用於進行自適應環境管理的智能風扇輔助的貼磚的製作方法

2023-12-10 08:28:32 2

專利名稱：用於進行自適應環境管理的智能風扇輔助的貼磚的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及對房間的環境管理，具體來說，涉及對計算機數據中心的熱和/
或氣流管理。
背景技術：
計算機數據中心通常包括成千上萬的機櫃，其中每個機櫃都有多個計算單元。計 算單元可以包括多個微處理器，每一個微處理器都消耗大約250W的功率。包含這樣的計算 單元的機櫃的熱耗散可以超過10KW。當今的計算機數據中心，具有大約1000個機櫃並佔用 超過30，000平方英尺，計算基礎架構需要大約IOMW的功率。明天的100，000平方英尺的 計算機數據中心可能為計算基礎架構需要50MW的功率。驅散這些熱量所需的能量會是額 外的20MW。十萬平方英尺的大規模的計算機數據中心，具有五千個IOKW的機櫃，僅是為服 務器提供電源每年就會花費大約4400萬美元($100/MWh)，為計算機數據中心的冷卻基礎 架構提供電源每年需要花費大約1800萬美元。藉助於機櫃和風扇的適當的布局的冷卻設計考慮，會節省大量的能源。一般而言， 大功率密度計算機數據中心的冷卻設計是相當複雜的。當今直觀的空氣分布不足以在計算 機數據中心提供均衡的氣流，使得計算機數據中心的每個位置都接收到均勻的氣流以提高 運轉效率和冷卻性能。此外，許多計算機數據中心也是倉促地計劃和實現的，所需的設備必須快速地按 照匆忙制定的日程表來安裝。典型的結果是活動地板上的有些隨意的布局，這種布局可能 由於環境溫度差異造成具有災難性的後果。令人遺憾的是，這種缺少計劃的危險，直到已 經發生嚴重的可靠性問題之後才會很明顯。此外，由於通信量模式、設備變化和添加，被阻 塞的過濾器，發生故障的風扇等等所引起的計算機數據中心的任何變化都會影響熱負荷分 布，這又會影響計算機數據中心的均衡的氣流。

發明內容
本發明提供了用於在對諸如計算機數據中心之類的具有許多發熱元件的房間提 供均衡的氣流的技術。在一個示例實施例中，該技術為計算機數據中心提供動態氣流平衡 和熱管理。這是通過在計算機數據中心的活動地板和天花板的不同位置放置通過數據網絡 連接到主機計算機的多個風扇貼磚來實現的。由主機計算機分別基於傳感的進入的氣流和 排出空氣溫度，控制活動地板和天花板中的每一個放置的聯網風扇貼磚，以實現計算機數 據中心的均衡的氣流


圖1是根據本主題的包括多個風扇輔助的貼磚的計算機數據中心的一個示例實 施例的側視圖的示意圖。圖2是根據本主題的如圖1所示的風扇輔助的貼磚的方框圖。圖3是顯示了根據本主題的一個實施例的在房間內實現自適應氣流平衡的方法 的流程圖。
具體實施例方式本主題提供了用於對房間進行環境控制(如給房間提供均衡的氣流或熱/溫度控 制)的技術。這樣的環境控制對於房間的設備的正常運轉是關鍵的。諸如半導體和製藥清 潔室之類的房間可能不對溫度那麼敏感，但是可能具有氣流要求，這些要求對於密封或顆 粒控制是關鍵的。諸如計算機組件之類的發熱設備，可能必須冷卻，以保證正常的操作。該 技術進一步為計算機數據中心提供動態氣流平衡和熱管理。在下面的對本發明的實施例的詳細描述中，將參考構成本發明的一部分的附圖， 在附圖中，通過例圖，顯示了其中可以實施本發明的特定實施例。足夠詳細地描述了這些實 施例，以使那些本領域技術人員能實施本發明，應該理解，可以利用其他實施例，在不偏離 本發明的範圍的情況下，可以進行各種修改。因此，下面的詳細描述不是在限制性的意義上 進行的，本發明的範圍只由所附的權利要求來進行定義。術語「熱伺服器」、「主機計算機」、 「遠程伺服器」和「遠程計算機」在整個文檔中可互換地使用。此外，術語「功率控制器」和 「微控制器」在整個文檔中也可互換地使用，它們是指用於改變風扇貼磚組件中的一個或多 個風扇的速度的裝置。現在請參看圖1，該圖顯示了根據本主題的熱管理系統100的示例實施例。熱管理 系統100包括位於房間105的活動地板140中的風扇輔助的貼磚130的第一陣列110，以及 位於房間105的風扇輔助的貼磚130的第二陣列120。