多度量水平下可操作的管理系統的製作方法

2023-05-26 17:24:11 1

專利名稱：多度量水平下可操作的管理系統的製作方法
多度量水平下可操作的管理系統
相關申請的交叉引用
本申請涉及2007年4月30日提交的題為「System and Method for ModularComputing(用於模塊化計算的系統和方法)」的共同受讓和共同待審的美國專利 申請第11/796，944號(代理案卷號200700107)，該申請的公開內容通過引用整體結合於 此。
背景
採用了各種類型的冷卻機構來冷卻諸如大樓、數據中心、電子機櫃和伺服器等的 各種類型的結構中的空間。冷卻機構通常包括基於被預測為在該結構中出現的最大熱負荷 而選擇的空氣調節單元。在這點上，常常向結構提供被配置成根據所預測的最大熱負荷在 基本上最大的水平上工作的單個高輸出空氣調節單元。
在其他實例中，向結構提供位於結構中的多個位置處的且被設計成向結構中的相 應位置提供基本上最大水平的冷卻的多個高輸出空氣調節單元。在這些實例中，空氣調節 單元通常相對於彼此消耗相同能量且還被配置成根據所預測的結構中的最大熱負荷在基 本上最大的功率水平上工作。
然而，在常規結構中，熱負荷水平通常保持在所預測的最大水平以下，因此，使空 氣調節單元持續工作在最大水平上常常導致結構的過度冷卻。這導致了浪費的能源和提高 的工作成本。
因此，能夠冷卻結構同時基本上最小化能源消耗將是有益的。
附圖簡述
從以下參考附圖的描述中，本發明的特徵對於本領域技術人員將變得顯而易見， 其中


圖1示出根據本發明一實施例的用於管理結構中的冷卻的系統的框圖2是根據本發明另一實施例的用於冷卻帶有具有至少一個不同度量水平的多 個獨立冷卻機構的結構的方法的流程圖3-5分別示出根據本發明一實施例的具有由多個冷卻機構組成的冷卻管理系 統的各種結構的簡化示意圖6示出根據本發明一實施例的可被採用來執行系統管理器的各種功能的計算 機系統。
發明詳述
出於簡明和說明的目的，本發明主要參考其示例性實施例來描述。在下面的描述 中，闡述了眾多具體細節以便提供對本發明的完全理解。然而，對本領域普通技術人員顯而 易見的是，無須對這些具體細節的限制也可以實踐本發明。在其它實例中，未詳細描述公知 的方法和結構以免不必要地使本發明顯得晦澀難懂。
此處公開的是一種用於管理具有冷卻液的結構的系統，該冷卻液被配置成環繞該 結構中包含的組件流動並從這些組件吸收熱量。該系統包括被配置成從冷卻液排除熱量的 多個冷卻機構，其中冷卻機構中的至少兩個具有相對於彼此不同的能耗水平。從冷卻液中排除的熱量在對冷卻機構中的一個或多個的整個調節過程中是不同的。另外，在將冷卻液 冷卻至所需溫度範圍時冷卻機構被操縱來基本上最小化至少一個度量水平，諸如，消耗的 能量、破壞的有效能量、所涉及的總所有權成本等。
根據一示例，當需要增加冷卻時，首先激活具有諸如最低度量水平等的相對較低 度量水平的冷卻機構，而最後激活具有諸如最高度量水平等的相對較高度量水平的冷卻機 構。當需要減少冷卻時，首先激活具有諸如最高度量水平等的相對較高度量水平的冷卻機 構，最後激活具有諸如最低度量水平等的相對較低度量水平的冷卻機構。
此處還公開了一種管理使用多個冷卻機構的結構的方法，其中多個冷卻機構中的 至少兩個具有相對於彼此的至少一個不同的度量水平。在該方法中，多個冷卻機構可被操 作來基本上確保滿足一個或多個服務級協定(SLA)的規定。一個或多個SLA可被解釋成定 義例如在計算設備的入口處的溫度設置，其目標是驅使入口處的供應空氣溫度儘可能合理 地高的同時符合一個或多個SLA的所解釋的規定。作為示例，需要較長正常運行時間的SLA 與較多地聚焦於能源節省的SLA相比可使得入口溫度被設為更低的溫度。
首先參考圖1，示出了根據一示例的用於管理結構中的冷卻的系統100的框圖。應 該理解，對框圖的下列描述只是可配置該冷卻管理系統100的各種各樣不同的方式中的一 種方式。另外，應該理解，冷卻管理系統100可包括附加組件且此處描述的某些組件可被移 除和/或修改而不背離冷卻管理系統100的範圍。
該結構可包括例如相對較大的結構，諸如單層大樓、多層大樓、房間、數據中心等。 該結構還可包括相對較小的結構，諸如，容納諸如伺服器、存儲器、電源、交換機等的多個電 子組件的電子機櫃。該結構還可包括諸如汽車、火車、船、飛機等的交通工具。就任一點而 言，該結構包括冷卻液，該冷卻液可包括被配置成在該結構內流動或流過該結構從而冷卻 該結構的內部及其容納的組件的液體、氣體或其組合。作為示例，冷卻液可包括用於吸收熱 能並將熱能從一個位置傳遞至另一位置從而將熱量從該位置驅散的空氣或其他流體裝置。 合適的結構的示例在稍後的附圖中示出並在以下討論。
如圖1所示，冷卻管理系統100包括系統管理器110，系統管理器110 —般包括 被配置成在冷卻管理系統100中執行各種功能的計算設備。系統管理器110包括控制器 112，控制器112可包括被配置成執行各種處理功能的微處理器、微控制器、專用集成電路 (ASIC)等。另外地或另選地，控制器112可包括在多個計算設備中的任一個中運行的軟體。
