专利名称：使用烟囱的数据中心的对流冷却的制作方法
技术领域：
本说明书涉及冷却数据中心中的计算机。
背景技术：
计算机数据中心是容纳大量计算机(诸如数以千计或者数以万计的安装在机架上的计算机服务器和其它计算设备(例如，存储设备、电源和联网设备))的商用建筑。通常，计算机数据中心向多个分布式远程用户提供计算服务(诸如网页托管、搜索、电子邮件、视频和其它服务)。由于因特网连接的用户已经在数目上极大地增长并且他们需求的服务类型已经在复杂性上极大地增长，所以数据中心现在必须提供迅速增加的计算资源量。因而，数据中
心的规模已经增加，数据中心的数目已经增加，并且由于数据中心需要使用电子设备，所以数据中心的电力需求已经增加。由于数据中心使用的电功率的显著部分变为热,所以数据中心的冷却需求已经明显增加。
发明内容
在一个方面中，一种数据中心包括计算机组；充气室，与计算机组有流体连通；以及烟 ，与充气室有流体连通并且配置成使用来自计算机组的热以充分降低充气室中的气压以使得跨计算机组的气流足以冷却计算机组以用于正常操作。实现方式可以包括以下特征中的一个或者多个特征。助推风扇可以被配置成辅助来自充气室的气流经过烟囱。助推风扇可以无法引起充气室中的充分压强降以流动足以在不存在烟囱时冷却计算机组的空气。烟囱可以被隔热成减少向周围环境耗散来自烟囱内部的气流的热。烟囱可以被配置成从周围环境吸热。烟囱可以在充气室的底部上方延伸至少50英尺。充气室可以包括配置成分离充气室内的空气与充气室外部的空气的隔板。可移动通风帽可以附接到烟囱的上端并且配置成指引烟囱开口离开风的方向。围墙可以包围计算机组并且可以具有形成于其中的用于烟囱的开口和空气入口。流体注入器可以被配置成向流过计算机组并且流入充气室的入口气流施加流体(例如，水)。热交换器(例如，蒸发冷却器)可以被配置成冷却流过计算机组并且流入充气室的入口气流。计算机组可以包括计算机(例如，至少二十二个计算机)的机架。热源可以被配置成加热流过计算机组并且流入充气室的入口气流。热源可以是从充气室或者烟 提取的热空气。在另一方面中，一种为数据中心提供冷却的方法包括使气流流过计算机组并且流入充气室；使气流流入烟 的下部，烟 被配置成使用来自计算机组的热以降低充气室中的气压，烟 被配置成使用来自计算机组的热以充分降低充气室中的气压，从而使得跨计算机组的气流足以冷却计算机组以用于正常操作；以及使气流流出烟囱的上部。实现方式可以包括以下特征中的一个或者多个特征。可以用配置成使来自充气室的空气流过烟囱的助推风扇助推进入烟囱的气流。助推风扇可以无法引起充气室中的充分压强降以在不存在烟囱时充分冷却计算机组。烟囱可以被隔热成减少向周围环境耗散来自烟囱内部的气流的热。烟囱可以被配置成从周围环境吸热。烟囱可以在充气室的底部上方延伸至少50英尺。隔板可以分离充气室内的空气与充气室外部的空气。计算机组可以由围墙包围，围墙具有形成于其中的用于烟囱的开口和空气入口。可以调整附接到烟囱上端的可移动通风帽以指引烟囱开口离开风的方向。可以冷却流过计算机组并且流入充气室的入口气流。冷却可以包括向入口气流施加流体(例如，水)或者使入口气流流过热交换器(例如，蒸发冷却器)。计算机组可以包括计算机(例如，至少二十二个计算机)的机架。可以加热流过计算机组并且流入充气室的入口气流。加热可以包括从充气室或者烟 提取热空气。实现方式可以包括以下优点中的一个或者多个优点。可以使用更少部件并且因此以更低设施构造成本而且使用更少能量并且因此以更低设施操作成本来冷却数据中心中的计算机。例如，通过与常规数据中心冷却系统相比减少风扇和热泵的使用，可以增加数据中心能量效率并且可以减少数据中心功率消耗。另外，减少用于冷却数据中心而必需的部件数量可以改善数据中心的可靠性、可以减少用于构造数据中心而必需的成本和时间、可以减少数据中心维护成本并且可以减少用于使数据中心上线而必需的时间量。
图I是数据中心的横截面侧视图示意表示。图2是图I的数据中心的横截面平面图示意表示。图3是数据中心的一个备选实现方式的横截面平面图示意表示。图4是冷却计算机组的一个实现方式的流程图。在各种附图中的相似标号指示相似要素。
