Система стеллажей и способ определения климатических условий для такой системы - RU2444777C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе стеллажей, в которую подается охлаждающая среда, например охлажденный воздух. Изобретение, далее, относится к способу определения климатических условий для такой системы стеллажей. Климатические условия системы стеллажей могут, например, определяться в связи с управлением одним или несколькими параметрами в системе стеллажей.

Уровень техники

Электропитаемое оборудование, включая такие электронные приборы, как компьютеры, устройства памяти большой емкости и коммутаторы, часто объединяются в так называемые центры обработки данных. В этих центрах обработки данных общепринятым стало хранение такого рода оборудования на стеллажах. Для облегчения обслуживания таких стеллажей они часто располагаются рядами. Между двумя соседними рядами образуется, таким образом, проход, обеспечивающий возможность доступа обслуживающего персонала к оборудованию с целью его установки, техобслуживания и изъятия.

Бóльшая часть оборудования, помещенного на стеллажах, потребляет достаточно электроэнергии, чтобы нагреть окружающее пространство. Но поскольку часто имеется температурный предел, до которого может эксплуатироваться это оборудование, то необходимо предпринимать меры по удержанию эксплуатационной температуры ниже некоторого критического уровня. Например, многие электроприборы, в частности компьютеры, оснащены вентиляторами или иными внутренними охлаждающими механизмами. Эти механизмы создают поток охлаждающей среды, например окружающего воздуха, сквозь соответствующие приборы для охлаждения внутренних электронных компонентов.

Однако часто, в частности, в тех случаях, когда электроприборы расположены на стеллажах вплотную друг к другу, охлаждающего воздействия окружающего воздуха бывает недостаточно. Кроме того, окружающий воздух имеет склонность нагреваться в центрах обработки данных, и этот факт дополнительно снижает эффективность охлаждения. Один из подходов в борьбе с нагревом окружающего воздуха - это установка систем управления климатом в центрах обработки данных. Системы управления климатом выполняются так, чтобы управлять параметрами окружающей среды, например температурой и влажностью воздуха внутри центров обработки данных.

Было замечено, что во многих центрах обработки данных созданный системами управления климатом поток охлажденного и/или осушенного воздуха вокруг стеллажей и в стеллажах более или менее произволен. В результате эффективность охлаждения низка. Другими словами, системы управления климатом потребляют больше электроэнергии, чем в действительности необходимо.

Для увеличения эффективности охлаждения предлагались различные методики концентрации и направления потока охлаждающей среды к стеллажам. Так, в документе US 6672955 B2 описана система управления воздушным потоком, в которой проходы между двумя соседними рядами стеллажей закрыты сверху. Это перекрытие не дает охлаждающей среде, подаваемой сквозь пол прохода, выходить из прохода вверх. Другой пример: в документе WO 2006/124240 А2 предложены перегородки и двери, не позволяющие окружающей среде поступать в проход сбоку. Это может предотвратить смешивание окружающей среды с охлаждающей средой (которая и в этом примере подается сквозь пол прохода) и повысить тем самым эффективность охлаждения. Еще один пример: в документе US 2005/0099770 А1 предлагается полностью закрыть проход и подавать охлаждающую среду снаружи через стеллажи. При таком подходе нагретая охлаждающая среда затем собирается в закрытом проходе и легко может быть удалена без смешивания с охлаждающей средой.

Раскрытие изобретения

Существует потребность в определении преобладающих климатических условий в проходе, определенном несколькими рядами стеллажей. Далее, существует потребность в эффективном управлении параметрами охлаждающей среды в зависимости от определенных климатических условий.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается система стеллажей, включающая несколько стеллажей, расположенных так, что между ними образуется, по меньшей мере, один проход, причем этот проход уплотнен таким образом, что по существу вся охлаждающая среда, поданная в проход, проходит через стеллажи; продувочное отверстие, позволяющее выдуть охлаждающую среду из прохода и впустить окружающую среду в проход, и первичный датчик для определения направления потока среды через продувочное отверстие. Направление потока среды можно рассматривать как индикатор или показатель климатических условий в системе стеллажей.

Охлаждающая среда может быть газовой средой. К примеру, в этом качестве можно использовать воздух или азот. Однако можно использовать и другие среды, известные специалистам.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения стеллажи отвечают соответствующему промышленному стандарту. Один из промышленных стандартов, взятый для примера, определяет ширину стеллажа в 19 дюймов (48,3 см), а высоту стеллажа задает в виде определенного числа заранее заданных единиц высоты, причем одна единица высоты равна 1,75 дюйма (4,4 см). В других вариантах осуществления стеллажи могут иметь размеры, определенные заказчиком. Все стеллажи, составляющие систему стеллажей, могут иметь одну и ту же высоту, ширину и глубину. Каждый из стеллажей может иметь сторону подачи, к которой подается среда, охлаждающая стеллаж, и противолежащую стороне подачи сторону отвода, от которой отводится среда, охлаждающая стеллаж. В одном из вариантов стеллажи расположены так, что их стороны подачи обращены к проходу.

Первичный датчик может быть расположен в любой позиции, подходящей для определения направления потока среды сквозь продувочное отверстие. Так, например, первичный датчик может быть расположен в продувочном отверстии или в непосредственной близости от него. Первичный датчик может представлять собой любой датчик, пригодный для определения направления потока среды. В качестве примера, первичный датчик может быть выбран из группы, включающей термодатчик, воздушный пропеллер и переключатель с парусным управлением. Применение термодатчика может, например, быть основано на том, что температура в окрестности продувочного отверстия будет ниже, когда охлаждающая среда вытекает через продувочное отверстие из прохода, в сравнении с тем случаем, когда, как правило, более теплая среда втекает из окружающего пространства через продувочное отверстие в проход. Пропеллер указывает направление потока вращением в направлении, соответствующем направлению потока среды, воздействующей на пропеллер. Что касается переключателя с парусным управлением, парус может быть расположен так, чтобы улавливать часть среды и поворачиваться в направлении, соответствующем направлению потока среды, для осуществления переключения. В других случаях первичный датчик может быть выполнен для сравнения параметров среды по обе стороны продувочного отверстия. К числу этих параметров среды могут относиться температура и давление. Соответственно, первичный датчик может включать два или большее число отдельных сенсорных компонентов.