系統管理器110可包括計算設備而控制器112可包括該計算設備的微處理器。控 制器112訪問被配置成存儲提供控制器112的功能的軟體或算法的存儲器114。在這點上， 存儲器114可包括，例如，易失性或非易失性存儲器，諸如DRAM、EEPROM、MRAM、快閃記憶體、軟盤、 CD-ROM、DVD-ROM或其他光或磁介質等。
存儲器114包括分階段調節模塊116，控制器112被配置成在控制多個冷卻機構 120a-120n時調用或實現該分階段調節模塊116，其中「η」是大於一的整數。分階段調節 模塊116包括被設計成響應於一個或多個傳感器130a-130n所檢測的條件來標識要調節 多個冷卻機構120a-120n中的哪一個的軟體、硬體或其組合，其中「η」是大於一的整數。 更具體地，分階段調節模塊116在被實現或調用時被配置成以分階段方式調節冷卻機構 120a-120n，該分階段方式在將傳感器130a-130n所檢測的諸如溫度、壓力、氣流速率、氣流 速度、汽相或質量等的一個或多個環境條件基本上維持在一個或多個預定範圍內時，最小化多個冷卻機構120a-120n的至少一個度量水平，如消耗的能量、破壞的有效能量、所涉及 的總所有權成本等。根據一示例，分階段調節模塊116可基於多個獨立冷卻機構120a-120n 各自的至少一個度量水平來調節這多個獨立冷卻機構120a-120n中的一個或多個，如下文 參考圖2更詳細地描述的。
一個或多個預定範圍可基於一個或多個因素來選擇，這些因素可包括，例如，用於 容納在組件製造商所闡述的或者通過測試所確定的結構中的各種組件的安全工作溫度範 圍、溼度範圍、氣流量範圍等。這些因素還可包括在一個或多個服務級協定(SLA)中闡述的 或者從一個或多個服務級協定(SLA)中得到的環境條件設置。系統管理器110可從輸入源 140接收預定範圍和/或關於一個或多個SLA的信息。輸入源140可包括用戶可實現將數 據輸入到系統管理器110的計算設備。在這點上，輸入源140可作為外圍設備直接連接到 系統管理器110或者輸入源140可通過諸如網際網路等的網絡連接到系統管理器110。
冷卻機構120a-120n中的每一個的至少一個度量水平也可通過輸入源140被輸入 到系統管理器Iio中。度量水平可被存儲在存儲器114中或其他數據存儲中，且可在對冷 卻機構120a-120n的分階段調節操作中訪問。根據一示例，冷卻機構120a-120n中的一個 或多個可包括需要很少或不需要電能來工作的無源冷卻機構。另外，冷卻機構120a-120n 中的一個或多個可包括需要電能來工作的有源冷卻機構。一個或多個無源冷卻機構和一個 或多個有源冷卻機構中的每一個包括被配置成在諸如蒸發器部分等的吸熱部分和諸如冷 凝器部分或熱交換器部分等的排熱部分之間移動的冷卻介質。
「無源」冷卻機構一般包括需要很少或不需要電能來使得冷卻介質在吸熱收部分 和排熱部分之間移動的冷卻機構。換言之，無源冷卻機構在物理上被配置成包含適當的冷 卻介質來使得該冷卻介質能夠在相變和重力的影響下流動。另外，無源冷卻機構可包括位 於排熱部分處的、增強從冷卻介質的排熱的一個或多個風扇。合適的無源冷卻機構的一示 例是如圖3-5所示的循環溫差環流系統。
「有源」冷卻機構一般可被定義為需要電能來使得冷卻介質流過其中的冷卻機構。 有源冷卻機構因此可包括，例如，被配置成對冷卻介質授予原動力並使得冷卻介質在吸熱 和排熱部分之間流動的一個或多個泵、壓縮機等。合適的有源冷卻機構的示例包括地耦合 冷卻器循環、蒸汽壓縮循環、帶有一個或多個風扇的冷卻塔等。
根據一示例，分階段調節模塊116可基於從一個或多個傳感器130a-130n接收的 數據來進一步實現冷卻機構120a-120n。傳感器130a-130n還能夠通過輸入模塊118與系 統管理器110接口。傳感器130a-130n可位於遍布結構的不同位置處，例如，位於那些需要 溫度控制的位置處。作為特定示例，該結構可包括容納多個電子機櫃的IT數據中心。在該 示例中，多個傳感器130a-130n可位於部分或全部電子機櫃的入口處，且分階段調節模塊 116可使用傳感器130a-130n所收集的數據來調節冷卻機構120a-120n中的一個或多個以 努力將電子機櫃入口處的溫度基本上維持在預定溫度範圍內。
雖然冷卻管理系統100被描繪為包括三個或更多冷卻機構120a-120n，但應該理 解，冷卻管理系統100可包括任意合理合適數量的冷卻機構120a-120n。
就任一點來說，參考以下附圖更詳細地描述在管理帶有具有至少一個不同度量水 平的多個冷卻機構的結構時系統管理器110的各種操作。另外，在下面的附圖中提供了包 含各種類型的冷卻機構的結構的具體示例。
首先參考圖2，示出了根據一示例的用於管理帶有具有至少一個不同度量水平的 多個獨立冷卻機構的結構的方法200的流程圖。應該理解，下文對方法200的描述只是可 以實踐本發明的一示例的各種各樣不同的方式中的一種。方法200表示概括性的說明且可 以在不背離方法200的範圍的情況下添加其他步驟或者移除、修改或重新安排現有步驟， 這對本領域技術人員而言也是顯而易見的。
