专利名称：利用再循环空气对数据中心中的空间进行冷却的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过使用再循环空气对数据中心中的空间进行冷 却的装置和方法，该空间是空气湿度和温度可调节的，并且在该空间中布
置了 ICT和/或电信设备。
背景技术：
数据中心是众所周知的并且通常包括至少一个空间，其中布置了 ICT 和域电信设备，例如计算机、服务器或网络设备。为了设备的正常运行， 在空间中保持适当且稳定的温度和空气湿度是很重要的。设备的适当运行 温度在大约20 。C到大约25 。C之间，适当的空气湿度在大约45%到大约 55%之间。考虑到ICT和/或电信设备产生的热量，需要对该空间进行冷却 以使其保持在稳定的温度和空气湿度下。数据中心通常每天24小时、每周 7天运行，因此实际上应该对ICT和/或电信设备连续地进行冷却。数据中 心中的经过调节的空间可由人员进入，因此是通风的。
为了对空间进行冷却，通常设置了活地板，冷空气流从该地板下面吹 出。经由地板中的孔，将空气流吹入到空间中。在空间的顶部，抽出变热 的空气流，并在冷却之后，将冷却后的空气流再次从活地板下面吹出。从 而，空气流在空间中得以再循环。
空气流由冷却单元冷却，冷却单元通常为压縮冷却单元，在其中制冷 剂被压縮。变热的空气流放出热量给制冷剂或者给作为中间介质的冷却液。 通常采用水作为中间介质，以便将释放出的热量带出空间。
ICT和/或电信设备通常放置在系统机柜中。已知的系统机柜可以采用 垂直方式或水平方式进行冷却。对于垂直方式的冷却，冷空气流从系统机 柜的底部吹入系统机柜中，然后通过风扇向上传输，沿其路径对设备进行 冷却。 一个缺点是冷空气流逐渐变热，使得系统机柜上部区域中的空气流 比系统机柜下部区域中的空气流要热。由于系统机柜中冷却设备的空气流的这种逐步变热的情形，系统机柜中仅能够放入有限数量的设备，使得无 法利用整个系统机柜。
对于水平方式的冷却，通过ICT和/或电信设备的风扇，使冷却的空气 流水平地通过布置在系统机柜中的设备。变热的空气流在后部离开系统机
柜。 一个缺点在于 一个系统机柜的变热的空气流会与另一系统机柜的冷 却的空气流相混合。垂直冷却的另一缺点是冷却的空气流会与变热的空气 相混合，从而无法对任何设备进行冷却。
在已知的方式中，无法有效地完成通过再循环空气对布置了 ICT和/或
电信设备的数据中心中的空气湿度和温度可调节的空间进行冷却。通常， 空气流被冷却到比运行温度低很多的温度。进一步，采用了相对复杂的冷 却单元，并且冷却会有很多损失。因此，需要很多能量，数据中心的电费 很高。特别在大型数据中心的情形下，能量消耗的费用因此会占据数据中 心全部运行费用中的很大一部分。由于制冷剂一般是推进剂， 一旦出现制 冷剂从冷却单元中泄漏，推进剂可能最终会进行大气中，从而造成环境影 响。另外，由于使用水来耗散从空间释放出的热，因此空间中会存在水管。
这些水管可能会突然出现泄漏，从而对于布置在空间中的ICT和域电信设 备造成危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种在本发明开篇所提到类型的装置，该装置在 保留上述优点的同时还能够消除上述缺点。
为此，本发明提出了一种用于冷却的装置，所述装置利用再循环空气 对布置了ICT和域电信设备的数据中心中的空气湿度和温度可调节的空间 进行冷却，其中所述装置包括空气-空气热交换器，其中将由所述设备变 热的再循环空气作为第一空气流供应给所述空气-空气热交换器，并且其中 使用单独的第二空气流来冷却所述第一空气流。
通过提供空气-空气热交换器，无需再使用复杂的利用制冷剂和任何中 间介质的冷却单元，使得冷却更有效地完成。这可以节约相当多的能量， 并由此节约了费用。另外，也减少了环境影响，这是因为需要更少的能量。
由于不再需要制冷剂，因此还减少了由于推进剂泄漏所产生的环境影响。
优选地，将空气-空气热交换器设计为转轮式热交换器(heat wheel)。
