专利名称：数据中心及用于数据中心的计算机容纳机柜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来安装及运行计算机的建筑物即数据中心，及用于数据中心的计算机容纳机柜。
背景技术：
一直以来，随着以服务器为首的计算机数量的增加，数据中心的耗电量也随着增力口。最近，对环保问题的意识越来越高，数据中心的节能问题也被视为重要课题。因此，在·最近的数据中心设计中，抑制用电量，管理发热量等项目也被列为要求。在典型的数据中心，如日本特开2009-63226号公报中揭示了一种用于除去计算机所产生发热量的方法，其是采用从地板下方送进冷空气，让热气从天棚散热的结构。换句话说，也就是通过以空气为冷却介质的空调设备来冷却计算机。具体而言，通过空调机器让作为冷却介质的空气在呈密闭空间的数据中心里循环，通过空气与计算器作用达到冷却效果。并且，让经计算机加热过的空气，通过冷却机器进行冷却之后再度使其与计算机作用。
发明内容
最近，对环保问题及节能的意识有更进一步的提高。且，在信息领域，随着网际网络使用者的激增，或SaaS和云端运算服务的普及，服务器的使用也随着加速增加。此外，随着服务器本身的技术进步，比起先前产生较少运行发热量的计算机的使用，或比起先前可在较高温状态下运行的计算机的使用也逐渐增加。有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数据中心，所述数据中心能安定运行服务器等计算机，且能大量抑制运行时的耗能量，并且还提供一种用于数据中心的计算机容纳机柜。经本发明发明人的致力研讨，通过下述技术方案予以实现本发明
(O 一种数据中心，其是用来安装及运行计算机的建筑物，包括
吸气区，设置有使室外空气吸入到建筑物内的吸气装置；
排气区，设置有使室内空气排放到建筑物外的排气装置；
间壁，用以隔绝吸气区和排气区；
计算机容纳机柜，其被安装成贯穿间壁的一部分 '及
气流控制手段，让吸气区的空气通过计算机容纳机柜流到排气区内的控制气流。(2)如上述(I)所述数据中心，其中，在吸气区和排气区中具有隔绝气流的气密室，且在气密室设置有向吸气区的出入口和向排气区的出入口。(3)如上述(I)和(2)所述数据中心，还包括
第2吸气区，其为所述设置有吸气装置能使室外空气吸入到建筑物内的吸气区的另一吸气区；第2间壁，用以隔绝排气区和第2吸气区；
第2计算机容纳机柜，其被安装成贯穿第2间壁的一部分 '及 第2气流控制手段，让第2吸气区的空气通过第2计算机容纳机柜流到排气区的控制气流。(4)如上述(I)至(3)中任一所述数据中心，其还具有从排气装置到吸气装置的空气回流路径。(5)如上述(I)至(4)中任一所述数据中心，其中，在吸气区和排气区中至少其中一方还具有温度计，通过温度计的信号进行下述气流控制
(A)通过气流控制手段的气流控制 '及/或 (B )从排气装置通过所述空气回流路径到吸气装置的气流控制。(6)—种计算机容纳机柜，其被安装于用来安装及运行计算机的建筑物内，其被成 型成
具有贯穿所述机柜的计算机容纳空间，在所述计算机容纳空间可设置挡板，在所述计算机容纳空间未安装计算机时，可用挡板隔绝贯通机柜方向的气流。根据本发明的数据中心，吸入到吸气区的室外空气将通过计算机容纳机柜流到排气区，此时可带走放置在所述机柜中的计算机所产生的热量。因为带有计算机发出的热量的暖空气被排放到室外，所以冷却空气本身的必要性可说是没有或极小。如此，利用气流控制可以构筑数据中心，能使数据中心的耗能量显著变小，所以可大大降低成本及减轻环境负荷。根据本发明，就不需要有如现有技术的数据中心的空调设备的双层地板等之类的建筑结构。本发明的计算机机柜，因其能高效率地让空气流往所放置的计算机内，所以适宜用于所述数据中心。根据本发明的一个具体实施方式
中，因操作人员可通过气密室来往吸气区和排气区，所以能提高在数据中心的工作效率。根据另一具体实施方式
，可在数据中心内增设吸气区，即可增加放置和运行的计算机台数。另外，在另一具体实施方式
