[发明专利]用于服务器群冷却系统的基于集成建筑的空气处理器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是于2009年7月9日提交的、题为“INTEGRATED BULDING BASED AIR HANDLER FOR SERVER FARM COOLING SYSTEM”的美国专利申请No.12/500,520的部分连续（CIP）并主张其优先权，该专利申请的全部内容通过引用而结合于此。

技术领域

本发明一般涉及冷却系统。

背景技术

互联网服务（诸如网络电子邮件、网络搜索、网站托管和网络视频共享等）的快速增长对来自数据中心中的服务器的计算和存储功率提出了越来越高的要求。随着服务器性能不断改善，虽然努力对集成电路进行低功率设计，服务器的能耗还在不断增加。例如，一个最广泛使用的服务器处理器（AMD的Opteron处理器）以高达95瓦特运行。Intel的Xeon服务器处理器在110至165瓦特之间运行。然而，处理器仅是服务器的一部分；服务器中的其它部分（诸如存储装置等）消耗额外的功率。

服务器通常放置在数据中心的机架上。机架具有多种物理构造。一般的机架构造包括安装轨道，在机架内，设备的多个单元（诸如刀片式服务器等）安装到导轨并竖直地堆叠在机架内。一种最广泛使用的19英寸机架是用于安装设备（诸如1U或者2U的服务器等）的标准化系统。该类型机架上的一个机架单元通常为1.75英寸高、19英寸宽。能够安装在一个机架单元中的机架安装单元通常指定为1U服务器。在数据中心中，标准机架常常密集地组装有服务器、存储装置、开关和/或电子通信设备。在机架安装单元内可以安装一个或多个制冷风扇以冷却该单元。在一些数据中心中，使用无风扇机架安装单元以增加密度并减小噪声。

机架安装单元可以包括服务器、存储装置和通信装置。大多数机架安装单元具有相对宽范围的容许操作温度和湿度要求。例如，惠普（HP）Proliant DL365G5四核Hpteron处理器服务器型号的系统操作温度范围在50℉和95℉之间；相同型号的系统操作湿度范围在10%和90%的相对湿度之间。NetApp FAS6000系列文件存储器系统操作温度范围为50℉和105℉之间；相同型号的系统操作湿度范围为20%到80%的相对湿度之间。在一年的特定时期，全球的很多地方（诸如美国的东北和西北部的部分地区等）的自然冷却空气可以适于冷却服务器（诸如HP Proliant服务器等）和NetApp文件存储器。

密集地堆叠有由Opteron或Xeon处理器作为核心的机架的能耗可以在7,000和15,000瓦特之间。由此，服务器机架可以产生非常集中的热载荷。机架中的服务器所散发的热量排放到数据中心房中。因为机架依靠周围的空气进行冷却，所以由密集组装的机架所共同产生的热量对安装在机架中的设备的性能和可靠性产生不利影响。因此，供热、通风、空气调节（HVAC）系统通常是对高效的数据中心进行设计的重要部分。

一般的数据中心消耗10到40兆瓦的功率。主要的能量消耗在服务器和HVAC系统的操作之间分配。估计HVAC系统占到数据中心中所用功率的25到40百分比之间。对于消耗40兆瓦功率的数据中心，HVAC系统可能消耗10到16兆瓦的功率。可以通过利用减小能量使用的有效的冷却系统和方法来实现成本的显著减少。例如，将HVAC系统的能耗从占数据中心中所用功率的25%减小到10%带来了6兆瓦的功率节省，足以为数千住宅小区供电。用于冷却数据中心中服务器的功率的百分数被称为用于数据中心的冷却成本效率。改善用于数据中心的冷却成本效率是对数据中心进行有效设计的一个重要目标。例如，对于40兆瓦的数据中心，假定每月运行730小时，每千瓦时$0.05，每月的电力成本为约$1,460,000。将冷却成本效率从25%改善到10%带来每月$219,000或每年$2,630,000的节省。

在数据中心房中，服务器机架通常成行布置，在两行之间设置有交替的冷热通道。所有服务器安装在机架内以形成从前到后的气流模式：从位于机架前方的冷排中吸入经调节的空气，并通过机架后方的热排排放热量。升高的地板房设计通常用于容纳地下空气分配系统，在该系统中，沿冷通道经由升高的地板中的通风口来供应冷空气。