将转轮式热交换器作为热交换主体的优点是以高效的方式将热量从第一空
气流传递到第二空气流。另外，第一空气流和第二空气流之间的湿气输送
可以最小，使得第一空气流的空气湿度保持近似相等。对于实际中对数据
中心空间中的再循环空气进行的连续冷却，可以以特别高效的方式利用转
轮式热交换器。此外，冷却的第一空气流的温度可以近似等于运行温度。 在具有与荷兰相类似类型的气候的地区中，当使用外部空气流作为第二空
气流时，能够在几乎80%的时间中使用不停止运行的转轮式热交换器。只
有剩余的20%的时间中，外部的空气流可能太热，可能需要有限的额外冷
却来补充转轮式热交换器的冷却。注意在本文中，将转轮式热交换器理
解为具有可旋转布置的板形热交换主体的空气-空气热交换器。热交换主体
优选基本由金属构成。然后，热交换主体优选地延伸穿过两个气室之间的
分隔物，其中分别引导第一空气流和第二空气流通过两个气室。热交换主
体优选是盘形的，并且热交换主体任选地可以具有穿孔。为优美起见，将
热交换主体水平地放置。从而能够获得的是热交换主体的尺寸不再需要比
传统楼层的高度更高的建筑高度。
利用转轮式热交换器，对于数据中心而言，可以实现充分大的冷却能
力，而第一空气流和第二空气流之间的泄漏(如果有的话)不会给该应用
带来任何问题。
大的冷却能力例如可以通过制造大设计的转轮式热交换器或使用多个 较小的转轮式热交换器来获得。大的转轮式热交换器的旋转速度可以在大 部分的时间内保持较低，而同时可以获得充足的冷却能力并且限制了泄漏。
优选地，独立于由设备变热的空气流，将由空气-空气热交换器冷却的 第一空气流供应给设备。这防止变热的第一空气流与冷却空气相混合，使 得空气-空气热交换器所冷却的空气流的温度可以近似等于期望的运行温 度。这将进一步节约能量，由此进一步节约费用。
在另一有利的实施例中，从所调节的空间的外部供应第二空气流。这 可以是例如来自数据中心中另一空间的空气，或者外部的空气。通过利用 例如外部的空气，可以以有利的方式冷却再循环空气。
8本发明还涉及一种利用再循环空气对布置了 ICT和/或电信设备的数据 中心中的空气湿度和温度可调节的空间进行冷却的方法，并且本发明还涉 及转轮式热交换器的用途，所述转轮式热交换器用于对布置了 ICT和/或电 信设备的数据中心的空气湿度和温度可调节的空间的再循环空气进行冷 却。本发明的其它有利的实施例在从属权利要求中给出。
参照附图中表示的示例性实施例，本发明将得到阐明。在附图中-图l示出了具有设备的空间的示意图；以及 图2示出了空气-空气热交换器的示意图。
具体实施例方式
注意附图仅仅是本发明优选实施例的示意性表示，通过非限制性的 示例性实施例对本发明进行描述。在附图中，相同或相对应的部件采用相 同的附图标记来表示。
在图1中，示出了数据中心内的被调节的空间1。在空间1中，保持稳 定的温度和空气湿度。优选地，空气湿度处于45%到55%之间。在空间1 中，布置ICT和/或电信设备2。设备2产生热量，并因此使用在空间1中 再循环的空气流对设备2进行冷却。优选地，设备的运行温度在20 。C到 25。C之间。为了空气再循环和冷却的目的，空间1具有活地板3。
设备2包括例如计算机、网络或服务器设备，并且设备2优选布置在 系统机柜14中。在该示例性实施例中，系统机柜14具有前部4和后部5， 冷却的第一空气流被供应到前部4，变热的第一空气流沿着后部5离开。设 备2具有前部16和后部17，前部16面对着系统机柜14的前部4，后部17 面对着系统机柜14的后部5。