中，可按照需要把将被排放的暖空气导入吸气区。如此，在夜间或冬季时，可用来防止计算机的过度冷却，或为数据中心保暖。此外，在其他具体实施方式
中，利用来自温度计的信号反馈控制气流，或把吸收计算机发出的热量将被排放的空气的一部分导入吸气区，借此可控制数据中心内的温度变化。
图I为本发明的一种实施方式即数据中心的结构示意图。图2为本发明的一种实施方式即计算机容纳机柜的结构示意图。图3为本发明的另一种实施方式即数据中心的结构示意图。图4为本发明的另一种实施方式即数据中心的结构示意图。图5为用于本发明的实施例的19英寸机柜的结构示意图。
标号说明
I:数据中心；10，110:吸气区；11，111:吸气口；20 :排气区；
21 :排气口 ；12，22，112 :风扇；
30，130 :计算机容纳机柜；31 :面板；
32 :侧面板；33 :挡板；
34 :未安装服务器的闲置空间； 35 :服务器；
36 :空气余白空间；40，140 :间壁；
50 :气密室；13，23，51，52 :出入口。
具体实施例方式以下参照附图对本发明进行详细说明。但本发明的范围并不限定于这些图示实施方式。在所示图中，强调描述了一部分的结构要素，但本发明的范围并不限定于这些图示尺寸。图I为本发明的一种实施方式即数据中心的结构示意图。数据中心I被间壁40划分成吸气区10和排气区20。在间壁40的一部分，设置有贯穿间壁40的计算机容纳机柜30，所述机柜30面对吸气区10和排气区20两方。在图I的数据中心，室外空气由吸气口111被吸入到吸气区10，通过计算机容纳机柜30流到排气区20，再经排气口 21被排放到外部。在计算机容纳机柜30，空气最好是通过安装在所述机柜30中的计算机(无图示)内部，如此计算机产生的热量被空气带走，进而达到计算机内部的高效率冷却。在数据中心I中，通过风扇12和22，气流将被控制。操作人员可经由出入口 13，23进出吸气区10和排气区20。吸气区10被划分在数据中心I中的一区。吸气区10可把室外空气吸入到吸气区10。用于吸取室外空气的吸气装置可适当采用一般的空调装置，举例如吸气口 11和风扇12的组合。为了保持数据中心内的洁净，可对吸气口 11安装适当的防尘用过滤器。在吸气区10，除了吸取室外空气的吸气装置和计算机容纳机柜30以外，最好不要造成空气的进出。为了尽可能减少空气的进出，在吸气区10的地板或天花板等最好不要存有孔洞，不过可设置电气布线用的孔洞。在吸气区10内，只要是留有足以让操作人员进行计算机操作作业的空间即可，对吸气区10的空间宽广并无特别限制。如图I所示，在吸气区10设置有来自建筑物外部的出入口 13。出入口 13最好是由具有气锁功能的多扇门构成。排气区20被划分在数据中心I中且与吸气区10为不同的另一区。排气区20可允许空气排放到数据中心I的外部。作为排气装置可适当采用一般的空调装置，举例如排气口 21和风扇22的组合。在排气区20，除排气装置和计算机容纳机柜30以外，最好不要造成空气的进出。为了尽可能减少空气的进出，在排气区20的地板或天花板等最好不要存有孔洞，不过可设置电气布线用的孔洞。在排气区20内，只要是留有足以让操作人员进行计算机操作作业的空间即可，对排气区20的空间宽广并无特别限制。如图I所示，在排气区20设置有来自建筑物外部的出入口 23。出入口 23最好是由具有气锁功能的多扇门构成。间壁40隔绝吸气区10和排气区20。只要是能隔绝吸气区10和排气区20两区域内的气流即可，对间壁40的结构或材质并无特别限制，可适当采用一般的建筑用板。为了确保吸气区10和排气区20的气流隔绝，通常，间壁40是从地板到天花板一体的结构。在间壁40的一部分，安装从吸气区10贯穿到排气区20的计算机容纳机柜30。最好是形成所述计算机容纳机柜30为吸气区10和排气区20之间的唯一气流流径的结构。计算机容纳机柜30 (以下简称为”机柜”)是一种机架状的结构物，其设置有用于安装欲运行计算机的空间。图2为本发明的一种实施方式即计算机容纳机柜的结构示意图。所述机柜30具有面板31和侧面板32。所述机柜30设置有贯穿机柜30的机架状的容纳空间。