В общем случае, продувочное отверстие может располагаться в произвольной позиции относительно прохода. Например, продувочное отверстие может располагаться у верхнего края прохода, у его нижнего края или где-то в промежутке между верхом и низом прохода. Продувочное отверстие может располагаться по существу напротив того места, в котором охлаждающая среда подается в проход. Если, к примеру, охлаждающая среда подается в проход снизу, продувочное отверстие может располагаться у верхнего края прохода, и наоборот.

Система может включать управляющий механизм для управления, по меньшей мере, одним параметром охлаждающей среды, подаваемой в проход, в зависимости от сигнала, выработанного первичным датчиком. Этот, по меньшей мере, один параметр охлаждающей среды, управляемый механизмом управления, может быть выбран из группы, включающей температуру, влажность и расход охлаждающей среды. В некоторых случаях может быть полезно управлять, по меньшей мере, двумя или всеми тремя этими параметрами. Кроме того, один или два из этих параметров могут также управляться независимо от сигнала, выработанного первичным датчиком (например, управляться по сигналам, выработанным вторичным датчиком). Поскольку между температурой и влажностью охлаждающей среды существует физическая связь, управление одним параметром (например, температурой) может в то же время приводить к сопутствующему управлению другим параметром (например, влажностью).

Ниже будут более подробно обсуждены различные варианты осуществления и компоненты управляющего механизма для управления одним или несколькими параметрами охлаждающей среды. Например, может быть предусмотрено, по меньшей мере, одно подающее устройство для подачи охлаждающей среды в проход. Это, по меньшей мере, одно подающее устройство может располагаться в потоке охлаждающей среды выше или ниже по потоку относительно прохода. В варианте расположения выше по потоку подающее устройство будет нагнетать охлаждающую среду в проход, а в варианте расположения ниже по потоку подающее устройство будет отсасывать охлаждающую среду из прохода.

Подающее устройство может быть приспособлено для управления расходом охлаждающей среды, подаваемой в проход, в зависимости от сигнала, выработанного первичным датчиком. Далее, подающее устройство может быть приспособлено для управления расходом охлаждающей среды, в зависимости от сигналов одного или нескольких дополнительных или альтернативных датчиков. Подающее устройство может, например, включать вентилятор с регулируемой скоростью вращения.

Система может дополнительно включать, по меньшей мере, один блок управления климатом для управления, по меньшей мере, одним из параметров: температурой и/или влажностью охлаждающей среды, подаваемой в проход. В первом варианте подающее устройство совмещено с блоком управления климатом (например, помещено в одном с ним кожухе). Во втором варианте подающее устройство расположено на удалении от блока управления климатом.

По меньшей мере, один блок управления климатом может быть приспособлен для управления, по меньшей мере, одним из параметров: температурой и/или влажностью охлаждающей среды, в зависимости от сигнала, выработанного первичным датчиком. Дополнительно - или в качестве альтернативы - такое управление может осуществляться на основе сигналов, выработанных одним или несколькими вторичными датчиками.

Как отмечалось выше, в дополнение к первичному датчику могут быть предусмотрены один или несколько вторичных датчиков. Соответственно, по меньшей мере, один из узлов: механизм управления, подающее устройство и блок управления климатом - могут дополнительно или альтернативно управляться в зависимости от сигнала, выработанного вторичным датчиком. Вторичный датчик может располагаться на расстоянии от, по меньшей мере, одного продувочного отверстия и первичного датчика. В одном из вариантов вторичный датчик расположен далеко от группы стеллажей. Например, вторичный датчик может быть расположен вблизи от блока управления климатом и/или подающего устройства. В этом случае вторичный датчик может быть выполнен для определения параметров среды до того, как среда поступает в блок управления климатом и/или подающее устройство.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения система включает несколько первичных датчиков и/или несколько вторичных датчиков, а также главный блок управления, соединенный, по меньшей мере, с одним из нескольких первичных датчиков и нескольких вторичных датчиков. Главный блок управления выполнен так, чтобы управлять, по меньшей мере, одним из узлов: подающим устройством (например, по сигналам, по меньшей мере, первичных датчиков) и/или блоком управления климатом (например, по сигналам, по меньшей мере, вторичных датчиков).

В случае, когда предусмотрено несколько первичных датчиков, к каждому проходу могут привязываться некоторые первичные датчики (и некоторые продувочные отверстия). Кроме того, в случае, когда несколько стеллажей располагаются, образуя несколько проходов, к каждому проходу может привязываться, по меньшей мере, один первичный датчик (и, по меньшей мере, одно продувочное отверстие). При таких исполнениях управляющее действие главного блока управления может осуществляться по сигналу первичного датчика, чувствующего наименее благоприятные поток среды или климатическое условие. В случае, когда первичные датчики выполнены как термодатчики, наименее благоприятный поток среды может быть определен тем конкретным первичным датчиком, который чувствует наивысшую температуру.

Система может быть выполнена так, чтобы создавался контур циркуляции среды. Контур циркуляции среды может включать один или несколько проходов, по меньшей мере, один блок управления климатом и, по меньшей мере, подающее устройство. В таком варианте один или несколько вторичных датчиков могут быть расположены в различных местах контура циркуляции и рядом с ним. Так, например, по меньшей мере, один вторичный датчик может быть расположен ниже по потоку и в непосредственной близости от, по меньшей мере, одного подающего устройства, в непосредственной близости от, по меньшей мере, одного блока управления климатом или в потоке между, по меньшей мере, одним блоком управления климатом и, по меньшей мере, одним проходом.

Каждый из узлов: по меньшей мере, один блок управления климатом и/или, по меньшей мере, одно подающее устройство - может включать подчиненный блок управления, соединенный с главным блоком управления. Подчиненный блок управления может быть приспособлен для связи с главным блоком управления и для приема управляющих команд от главного блока управления. В одном из вариантов осуществления подчиненные блоки управления выполнены для управления, по меньшей мере, одним из параметров: температурой охлаждающей среды (через посредство, по меньшей мере, одного блока управления климатом) и/или расходом охлаждающей среды (через посредство, по меньшей мере, одного подающего устройства).