为了防止变热的空气流与冷却的第一空气流相混合，系统机柜14的前 部4彼此相对，从而形成"冷的走廊"6。在该示例性实施例中，冷的走廊 6利用侧壁和顶篷7来封闭，从而在空间1中建立封闭的空间，并且将变热 的第一空气与冷却的第一空气流完全分开。通过冷却装置8来对变热的第 一空气进行冷却，并且冷却的第一空气流从活地板3下面向上吹出。空间1中的第一空气流的再循环如下进行。冷却的第一空气流9从活 地板3下面吹出。在邻近系统机柜14的前部4的地板上有孔，通过该孔吹 入冷却的第一空气流9。冷却的第一空气流9供应到系统机柜14的前部4， 并且通过布置在系统机柜14中的设备2的风扇吸到后部5。在途中，设备 2被冷却，作为结果，使冷却的第一空气流变热，第一空气流作为变热的第 一空气流10在后部5从系统机柜14离幵。 一旦穿过了系统机柜14，冷却 的第一空气流9将被平均加热约6至12 °C，从而产生变热的第一空气流10。 变热的第一空气流10在冷的走廊6之外，并且由于顶篷7而无法与冷却的 第一空气流9相混合。因此，不会出现损耗，并且冷却的第一空气流9可 以以设备2的运行温度(处于20。C一25。C之刚提供给设备2。这样，从 冷却装置8的出口 19离开的冷却的第一空气流9经由供应管道15单独地 供应给设备2的前部16。变热的第一空气流IO经由排放管道(未示出)在 顶篷附近从空间l排出，并供应给冷却装置的进口 18。这样，第一空气流 在空间1中再循环，同时在该示例性实施例中冷却的第一空气流9与变热 的第一空气流10分开。
将冷却装置8设计为空气-空气热交换器8，变热的第一空气流10被供 应给空气-空气热交换器8。在空气-空气热交换器8中，使用单独的第二空 气流12来冷却变热的第一空气流10。优选地，如图1中所示，从空间1的 外部供应第二空气流12。在有利的实施例中，第二空气流12为外部空气。 在空气-空气热交换器8中，第一空气流10和第二空气流12保持相互分开， 因此不会发生或者基本上不会发生第一和第二空气流相混合。
图2示出了空气-空气热交换器8的示意图。空气-空气热交换器8具有 板形的热交换主体13，例如具有空气能够通过的小孔的基本上由金属构成 的板。该板可以具有任何形状，但该板优选是矩形或圆形的。还可以将热 交换主体13设计成板形的盘，该盘由加工成波纹状的金属板绕制而成。可 旋转地布置热交换主体13，并且热交换主体13连续地通过变热的第一空气 流10和较冷的第二空气流12。热交换主体13延伸穿过两个气室之间的分 隔物，其中分别引导第一空气流10、 11和第二空气流12通过这两个气室。 任选地，可以提供刷子，其防止空气与转轮式热交换器一起通过分隔物， 使得泄漏受到限制。任选地，如果需要，可以在气室之间的分隔物内设置混合室，以防止空气流之间出现不必要的交换，例如湿气进入或湿气损失。
当热交换主体13通过变热的第一空气流10时，热交换主体13被加热 并且变热的第一空气流10被冷却成冷却的第一空气流。接下来，变热的热 交换主体13通过进入的冷的第二空气流12，从而第二空气流12被加热成 暖的离开的第二空气流，并且热交换主体13得以冷却。
在有利的实施例中，将空气-空气热交换器8设计为转轮式热交换器， 如图2中所示。在转轮式热交换器中，将热交换主体13设计成圆形的薄金 属轮，其具有空气可以通过的小孔。转轮式热交换器的优点在于可以使第 一空气流和第二空气流之间的湿气传递最小，使得第一空气流9的空气湿 度保持基本上不变，从而使得空间1中的空气湿度保持基本上不变。在本 文中，没有更详细地论述转轮式热交换器的构造，原因在于它对本领域技 术人员而言是公知的。在出版物"Hoval Rotary Heat Exchanger for Heat Recovery in Ventilation Systems" HW 60aEl 11/2002中描述了转轮式热交换 器的构造实例，可以从Hovalwerk AG的网站www.hoval.com上得到转轮式 热交换器的构造实例，具体在该出版物的第8页。
如果第二空气流12是外部空气流，那么可以使用该第二空气流12，直 到它升高至例如进口温度18 °C，以便将变热的第一空气流完全冷却到22 °C。需要基本连续地冷却数据中心中的空间内的设备，并且由于气候类型 与荷兰相像的国家中的外部空气温度(包括夜间)在平均80%的时间内低 于18°C，因此可以使用转轮式热交换器在多达80%的时间中对数据中心进 行冷却，而不需要额外的冷却。对于剩余的20%的时间，外部空气流的温 度情况通常将会需要额外的冷却。可以采用任何其他类型的冷却装置来实 现额外的冷却。在环境友好的方式中，例如可以通过土壤贮藏的方式来进 行额外的冷却，由此将空气从冷的地下缓冲空间中抽出。