这些机架状的容纳空间可安装计算机(无图示)。在此，所使用的计算机最好是设计成其内部空气只朝单轴向流动。在容纳空间可设置挡板33用以隔绝所述空间贯穿方向的气流。在运行具有多个容纳空间的机柜30的数据中心I时，其中，当在有若干个容纳空间未安装计算机的情况下，在未安装计算机的闲置空间设置挡板33，即可高效率地让空气导入到计算机内部，能更加有效地进行计算机的冷却。到目前为止的计算机容纳机柜(无图示)，其大部分是没有面板31和侧面板32，只 由框架构成。即使是这种机柜，只要是形成在间壁40的延长线上设置挡板33的结构，或尽可能提高机柜内容纳空间的放置计算机的所占比率，就有可能以高效率冷却计算机。不过，设有面板31和侧面板32会较易控制气流，因此可扩大设置条件或所使用计算机的选择范围。当机柜30除了计算机容纳空间以外还有其他空隙部时，最好对这些空隙部也设置挡板，让空气能高效率流向所放置的计算机的内部。根据本发明，对数据中心I所安装及运行的计算机的种类并无特别限制。最好是使用让空气从计算机正面流向背面达到冷却作用结构的计算机。即使是所述种类以外的计算机，只要是让吸气区10内的空气通过计算机流到排气区20，也可达到一定的冷却效果。根据本发明，被吸取到吸气区10内的室外空气，将通过计算机容纳机柜30流到排气区20。这种气流，可如图I所示，通过吸气口 11，排气口 21及风扇12，22的动作进行控制。因此，在这些实施方式中，可以认定吸气口 11，排气口 21及风扇12，22作为气流控制手 段起作用。在此，有关气流控制手段并不限于风扇，也可并用或替换能造成所期望气流的代替手段。通过调节风扇等的输出功率，即可适当调节气流的强弱。根据本发明发明人的见解，使用足够风量即可使计算机内部温度维持在高于室外温度约10 16°C的状态下。因此，在计算机运行状态下，为让风量能达到所述温度范围内，可适宜调节风扇的数量。图3为适于本发明的另一种实施方式即数据中心的结构示意图。这个数据中心1，除了上述吸气区10和排气区20以外，还加设气密室50。气密室50形成能隔绝吸气区10和排气区20两区气流的结构。在气密室50设置有向吸气区10的出入口 51，及向排气区20的出入口 52。通过气密室50，操作人员即可不搅乱从吸气区10通过计算机容纳机柜30流到排气区20的气流，又可来往于吸气区10和排气区20的两区间。因此，在操作计算机时，可以不经出入口 13或23出到数据中心I的外面，所以能增加工作效率。设置气密室50后，则有不设置出入口 13或23中任一个的可能性。有关气密室50的设计及构造，可适当采用一般的建筑技术。在本发明中所述的”气密”是指只要是不显著妨碍通过计算机容纳机柜30的气流程度的气密性即可。此时，对数据中心I的出入口 13和23，最好每个出入口都是由具有多扇门的气密室结构构成。图4为适于本发明的另一种实施方式即数据中心的结构示意图。这个数据中心被划分成三区。在排气区20的两侧，设有第I吸气区10和第2吸气区110。第I吸气区10和排气区20之间的气流被第I间壁40隔绝。第2吸气区110和排气区20之间的气流被第2间壁140隔绝。贯穿第I间壁40和第2间壁140分别设有第I计算机容纳机柜30和第2计算机容纳机柜130。图中的粗箭线显示空气的气流。第I吸气区10和排气区20的关系，与图I所示实施方式相同。在第4图所示实施方式中，第2吸气区110设有吸气口 111和风扇112，构成能吸取室外空气的结构。对所吸入的室外空气进行控制，使其通过第2计算机容纳机柜130排到排气区20。如此，在第2吸气区110中的气流控制，是由吸气口 110，风扇112和22所担当，这些可认定为第2气流控制手段。