Система, далее, может включать элемент крыши, уплотняющий проход в его верхней краевой части. Элемент крыши может быть прозрачным, чтобы свет наружного освещения мог проникать в проход. Кроме того, элемент крыши может включать распорные элементы, не проницаемые для среды, или может отделяться такими элементами от стеллажей. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, одно продувочное отверстие размещено в, по меньшей мере, одном из распорных элементов или элементе крыши.

Система, далее, может включать один или несколько концевых элементов, уплотняющих проход на одном или нескольких его боковых концах. Один или несколько боковых концов прохода могут также закрываться стеллажами. Концевые элементы могут включать двери, чтобы обслуживающий персонал мог входить в проход и выходить из него. Двери могут быть изготовлены из прозрачного или непрозрачного материала и выполнены в виде навесных или сдвижных дверей. В одном из вариантов осуществления двери навесные, раскрываемые на угол до 180°, чтобы обеспечить аварийный выход для обслуживающего персонала.

В другом варианте осуществления система включает одну или несколько решеток для подачи охлаждающей среды в проход. Эти решетки могут, например, располагаться у верхнего края (например, в элементе крыши прохода), если охлаждающая среда подается сверху, или в полу прохода, если охлаждающая среда подается снизу. Для увеличения проницаемости каждой из решеток для охлаждающей среды, по меньшей мере, 70%, а предпочтительно - более 80% (например, 90%) площади решетки проницаемо для охлаждающей среды. В одном из вариантов решетка расположена в полу прохода и выполнена так, что обслуживающий персонал может ходить по ней.

Система может также включать канал для подачи охлаждающей среды в проход. Канал может располагаться над или под стеллажами. Канал может определяться нижней и верхней плоскостями, причем верхняя плоскость определяет пол, на котором размещены стеллажи. Расстояние между нижней и верхней плоскостями может быть, например, в диапазоне от 150 мм до 1200 мм.

Часть пространства между нижней и верхней плоскостями канала может быть занята коммуникациями, включая электропроводку и линии связи (например, проводные или волоконно-оптические), а также линиями подачи и отвода текучих сред, таких как жидкости или газы. Поблизости от стеллажей коммуникации могут выходить сквозь верхнюю плоскость в стеллажи и/или в проход. Места, в которых коммуникации проходят сквозь верхнюю плоскость, могут быть уплотнены с использованием, например, щеточных полос или аналогичных средств.

Канал может быть частью контура циркуляции среды. Например, канал может пролегать между, по меньшей мере, одним блоком управления климатом и/или, по меньшей мере, одним подающим устройством, с одной стороны, и проходом, с другой. В зависимости от того, подается ли охлаждающая среда в проход сверху или снизу, канал может проходить (по крайней мере, частично) либо над проходом, либо под ним. Кроме того, канал может быть выполнен так, чтобы охлаждающая среда подавалась одновременно в несколько проходов.

Каждый из стеллажей может включать одно или несколько установочных пространств для приема полезной нагрузки. Установочные пространства, не занятые полезной нагрузкой, могут быть уплотнены для предотвращения значительного притока окружающей среды в проход и/или значительной утечки охлаждающей среды из прохода. Следует отметить, что, как правило, не требуется стопроцентного уплотнения, но любые утечки обычно снижают общую эффективность охлаждения системы.

Полезная нагрузка, размещенная в установочных пространствах, может включать электропитаемое оборудование. Такое оборудование может включать компьютеры (например, серверы), устройства памяти большой емкости, блоки центральных процессоров, сетевые элементы, такие, например, как коммутаторы, расширители, маршрутизаторы и т.д. Полезная нагрузка, и в частности электропитаемое оборудование, может включать собственное устройство подачи среды (например, внутренний вентилятор) для подачи охлаждающей среды со стороны подачи к стороне отвода стеллажа. В одном из вариантов вся полезная нагрузка внутри стеллажа располагается так, что стороны подачи собственных устройств подачи среды соответствуют стороне подачи стеллажа, а стороны отвода собственных устройств подачи среды соответствуют стороне отвода стеллажа.

Каждая единица оборудования полезной нагрузки может включать контроллер для управления собственным устройством подачи среды (например, на основе таких параметров полезной нагрузки, как замеры датчиков или зарегистрированное состояние полезной нагрузки). Каждая единица оборудования полезной нагрузки может дополнительно включать механизм связи с другими приборами для обмена информацией о внутреннем состоянии оборудования, а также о работе и текущей рабочей точке собственного устройства подачи среды. Эти другие приборы могут включать главный блок управления, по меньшей мере, одно подающее устройство для подачи охлаждающей среды в проход и, по меньшей мере, один блок управления климатом.

Система, далее, может включать кожух, в который заключается проход. Этот кожух может быть приспособлен для создания закрытого контура циркуляции охлаждающей среды. Кожух может включать пол, потолок и стены помещения центра обработки данных. В одном из вариантов осуществления внутри или вблизи кожуха располагаются, по меньшей мере, одно подающее устройство и/или, по меньшей мере, один блок управления климатом. Разумеется, блок управления климатом может также располагаться вне кожуха. В этом случае могут быть предусмотрены дополнительные каналы, обеспечивающие поток окружающей среды из кожуха к блоку управления климатом и обратный поток охлаждающей среды (например, охлажденной окружающей среды). Подобно блоку управления климатом, по меньшей мере, одно подающее устройство для подачи охлаждающей среды в проход также может располагаться как внутри, так и вне кожуха.

Блок управления климатом может запитываться окружающей средой (включая, в случае замкнутого контура циркуляции, нагревшуюся охлаждающую среду, выходящую из стеллажей), осуществлять управление климатом окружающей среды с тем, чтобы превратить окружающую среду в охлаждающую среду и затем подать эту охлаждающую среду (с помощью, по меньшей мере, одного подающего устройства) по каналу в проход. В этом случае может быть создан замкнутый контур циркуляции.

Согласно еще одной особенности настоящего изобретения предлагается способ определения климатических условий для системы стеллажей, включающей несколько стеллажей, расположенных так, что между ними образуется проход. Способ включает подачу охлаждающей среды в проход, причем проход уплотнен таким образом, что по существу вся охлаждающая среда, поданная в проход, идет к стеллажам и обеспечено продувочное отверстие, позволяющее выдуть охлаждающую среду из прохода и впустить окружающую среду в проход, и включает определение направления потока среды через продувочное отверстие. Направление потока среды можно рассматривать как индикатор или показатель климатических условий, существующих в системе стеллажей.