房間105可以是包括發熱組件195 的計算機數據中心。如圖1所示，每一個風扇輔助的貼磚130都包括多個通道162，用於使空氣進入房 間105並從中排出。如圖1進一步所示，每一個風扇輔助的貼磚130都可以粘接到風扇貼 磚135，該風扇貼磚135可以被置於房間105的天花板150和/或活動地板140上。在某些 實施例中，風扇貼磚135由金屬片貼磚製成。在這些實施例中，金屬片貼磚具有正面165和 背面178。一個或多個風扇172粘接到金屬片貼磚的背面178。金屬片貼磚的正面165可 以置於房間105的活動地板140和/或天花板150上。還是如圖1所示，熱管理系統100包括電源175、數據網絡180，以及遠程熱服務 器190。熱伺服器190可以是主機計算機、遠程伺服器、遠程計算機、遠程伺服器、處理器， 及其他可以有助於對房間105進行熱管理的處理器。熱伺服器190可以是能夠通過數據網 絡180進行通信的遠程程序。如圖1所示，每一個風扇輔助的貼磚130都包括一個或多個 風扇172、功率控制器186，以及接口 170。在如圖1所示的示例實施例中，每一個功率控制 器186通過接170連接到電源175。此外，如圖1所示，每一個風扇輔助的貼磚130都通過 接170和通過數據網絡180連接到熱伺服器190。接170可以是諸如串行通信接口之類的 網絡接口。
網絡也可以是無線網絡，網絡中的每一個設備都具有接170，具有用於實現許多無 線協議中的某一個協議的收發器。在某些實施例中，傳感器可以具有收發器，也可以只具有 發射器，並發射代表傳感的諸如溫度、氣流等等參數的信息。在這些實施例中，風扇輔助的貼磚130的第一陣列110位於活動地板140上，以便 空氣被引向房間105，如方向箭頭152所示。風扇輔助的貼磚130的第二陣列120位於天花 板150上，以便空氣被從房間105引出，如方向箭頭157所示。在工作時，熱管理系統100 通過通道162移動房間105中的空氣，如方向箭頭152、155，以及157所示，以實現房間105 的自適應氣流平衡。還是如圖1所示，氣流傳感器184連接到風扇輔助的貼磚130的第一陣列110中 的每一個功率控制器186。此外，圖1還顯示了連接到風扇輔助的貼磚130的第二陣列120 中的每一個功率控制器186的溫度傳感器182。圖1顯示了用於對諸如房間105之類的環境進行自適應控制的集中控制系統示 例。此示例實施例中的集中控制是通過熱伺服器190來實現的，熱伺服器190通過網絡180 與風扇輔助的貼磚130進行通信。在此示例實施例中，熱伺服器190接收諸如氣流和溫度之 類的傳感器信息，並計算諸如風扇轉速之類的必需的操作參數及其他操縱風扇輔助的貼磚 130所需的命令。然後，將計算出的操作參數通過網絡發送到每一個風扇輔助的貼磚130， 以對房間105進行自適應控制。在另一個實施例中，在整個房間到處都形成了溫度傳感器199的網絡，並向熱服 務器190提供溫度信息。在一個實施例中，溫度傳感器提供房間的溫度圖。該圖的細節或粒 度取決於溫度傳感器的數量、密度和布局。這樣的傳感器可以放置在房間的任何地方，如可 能有特殊熱需求的敏感設備附近，或均勻地放置在房間的天花板上，或所需要的別的什麼 地方。在一個實施例中，熱伺服器監視溫度信息，並提供趨勢監視。趨勢監視可以用來識別 溫度趨勢，已知趨勢可以表明不希望的發熱或可能的冷卻故障。操作員可以基於對數據的 歷史分析和識別與不希望的事件關聯的模式，學習或預先編程數據的這樣的趨勢或模式。在一個實施例中，冷卻貼磚包含可控制的進口和出口通風孔。通風孔可以是冷卻 貼磚通道162的一部分，並由熱伺服器190通過貼磚進行控制，以較好地對氣流進行控制， 也可以是單獨的聯網的設備，接收命令，並可選地直接向熱伺服器提供數據。在這樣的情況 下，通風孔可以位於房間的任何地方，甚至與貼磚分開。熱伺服器可以監視溫度傳感器的網 絡的溫度，並控制通風孔以管理房間的溫度。現在請參看圖2，顯示了如圖1所示的風扇輔助的貼磚的示例實施例。例如，如圖 2所示，風扇輔助的貼磚130包括連接到一個或多個風扇172的風扇控制器210。