由于几乎连续不断地需要冷却装置8来对数据中心中受调节的空间1 中的第一空气流进行冷却——每天24小时、每周7天——空气-空气热交换 器的使用，特别是转轮式热交换器的使用极其高效，因此不使用制冷剂和 冷却液。这样，可以相当大地节约对能量的消耗从而节约了电费。而且， 由于没有对环境不利的制冷剂并且由于较低的能量消耗，因此具有较小的 环境影响。只要冷却需求基本上不变——例如空间中相同数量的设备2保持活动 ——并且第二空气流12的温度实际上不变，第一空气流9和第二空气流12 的流率也将同样地保持基本不变，这是因为冷却需求取决于设备2所产生 热量的数量。在冷却需求发生变化后，例如空间1中活动的设备2变多或 变少，可以改变第一空气流9、 IO的流率。如果进入的第二空气流12的温 度例如由于周围变热或变冷而发生变化，那么同样也可以调整第二空气流 12的流率。由于可以调整第二空气流12的流率，因此可以确保冷却的第一 空气流9的温度保持基本不变。因此，第二空气流12的流率取决于第二空 气流12与第一空气流10之间的温度差。于是，可以根据冷却的第一空气 流的期望温度(例如22。C)来控制流率。可以例如通过调整转轮式热交换 器的转速来控制流率。在与荷兰相同的气候类型中，旋转速度在大部分时 间内可以是低的。
当将转轮式热交换器水平布置时，还可以任选使用例如支承辊来支持 该转轮式热交换器，以防止其弯曲。
显然，本发明并不限于这里所给出的示例性实施例。例如，冷却装置 可以放置在空间内部或外部，或者如图1所示，一部分位于空间内部，一 部分位于空间外部。同样，冷却装置也可以放置在数据中心的外部。如果 冷却装置放置在空间的外部，那么变热的第一空气流例如经由空间的顶篷 被运送到空气-空气热交换器。可以采用各种方式来进行额外的冷却，例如 通过绝热冷却或通过传统的液体冷却。这些变型对于本领域技术人员而言 将会是显而易见的，并且它们被理解为落入所附权利要求所阐述的本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种用于冷却的装置，所述装置利用再循环空气对布置了ICT和/或电信设备的数据中心中的空气湿度和温度可调节的空间进行冷却，其特征在于所述装置包括空气-空气热交换器，其中将由所述设备变热的再循环空气作为第一空气流供应给所述空气-空气热交换器，并且其中使用单独的第二空气流来冷却所述第一空气流。
2、 根据权利要求1所述的装置，其中独立于由所述设备变热的所述第一空气流，将由所述空气-空气热交换器冷却的所述第一空气流供应给所述 设备。
3、 根据权利要求1或2所述的装置，其中从所调节的空间的外部供应 所述第二空气流。
4、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述第二空气流是外 部空气。
5、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述空气-空气热交换 器布置在所述空间的外部。
6、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述空气-空气热交换 器布置在所述数据中心的外部。
7、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述空气-空气热交换 器包括板形的热交换主体，所述热交换主体连续地通过所述第一空气流和 所述第二空气流。
8、 根据权利要求8所述的装置，其中所述热交换主体延伸通过两个气 室之间的分隔物，其中分别引导所述第一空气流和所述第二空气流通过所述两个气室。
9、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中将冷却的第一空气流 经由地板引入到所述空间中，并且将变热的第一空气流经由顶篷从所述空 间中排出。