对数据中心I可适当设置如上述之类的气密室或出入口，未显示于图4。如此，通过第2吸气区110的设置即可增加数据中心I中所安装及运行的计算机数量。且，亦可如图1，图3及图4所示方式通过适当组合，构成划分成四区以上的数据中心。根据本发明，含有计算机散发出的热量的空气，将经由排气区20被排放到数据中心I的外部。根据另一个适于本发明的实施方式，其具备有让被排放的暖空气再度导入到吸气区的回流路径(无图示)。一般认为，数据中心I的计算机越冷越好。但是，根据本发明发明人的新见解，随着最近计算机技术的发达，来自计算机的热量也有不是很大的时候，也有因计算机过度冷却所带来的坏影响。尤其是在冬季或夜间等，室外气温显著偏低时，将有过度冷却的忧虑，或存在有必要给数据中心I内部供暖的情况。此时，有可能有必要对吸入到吸气区10的室外空气进行加温。在此，利用从排气区20所排放的暖空气，即可节省用于加温的能源。对这个回流路径的具体结构并无特别限制，可使用配管适当构筑。如图4所示实施方式，可用分支式配管(无图示)，构成从排气区20的排气口 21到第I吸气区10和第2吸气区110两区的回流路径。最好在吸气区10和排气区20中，至少一区设置温度计(无图示)。进一步最好是依据从温度计取得的信号控制数据中心I内的气流。比方说，当计算机冷却不够发生温度上升的信号时，则增加风扇12和22的回转输出功率，加强气流促进计算机的冷却。相反地，当来自温度计的信号被判断为计算机的冷却已充分足够时，则减低风扇12和22的回转输出功率，如此可进一步谋求减轻耗能量。另外，也可设置有从上述排气装置到吸气装置的空气回流路径，当温度计被判断为过度冷却时，则控制被加热过的暖空气和室外空气的混合比率，就有可能可以使数据中心I的内部升温。有关这些控制的具体手段，可以适当采用一些公知的控制技术。有关这些气流控制的发明，不仅只冷却数据中心I的内部，其最好是通过气流控制使温度变化越小越好，在此通过本发明发明人所提示的新技术指南初次被公开。根据本发明，如先前数据中心，冷却空气本身的必要性可说是没有或极小，在实施本发明时，只要是不阻碍本发明的作用效果的范围内，可适当引用先前技术。
实施例以下用实施例对本发明进行更进一步的说明，但是本发明并不限于这些实施例。实施例I
如下所示，在实际的数据中心运行服务器。
数据中心的结构示意图如上述图I所示。不过，为了考虑服务器的操作方便性，设置吸气区10的面积比排气区20的面积大。具体而言，吸气区10为面积4. 5mX 2. lm，排气区20为面积4. 5mX 1.0m。在吸气口 11安装气罩，安装3台吸气用风扇12。风扇12的规格如下
压力扇40cm、1700m3/h、100Pa、单相100V、135W。对排气口也安装气罩，并安装3台排气用风扇22。排气用风扇22使用与上述吸气用风扇具有同等功能的风扇。这些气罩和风扇担当了吸气装置，排气装置及气流控制手段。作为间壁40，设置了从地板到天花板厚度为12cm的耐火壁。贯穿此间壁设置两台19英寸的机柜30。所述机柜30具有面板和侧面板。图5显示所述19英寸机柜的结构示意图。机柜30可容纳25台IU服务器35。机柜30包括若干个未安装服务器的闲置空间34。对这些闲置空间34设置挡板(无图示)，隔绝从机柜正面往背面的气流。此外，在机柜30的外围附近会产生空气余白空间(无任何物体可通气的空间)36。可对这些空气余白空间36也嵌入挡板，隔绝从机柜正面往背面的气流。除了监视服务器35的CPU和HDD的温度以外，同时在机柜30的吸气区侧和排气 区侧也安装温度计监视其温度。2009年8月18日，在东京的上述数据中心运行服务器。当天的室外气温为30. 1°C(最闻气温)。这个实施例是在对CPU和HDD不格外施加负荷的状态下，运行风扇12和22控制气流。此时，各部分的温度如下所示
时间 CPU温度 HDD温度坑柜吸气侧温度机柜排气侧温度 12:00 43 0C37 0C32 °C32 °C
14:00 430C370C32°C33. 59V
16:00 42 0C37 0C32 °C32 °C
18:00 420C350C31. 2°C32°C
20:00 41V35 V30. 56°C30. 56 °C
实施例2
与实施I在同一数据中心，在另一天(2009年9月2日)运行服务器。当天的室外气温为24V (最高气温)。这个实施例是在对CPU和HDD施加负荷的状态下运行服务器。为了对CPU施加负荷，执行100万次的正弦函数。如果不格外施加冷却措施，执行这种负荷时，通常CPU会高达50°C。在这个实施例，运行风扇12和22控制气流。此时，各部分的温度如下所示