一個或多 個風扇172可以是一個或多個軸向和/或徑向風扇。如圖2所示，風扇控制器210包括處理器220、功率控制器186、DIP開關230、傳感 器240，以及出入接口 270和280，用於與其他風扇輔助的貼磚130進行菊花鏈方式的連接。 此外，如圖1所示，傳感器240可以是溫度傳感器182、氣流傳感器184或適用於傳感環境 特徵並可以有助於房間105的自適應氣流平衡和熱管理的任何其他傳感器。在某些實施例 中，傳感器240可以是溼度傳感器，用於傳感進出房間105的空氣的溼度。DIP開關230用於設置網絡地址，如每一個風扇輔助的貼磚130所特有的IP位址。 DIP開關230可以是8比特或較高的DIP開關。DIP開關230也可以是適用於設置網絡地址或唯一標識符的可編程的開關等等。如圖2所示，風扇輔助的貼磚130通過使用接口 270 和280採用與菊花鏈方式與電源和網絡連接，與其他風扇輔助的貼磚進行連接。例如，在圖 2中，所顯示的電源線250和網絡線路260是隔離的。網絡線路260可以是RS4858位可尋 址的連接或串行通信接口。在工作時，在一個示例實施例中，每一個溫度傳感器182和氣流傳感器184都分別 傳感排出空氣溫度和進入氣流，處理器220基於傳感的溫度和氣流，輸出第一控制信號以 及關聯的網絡地址。第一控制信號可以是溫度數據、氣流數據，和/或有助於房間105的自 適應氣流平衡和熱管理的任何其他數據。在某些實施例中，每一個溫度傳感器182都傳感房間105的排出的空氣溫度，處理 器220輸出第一控制信號，而每一個氣流傳感器184都傳感進入氣流，並輸出第二控制信 號。在這些實施例中，熱伺服器190分別基於輸出的第一和第二控制信號，輸出第三和第四 控制信號。還是在這些實施例中，每一個風扇控制器210都基於通過數據網絡180從熱服 務器190接收到的第三和第四控制信號，改變第一和第二陣列110和120中的每一個關聯 的風扇輔助的貼磚130中的一個或更多風扇172的風扇轉速。熱伺服器190通過數據網絡180從每一個溫度和氣流傳感器182和184接收輸出 的第一控制信號以及關聯的網絡地址，並基於從每一個溫度和氣流傳感器182和184接收 到的第一控制信號和關聯的網絡地址，輸出第二控制信號以及關聯的網絡地址。熱伺服器190基於接收到的網絡地址，通過數據網絡180向風扇輔助的貼磚130 的關聯的風扇控制器210發送每一個輸出的第二控制信號以及關聯的網絡地址。每一個風 扇輔助的貼磚130的風扇控制器210基於通過數據網絡180從熱伺服器190接收到的控制 信號，對一個或多個風扇172進行控制。在某些實施例中，第二控制信號是每分鐘轉數(rpm)數據或其他可以幫助控制一 個或多個風扇172的速度的數據。在某些實施例中，微控制器210基於接收到的關聯的第一 控制信號(該控制信號可以基於從關聯的氣流傳感器184接收到的氣流數據)，控制第一陣 列110中的每一個風扇輔助的貼磚130中的一個或多個風扇172的風扇轉速。也是在這些 實施例中，風扇控制器210基於接收到的關聯的第二控制信號(該控制信號可以是從關聯 的溫度傳感器182接收到的溫度數據)，控制第二陣列120中的每一個風扇輔助的貼磚130 中的一個或多個風扇172的風扇轉速，以實現房間105的自適應氣流平衡和/或熱管理。此外，圖1顯示了位於房間105的天花板150和/或活動地板140中的指示器192， 以便萬一在操作過程中風扇輔助的貼磚發生故障時指出每一個風扇輔助的貼磚130的故 障狀況。指示器192可以是燈和/或警報器。當在操作過程中任何關聯的風扇輔助貼磚 130發生故障時，燈亮起和/或警報器響起。指示器192可以連接到風扇控制器210，而風 扇控制器210又可以通過數據網絡180連接到熱伺服器190。風扇控制器210還可以包括 監視位於第一和第二陣列110和120中的每一個風扇輔助的貼磚130的狀態的傳感器(未 顯示)。在工作時，該傳感器可以向熱伺服器190發送第五控制信號。熱伺服器190可以監 視發送的第五控制信號，並向風扇控制器210輸出第六控制信號。