10、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中在所述设备的前部 供应所述冷却的第一空气流，在所述设备的后部排出所述变热的第一空气 流。
11、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中独立于所述变热的 第一空气流，将所述冷却的第一空气流经由供应管道从出口供应给所述设 备的所述前部。
12、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述冷却装置具有 出口和连接到所述出口的供应管道，所述供应管道将所述冷却的第一空气 流优选作为单独的空气流供应给待冷却的所述设备。
13、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述冷却装置具有 进口和连接到所述进口的排放管道，所述排放管道将所述变热的第一空气 流从待冷却的所述空间中排出。
14、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述设备布置在所 述数据中心中的所述空间中，所述设备的所述前部彼此相对。
15、 根据权利要求14所述的装置，其中所述设备的所述前部位于所述 数据中心中的基本上封闭的空间内，将所述冷却的第一空气流供应给所述 基本上封闭的空间。
16、 根据权利要求15所述的装置，其中在所述设备的所述后部，将所述变热的第一空气流排出所述封闭空间的外部。
17、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述第一空气流的 速率是可调整的。
18、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述冷却的第一空 气流的温度大于或等于20 °C。
19、 根据前述任意一项权利要求所述的装置，其中所述装置包括额外 的冷却，所述额外的冷却用于补充由所述空气-空气热交换器提供的冷却。
20、 根据权利要求19所述的装置，其中所述额外的冷却包括土壤贮藏。
21、 根据权利要求19所述的装置，其中所述额外的冷却包括绝热方式 的冷却。
22、 一种数据中心，包括空气湿度和温度可调节的空间，在所述空间 内布置了 ICT和/或电信设备，并且所述数据中心还包括使用再循环空气对 所述空间进行冷却的装置，所述装置是根据前述权利要求中的至少一项设 计的。
23、 一种冷却方法，所述方法利用再循环空气对布置了ICT和/或电信 设备的数据中心中的空气湿度和温度可调节的空间进行冷却，其中将由所 述设备变热的空气流作为第一空气流供应给空气-空气热交换器，其中使用 单独的第二空气流来冷却所述第一空气流。
24、 根据权利要求23所述的用于对数据中心中的可调节的空间进行冷 却的方法，其中，根据所述设备的冷却需求来调整所述再循环空气的流率。
25、 根据权利要求22-24中的任意一项权利要求所述的用于对数据中心中的可调节的空间进行冷却的方法，其中，根据变热的第一空气流与所述 第二空气流之间的温度差来调整所述第二空气流的流率。
26、空气-空气热交换器的用途，特别是转轮式热交换器的用途，用于 对布置了 ICT和/或电信设备的数据中心的空气湿度和温度可调节的空间的 再循环空气进行冷却。
全文摘要
一种用于对布置了ICT和/或电信设备的数据中心中的空气湿度和温度可调节的空间进行冷却的装置。使用在空间中再循环的空气流来冷却所述空间。所述装置的特征在于将由所述设备变热的空气流作为第一空气流供应给空气-空气热交换器，在该空气-空气热交换器中，所述第一空气流是由单独的第二空气流冷却的。
文档编号H05K7/20GK101530016SQ200780037220
公开日2009年9月9日 申请日期2007年9月6日 优先权日2006年9月6日
发明者M·范戴克, P·马茨特, R·M·洛德, W·沙普 申请人:科约托冷却国际有限公司