參考圖1中示出的冷卻管理系統100，並因此參考其中引用的元件來做出對方法 200的描述。然而，應該理解，方法200不限於在冷卻管理系統100中闡述的這些元件。相 反，應該理解，方法200可由具有與在冷卻管理系統100中闡述的配置不同的配置的系統來 實踐。
一般而言，方法200可包括分階段調節模塊116的算法或程序。就此，控制器112 可在執行方法200來操作多個冷卻機構120a-120n時實現或調用分階段調節模塊116以 便，例如，將結構內的溫度基本上維持在預定範圍之內。在一個示例中，預定範圍可由一個 或多個服務級協定(SLA)來定義或者從一個或多個服務級協定(SLA)中得到。
作為可以例如在結構的設計和/或構造階段執行的初始步驟，可以標識冷卻機構 120a-120n的至少一個度量水平。度量水平也可在稍後在結構的工作中標識。根據一示例， 冷卻機構120a-120n的度量水平一般被定義為冷卻機構120a-120n在其工作期間消耗的能 量。相應的能耗水平可包括冷卻機構120a-120n在其工作期間消耗的最大能量、標稱能量、 平均能量等。
根據另一示例，冷卻機構120a-120n的度量水平一般被定義為冷卻機構 120a-120n中的每一個的總所有權成本且可包括，例如，能耗水平、初始設立成本、維護成本 等。作為另一示例，冷卻機構120a-120n的度量水平一般被定義為冷卻機構120a-120n的 有效能量損失值，且可包括，例如，在冷卻機構120a-120n的製造期間破壞的有效能量、在 冷卻機構120a-120n的工作期間破壞的有效能量、在冷卻機構120a-120n的移除期間破壞 的有效能量等。
度量水平可以從製造商數據和/或從冷卻機構120a-120n的工作期間的測試中確 定。另外，度量水平可通過使用輸入源140被輸入到系統管理器110並可被存儲在存儲器 114 中。
就任一點而言，控制器112 —般被配置成實現或調用方法200來將結構內的溫度 維持在最高的可接受水平，從而基本上最小化對具有較高度量水平的冷卻機構120a-120n 的使用。
作為另一初始步驟，在具有多個區的結構中或在具有被安排成冷卻結構內的不同 區域的多個冷卻機構120a-120n的結構中，可以標識冷卻機構120a-120n的影響區域。影響 區域一般標識多個冷卻機構120a-120n中的每一個對哪個區或區域具有特定的影響水平。 因此，影響區域可用於確定應該調節冷卻機構120a-120n中的哪一個來獲得結構中的一個 或多個區或區域中的所需結果。該步驟可例如在結構包括單個區或區域的配置中或者在所 有冷卻機構120a-120n向結構的相同區或區域供應冷卻的配置中被省略。
作為示例，在諸如具有多個樓層的大樓等結構中，每一樓層可具有獨立的冷卻機 構120a-120n。在該示例中，大樓中的特定樓層可被認為是在向該特定樓層提供冷卻的一個 或多個冷卻機構120a-120n的影響區域內。
在另一示例中，在諸如IT數據中心等的結構中，電子機櫃可根據其中包含的服務 器所執行的工作負荷的關鍵程度來分類。在該示例中，被分類為較關鍵的那些電子機櫃，與 被分類為次關鍵的那些電子機櫃相比，可由較多數量的獨立冷卻機構來冷卻。由此，較關鍵 的電子機櫃可具有較高的冗餘水平且因此不易於發生故障。
間接向不同區或區域提供冷卻的冷卻機構120a-120n也被認為具有影響區域。例 如，被配置成從直接冷卻結構中的一個區的第二冷卻機構120b中吸取熱量的第一冷卻機 構120a也被認為是在冷卻該區。換言之，該區被認為是在第一冷卻機構120a和第二冷卻 機構120b的影響區域內。根據其他示例，第一冷卻機構120a可被配置成從多於一個第二 冷卻機構120b-120n中吸取熱量且因此可包括多個影響區域。第二冷卻機構120b-120r!還 可將熱量傳遞至多於一個第一冷卻機構120a，其中第一冷卻機構120a中的每一個被配置 成通過驅散第二冷卻機構120b-120n中的一個或多個所吸收的熱量來間接驅散結構中產 生的熱量。
回頭具體參考圖2，在步驟202處，控制器112被配置成定義結構中的一個或多個 位置處的預定給定值範圍。顧名思義，預定給定值範圍可定義一個或多個位置處的目標範 圍。作為特定示例，預定給定值範圍可定義IT數據中心結構中容納的電子機櫃的入口處的 目標溫度範圍。
根據一示例，預定給定值範圍可包括用於電子機櫃中容納的組件的安全工作溫度 範圍。預定給定值範圍還可包括被標識為為位於結構中的個體提供舒適的環境的溫度範 圍。在這些示例中，控制器112可用預定給定值範圍來編程。
根據另一示例，控制器112被配置成基於一個或多個服務級協定(SLA)中包含的 規定來定義預定給定值範圍。作為特定示例，一個或多個SLA可直接規定各個位置要維持 的環境條件。作為另一示例，包含在一個或多個SLA中的條款可被解釋來確定在各個工作 負荷的執行期間諸如伺服器、存儲器等的組件被允許遭受的「損壞」級別。在該示例下，可 以有三個「損壞」級別，包括，不允許性能上的改變、允許性能上的改變但可通過重試來恢復 差錯、以及允許系統關閉。