具体实施例方式可以用可以包括使用烟囱的对流冷却(诸如自然对流冷却)来实施数据中心冷却。可能希望使用一种使用尽可能少的部件并且消耗尽可能少的能量的装置、系统或者方法来冷却数据中心中的计算机。对流可以用来使得跨数据中心中的计算机组的气流冷却计算机。可以用配置成将来自计算机组的热空气引向烟囱的充气室(plenum)实施计算机的对流冷却。烟囱可以向数据中心外部的周围环境打开并且可以被配置成使用对流以引起跨计算机组以及沿着烟囱向上并且离开烟囱的气流。利用对流的数据中心冷却系统可以减少功率消耗、改善效率并且减少用于构造数据中心而需要的时间和开支。图I是数据中心100的横截面侧视图示意表示。图2是图I的数据中心的横截面平面图示意表示。参照图I和图2，数据中心100包括容纳大量计算机或者相似发热电子部件的围墙110 (例如，房间或者建筑)。计算机可以布置于多个平行行中并且装配于竖直机架102(诸如机架102a、102b)中的水平托盘上(计算机当然可以放置于其它定向(例如竖直托盘)中)。约二十二个计算机可以填充标准78"高的机架。空气可以从工作空间106跨托盘循环。在机架102的一侧上的工作空间106可以在某些境况中称为“冷过道(aisle)”，而在机架102的另一侧上的充气室空间144可以视为“暖过道”。计算机的机架的汇集一起可以提供计算机组120。围墙110可以包围或者容纳例如与数据中心100的操作和维护关联的其它硬件(未示出)和人员(未示出)。计算机组120可以包括配置成向多个分布式远程用户提供计算服务(诸如网页托管、搜索、电子邮件、视频和其它服务)的服务器。在机架102中的计算设备通常消耗电功率并且发热，并且这些计算设备可以包括用于将来自这些计算设备的热向流过托盘的空气耗散的散热器和热管。机架组可以是如下模块的部分，该模块包括配置成有助于从空气向流过计算机组120的冷却液(例如，流过在机架102附近的管的水)传热的传热结构或者机构(未示出)。计算机组120可以包括通风孔130 (例如，在机架中的相邻托盘之 间的空间)，这些通风孔流体性地连接计算机组120和充气室的充气室空间144。通风孔130可以允许流体(例如，空气)围绕和经过计算设备或者在作为计算机的机架102的一部分的相邻计算设备之间流动。计算机的机架102可以形成充气室壁140的部分(例如，充气室的侧部)。在一些实现方式中，计算机的机架形成充气室140的多个(例如，相反的)侧部。充气室空间144可以是由充气室壁140和计算机组120围绕的空间。充气室壁140可以分离充气室空间144中的空气与在围墙110内、但是在充气室空间144外部的围墙空间114。在一些实现方式中，充气室壁140可以包括用于有助于进入充气室空间144 (诸如用于维护位于充气室空间144内的装备或者计算机组120的可从充气室空间144接近的部件)的门(未示出)。充气室的充气室空间144可以流体性地连接到烟囱150。在一些实现方式中，烟囱150可以除了经过充气室空间144之外与围墙空间114流体性地隔离。烟囱150可以经过形成于围墙110中的烟囱开口 116从数据中心100伸出。在一些实现方式中，烟囱遮雨板(flashing) 118可以保护数据中心的内部免受围绕数据中心100的周围环境102影响。烟囱150可以在计算机组120上方、在充气室140的底部上方或者在一些其它适当参考点上方延伸烟囱高度H。例如，烟囱高度H可以多于50英尺(诸如多于100英尺)。这样的烟囱可以基本上相配于多层建筑的架构外壳内。在这一情况下，数据中心可以位于多层建筑的底部地板上并且利用烟 效应而几乎没有或者没有来自外界的视觉影响。备选地，退役的工业设施的高大烟囱可以转换成这一用途。更高大的烟囱(诸如高至350英尺)可以在屋顶上方延伸或者并入高大结构(诸如风轮机的塔)中。可以使烟囱高度H充分大，从而使得可以出现的经过计算机组120、充气室空间144和烟囱150的充足气流主要为自然对流。也就是说，可能希望使烟囱高度H大到足以使得经过烟囱150的自然对流可以使经过计算机的足够气流在某些条件(诸如正常操作条件)期间充分地冷却计算机。烟囱150可以具有在围墙110内的下烟囱部分152和在围墙110上方的上烟囱部分154。在一些实现方式中，如下文进一步讨论的那样，烟囱156的外表面可以由隔热体(未示出)隔热，这可以是为了防止烟囱150内的空气的热耗散而希望的。烟囱150可以包括烟囱出口 158，烟囱中的空气可以经过该出口离开烟囱150并且进入周围环境102。离开烟囱150的空气可以称为废气。可选地，通风帽(cowl) 160可以在烟囱出口 158附接到烟囱150。通风帽160可以被形成为指引废气流出通风帽出口 166。在一些实现方式中，通风帽160可以是可移动的(诸如可旋转的)，从而使得通风帽出口 166的方向可以是可调的。数据中心100可以包括形成于围墙110中的围墙入口 170。在一些实现方式中，可能希望将围墙入口 170充分远离烟囱150定位以减轻或者防止从烟囱出口 158到围墙入口170的气流。这样的气流可能是不希望的，因为离开烟囱出口 158的废气可能比周围环境102温度更高。废气流入围墙入口 170因此可能减少流过计算机组的空气的冷却有效性。另外，废气这样流入围墙入口 170可能减少对流，这可能减少经过计算机组的空气的流速，这可能进一步减少流过计算机组120的空气的冷却有效性。如果在烟囱150中的空气与流入计算机组中的空气之间的温度差变得过小而无法维持经过烟囱150的对流，则这样的废气再循环可能暂停对流。这样的无法维持对流可能中断对计算机的冷却。在一些实现方式中，增加烟囱150的高度H可以减少废气这样流入围墙入口 170的可能性。备选地或者附加地，围墙入口 170可以在水平方向(例如，与烟囱150的长度方向垂直的方向)上从烟囱150更远地移开。在一些实现方式中，围墙入口 170可以包括配置成冷却进入数据中心100的气流的热交换器174。热交换器174可以例如包括蒸发冷却器。围墙入口 170也可以包括配置成向进入数据中心100的气流(可以称为入口气流)施加流体178 (诸如水)的注入器176。如下文进一步讨论的那样，流体178的蒸发可以冷却入口气流。备选地，注入器176可以向 入口气流中注入某一其它冷却流体(诸如气体)。如下文进一步讨论的那样，冷却经过围墙入口 170的气流可以诸如通过改善经过烟囱150的对流来改善对计算机组的冷却功效。可选地，如下文进一步讨论的那样，充气室140或者烟 150可以包括可选助推风扇180。助推风扇180可以例如定位于下烟囱部分152中、上烟囱部分156中、充气室140的顶部(充气器140在该顶部与烟囱150接合)中或者某些其它适当位置中。通风孔130、充气室140、烟囱150、可选通风帽160、围墙入口 170和有关部件可以统称为数据中心100的冷却系统的部分。图3是数据中心100的一个备选实现方式的横截面平面图示意表示。充气室空间144’至少部分由充气室140’和计算机组120围绕。充气室空间144’还由隔板320围绕，从而使得充气室空间144的部分经过隔板空间324流体性地连接到围墙空间114。隔板324可以被配置成限制经过隔板324的气流、由此至少部分地分离充气室空间144’内的空气与围墙空间114中的空气。在一些实现方式中，隔板324可以足够大以允许人类进入充气室空间144’，诸如用于维护位于充气室空间144’内的装备或者计算机组120的可从充气室空间144’接近的部件。在一些其它实现方式中，充气室140可以包括用于有助于进入充气室空间144’的门(未示出)。图4是冷却计算机组100的一种实现方式的流程图。气流方向由图I-图3中的箭头指示。空气可以经过围墙入口 170进入数据中心100。在一些实现方式中，可以冷却流过围墙入口 170的入口气流(步骤410)。例如，冷却流体(未示出)可以流过热交换器174以冷却入口气流。冷却流体可以例如由位于数据中心100外部的冷冻器(未示出)冷却。在一些其它实现方式中，入口气流可以流过通道(未示出)，并且可以向通道施加流体(诸如水)以蒸发地冷却通道，这些通道由此可以冷却入口气流。在一些实现方式中，注入器176可以向流过围墙入口 170的空气施加流体178，并且流体178可以例如是水。可以例如通过向入口气流中喷射流体178来执行注入器176对流体178的施加。例如，可以用小滴、雾状或者雾化形式施加或者喷射流体178。蒸发入口气流中的流体178可以冷却入口气流。另外，在一些实现方式中，可以加热流过围墙入口 170的入口气流(步骤410)。例如，可以经过热交换器174循环暖水或者可以再循环来自充气室144或者烟筒(stack) 154的一些暖空气以提供加热。空气可以流过计算机组120、流过充气室140并且流入烟囱150 (步骤420)。已经从计算机组120吸热的进入充气室140和烟 150的空气可以具有比周围环境102相对更高的温度。烟囱150中的相对热空气因此可以具有相对于周围环境102的浮力。这一浮力可以相对于围墙空间114减少充气室空间144中的气压，并且这一效应可以称为烟筒效应。充气室空间144中的气压相对于围墙空间114的减少可以称为气压降。烟筒效应可以有助于经过数据中心100的空气的自然对流。可以设计冷却系统从而使得烟筒效应足以引起充气室空间144中的充足气压降以实现经过围墙入口 170、经过计算机组120、经过充气室140以及经过并且离开烟囱150的充足气流以有助于计算机组120的正常操作。具体而言，可以设计烟囱150的高度H以引起充气室空间144中的充足气压降。作为示例，在一些实现方式中，可以实现数据组120的充分冷却，其中充气室空间144中的气压比围墙空间114中的气压小O. I巴。一般而言，压强差可以至少约为O. 5毫巴(O. 2in-wg)，这代表经过服务器托盘或者跨翅片管热交换器盘管的压强降。在一些实现方式中，可以使用以下关系来计算由烟筒效应引起的气压降
权利要求
1.一种数据中心，包括 计算机组； 充气室，与所述计算机组有流体连通；以及 烟囱，与所述充气室有流体连通，并且配置成使用来自所述计算机组的热以充分降低所述充气室中的气压，以使得跨所述计算机组的气流足以冷却所述计算机组以用于正常操作。
2.根据权利要求I所述的系统，还包括 助推风扇，配置成辅助来自所述充气室的气流经过所述烟囱。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述助推风扇无法引起所述充气室中的充分压降以流动足以在不存在烟囱时冷却所述计算机组的空气。
4.根据权利要求I所述的系统，其中所述烟囱被隔热成减少向周围环境耗散来自所述烟囱内部的气流的热。
5.根据权利要求I所述的系统，其中所述烟囱被配置成从周围环境吸热。
6.根据权利要求I所述的系统，其中所述烟囱在所述充气室的底部上方延伸至少50英尺。
7.根据权利要求I所述的系统，其中所述充气室包括配置成分离所述充气室内的空气与所述充气室外部的空气的隔板。
8.根据权利要求I所述的系统，还包括 可移动通风帽，附接到所述烟囱的上端，并且配置成指引烟囱开口离开风的方向。
9.根据权利要求I所述的系统，还包括 围墙，包围所述计算机组，并且具有形成于其中的用于所述烟囱的开口和空气入口。
10.根据权利要求I所述的系统，还包括 流体注入器，配置成向流过所述计算机组、并且流入所述充气室的入口气流施加流体。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述流体包括水。
12.根据权利要求I所述的系统，还包括 热交换器，配置成冷却流过所述计算机组、并且流入所述充气室的入口气流。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述热交换器包括蒸发冷却器。
14.根据权利要求I所述的系统，其中所述计算机组包括计算机的机架。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述计算机组包括至少二十二个计算机。
16.根据权利要求I所述的系统，还包括配置成加热流过所述计算机组、并且流入所述充气室的入口气流的热源。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述热源是从所述充气室或者烟囱提取的热空气。
18.一种为数据中心提供冷却的方法，包括 使气流流过计算机组并且流入充气室； 使所述气流流入烟 的下部，所述烟 被配置成使用来自所述计算机组的热以降低所述充气室中的气压，所述烟 被配置成使用来自所述计算机组的热以充分降低所述充气室中的气压，从而使得跨所述计算机组的所述气流足以冷却所述计算机组以用于正常操作；使所述气流流出所述烟園的上部。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括 利用配置成使来自所述充气室的空气流过所述烟囱的助推风扇，助推进入所述烟囱的气流。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述助推风扇无法引起所述充气室中的充分压降，以在不存在所述烟 时充分冷却所述计算机组。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述烟囱被隔热成减少向周围环境耗散来自所述烟囱内部的所述气流的热。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述烟囱被配置成从周围环境吸热。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述烟囱在所述充气室的底部上方延伸至少50英尺。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述充气室包括配置成分离所述充气室内的空气与所述充气室外部的空气的隔板。
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述计算机组由围墙包围，所述围墙具有形成于其中的用于所述烟囱的开口和空气入口。
26.根据权利要求18所述的方法，还包括 调整附接到所述烟囱上端的可移动通风帽以指引烟囱开口离开风的方向。
27.根据权利要求18所述的方法，还包括 冷却流过所述计算机组、并且流入所述充气室的入口气流。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述冷却包括向所述入口气流施加流体。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述流体包括水。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述冷却包括使所述入口气流流过热交换器。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述热交换器包括蒸发冷却器。
32.根据权利要求18所述的方法，其中所述计算机组包括计算机的机架。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述计算机组包括至少二十二个计算机。
34.根据权利要求18所述的方法，还包括加热流过所述计算机组并且流入所述充气室的入口气流。
35.根据权利要求34所述的方法，其中加热包括从所述充气室或者烟 提取热空气。
全文摘要
一种数据中心包括计算机组、与计算机组有流体连通的充气室和与充气室有流体连通的烟囱。烟囱被配置成使用来自计算机组的热以充分降低充气室中的气压以使得跨计算机组的气流足以冷却计算机组以用于正常操作。
文档编号G06F1/20GK102812412SQ201080056706
公开日2012年12月5日 申请日期2010年10月25日 优先权日2009年10月30日
发明者A·B·卡尔森, J·克利达拉斯, C·G·马隆 申请人:埃克弗洛普公司