Способ может включать управление, по меньшей мере, одним параметром охлаждающей среды, подаваемой в проход, в зависимости от направления потока среды. Этот, по меньшей мере, один параметр может быть выбран из группы, включающей температуру, влажность и расход охлаждающей среды.

Краткое описание графических материалов

Ниже дальнейшие преимущества и детали настоящего изобретения обсуждаются со ссылкой на сопроводительные фигуры, на которых представлены:

на ФИГ.1 представлена аксонометрическая проекция варианта осуществления системы стеллажей;

на ФИГ.2 представлен вариант осуществления расположения элементов управления системы стеллажей;

на ФИГ.3 представлена блок-схема первого варианта осуществления способа;

на ФИГ.4 представлена блок-схема второго варианта осуществления способа;

на ФИГ.5 показан вид сверху центра обработки данных, включающего многопроходную систему стеллажей;

на ФИГ.6а и 6b показаны два примера серверных стеллажей, которые могут быть использованы для реализации одного из вариантов осуществления системы стеллажей;

на ФИГ.7 приведена фотография прохода, показывающая решетку пола и два ряда параллельных стеллажей;

на ФИГ.8 показано расположение системы стеллажей без разделения холодного и теплого проходов;

на ФИГ.9 показано расположение другой системы стеллажей с разделением холодного и теплого проходов; и

на ФИГ.10 приведены графики, иллюстрирующие результаты испытаний системы под нагрузкой.

Осуществление изобретения

На ФИГ.1 представлена аксонометрическая проекция варианта осуществления стеллажной системы 100. Стеллажная система 100 размещена в помещении (не показано) центра обработки данных, который может, кроме нее, включать дополнительные системы стеллажей.

Стеллажная система 100 включает несколько отдельных стеллажей 105. Эти стеллажи 105 расположены «лицом к лицу» в двух параллельных рядах 110, 115 так, что между ними образуется проход 120. В варианте осуществления, показанном на ФИГ.1, каждый ряд 110, 115 стеллажей 105 дополнительно заключен в соответствующий шкаф 125, 130.

Отдельные стеллажи 105 определяют установочные пространства для электропитаемого оборудования (не показано). В данном варианте осуществления электропитаемое оборудование включает серверы и устройства памяти большой емкости с внутренними собственными устройствами подачи среды (например, вентиляторами) для подачи охлаждающей среды сквозь их каркасы. Электропитаемое оборудование размещено в стеллажах 105 таким образом, что сторона подачи среды каждого блока электропитаемого оборудования обращена к проходу 120, а сторона отвода среды обращена в противоположную сторону. Стороны подачи среды и стороны отвода среды электропитаемого оборудования определяют, таким образом, стороны подачи среды и стороны отвода среды отдельных стеллажей 105.

Как показано на ФИГ.1, проход 120 уплотнен таким образом, что по существу вся охлаждающая среда, поданная в проход 120, проходит через стеллажи 105. Другими словами, предотвращен выход охлаждающей среды из прохода 120 в иных направлениях, кроме как через стеллажи 105. В этом отношении следует отметить, что не требуется полного уплотнения прохода 120 (да оно и технически невозможно при технически разумных усилиях). Другими словами, определенные утечки охлаждающей среды во многих случаях терпимы до тех пор, пока эти утечки не приводят к значительному снижению эффективности охлаждения.

В варианте осуществления, показанном на ФИГ.1, предусмотрено несколько уплотнительных элементов для закрытия прохода 120 в тех частях прохода, которые не ограничены стеллажными шкафами 125, 130, заключающими в себе стеллажи 105. Конкретно, элемент крыши 135 уплотняет проход 120 с его верхнего края. Элемент крыши 135 изготовлен из прозрачного материала, например из акрилового стекла, пропускающего свет освещения центра обработки данных в проход 120. Элемент крыши 135 включает боковые распорные элементы 140, 145, так что плоскость, определяемая этим элементом крыши 135, отделена от плоскости, определяемой верхними краями двух шкафов 125, 130.

Уплотняющие элементы, закрывающие проход 120, дополнительно включают два боковых концевых элемента 150, 155. Эти концевые элементы 150, 155 выполнены в виде навесных дверей, позволяющих обслуживающему персоналу входить в проход 120 и выходить из него. Следует отметить, что один из боковых концевых элементов 150, 155 может быть заменен шкафом, вмещающим один или несколько дополнительных стеллажей 105. Кроме того, могут использоваться и альтернативные конструкции дверей, например сдвижные двери.

Охлаждающая среда, например воздух, подается в проход 120 через пол прохода, т.е. снизу. Для этого предусмотрена приподнятая система пола 160. Эта приподнятая система пола 160 определяет канал 165 между нижней плоскостью 170 и верхней плоскостью 175 приподнятой системы пола 160. Как показано на ФИГ.1, стеллажные шкафы 125, 130 и определяемый ими проход 120 между ними расположены на верхней плоскости 175.

Эта верхняя плоскость 175 приподнятой системы пола 160 включает несколько отверстий (не показаны на ФИГ.1) для соединения по жидкотекучей среде прохода 120 с каналом 165. Таким образом, охлаждающая среда, поданная в канал 165, как показано стрелками 180, может войти в проход 120. Благодаря уплотняющим элементам, закрывающим проход 120, охлаждающая среда, входящая в проход 120, может выйти из прохода 120 только через стеллажи 105, как показано стрелками 185. Конкретно, собственные устройства подачи среды электропитаемого оборудования, помещенного в установочных пространствах стеллажей 105, подают входящую в проход 120 охлаждающую среду через стеллажи 105. Поданная таким образом через стеллажи 105 охлаждающая среда нагревается теплом, рассеянным электропитаемым оборудованием, и выходит из стеллажей 105, как показано стрелками 190.

Контур нагретой охлаждающей среды, выходящей из стеллажей 105, может быть замкнут посредством охлаждения (и, опционно, осушения) нагретой охлаждающей среды, выходящей из стеллажей 105, и подачей этой охлажденной (и, опционно, осушенной) среды вновь в канал 165. Следует отметить, что в других вариантах осуществления контур потока среды не обязательно замкнут. В таких вариантах осуществления нагретая охлаждающая среда, выходящая из стеллажей 105, может просто выбрасываться из центра обработки данных в окружающую среду.