「損壞」級別中的每一個可與不同的預定給定值範圍相關聯。例如，「不允許性能上 的改變」可與最低預定給定值範圍相關聯以基本上阻止組件上的故障。另外，「允許系統關 閉」水平可與最高預定給定值範圍相關聯以基本上最小化與冷卻組件相關聯的成本。此外， 「性能上的改變」級別可與落在前兩個預定給定值溫度範圍之間的預定給定值範圍相關聯。
根據一示例，控制器112可為結構中的不同區定義不同的預定給定值範圍。例如， 在第一區包含被配置成執行第一 SLA下的第一工作負荷的組件而第二區包含被配置成執 行第二 SLA下的第二工作負荷的組件的情況下，控制器112可定義不同的預定給定值範圍。
在步驟204處，控制器112可激活冷卻機構120a-120n中具有相對較低度量水平 的一個或多個，如冷卻機構120a-120n中具有最低度量水平的一個或多個。根據冷卻機構 120a-120n中的一個或多個包括無源冷卻機構的一示例，控制器112可使得無源冷卻機構 中的一個或多個閥打開，從而使得其中包含的冷卻介質能夠循環通過該一個或多個無源冷 卻機構。在冷卻機構120a-120n中的一個或多個包括有源冷卻機構的一示例中，控制器112 可激活有源冷卻機構中具有較低能耗水平的一個或多個。
在該示例中，如果結構中所檢測的條件保證增長，則控制器112可增加激活的有源冷卻機構120a-120n的數量和當前的有源冷卻機構120a-120n的工作中的一個或兩者。 然而，另選地，控制器112可激活全部或近乎全部冷卻機構120a-120n，並且在結構中所檢 測的條件允許降低的情況下可按比例減少有源冷卻機構的使用。
在步驟206處，控制器112接收傳感器130a-130n中的一個或多個所檢測的環境 條件(EC)。在步驟208處，控制器112分析所接收的環境條件來判定環境條件是否在步驟 202處所定義的預定給定值範圍內。
如果分析指示環境條件在預定給定值範圍內，則控制器112繼續從一個或多個傳 感器130a-130n接收所檢測的環境條件數據。然而，如果分析指示環境條件在預定給定值 範圍之外，則控制器分析環境條件來判定環境條件是否低於預定給定值範圍，如步驟210 處所指示的。
如果在步驟210處執行的分析指示環境條件低於預定給定值範圍，則控制器112 減小冷卻機構120a-120n中的一個或多個的冷卻輸出。另外地或另選地，在步驟212處控 制器112停用冷卻機構120a-120n中具有相對較高度量水平的一個或多個。
在步驟212之後，在步驟206處控制器112可繼續接收傳感器130a-130n所檢測 的環境條件。另外，控制器112可重複步驟208-212來基本上不斷減小冷卻機構120a-120n 的度量水平(如果減小可用的話)。
然而，如果在步驟210處執行的分析指示環境條件高於預定給定值溫度範圍，則 控制器112判定具有相對較低度量水平的冷卻機構120a-120n是否可用，如步驟214處所 指示的。更具體地，在步驟214處，控制器112判定是否存在任何尚未被激活的可用的冷卻 機構120a-120n，或者是否存在任何具有可用容量且具有與已經激活的一個或多個冷卻機 構120a-120n相比更低度量水平的可用的冷卻機構120a-120n。
如果控制器112判定帶有相對較低度量水平的冷卻機構120a可用，則控制器112 調節該冷卻機構120a從而增大該冷卻機構120a所提供的冷卻，如步驟216處所指示的。控 制器112可通過如果在停用狀態中則激活冷卻機構120a或者通過增加冷卻機構120a工作 來調節該冷卻機構120a。
然而，如果在步驟214處控制器112判定帶有相對較低度量水平的冷卻機構120a 不可用，則控制器調節具有相對較高度量水平的另一冷卻機構120b，如步驟218處所指示 的。同樣，控制器112可通過如果在停用狀態中則激活冷卻機構120b或者通過增加冷卻機 構120b工作來調節該冷卻機構120b。
在步驟216和218之一或兩者之後，控制器112可重複步驟206-218任何合理合 適的持續時間或任何合理合適的迭代次數來充分地冷卻冷卻液同時高效地管理結構。
在方法200的實現過程中，當傳感器130a-130n所檢測的並在步驟206處所接 收的環境條件中的一個或多個高於預定給定值範圍時，控制器112例如通過在調節具有 相對較高度量水平的冷卻機構120a-120n之前調節具有相對較低度量水平的冷卻機構 120a-120n來設法降低供應到傳感器130a-130n的位置的冷卻液的溫度。同樣，當傳感器 130a-130n所檢測的並在步驟206處所接收的環境條件中的一個或多個低於預定給定值範 圍時，控制器112例如通過在調節具有相對較低度量水平的冷卻機構120a-120n之前調節 具有最高度量水平的冷卻機構120a-120n來設法提高供應到傳感器130a-130n的位置的冷 卻液的溫度。就此，例如，可基本上最小化冷卻機構120a-120n在將結構內的溫度維持在預定給定值溫度範圍內的時候所消耗的能量。
方法200中闡述的部分或全部操作可作為至少一個實用程序、程序或子程序來包 含在任何所需計算機可訪問介質中。另外，方法200中的部分或全部步驟可按活動的和不 活動的各種各樣的形式存在的由電腦程式來具體化。例如，該電腦程式可作為由源代 碼、目標代碼、可執行代碼或其他格式的程序指令組成的軟體程序而存在。以上的任一個可 被包含在包括存儲設備和壓縮或未壓縮形式的信號的計算機可讀介質上。
