[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

分案申请说明

本申请是PCT申请日为2010年7月9日、名称为“用于服务器群冷却系统的基于集成建筑的空气处理器”的中国发明专利申请No.201080031057.8的分案申请。

技术领域

本发明大体涉及用于数据中心的冷却系统。

背景技术

例如网络电子邮件、网络搜索、网站主机寄存和网络视频分享的因特网服务的迅速增长形成对数据中心中的服务器的计算和存储能力的日益增长的需求。尽管服务器的性能不断提高，然而服务器的能耗也不断升高(即使有集成电路低功率设计方面的努力)。例如，最广泛使用的服务器处理器之一，AMD的Opteron处理器，以高达95瓦运行。Intel的Xeon服务器处理器在110和165瓦之间运行。然而，处理器仅是服务器的一部分；服务器中的例如存储装置的其它部分消耗额外的功率。

服务器通常放置在数据中心的机架上。对于机架存在各种物理结构。一般的机架结构包括安装导轨，设备的多个单元(例如刀片式服务器(server blade))安装到该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例如1U或2U服务器的设备的标准系统。该类型的机架上的一个机架单元一般是1.75英寸高、19英寸宽。可以安装在一个机架单元中的机架安装单元通常设计为1U服务器。在数据中心中，标准机架通常密集地组装有服务器、存储装置、开关和/或无线电通讯设备。在机架安装单元内可以安装一个或多个冷却风扇以冷却该单元。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 DL365G5Quad-Core Opteron处理器服务器型号的系统操作温度范围在50°F和95°F之间；该型号的系统操作湿度范围在10％和90％相对湿度之间。NetApp FAS6000系列文件存储管理器系统操作温度范围在50°F和105°F之间；该型号的系统操作湿度范围在20％和80％相对湿度之间。在一年的特定周期中，地球上有许多地区(例如美国的东北和西北地区的一部分)的自然冷却空气适于冷却诸如HP ProLiant和NetApp文件存储管理器之类的服务器。

密集地堆叠有由Opteron或Xeon处理器作为核心的服务器的机架的能耗可以在7,000和15,000瓦之间。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屋中。因为机架依靠周围空气进行冷却，紧密群集的机架共同产生的热量对机架中安装的设备的性能和可靠性产生不利影响。因此，供热通风与空气调节(HVAC)系统通常是高效的数据中心的设计的重要部分。

一般的数据中心消耗10至40兆瓦的功率。主要的功率消耗分配在HVAC系统和服务器的操作之间。估计HVAC系统占到数据中心中使用的功率的25-40％之间。对于消耗40兆瓦的功率的数据中心，HVAC系统可能消耗10至16兆瓦的功率。通过使用减少能量使用的高效冷却系统和方法可以实现显著的成本节约。例如，将HVAC系统的能耗从占数据中心使用的功率的25％减少到10％带来了6兆瓦的功率节省，足以为数千家庭住宅供能。用于冷却数据中心中的服务器的功率百分比称为数据中心的冷却支出效率(cost-to-cool efficiency)。改善数据中心的冷却支出效率是有效的数据中心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730小时运行并且$0.05每千瓦时，每月的电消耗约$1.46百万。将冷却支出效率从25％改善到10％转化为节约$219,000每月或$2.63百万每年。

在数据中心房屋中，服务器机架一般成行布置，中间具有交替的冷热通道。所有服务器安装在机架中以形成从前到后的气流模式：从位于机架的前方的冷排吸入调节空气，并通过机架后方的热排排放热量。升高的底层地板的房屋设计通常用于容纳地下空气分配系统，其中通过升高的地板中的通风口沿冷通道提供冷空气。