Очевидно, что для уверенности в том, что тепло, выделенное электропитаемым оборудованием, может быть эффективно рассеяно, параметрами охлаждающей среды, подаваемой через канал 165, нужно строго управлять, предотвращая этим какое-либо нежелательное повышение температуры в стеллажах 105. С другой стороны, ясно, что для экономии электроэнергии следует избегать избыточной регулировки параметров охлаждающей среды (например, избыточного охлаждения).

Для эффективного управления одним или несколькими параметрами охлаждающей среды, подаваемой в проход 120, у верхнего края прохода 120 предусмотрено измерительное устройство 195. Это измерительное устройство 195 включает продувочное отверстие в распорном элементе 145, а также датчик, расположенный в непосредственной близости от продувочного отверстия (размещение продувочного отверстия и датчика будет подробнее описано ниже со ссылкой на ФИГ.2).

Продувочное отверстие, которое может иметь постоянный или регулируемый диаметр и площадь в диапазоне, например, что-нибудь от 10 см² до 500 см² (например, от 80 см² до 200 см²), предусмотрено, чтобы иметь возможность выдуть охлаждающую среду из прохода 120 и впустить окружающую среду в проход 120. Другими словами, в зависимости от разности давлений между окружающей проход 120 средой и средой в проходе 120, либо охлаждающая среда будет выходить из прохода 120 через продувочное отверстие, либо окружающая среда будет входить в проход 120 через продувочное отверстие. Датчик, предусмотренный вблизи от продувочного отверстия, выполнен для определения направления потока среды через продувочное отверстие. Таким образом, направление потока среды, определенное этим датчиком, выступает как индикатор или показатель климатических условий в проходе 120, связанных с охлаждающей средой. В зависимости от таким образом определенного датчиком направления потока среды можно управлять одним или несколькими параметрами охлаждающей среды для обеспечения энергосберегающего охлаждения электропитаемого оборудования, установленного на стеллажах 105.

Ниже будет рассмотрен один пример варианта осуществления управления параметром охлаждающей среды на основе измерительного устройства 195 в контексте схемы расположения элементов управления ФИГ.2. В данном конкретном варианте осуществления, показанном на ФИГ.2, теми же номерами позиций, что и на ФИГ.1, обозначены идентичные или подобные элементы.

Вариант осуществления управления, показанный на ФИГ.2, выполнен на основе замкнутого контура циркуляции охлаждающей среды. Этот замкнутый контур циркуляции включает, по меньшей мере, один блок нисходящего потока 205, расположенный в помещении центра обработки данных, где находится и проход 120. В альтернативном варианте осуществления блок нисходящего потока 205 может располагаться вне этого помещения, при условии, что он остается связан с ним по жидкотекучей среде способом, подобным изображенному на ФИГ.2.

Блок нисходящего потока 205 включает два специализированных компонента в одном корпусе, а именно блок управления климатом 210, с одной стороны, и устройство 215 подачи охлаждающей среды, с другой. Блок управления климатом 210 - это так называемый охладитель, соединенный с трубой 220 подачи холодной воды и трубой 225 отвода теплой воды. Холодная вода, подаваемая по трубе 220, может иметь температуру примерно от 5 до 15°С (например, от 11 до 13°С). Теплая вода, отводимая по трубе 225, может иметь температуру примерно от 12 до 22°С (например, от 16 до 19°С).

Окружающая среда, проходящая через блок управления климатом 210, приводится в термический контакт с холодной водой и, таким образом, охлаждается. В то же самое время холодная вода нагревается и отводится от блока управления климатом 210 по трубе 225 отвода теплой воды. Опционно окружающая среда дополнительно проходит стадию осушения в блоке управления климатом 210.

Устройство 215 подачи подает охлажденную окружающую среду в качестве охлаждающей среды в канал 165. Поблизости от места ввода охлаждающей среды в канал 165 предусмотрен термодатчик 235, соединенный с блоком управления 240. Термодатчик 235 выполнен для определения температуры охлаждающей среды в данный момент. Затем в блоке управления 240 температура охлаждающей среды в данный момент сравнивается с заданной температурой, и клапан 245 подачи холодной воды, расположенный в трубе 220 подачи холодной воды, управляется в зависимости от результата этого сравнения.

Клапан 245 подачи холодной воды управляет расходом холодной воды через блок управления климатом 210 таким образом, что температура среды, замеряемая датчиком 235, приближается к конкретной заданной температуре или достигает ее. Как показано на ФИГ.2, значение температуры охлаждающей среды, поступающей в канал 165, как правило, задается в диапазоне примерно от 18 до 26°С (например, 20, 21, 22, 23 или 24°С).

В варианте осуществления, показанном на ФИГ.2, управление температурой охлаждающей среды осуществляется автономно. Другими словами, блок управления 240 работает исключительно по сигналу термодатчика 235. В других вариантах осуществления блок управления 240 может дополнительно или альтернативно учитывать сигналы одного или нескольких других датчиков, показанных на ФИГ.2 и описанных ниже.

Как было отмечено выше, окружающая среда, охлажденная блоком управления климатом 210, нагнетается устройством 215 подачи в канал 165. Устройство 215 подачи выполнено в виде вентилятора, оборотами которого можно управлять для регулировки расхода (скорости потока) охлаждающей среды, подаваемой в канал 165 под управлением специального блока управления 250. При штатной работе устройство 215 подачи может нагнетать охлаждающую среду со скоростью от 1 до 3 м/с (например, примерно от 1,5 до 2,2 м/с).

Скорость потока, требуемая для достижения желаемого расхода охлаждающей среды, зависит от высоты канала 165, по которому охлаждающая среда нагнетается от блока нисходящего потока 205 в проход 120. Вышеупомянутые значения скорости потока среды соответствуют номинальной высоте канала, приблизительно от 400 до 600 мм. При меньших высотах канала (например, 150 мм) может потребоваться увеличить эту скорость, а при бóльших высотах канала (например, 800 мм) может потребоваться уменьшить эту скорость. Обычно значения скорости потока среды и высоты канала 165 выбирают так, чтобы давление среды в канале 165 было сравнительно мало, например, не более чем на 20 Па (например, не более чем на 10 Па) выше давления среды в центре обработки данных вне прохода 120.