示例性計算機可讀存儲設備包括常規的計算機系統RAM、ROM、EPROM、EEPROM和磁 盤或光碟或磁帶。無論是否使用載波來調製，示例性計算機可讀信號是主存或運行計算機 程序的計算機系統可被配置來訪問的信號，包括通過網際網路或其他網絡下載的信號。前述 的具體示例包括在CD ROM上對程序的分發或經由網際網路的下載。在某種意義上，網際網路本 身作為一抽象實體是計算機可讀介質。一般而言對於計算機網絡也是如此。因此，應該理 解，能夠執行上述功能的任何電子設備可執行以上枚舉的這些功能。
現在轉向圖3-5，示出了根據三個示例的具有由多個冷卻機構120a-120n組成的 冷卻管理系統100的各種結構的簡化示意圖300、400和500。應該理解，圖300、400和500 可包括附加組件且此處描述的某些組件可被移除和/或修改而不背離冷卻管理系統100的 範圍。另外，應該理解，冷卻管理系統100可在具有除在圖300、400和500中描繪的那些配 置之外的配置的結構中實現。此外，應該理解，冷卻機構120a-120n的示例可應用於較小規 模的結構，諸如，大樓內的房間、房間內的區、電子機櫃等。
一般而言，圖300、400和500描繪了冷卻管理系統100的示例。就此，圖300、400和 500描繪了在圖1的冷卻管理系統100中描繪的系統管理器110、多個冷卻機構120a-120n、 以及多個傳感器130a-130n。
首先參考圖3，圖300示出諸如IT數據中心連同冷卻管理系統100 —起等的結構 302，在這種情況下是大樓。結構302被描繪為包括抬高的地板304和降低的天花板306。 抬高的地板304和降低的天花板306包括換氣片308來使得諸如空氣或其他合適的物質等 的冷卻液能夠在結構302中環繞流動。位於抬高的地板304上的是發熱組件310，諸如容納 多個伺服器、電源、存儲器等的電子機架。同樣位於抬高的地板304上的是吸熱組件312，諸 如蒸發器或其中發生熱傳遞的其他裝置。吸熱組件312被描繪為包括被設計成產生穿過發 熱組件310和吸熱組件312的氣流的一對風扇314。
圖3-5中描繪的實線箭頭一般指示相對較低溫度下的冷卻液或冷卻介質，而虛線 箭頭一般指示已被加熱的冷卻液或冷卻介質。如圖所示，當冷卻液流過發熱組件310時可 變為已加熱的，而當其流過吸熱組件312時可變為已冷卻的。冷卻液因此可貫穿結構302 在已冷卻的和已加熱的狀態之間循環以從發熱組件310排除熱量。
排熱組件312包括諸如製冷劑、冷卻水、減壓的水等的冷卻介質流過其中的多個 管道(未示出)。來自冷卻液的熱量通過傳導被傳遞到包含在管道內的冷卻介質，而熱傳遞 通過附連到管道的散熱片(未示出)來增強。
雖然未明確地示出，但排熱組件312包括承載兩個獨立冷卻介質的兩組獨立的管 道。管道彼此分開以阻止一個管道中的冷卻介質與另一管道中的冷卻介質混合。另外，兩 組管道都可被配置成在排熱組件312的較大區域上延伸，從而使得每一個管道中的冷卻介 質具有其上從冷卻液中傳遞熱量的較大區域。
第一組管道形成第一冷卻機構120a的一部分並連接到第一冷卻機構120a的管道 320a和320b。管道320a和320b也連接到冷凝器322並與第一組管道和冷凝器322形成 閉環。被配置成基於其溫度經歷相變的冷卻介質被包含在形成第一冷卻機構120a的閉環 中。冷卻介質可包括，例如，被配置成在相對較低溫度下改變相位的減壓的水、冷卻劑等。
第一冷卻機構120a —般通過使冷卻介質循環通過閉環中的汽_液循環來工作。 更具體地，冷卻介質主要是第一組管道內的液體，並在熱量從包含在結構302中的冷卻液 被吸收時汽化，從而冷卻冷卻液。汽化的冷卻介質向上流過管道320a並在冷凝器322中聚 集。包含在汽化的冷卻介質中的某些熱量通過冷凝器322被驅散，而汽化的冷卻介質冷凝 成液體324。從冷卻介質的排熱可通過風扇326的工作來增強。就任一點而言，液體冷卻介 質通過管道320b被傳遞迴到蒸發器312並重複汽-液循環來不斷冷卻冷卻液。
第一冷卻機構120a被認為是「無源」冷卻機構，因為不需要電能來使冷卻介質流 過閉環。
第二組管道形成第二冷卻機構120b的一部分並連接到第二冷卻機構120b的管道 330a和330b。管道330a和330b也連接到累積器332、熱交換器3；34和泵336。第二冷卻 機構120b也形成具有被配置成流過該循環的冷卻介質的閉環。冷卻介質一般包括在蒸發 器312處從冷卻液吸收熱量的液體。已加熱的冷卻介質向下流過管道330a，該管道可埋藏 在地340中直到具有與圍繞結構302的環境空氣溫度相比更低溫度的深度處。
當冷卻介質流過管道330時，來自冷卻介質的熱量被驅散到地中，從而冷卻冷卻 介質，如實線箭頭和虛線箭頭所指示的。已冷卻的冷卻介質在通過管道330b被重新放入第 二組管道中之前在累積器332中聚集。泵336對冷卻介質施加壓力從而使得冷卻介質流過 閉環。就此，第二冷卻機構120b被認為是「有源」冷卻機構，因為需要電能來使冷卻介質流 過閉環。
