进行的十分准确且比例得当的冷却而减低了用于冷却的总能量消耗；

·可实现的气流流速与处于全负荷下的典型服务器机架的需求相匹配；

·可容易地完成在新的房间和在现有的房间(改进)中安装冷却系统，尤其是冷却组件；

·通过依需要添加、移除或更换冷却组件，本冷却系统可快速地适应房间中设备的位置和数量的改变；

·通过使用用于控制流动方向的在机械上简单且可靠的装置而保证了可靠性。此外，在风扇故障的情况下，借助于偏转单元来控制流动方向仍可利用自然对流并可利用设备和/或空调装置内的剩余通风元件；

·由于可十分快速地更换冷却组件，故缩短了潜在停工期；

·借助于冷却组件中的至少两个偏转单元，可实现适应于单个设备内部需求的冷却，即，将冷却空气的一股或多股(分)流引导至单个设备内经历更显著热负荷的区域；

·本冷却组件的组件式标准尺寸结构允许将该冷却组件简单且快速地安装到现有的和新的标准组件式活动地板中；

·通过感应当前热负荷并控制流动方向和流速使得本冷却系统是自调节的且全自动的，因此，即使没有消除用户干预，但仍显著降低了用户干预；

·借助于受控的偏转单元，本冷却系统自动适应于给定设备的内部结构中的变化；

·通过将控制面板连接至适当的网络，可方便地监控测量到的温度和冷却系统的工作状态；

·由于将构件集成到单个的易于拆装的组件中，故组件的维护程序是轻松的；

·由于冷却组件不会阻碍设备维护人员的活动性，故确保了他们的工作舒适性；

·通过以准确的方式将冷却空气引导至相应的入口并通过降低热空气的循环效应来降低设备的入口空气温度，因此实现了冷却效率的显著增大；

·从零(对流)到最大流速的流速控制使得能够调节给定的冷却组件作用于其中的区域的冷却能力，因而使得用于冷却的总能量消耗最优化。