Как показано на ФИГ.2, охлаждающая среда, нагнетаемая через канал 165 (на скорости приблизительно 1,7 м/с и при давлении, превышающем давление в центре обработки данных, менее чем на 10 Па), поступает в проход 120 через отверстия 255 в верхней плоскости пола 175. Таким образом внутри прохода 120 может поддерживаться температура среды, обычно равная 22-26°С, что значительно ниже окружающей температуры, составляющей от 32 до 38°С. Как показано стрелками на ФИГ.2, охлаждающая среда, поступающая в проход 120, собственными устройствами подачи среды электропитаемого оборудования выдувается из прохода 120 и в то же время нагревается, поглощая тепло внутри электропитаемого оборудования. Нагретая охлаждающая среда образует окружающую среду, которая течет обратно к блоку нисходящего потока 205, завершая тем самым замкнутый контур циркуляции.

Как показано на ФИГ.2, измерительное устройство 195 включает продувочное отверстие 195А, расположенное у верхнего края прохода 120, а также термодатчик 195В, расположенный вблизи продувочного отверстия 195А. Хотя на ФИГ. показано расположение термодатчика 195В внутри прохода 120, в альтернативном варианте термодатчик 195В может располагаться в продувочном отверстии 195А или вне прохода 120, но достаточно близко к продувочному отверстию 195А, чтобы обнаруживать поток среды сквозь продувочное отверстие 195А. В варианте осуществления, показанном на ФИГ.2, датчик 195В выполнен как термодатчик, однако следует понимать, что могут быть применены и другие типы датчиков, способных определять направление потока среды сквозь продувочное отверстие 195А.

Термодатчик 195В электрически соединен с блоком управления 250, связанным с подающим устройством 215. Другими словами, сигнал датчика, указывающий направление потока среды сквозь продувочное отверстие 195А, используется для такого управления скоростью (и, тем самым, расходом) охлаждающей среды, чтобы в проход 120 подавался надлежащий объем охлаждающей среды. В другом режиме подающее устройство 215 может дополнительно управляться в зависимости от сигнала дополнительного (опционного) термодатчика 260, расположенного внутри прохода 120, предпочтительно в непосредственной близости от входа блока нисходящего потока 205.

Ниже управление подающим устройством 215, расположенным в блоке нисходящего потока 205, будет более подробно описано со ссылкой на блок-схему 300 ФИГ.3.

Как показано на блок-схеме 300 ФИГ.3, операция управления подающим устройством 215 начинается с подачи охлаждающей среды в проход 120 (шаг 302). Охлаждающая среда, таким образом, заполняет проход 120 снизу до тех пор, пока не достигнет элемента крыши 135 (и, соответственно, термодатчика 195В). Так как проход 120 уплотнен как сбоку, так и сверху (см. ФИГ.1), по существу вся охлаждающая среда, входящая в проход 120 через отверстие 255, проходит через стеллажи 105 и может, таким образом, быть использована для эффективного рассеяния тепла внутри электропитаемого оборудования, установленного в стеллажах 105.

Если оборудование в стеллажах 105 требует рассеяния большего количества тепла (и, следовательно, требует большего охлаждения), собственные устройства подачи среды этого оборудования подадут больше охлаждающей среды из прохода 120 через стеллажи 105. В результате давление в проходе 120 слегка упадет по отношению к окружающей среде. Следствием этого падения давления в проходе 120 станет всасывание теплой окружающей среды через продувочное отверстие 195А в проход 120 (шаг 304). Результирующее направление потока среды сквозь продувочное отверстие 195А может быть зарегистрировано термодатчиком 195В в форме повышения температуры (шаг 306). Конкретно, окружающая среда, всосанная в продувочное отверстие 195А и прошедшая мимо термодатчика 195В, имеет более высокую температуру, чем охлаждающая среда, преимущественно окружавшая термодатчик 195В до падения давления в проходе 120.

Этот подъем температуры в месте расположения термодатчика 195В регистрируется блоком управления 250 (например, путем сравнения с заранее определенным значением температуры, полученным из задаваемого блоком управления 240 значения температуры в данный момент) и может интерпретироваться как запрос на подачу большего количества охлаждающей среды в проход 120. В результате блок управления 250 управляет подающим устройством 215 таким образом, что скорость (и, тем самым, расход) среды возрастает. Соответственно, через канал 165 нагнетается больше охлаждающей среды в единицу времени. Вследствие падения давления в проходе 120, приводящего к поступлению окружающей среды через продувочное отверстие 195А в проход 120, большее количество охлаждающей среды втекает в проход 120.

Поскольку в единицу времени в проход 120 вводится несколько больше охлаждающей среды, чем выводится из прохода 120 собственными устройствами подачи среды через стеллажи 105, уровень охлаждающей среды внутри прохода 120 вновь постепенно поднимается, достигая позиции термодатчика 195В. В то же время разность давлений между проходом 120 и окружением уменьшается до тех пор, пока не прекращается всасывание окружающей среды через продувочное отверстие 195А в проход 120. Другими словами, термодатчик 195В со временем опять окажется в окружении охлаждающей среды, и происшедшее в результате падение температуры может быть зарегистрировано блоком управления 250. Конкретно, блок управления 250 может определить, что в проход 120 подано достаточно охлаждающей среды и может начать постепенное уменьшение скорости (и, тем самым, расхода) охлаждающей среды через канал 165, продолжающееся до тех пор, пока не будет вновь достигнута конкретная заданная температура, регистрируемая термодатчиком 195В.

Вышеупомянутая заданная температура может составлять величину, на несколько градусов Цельсия (например, от 1 до 8°С) превышающую среднюю температуру охлаждающей среды, поступающей в проход 120. Например, заданная температура может определяться динамически, исходя из температуры охлаждающей среды (замеряемой термодатчиком 235), регулируемой блоком управления 240. Любое заданное значение обладает тем преимуществом, что блок управления 250 может реализовать сценарий управления, не ограниченный увеличением расхода, начиная с конкретного номинального значения расхода, но может также начать с уменьшения начального расхода. Соответственно, если электропитаемое оборудование, размещенное в стеллажах, требует рассеяния меньшего количества тепла (и, следовательно, собственные устройства подачи среды должны подавать меньше охлаждающей среды из прохода 120 через стеллажи 105), температура, регистрируемая термодатчиком 195В, может опуститься ниже заданной температуры. Это снижение температуры может интерпретироваться блоком управления 250 как избыток охлаждающей среды, поданной в проход 120, и нагнетание охлаждающей среды в канал 165 (т.е. значение скорости среды) может быть уменьшено.