風扇控制器210基於接 收到的第六控制信號，分別指出第一和第二陣列110和120中的風扇輔助的貼磚130的故 障狀況。可以預見，上文所描述的技術也可以用於分散控制環境中，其中，諸如熱伺服器190之類的控制器將大多數操作決策交由諸如風扇輔助的貼磚130及其他通過數據網絡 130連接的設備之類的遠程設備來作出。在這些實施例中，熱伺服器190向每一個風扇輔助 的貼磚130發送使其在實現給定氣流或溫度的級別操作的命令。由每一個風扇輔助的貼磚 130在本地作出關於諸如風扇轉速之類的操作參數及其他命令的決定。在這些實施例中， 由熱伺服器190執行一部分控制功能被切換到每一個風扇輔助的貼磚130，以實現房間105 的自適應控制。此外，也可以預見，上文所描述的技術可以在分布式控制環境中使用，其中，每一 個風扇輔助的貼磚130或任何其他設備可以與其他風扇輔助的貼磚130或通過數據網絡 180連接的設備進行通信。還是在這些實施例中，每一個風扇輔助的貼磚130可以計算它 們自己的操作參數，以控制它們的風扇轉速，以實現房間105的自適應控制。在這些實施例 中，熱伺服器190基本上用於監視風扇輔助的貼磚及其他通過網絡180連接的設備，以確保 正常的運轉，並將這些設備中的每一個設備的狀態報告給設備維護人員(facilitator)和 /或操作員。上文所描述的體系結構中的任何一個(即，分散控制系統和分布式控制系統) 的優點是，它們可以大大降低通過數據網絡180發送的通信量，從而提高系統性能。現在請參看圖3，該圖顯示了根據本發明的方法300的實施例。在310，此示例實 施例中的方法300傳感進入房間的氣流。在320，方法300進一步傳感排出空氣溫度。在此 實施例中，傳感從風扇輔助的貼磚的第一陣列進入的氣流和從風扇輔助貼磚的第二陣列排 出的空氣溫度。在330，基於傳感的氣流和溫度，輸出第一控制信號。在某些實施例中，在330，與 第一控制信號一起輸出與每一個風扇輔助的貼磚關聯的網絡地址。在340，基於第一控制信 號，輸出第二控制信號。在某些實施例中，在340，和與待控制的風扇輔助的貼磚關聯的網絡 地址一起輸出第二控制信號。在350，基於第二控制信號，控制第一和第二陣列中的每一個風扇輔助的貼磚中的 一個或多個風扇172的風扇轉速，以實現房間中的自適應氣流平衡。在某些實施例中，方法 300也可以包括傳感每一個風扇輔助的貼磚的狀況，並基於傳感的每一個風扇輔助的貼磚 的狀況，指出發生故障的狀況。在這些實施例中，可以通過發送警報或通過亮起與發生故障 的風扇輔助的貼磚關聯的指示器，指出風扇輔助的貼磚的發生故障的狀況。上述方法，方框310-350，不斷地重複，通過改變風扇的速度以適應房間內的流量 模式的變化、組件變化和添加、被阻塞的過濾器、發生故障的風扇等等，來維持自適應氣流 平衡，並對房間進行熱管理。房間可以是包括發熱組件的計算機數據中心。雖然方法300包括在示範性實施例中串行地排列的方框310-350，本主題的其他 實施例可以使用多個處理器或一個處理器組織的兩個或更多虛擬機或子處理器，並行地執 行兩個或更多方框。此外，還有其他實施例可以作為兩個或更多特定互連硬體模塊來實現 這些方框，相關的控制和數據信號在模塊之間和穿過模塊地進行傳輸，或作為專用集成電 路的某些部分來實現。如此，示範性流程圖可適用於軟體、固件和/或硬體實現方式。可一般性地應用這裡所描述的風扇組件、系統，以及方法的各種實施例，以實現計 算機數據中心的自適應氣流平衡和熱管理。此外，上文所描述的技術還使計算機數據中心 的每個位置的氣流均勻，如此，有助於提高計算機數據中心的運轉效率和冷卻性能。此外， 上文所描述的技術在變化的熱負荷分布條件下實現計算機數據中心的自適應氣流平衡。此外，上文所描述的技術，在實現操作熱平衡之後，繼續監視穩定狀態，並補償由於流量模式、 被阻塞過濾器、發生故障的風扇的與時間有關的變化，及其他這樣的變化所造成的熱變化， 及其他這樣的變化，以提供均衡的氣流。 上文的描述只是說明性的，而不是限制性的。許多其他實施例對那些本領域技術 人員是顯而易見的。因此，本發明的範圍應該由所附的權利要求以及與這樣的權利要求等 效的全部範圍來確定。
權利要求