时间 CPU温度 HDD温度坑柜吸气侧温度机柜排气侧温度 12:00 380C300C23. TC27.04°C
14:00 40°C31°C23. 58°C27.68°C
16:00 40 °C31°C23. 58 °C27.68 °C
18:00 39 °C30 °C23. 26 °C27. 36 °C
20:00 38 °C30 °C22. 78 °C26. 88 °C
如上述，在实施例I和2中，能长时间维持温度的安定。不管是哪一个实施例皆能把CPU温度维持在比室外气温高约10 16°C左右的状态下，且不会发生进一步的温度上升。根据目前的服务器技术，可认定所述温度的维持效果足以承担实际运行。对所使用的上述实施例构成的数据中心，若根据先前技术用压缩机冷却进行运行的话，估计必需消耗电量5000W至10000W。然而，在实施例I和2中，利用6台风扇(每台最大输出功率为135W)即可达到温度维持，在计算上它的最大耗电量为810W。如此这般，在实施例I和2中，对数据中心的温度管理可达到显著的降低耗电量。
产业上的利用可能性
根据本发明，能显著的降低数据中心的耗电量，所以对信息技术的进一步发展及进一步减轻环境负荷有很大的贡献。
本申请说明书是根据已在日本提出申请的日本特愿2009-244340号制定的，通过参照所述内容，其范围将被包括于本申请书。
权利要求
1.一种数据中心，其是用来安装及运行计算机的建筑物，包括 吸气区，设置有使室外空气吸入到建筑物内的吸气装置； 排气区，设置有使室内空气排放到建筑物外的排气装置； 间壁，用以隔绝吸气区和排气区； 计算机容纳机柜，其被安装成贯穿间壁的一部分 '及 气流控制手段，让吸气区的空气通过计算机容纳机柜流到排气区的控制气流。
2.根据权利要求I所述数据中心，其中，在吸气区和排气区中具有隔绝气流的气密室，且在气密室设置有向吸气区的出入口和向排气区的出入口。
3.根据权利要求I所述数据中心，还包括 第2吸气区，其为所述装置有吸气装置能使室外空气吸入到建筑物内的吸气区的另一吸气区； 第2间壁，用以隔绝排气区和第2吸气区； 第2计算机容纳机柜，其被安装成贯穿第2间壁的一部分 '及 第2气流控制手段，让第2吸气区的空气通过第2计算机容纳机柜流到排气区的控制气流。
4.根据权利要求I所述数据中心，其还具有从排气装置到吸气装置的空气回流路径。
5.根据权利要求2所述数据中心，其还具有从排气装置到吸气装置的空气回流路径。
6.根据权利要求3所述数据中心，其还具有从排气装置到吸气装置的空气回流路径。
7.根据权利要求I至6中任一所述数据中心，其中，在吸气区和排气区中至少其中一方还具有温度计，通过温度计的信号进行下述气流控制 (A)通过气流控制手段的气流控制'及/或 (B)从排气装置通过所述空气回流路径到吸气装置的气流控制。
8.一种计算机容纳机柜，其被安装于用来安装及运行计算机的建筑物内，其被成型成 具有贯穿所述机柜的计算机容纳空间，在所述计算机容纳空间可设置挡板，在所述计算机容纳空间未安装计算机时，可用挡板隔绝贯通机柜方向的气流。
全文摘要
本发明的目的是提供一种能安定运行服务器等的计算机，且能大量抑制运行时的耗能量的数据中心，还提供一种用于所述数据中心的计算机容纳机柜。根据本发明，将提供一种数据中心(1)，其是用来安装及运行计算机的建筑物，其包括设置有使室外空气吸入到建筑物内的吸气装置的吸气区(10)；设置有使室内空气排放到建筑物外的排气装置的排气区(20)；用以隔绝吸气区和排气区的间壁(40)；被安装成贯穿间壁的一部分的计算机容纳机柜(30)；及让吸气区(10)内的空气通过计算机容纳机柜(30)流到排气区(20)的气流控制手段。
文档编号G06F1/20GK102834787SQ201080025430
公开日2012年12月19日 申请日期2010年10月18日 优先权日2009年10月23日
发明者冈田良介, 大塚隆一 申请人:冈田良介, 大塚隆一