В опционном сценарии управления блок управления 250 при управлении подающим устройством 215 дополнительно учитывает сигнал, выработанный дополнительным термодатчиком 260 (если таковой имеется). Конкретно, блок управления 250 может управлять подающим устройством 215 в соответствии с разницей температур между температурой, замеренной термодатчиком 260, с одной стороны, и температурой, замеренной термодатчиком 195В, с другой. Например, блок управления 250 может быть выполнен так, чтобы управлять расходом охлаждающей среды таким образом, что в случае, когда заранее заданная разница температур, замеренных двумя термодатчиками 195В, 260, соответственно, уменьшается вследствие увеличения температуры, замеренной термодатчиком 195В, расход охлаждающей среды возрастает, и наоборот.

Ниже еще один вариант осуществления управления подающим устройством 215 будет описан со ссылкой на блок-схему 400 ФИГ.4. Вариант управления, показанный на ФИГ.4, может осуществляться альтернативно варианту управления, обсуждавшемуся выше в связи с ФИГ.3, или одновременно с ним.

На первом шаге 402 поддерживается заранее заданное значение температуры (в качестве параметра, взятого для примера) охлаждающей среды - до поступления охлаждающей среды в проход 120 и стеллажи 105. Как описано выше, этот шаг поддержания заранее заданного значения температуры охлаждающей среды выполняется блоком управления климатом 210 под управлением блока управления 240, регулирующего клапан 245 по температуре, замеренной термодатчиком 235.

На шаге 404 охлаждающая среда подается подающим устройством 215 через канал 165 в проход 120 и к сторонам подачи среды стеллажей 105. Затем, на шаге 406, определяется, отличается ли опрокидывание потока охлаждающей среды через стеллажи 105 от опрокидывания потока охлаждающей среды через подающее устройство 215.

На следующем шаге 408 осуществляется управление подающим устройством 215 в зависимости от различий опрокидывания потока, определенных на шаге 406. Такое управление может, например, иметь целью минимизацию различий опрокидывания потока или сохранение различий опрокидывания на заранее заданном уровне.

Следует отметить, что шаги 402-408 в типовом сценарии выполняются параллельно и повторно. Кроме того, как было объяснено выше, различия опрокидывания потока и любые изменения в этих различиях могут быть обнаружены на основе сигнала, выдаваемого термодатчиком 195В или любым другим датчиком, способным определять направление потока среды сквозь продувочное отверстие 195А.

В результате осуществления управления подающим устройством 215, проиллюстрированного на ФИГ.1-4, энергопотребление подающего устройства 215 может быть снижено, так как скорость его вентилятора может выборочно уменьшаться в тех случаях, когда электропитаемое оборудование, размещенное в стеллажах 105, требует меньшего охлаждения.

Хотя вышеописанные варианты включают лишь одно измерительное устройство 195, следует понимать, что два или несколько таких измерительных устройств 195 могут быть размещены в пространственно разнесенных верхних частях прохода 120. В этом случае термодатчик 195В каждого измерительного устройства 195 электрически соединяется с блоком управления 250. Блок управления 250 может тогда выполнять свои задачи управления исходя из наивысшего значения температуры, зарегистрированного любым из термодатчиков 195В. Кроме того, следует понимать, что и количество проходов 120, подсоединенных к каналу 165, может быть увеличено соответственно потребностям. В этом плане делается ссылка на схему расположения системы стеллажей, показанную на ФИГ.5. И здесь также идентичные или подобные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.

Согласно расположению системы стеллажей, показанной на ФИГ.5, имеется четыре параллельных прохода 120, причем каждый проход 120 определен двумя параллельными рядами 110, 115 стеллажей (на ФИГ.5 позиции проставлены только для двух конкретных рядов). Все отдельные проходы 120 соединены с одним и тем же каналом (см. позицию 165 на ФИГ.1 и 2). Каждый ряд 110, 115 стеллажей включает 9 или 10 стеллажных блоков. Каждый проход 120 включает, по меньшей мере, одно измерительное устройство 195.

Проходы 120 снабжаются охлаждающей средой от шести отдельных блоков нисходящего потока 205. Главный блок управления (не показан) управляет блоками нисходящего потока, и шесть блоков нисходящего потока 205 подсоединены в качестве подчиненных блоков к главному блоку управления. Главный блок управления осуществляет вышеописанные функции управления, связанные с блоком управления 250, а также дополнительные функции управления блоками нисходящего потока.

Главный блок управления выполнен так, что осуществляет операции управления исходя из наивысшей температуры, зарегистрированной любым из измерительных устройств 195, распределенных по отдельным проходам 120. В зависимости от потребностей в охлаждении, главный блок управления включает, выключает или переводит в резервный режим блоки нисходящего потока. Кроме того, главный блок управления управляет, в зависимости от максимальной замеренной температуры, скоростью (в диапазоне от 30 до 100% максимальной скорости) вентиляторов подающих устройств, связанных с блоками нисходящего потока 205, которые были включены. В то время как главный блок управления таким образом централизованно управляет суммарным расходом охлаждающей среды, каждый блок нисходящего потока 205 может осуществлять местное автономное управление температурой и влажностью охлаждающей среды, проходящей через данный отдельный блок нисходящего потока 205. Управление температурой и влажностью, осуществляемое отдельными блоками нисходящего потока, может производиться на основе заданной температуры, полученной от главного блока управления.