一種用於在房間中提供均勻的氣流的方法，包括傳感進入分別位於房間的活動地板和天花板的輔助貼磚的第一和第二陣列的空氣和從這些陣列中排出的空氣的環境特徵；由獨立於輔助貼磚的溫度傳感器網絡提供房間的溫度圖；以及通過數據網絡使用遠程計算機，基於所述環境特徵和所述房間的溫度圖控制每一個風扇輔助的貼磚，以提供房間中的自適應氣流平衡。
2.根據權利要求1所述的方法，其中傳感環境特徵進一步包括 傳感從風扇輔助貼磚的所述第一陣列的每一個貼磚進入的氣流；以及 傳感在風扇輔助的貼磚的所述第二陣列的每一個貼磚中的排出空氣溫度。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，基於所述環境特徵和所述房間的溫度圖控制每 一個風扇輔助的貼磚進一步包括基於所傳感的環境特徵，由每一個風扇輔助的貼磚組件向所述遠程計算機輸出第一控 制信號和關聯網絡地址；由每一個風扇輔助的貼磚組件接收第二控制信號和所述關聯網絡地址；以及 基於所接收的第二控制信號和所述關聯網絡地址，控制每一個風扇輔助的貼磚組件， 以實現房間中的自適應氣流平衡。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括傳感所述第一和第二陣列中的每一個風扇輔助的貼磚的工作狀態；以及 基於傳感每一個所述風扇輔助的貼磚的狀況，通過發送警報或通過亮起與所述發生故 障的風扇輔助的貼磚關聯的指示器，指出風扇輔助的貼磚的發生故障的狀況。
5.一種用於具有發熱組件的房間的分布式環境管理控制系統，所述系統包括 風扇輔助的貼磚的陣列；連接到每一個風扇輔助的貼磚的風扇控制器；獨立於風扇輔助的貼磚的陣列的溫度傳感器網絡，用於提供房間的溫度圖； 與每個風扇輔助的貼磚關聯的傳感器，其中所述傳感器連接到風扇控制器，其中所述 傳感器傳感房間中的環境特徵並輸出所傳感的數據；以及通過數據網絡連接到每一個風扇控制器以監視每個風扇控制器的熱伺服器，其中每一 個風扇控制器都基於從關聯的傳感器接收到的傳感數據和由所述溫度傳感器網絡提供的 房間的溫度圖來實現房間中的自適應氣流平衡，其中所述熱伺服器輸出每個風扇輔助的貼 磚的狀態狀況。
6.根據權利要求5所述的環境管理系統，其中所述傳感數據包括基於環境特徵的數 據，所述環境特徵是從氣流、溫度、溼度以及粒子密度所構成的組中選擇的。
7.一種房間用環境管理系統，所述系統包括 多個風扇輔助的貼磚；分散在房間周圍且獨立於風扇輔助的貼磚的多個溫度傳感器，用於提供房間的溫度圖；連接所述風扇輔助的貼磚和所述溫度傳感器的數據網絡；以及 連接到所述數據網絡的控制器，用於接收所述溫度圖，並基於所述溫度圖向風扇輔助 的貼磚輸出控制信號以提供房間中的自適應溫度控制。
8.根據權利要求7所述的系統，其中所述控制器識別表示不希望的事件的溫度趨勢。
9.根據權利要求7所述的系統，進一步包括位於房間周圍的多個通風孔，作為空氣的 進口和出口，其中所述通風孔與所述風扇輔助的貼磚集成，並且其中所述通風孔連接到所 述網絡，並可由所述控制器進行控制，以控制穿過所述通風孔的氣流。
10.一種房間用環境管理系統，所述系統包括 位於房間周圍的多個通風孔；分散在房間周圍並且獨立於所述通風孔的多個溫度傳感器，用於提供房間的溫度圖； 連接所述通風孔和所述溫度傳感器的數據網絡；以及連接到所述數據網絡的控制器，用於接收所述溫度圖，並基於所述溫度圖控制穿過所 述通風孔的氣流。
全文摘要
使用通過網絡連接到主機計算機的風扇輔助的貼磚的在計算機數據中心中提供均衡的氣流的技術。在示例實施例中，這是這樣實現的將風扇貼磚(包括溫度和氣流傳感器和提供網絡地址的可編程的開關)置於計算機數據中心的活動地板和天花板中的多個位置。此外，該示例實施例還包括通過網絡將風扇貼磚連接到主機計算機，以基於從溫度和氣流傳感器接收到的反饋來控制風扇貼磚，以在計算機數據中心中實現自適應氣流平衡和熱管理。
文檔編號F24F11/02GK101975433SQ20101017976
公開日2011年2月16日 申請日期2005年4月22日 優先權日2005年4月22日
發明者拉傑什·M·耐爾 申請人:度控公司