包含在第二冷卻機構120b中的冷卻介質可通過在熱交換器334處的熱傳遞來進 一步冷卻。更具體地，在熱交換器334處，來自包含在第二冷卻機構120b中的冷卻介質的 熱量被傳遞至包含在第三冷卻機構120c的冷卻介質，從而進一步冷卻包含在第二冷卻機 構120b中的冷卻介質。然而，如果控制器112判定從管道330a直接供應的包含在累積器 332中的冷卻介質的溫度足夠冷，則控制器112可以不激活第三冷卻機構340或者可以將第 三冷卻機構340維持在相對較低功率狀態。
第三冷卻機構120c —般包括蒸汽壓縮類冷卻機構，包括蒸發器(熱交換器334)、 壓縮機340、冷凝器342和膨脹閥344。冷凝器342還包括用於增加從包含在將第三冷卻機 構120c的組件連接在一起的循環350中的冷卻介質的排熱的風扇346。第三冷卻機構120c 也被認為是「有源」冷卻機構，因為需要電能來為冷卻介質提供原動力以流過循環350。
第二冷卻機構120b和第三冷卻機構120c具有比第一冷卻機構120a相對更高的 能耗水平。另外，第三冷卻機構120c可具有比第二冷卻機構120b的能耗水平相對更高的 能耗水平。然而，控制器112可通過基本上限制第三冷卻機構120c的激活和增加的工作直 到需要附加冷卻來基本上最小化能耗。
在工作中，系統管理器110可調節泵332和壓縮機340之一或兩者來改變包含在 第二和第三冷卻機構120b和120c中的冷卻介質的溫度，從而改變包含在結構302中的冷 卻液的溫度。根據方法200，當第一冷卻機構120a能夠例如將冷卻液的溫度維持在預定給定值範圍內時，系統管理器110可將第二和第三冷卻機構120b和120c維持在不活動狀態 或較低功率狀態。另外，當第一冷卻機構120a不能夠充分地冷卻冷卻液時，系統管理器110 可調節第二冷卻機構120b。當第一冷卻機構120a和第二冷卻機構120b不能夠充分地冷卻 冷卻液時，系統管理器110還可調節第三冷卻機構120c。由此，系統管理器110，或更具體 地，控制器112，被配置成按分階段方式來實現冷卻機構120a-120c，該分階段方式基本上 最小化在冷卻結構302中的冷卻液時所消耗的能量、總所有權成本、冷卻機構120a-120c的 有效能量損失等。
雖然排熱組件312已經被描述為包含用於第一冷卻機構120a和第二冷卻機構 120b的兩組管道，但應該理解，第一冷卻機構120a和第二冷卻機構120b中的每一個可包括 獨立的排熱組件312而不背離此處描述的冷卻管理系統100的範圍。
另外，雖然第二冷卻機構120b已經被描述為包含延伸到地340中的管道330a，但 管道330a可取決於結構302的地理位置而延伸至相對更低溫度的位置。作為示例，在諸如 水、空氣、冰等材料可用且具有足夠低的溫度來充分冷卻包含在第二冷卻機構120b中的冷 卻介質的情況下，管道330a可延伸到這些材料中。
現在轉向圖4，圖400示出根據另一示例的帶有不同冷卻管理系統100的圖3中描 繪的結構302。冷卻管理系統100包括圖3中描繪的相同的第一冷卻機構120a。然而，圖4 中描繪的冷卻管理系統100與圖3的區別在於移除了第三冷卻機構120c且第二冷卻機構 120b包括冷卻塔402。冷卻塔402包括被配置成使得環境氣流流過冷卻塔從而冷卻第二冷 卻機構120b中的冷卻介質的風扇404。
在該示例中，包含在第二冷卻機構120b中的冷卻介質最初由與地340的溫差來 冷卻。當地循環330a不能夠充分地冷卻冷卻介質時，系統管理器110，或更具體地，控制器 112，調節風扇404來進一步冷卻冷卻介質。另選地，當地循環330a部分或第一冷卻機構 120a能夠充分地冷卻冷卻液時，控制器112減少風扇404工作。
現在轉向圖5，圖500示出根據一示例的帶有不同冷卻管理系統100的圖3中描繪 的結構302。冷卻管理系統100包括第一冷卻機構120a和第二冷卻機構120b。第一冷卻 機構120a包括需要很少或不需要電能來工作的無源冷卻機構。
在圖500中，蒸發器312包括連接到第二冷卻機構120b的管道330a和330b的單 組管道。同樣，管道330a被描繪為在地340之上且位於熱交換器502內。熱交換器被示為 包括用於接收第一冷卻機構120a的冷卻介質的隔室504。
在工作時，來自包含在第二冷卻機構120b中的冷卻介質的熱量被傳遞至包含在 第一冷卻機構中的冷卻介質，這使得隔室504中的冷卻介質蒸發。汽化的冷卻介質被冷卻 並冷凝到冷凝器322中，並返回至熱交換器502，如上文參考圖3所討論的。
第二冷卻機構120b中的已冷卻的冷卻介質被返回至蒸發器312來重複對包含在 結構302中的冷卻液的冷卻循環。
在該示例中，系統管理器，或更具體地，控制器112，調節第二冷卻機構120b的泵 336來改變冷卻液的溫度。
圖6示出根據一實施例的可被採用來執行以上描述的系統管理器110的各功能的 計算機系統600。在這一方面，計算機系統600可用作用於執行上文參考系統管理器110所 描述的一個或多個功能的平臺。