Общий принцип управления идентичен принципу управления, описанному выше в связи с ФИГ.1-4. Другими словами, на первом шаге максимальная температура, зарегистрированная любым из распределенных измерительных устройств 195, сравнивается с заданной температурой. В одном конкретном примере заданная температура устанавливается на величину от 1 до 6°С (например, от 2 до 4°С) выше температуры, заданной блоком управления 240 (см. ФИГ.2). Если максимальная температура, зарегистрированная любым из термодатчиков 195В, ниже температуры, заданной главным блоком управления, это является указанием на то, что блоки нисходящего потока 205 подают слишком много охлаждающей среды в отдельные проходы 120. Соответственно, расход охлаждающей среды будет снижен. С другой стороны, если эта максимальная температура выше заданной температуры, это можно рассматривать как указание на то, что блоки нисходящего потока 205 подают недостаточно охлаждающей среды в отдельные проходы 120. Соответственно, расход охлаждающей среды будет увеличен. Как отмечалось выше, к числу возможных мер управления расходом относятся включение или выключение отдельных блоков нисходящего потока 205 и управление скоростями вентиляторов включенных блоков нисходящего потока 205. Стратегии управления, которые могут быть применены контроллерами 240, 250, показанными на ФИГ.2, и главным блоком управления, включают пропорционально-интегральное регулирование, известное специалистам.

На ФИГ.6 показан вариант осуществления стеллажа 105, включающего несколько установочных пространств для приема полезной нагрузки, включая электропитаемое оборудование. Конкретно, на ФИГ.6а показан пустой стеллаж 105, могущий служить основой систем стеллажей, описанных выше в связи с ФИГ.1-5. Неиспользуемые установочные пространства стеллажа 105 могут быть закрыты панелями-заглушками, как показано на ФИГ.6b. Панели-заглушки предотвращают утечку охлаждающей среды, поданной в проход 120, из стеллажей 105. Вновь следует отметить, что для возможности эффективного охлаждения не требуется стопроцентного уплотнения.

На ФИГ.7 показан пол прохода 120. Как можно видеть на ФИГ.7, пол прохода полностью перекрыт решеткой 705. Эта решетка 705 оставляет большие открытые площади поверхности. Конкретно, около 90% площади поверхности решетки 705 проницаемо для охлаждающей среды. В результате применения решетки 705, показанной на ФИГ.7, требуется лишь сравнительно небольшой перепад давлений между каналом 165, с одной стороны, и окружающей средой прохода 120, с другой, для эффективной подачи охлаждающей среды в проход 120, что опять-таки позволяет эксплуатировать подающие устройства в блоках нисходящего потока на малых скоростях. Как отмечалось выше, во многих случаях оказывается достаточно перепада давлений менее 10 Па.

Различные методики охлаждения, обсужденные в настоящем описании, обеспечивают значительные преимущества в сравнении с известными методиками охлаждения, что иллюстрируют, например, ФИГ.8 и 9. На ФИГ.8 показано расположение системы стеллажей без разделения холодного и теплого проходов. Этот тип расположения системы стеллажей обычен для центров обработки данных с системами старого образца, не приспособленными специально для поддержания вентиляции в центре обработки данных. Как видно из выделений эллипсами, имеются различные зоны, в которых происходит смешивание свежей охлаждающей среды, подаваемой от пола, и нагретой охлаждающей среды, выходящей из стеллажей. Такое смешивание значительно снижает эффективность охлаждения в центре обработки данных. На ФИГ.9 показан другой вариант расположения системы стеллажей в центре обработки данных, на этот раз с разделением холодного и теплого проходов. Как видно из выделения эллипсом, все еще имеется зона, в которой может происходить смешивание свежей и нагретой охлаждающей среды.

Из сравнения эксплуатационных параметров для расположений систем, показанных на ФИГ.8 и 9, с эксплуатационными параметрами, приведенными на ФИГ.2, очевидно, что изложенная в настоящем описании методика охлаждения может быть реализована с использованием значительно меньших скоростей и перепадов давлений среды. Кроме того, охлаждающую среду, выходящую из блоков нисходящего потока 205, не требуется охлаждать так сильно, как в старых методиках, что также повышает общую эффективность охлаждения.

Повышенная эффективность охлаждения изложенной в настоящем описании методики иллюстрируется также графиками ФИГ.10. Как видно из ФИГ.10, температуры в верхних и нижних зонах прохода 120 (обозначенного на ФИГ.10 как «холодный проход») могут поддерживаться на уровне заметно ниже критической температуры 25°С даже в том случае, когда электрическая нагрузка, а вместе с нею и тепло, которое должно быть рассеяно, заметно возрастают. Вместо того чтобы воздействовать на температуру холодного прохода, всякое увеличение электрической нагрузки ведет лишь к нагреву помещения центра вне прохода 120 (обозначенного на ФИГ.10 как «теплый проход»).

Соответственно, ФИГ.10 иллюстрирует тот факт, что изложенная в настоящем описании методика ведет к высокой эффективности охлаждения. В то же время могут быть значительно снижены, по сравнению с традиционными методиками, энергозатраты и времена эксплуатации блоков нисходящего потока 205 (и в частности, подающих устройств 215). Дополнительным побочным эффектом может быть снижение скоростей вентиляторов подающих устройств 215 в большинстве вариантов эксплуатационных условий, что ведет к значительному снижению шума в помещениях центров обработки данных.

Хотя настоящее изобретение описано на примере частных вариантов осуществления, специалисту понятно, что настоящее изобретение не ограничивается описанными и проиллюстрированными конкретными вариантами его осуществления. Поэтому следует понимать, что раскрытое здесь является лишь иллюстрацией. Соответственно, изобретение ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Настоящее изобретение относится к системе стеллажей, в которую подается охлаждающая среда, например охлажденный воздух. Изобретение, далее, относится к способу определения климатических условий для такой системы стеллажей. Технический результат - определение преобладающих климатических условий в проходе, определенном несколькими рядами стеллажей, и эффективное управление параметрами охлаждающей среды в зависимости от определенных климатических условий. Достигается тем, что стеллажная система (100) включает несколько стеллажей (105), расположенных так, что между ними образуется, по меньшей мере, один проход (120). Этот проход (120) уплотнен таким образом, что по существу вся охлаждающая среда, поданная в проход (120), проходит через стеллажи (105). Предусмотрено продувочное отверстие, позволяющее выдуть охлаждающую среду из прохода (120) и впустить окружающую среду в проход (120). Для определения направления потока среды через продувочное отверстие предусмотрен датчик (например, термодатчик). В одном из вариантов осуществления сигнал, выработанный датчиком, используется для управления, по меньшей мере, одним параметром охлаждающей среды, подаваемой в проход (120). 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула