[0048]该部分描述了模块化构造用于数据中心的热力学有效和空间最小的冷却系统的方法，该冷却系统有效地结合了数据中心基础设施、功率分布、网络分布和装备安装设备“架”的其它所需元件。为了说明的目的，我们称该系统为模块化配置系统(MDS)。
[0049]数据中心基础设施的四个主要部件是:装备(服务器、开关、存储器等)物理支撑件和壳体；功率输送和控制/监控；热移除；以及数据通信。许多其它问题也与数据中心配置相关，但是这四个限定出物理空间，并指示出机房的形式和功能，因此，指示出搜索、配置、操作和所有权的成本的主要部分。
[0050]功率进-功率出等式的核心是从电子数据处理装备(尤其是服务器，因为它们通常使用大多数功率，在随后的讨论中，服务器用作示例，但是任何高功率用途的EDP装备可用作示例)中提取热量，并从数据中心移除热量。最常见的做法是输送冷空气形式的冷却物，并让位于服务器内的风扇使空气循环通过每个服务器以冷却内部部件。当“功率密度”增加时，这变得更加困难。由于这是等式的核心，所以这是本发明的主要焦点。解决冷却剂到服务器的有效输送是本发明的重要意图。在高功率密度的情况下，冷却是要解决的最困难的问题。在解决该问题时，可有效地解决其它问题，并优化为综合的基础设施方案。解决冷却问题允许在优化和结合所有其它三个主要基础设施元件的情况下进行设计。
[0051]因为大多数当前的冷却方法依靠传统空气调节(A-C)技术，使用室内空气受限于如何从A-C单元(通常称为计算机室内空气调节器或CRAC)的输出输送多冷和每单位时间多少体积的空气。循环方法尽管多年十分有效，但是已达到它们的自由抽吸和特征的实际极限。现在，通常以高成本配置具有空气管道的复杂系统，使得数据中心的先前体积空间，以及关于装备放置方面迫使十分有限的选择。这些管道系统高度定做，并且一般是复杂的。
[0052]传统空气输送和返回的管道或者使用加压气体(碳氟化合物相变气体)系统的严重限制性是对于用于装备/管道的装备架上的空间的需求。这限制了使用该空间用于其它基础设施部件，比如功率和网络分布。而且，由于地板(提升地板)下方的空间必须保持没有会阻碍气流的部件，所以功率输送和通信通常也提升至架上方的空间，这与冷却管道有冲突。
[0053]理想方案是在人员安全冷却介质(AIR)的情况下输送充分的冷却，使得有效地移除大量热量，而不会使用所有底层地板区域，并且能够基于每个服务器的需求调节空气至每个EDP装置(例如服务器)的输送。每个服务器仅需要补偿消耗的功率所必要的冷却量。如果关掉服务器，例如，不需要冷却空气。在敞开机房中将冷却空气从不使用的或功率有限的位置移动至更高需求位置是效率低的。
[0054]图1示出与本发明相关的普通冷却部件的主要元件。当配置该冷却方法时，可以解决基础设施的所有四个主要部件。功率输送和数据通信可以移回到地板下方，以重新利用架上方的空间用于配置额外服务器，或者另行安排，如最有利的。这通过本发明进行的配置方法而是可能的。冷却空气到更小套的底层地板或高架管道(相对于在提升地板示例中使用底层地板作为空气夹层)或机房中的敞开空气(在等内示例中)的限制释放了其它基础设施元件的设计，因为它们不具有空气动力功能或才对冷却气流通道没有影响。此外，以设计上模块化的方式描述了容纳装备的器件，从而允许在配置的最大密度情况下，配置广泛的装备构造。在所有组合基础设施元件的优化的一些可能损失的情况下，本发明还适于用在更传统和常规的数据中心构造中。
[0055]现在描述本发明的一种可能例示。转向图1，冷却系统的主要部件之一是传统高输出CRAC单元(1)。这些现在以100150吨和更高的容量而可用。一吨冷却相当于12000BTU(英国热单位)或约3517瓦时。这意味着可移除每100吨冷却、约352000瓦时热量。示出CRAC单元，因为其在该示例中是冷却空气的现成可用源。可以利用供应冷却空气的其它方式。一些示例会位于供气源的外部(通常过滤过)，位于空气热交换器外部等)。CRAC单元的输出在数据中心的提升地板下方耗尽。在这方面，来自CRAC单元的输出的空气收集盒联接到一个或多个空气压缩器(2)，通常为常规轴向压缩器风扇或涡轮风扇。这些风扇从CRAC单元的输出获得相对低压力空气，从而输送大约2英寸H20压力，并增加空气压力至1.5巴。空气压力增加至环境压力的1.5倍导致空气能够经由更小的管道网路(3)输送至每个服务器，并还允许移除每个服务器中的使用风扇的所有点。后者是重要的增益，因为在小的1U外壳中使用的小风扇具有有限的效率。
[0056]冷却的空气一直“加压”至其经由调节器分布器(4)进入服务器(或任何需要冷却的装备)。示出单个调节器(4)，其使竖直布置的空气柱转动，并将其传送到连接到ESM的凸缘中和/或将冷却空气引导至服务器或其它EDP装置。ESM(或常规架)可结合密封件和/或其它方法来确保通过调节器输送至ESM的加压冷却气流充分地传送通过EDP装备。该凸缘可直接连接到服务器以用于更好的密封，并可结合柔性密封件来容纳标准尺寸和构造的一系列EDP装备。示出约17”宽与1.5”高的凸缘。这与常用选择的尺寸封装的产业标准后侧或前侧面板尺寸(还已知为“1-U”格式)匹配。该凸缘可不同地成型以用冷却空气服务于多于1U (从而每个架要求更少的调节器)，但是我们选择1U来强调，本发明可控制冷却至装备等级的单独部分。允许调节器将冷却空气供给至非标准EDP装备构造(例如，并排冷却模型与正常的前后模型)的其它适配器是可能的。
[0057]示出堆叠成12个示例组(5)的大量这些调节器。调节器尺寸的其它模块化组合是可能的，比如1U+4U+1U+2U+2U+4U，但是我们描述一套1U调节器用于该示例，如上所述。该分配器堆叠称为调节器模块RM。注意到模块(5)的楔形形状。这是用于改进的空气输送模型，并允许由面向相反方向的另一套RM支撑，利用尽可能少的空间。由调节器⑷和RM(5)输送的空气被输送至装备支撑模块(ESM) (6)。该ESM的功能类似于传统装备架，并可由传统架替换。ESM可保持传统大小的EDP装备，如同架一样，或者可具有专门设计用于ESM的装备。ESM和传统架之间的重要区别在于，ESM是互锁在一起形成各种高度、宽度和深度的模块组(称为单体)的模块(一套更大模块的一部分)。该互锁单体结构允许由架使用最少的空间，并使用于配置服务器或任何其它电子数据处理?DP)装备的立体空间最大。使数据中心机房的立体体积的使用效率最大是关键点和很大的益处。
[0058]设计核心是基于EDP装置的热输出调节气流到每个EDP装置的能力，热输出与EDP装置的功率使用直接成比例。图2是穿过调节器(2)的横截面的顶视图。调节器(20)的正交透视图有助于显现气流(1)穿过调节器在其路径上到达模块中的其它调节器。示出具有处于关闭位置的气阀(3)的示例调节器(2)。空气(1)笔直流过调节器主体(20)。示出调节器机构(21)的爆炸图。空气从竖直管道开口(8)输送至调节器，在该示例中被加压至约7psig。压力可高于或低于此，但是7psig是标称值。使冷却空气输送至其本身的每个EDP装置可通常消耗200和500瓦特之间的电能。输送合适的冷却至该功率水平的能力要求平均200瓦特冷却，或者约853BTU的热移除。用于空气的热传输能力的一般空气等式是2BTU/100立方英尺/度。空气体积的平均热增益是约50度。因此，可以说，每个服务器每小时需要平均853cu.ft.，或者平均每分钟需要14.2cu.ft.。因此，调节器的总输送容量必须为每分钟28.4(30) cu.ft.。在6psig(由于调节器的竖直堆叠中的损失而降低)下，总共约1平方英寸的尖锐边缘矩形开口有必要用于允许该体积的空气。气阀门(4)显示为具有7个开口，开口具有1英寸高与.15英寸宽。当打开时，调节器阀孔稍微大于1平方英寸。因此，从没有气流至约30cu.ft.可以利用该尺寸的阀来实现。
[0059]阀控制冷却空气流至ESM(或传统架)的包含要冷却的装备的区域。描述了该阀的一种可能构造和操作该阀的一种方法，许多情况是可能的。所述阀通过双金属条的动作来操作，它们可以是电机驱动或另外致动的。有若干方式来调节该阀或一套阀的操作。在最简单的情况下，其可以手动地设定，但是最常见和期望的方法是具有自动和可调的调节方法。
[0060]被控制的反馈环是将装备温度水平维持在期望值所需的冷却空气量。这可经由许多参数来控制，使用独立于其它参数或与其它参数结合的每个控制参数。它们中的许多描述于“Air Based Cooling for Data Center Racks”的美国专利申请出版物US2010/0149754-A1，该申请作为引用并入本文。例如，一些可能控制参数是功率消耗、装备出口空气温度、装备入口空气温度、装备内部部件温度(例如CPU温度)、架的选择区域中的空气温度(入口和/或出口空气侧两者上)、空气流率、气流质量速率、气流方向、空气压缩度、背气压、红外水平等。这些可以测量或结合进本发明中，从而以许多方式调节系统在阀或一套阀处的输出，使用各种控制参数传感器、其它环境或系统传感器、系统控制逻辑通信(可集中和/或分布，并结合命令/控制，报告给集中控制台和/或其它设施/环境控制软件系统)及控制冷却气流的压力、体积和输送的系统元件之间的各种通信方法，注意的是，传感器(和/或控制逻辑)可添加到或结合进ESM(或传统架)和/或EDP装备(许多服务器已具有温度传感器，例如)，如最有利的。在系统元件之间使用的通信方法可以根据需要改变，例如有线路由、串行(USB、RS-232、RS-449、许多其它类型)、X-10、专有的、许多其它类型或无线(蓝牙、802.11、专有的、许多其它类型)均可单独地或结合地使用以使该系统在给定设施中最佳地工作。可以使用在有线或无线通信链接中的各种协议，比如TCP/IP、令牌网、专有的、其它等。通信方法可以加密和/或使用授权、证明和其它数字防伪技术，以在需要时保证更高的安全性。现在，我们描述本发明的一种可能例示，其使用装备功率消耗作为控制参数。其显著简单和良好。
[0061]调节器包括气阀门(4)、气阀(3)、气阀(3)绕其枢转的枢转点(10)、最大闭合止动件(12)、最大打开止动件(11)、弹簧(9)、推杆(7)、双金属致动器(5)和与到由该调节器服务的电子装备的电源输入串联的电线￠)。该调节器(2)显示为闭合位置，因为电子装备没有消耗任何电流，没有电流流过电线(6)并由此流过双金属致动器(5)。双金属调节器主要工作成粘合在一起的两个不相同的金属在施加热量时会弯曲。该弯曲是每种金属的不同热膨胀系数的产物。金属厚度和尺寸选择成电流穿过双金属链路而为电流量的总电阻导致每安培电流1/10瓦特热量。