計算機系統600包括可用於執行在方法200中描述的部分或全部步驟的處理器 602。來自處理器602的命令和數據通過通信總線604進行通信。計算機系統600還包括 諸如隨機存取存儲器(RAM)等的主存儲器606和二級存儲器608，其中用於例如系統管理 器110的程序代碼可在運行時期間執行。二級存儲器608包括，例如，可以存儲用於管理結 構的程序代碼的副本的、表示軟盤驅動器、磁帶驅動器、緊緻盤驅動器等的一個或多個硬碟 610和/或可移動存儲驅動器612。
可移動存儲驅動器610按公知的方式對可移動存儲單元614進行讀和/或寫。用 戶輸入和輸出設備可包括鍵盤616、滑鼠618和顯示器620。顯示適配器622可與通信總線 604和顯示器620接口，且可從處理器602接收顯示數據並將該顯示數據轉換成用於顯示器 620的顯示命令。另外，處理器602可通過網絡適配器擬4通過例如網際網路、LAN等的網絡 進行通信。
可以添加或替換計算機系統600中的其他已知的電子組件對於本領域普通技術 人員而言將是顯而易見的。另外，計算機系統600可包括在數據中心中的機架中使用的系 統板或刀片、常規的「白盒」伺服器或計算設備等。同樣，圖6中的組件中的一個或多個可 以是可選的(例如，用戶輸入設備、二級存儲器等)。
此處描述並示出的是本發明的優選實施例及其某些變型。此處使用的術語、描述 和附圖僅作為說明而闡述且不旨在限制。本領域技術人員將認識到，在本發明的精神和範 圍內的許多變型及其等效方案是可能的，且本發明的範圍旨在由所附權利要求書來定義， 其中所有術語意味著其最寬泛合理的意義除非另外指定。
權利要求
1.一種用於管理具有冷卻液的結構的系統，所述冷卻液被配置成環繞所述結構中包含 的組件流動並從中吸收熱量，所述系統包括被配置成從冷卻液吸收熱量的多個獨立冷卻機構，所述多個獨立冷卻機構中的至少兩 個具有相對於彼此的至少一個不同的度量水平；以及被配置成按分階段方式來實現所述多個獨立冷卻機構以從所述冷卻液排除熱量從而 管理所述結構的控制器，其中所述分階段方式包括首先實現具有至少一個相對較低度量水 平的冷卻機構，最後實現具有至少一個相對較高度量水平的冷卻機構。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述多個獨立冷卻機構中的每一個包括吸 熱組件和被配置成流過所述吸熱組件的冷卻介質，且其中所述吸熱組件被配置成便於從所 述冷卻液到所述冷卻介質的相對高效的熱傳遞。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述多個獨立冷卻機構中的至少一個包括 具有較低能耗水平的無源冷卻機構，且所述多個獨立冷卻機構中的至少一個包括具有較高 能耗水平的有源冷卻機構。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述無源冷卻機構包括循環溫差環流系統， 所述循環溫差環流系統具有在水平方向上位於與所述循環溫差環流系統的蒸發器相比較 高位置處的冷凝器，其中所述循環溫差環流系統的冷卻介質被配置成通過所述冷卻介質中 的相變來在所述蒸發器和所述冷凝器之間流動。
5.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述有源冷卻機構包括地耦合循環和冷卻 器裝置中的至少一個。
6.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述有源冷卻機構包括具有被配置成從包 含在所述有源冷卻機構中的冷卻介質排除附加熱量的冷卻塔的地耦合循環。
7.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述多個獨立冷卻機構中的至少兩個共享 共同的蒸發器，其中所述共同的蒸發器包括多個管道組來維持所述多個獨立冷卻機構中的 至少兩個的冷卻介質的分離。
8.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括被配置成檢測所述結構中一位置處的冷卻液的環境條件的傳感器；以及其中所述控制器還被配置成按分階段方式實現所述多個獨立冷卻機構來將所檢測的 環境條件基本上維持在預定範圍內。
9.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述結構包括大樓且所述組件包括電子設 備，且其中所述傳感器被配置成檢測電子設備的一位置處的溫度。
10.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述多個獨立冷卻機構包括具有被配置成 從所述冷卻液排除熱量的第一冷卻介質的第一有源冷卻機構和具有第二冷卻介質的第二 有源冷卻機構，其中所述第二冷卻介質被配置成從所述第一冷卻介質排除熱量，且其中所 述控制器還被配置成調節所述第二有源冷卻機構來調節從所述第一冷卻介質和所述冷卻 液的排熱。
11.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述結構被分成多個區，且其中所述多個 區中的每一個被配置成由多個獨立冷卻機構來冷卻，其中所述多個獨立冷卻機構中的至少 兩個具有相對於彼此不同的能耗水平。
12.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述至少一個不同的度量水平包括所述冷卻機構的能耗水平、總所有權成本和有效能量損失中的至少一個。
13.一種用於管理具有冷卻液的結構的方法，所述冷卻液被配置成環繞所述結構中包 含的組件流動並從中吸收熱量，所述結構帶有具有不同度量水平的多個獨立冷卻機構，所 述方法包括接收在所述結構的一位置處所檢測的環境條件；判定所述環境條件是否低於預定給定值範圍；以及響應於所述環境條件超過所述預定給定值範圍，通過首先調節具有相對較低度量水平 的冷卻機構且最後調節具有相對較高度量水平的冷卻機構，以分階段方式來調節所述多個 獨立冷卻機構來在管理所述結構時充分地冷卻所述冷卻液。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述環境條件包括溫度，其中所述預定給 定值範圍包括預定給定值溫度，且其中以分階段方式調節所述多個獨立冷卻機構還包括響應於溫度超過所述預定給定值溫度，首先調節具有第一能耗水平的第一冷卻機構；判定調節所述第一冷卻機構是否導致所述溫度降低至所述預定給定值溫度範圍內；以及響應於所述溫度保持在所述預定給定值溫度範圍以上，調節具有比所述第一能耗水平 高的第二能耗水平的第二冷卻機構。
15.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，還包括響應於對環境條件低於所述預定給定值範圍的判定，進行以下兩者的至少一個減小 來自所述多個獨立冷卻機構中具有相對較高度量水平的至少一個的冷卻輸出，和停用所述 多個獨立冷卻機構中具有相對較高度量水平的至少一個。
16.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述多個獨立冷卻機構包括無源冷卻機 構和至少一個有源冷卻機構，且其中響應於所述環境條件超過所述預定給定值溫度範圍來 以分階段方式調節所述多個獨立冷卻機構還包括在調節所述至少一個有源冷卻機構之前 激活所述無源冷卻機構。
17.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述多個獨立冷卻機構包括無源冷卻機 構和至少一個有源冷卻機構，所述方法還包括響應於所述一個或多個環境條件落在低於所述預定給定值範圍，在分階段方式調節所 述無源冷卻機構之前調節所述至少一個有源冷卻機構。
18.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述多個獨立冷卻機構包括具有被配置 成從所述冷卻液排除熱量的第一冷卻介質的第一有源冷卻機構和具有第二冷卻介質的第 二有源冷卻機構，其中所述第二冷卻介質被配置成從所述第一冷卻介質排除熱量，所述方 法還包括判定所述一個或多個環境條件是否高於第二預定給定值範圍；以及響應於所述一個或多個環境條件超過所述第二預定給定值範圍，調節所述第二有源冷 卻機構來增加從所述第一冷卻介質的排熱。
19.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，還包括從定義所述結構要被操作的各種方式的一個或多個服務級協定所闡述的規定中定義 所述預定給定值範圍。
20.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述結構被分成多個區，且其中所述多個區中的每一個被配置成由多個獨立冷卻機構來冷卻，其中所述多個獨立冷卻機構中的至少 兩個具有相對於彼此不同的能耗水平，所述方法還包括獨立於彼此地調節所述區中的至少兩個中的多個獨立冷卻機構。
21. 一種其上嵌入有一個或多個電腦程式的計算機可讀存儲介質，所述一個或多個 電腦程式實現一種用於冷卻具有冷卻液的結構的方法，所述冷卻液被配置成環繞所述結 構中包含的組件流動並從中吸收熱量，所述結構帶有具有至少一個不同度量水平的多個獨 立冷卻機構，所述一個或多個電腦程式包括一組指令用於 接收在所述結構的一位置處所檢測的環境條件； 判定所述環境條件是否低於預定給定值範圍；以及響應於所述環境條件超過所述預定給定值範圍，通過首先調節具有相對較低度量水平 的冷卻機構且最後調節具有相對較高度量水平的冷卻機構，以分階段方式來調節所述多個 獨立冷卻機構以在管理所述結構時充分地冷卻所述冷卻液。
全文摘要
一種用於管理具有冷卻液的結構的系統包括被配置成從冷卻液吸收熱量的多個獨立冷卻機構，該冷卻液被配置成環繞該結構中包含的組件流動並從中吸收熱量。多個獨立冷卻機構中的至少兩個具有相對於彼此的至少一個不同的度量水平。該系統還包括被配置成按分階段方式實現多個獨立冷卻機構來從冷卻液中排除熱量的控制器。分階段方式包括首先實現具有至少一個相對較低度量水平的冷卻機構，最後實現具有至少一個相對較高度量水平的冷卻機構來冷卻該結構。
文檔編號F24F11/053GK102037288SQ200880129470
公開日2011年4月27日 申請日期2008年4月1日 優先權日2008年4月1日
發明者A·J·沙阿, A·貝特爾摩, C·E·巴什, C·帕特爾, R·K·沙爾瑪 申請人:惠普發展公司，有限責任合夥企業