基於再循環指數的crac單元控制的製作方法

2023-10-11 11:57:24 4

專利名稱：基於再循環指數的crac單元控制的製作方法
相關申請的交叉引用本申請是2003年5月29日提交的，名稱為「Air Re-CirculationIndex(空氣再循環指數)」的第10/446854號美國專利申請的繼續申請。該申請中公開的內容在本文中全部引入作為參考，並且本申請要求享有該申請的申請日。
背景技術：
數據中心可以定義為容納了設置在多個機架中的計算機系統的場所，例如一個房間。標準機架，例如電子機櫃定義為78英寸(2米)長、24英寸(0.61米)寬並且30英寸(0.76米)深的電子工業協會(EIA)外殼。這些機架配置為容納多個計算機系統，大約為40個，機架的未來配置設計成容納200個或更多個系統。該計算機系統通常包括多個組件，例如一個或多個印刷電路板(PCB)、大容量存儲設備、電源、處理器、微控制器、半導體設備等等，這些組件會在各個組件工作過程中散發較大量的熱。例如，包含多個微處理器的典型計算機系統會散發大約250W的功率。因此，包含40個這種計算機系統的機架會散發大約10KW的功率。
將機架中各個組件散發的熱傳遞到數據中心中包含的冷卻空氣所需的功率通常等於操縱這些組件所需的功率的約10％。然而，去除數據中心中多個機架散發的熱所需的功率通常等於操縱機架中各個組件所需功率的約50％。機架與數據中心之間消除各種熱負荷所需功率量的不一致性源於例如數據中心中為了冷卻空氣所需的附加熱力學工作。其一，通常利用風扇來冷卻機架，風扇用於使冷卻流體、如空氣、調節空氣等在散熱組件上移動；然而，數據中心通常實施逆功率循環來冷卻熱回流空氣。除了涉及在數據中心和冷凝器中移動冷卻流體的工作之外，實現降溫所需的其他工作通常總計達功率要求的50％。因此，除了冷卻機架出現的問題之外，冷卻數據中心存在諸多問題。
常規的數據中心通常通過一個或多個空氣調節單元工作來進行冷卻。例如，空氣調節單元的壓縮機通常需要所需工作能量的大約至少30％以充分冷卻數據中心。其他組件、例如冷凝器、空氣推進器(風扇或者吹風機)通常消耗總工作能量的另外20％。例如，具有100個機架的高密度數據中心，每個機架具有10KW的最大功耗，該數據中心通常需要1MW的冷卻能力。具有1MW除熱能力的空氣調節單元除了驅動空氣行動裝置、如風扇和吹風機所需的功率之外，通常需要至少300KW的輸入壓縮機功率。常規的數據中心空氣調節單元不會根據數據中心的分布需要而改變其冷卻流體輸出。取而代之的是，這些空氣調節單元通常以最大壓縮機功率或者接近最大壓縮機功率工作，即使在該數據中心內的熱負荷降低時也是如此。
空氣調節單元基本上連續的工作通常設計成根據最差情況工作。例如，通常將空氣調節系統設計為最大能力附近，並且利用冗餘使得數據中心可以基本上連續地保持聯機。然而，數據中心中的計算機系統通常利用最大冷卻能力的約30-50％。在這方面，常規的冷卻系統通常試圖冷卻未以可能造成其溫度超過預定溫度範圍的級別工作的組件。因此，常規的冷卻系統通常導致比充分冷卻數據中心機架中包含的發熱組件所必須的多得多的工作成本。
另一個影響冷卻系統效率的因素是數據中心中發生的空氣再循環的水平。也就是說，常規的冷卻系統未設計成減少冷卻流體與熱空氣的混和。因此，輸送到機架的冷卻流體通常與組件生成的熱空氣混和，由此降低從各個組件到冷卻流體的熱傳遞效率。此外，熱空氣與冷卻流體混和，由此降低返回到空氣調節單元的空氣的溫度並且因而降低空氣調節單元處熱傳遞的效率。

發明內容
根據一個實施例，本發明涉及一種用於根據設計成量化再循環水平的性能指數來控制空氣調節單元的方法。在本方法中，確定性能指數設定值，並且測量一次迭代的性能指數。此外，確定測得的一次迭代性能指數等於還是超過性能指數設定值。本方法還包括響應於測得的一次迭代性能指數等於還是超過性能指數設定值來提高空氣調節單元的供應空氣溫度。


本領域技術人員根據以下參照附圖的說明，可以理解本發明的特徵，在附圖中圖1A表示了根據本發明實施例的數據中心的簡化透視圖；
圖1B表示了根據本發明實施例的圖1A所示數據中心側視圖的簡化表示；圖1C為根據本發明實施例的數據中心上部的橫截面圖；圖1D為根據本發明實施例的具有降低頂板的數據中心的簡化示意表示；圖2為根據本發明實施例的冷卻系統的框圖；圖3表示了根據本發明實施例的計算機系統；圖4A和4B一起圖示了根據本發明實施例的冷卻系統工作模式的流程圖；圖4C和4D分別表示了根據本發明可選實施例的圖4A和4B分別所示的工作模式的可選步驟；圖5表示了根據本發明另一個實施例的冷卻系統工作模式的示例性流程圖；圖6表示了根據本發明實施例的設計和部署數據中心布局的工作模式的示例性流程圖；圖7表示了根據本發明實施例的基本上基於RHI值的冷卻系統工作模式的流程圖；圖8A和8B一起圖示了根據本發明另一實施例的基本上基於RHI值的冷卻系統工作模式的流程圖。
具體實施例方式
為了簡化和說明起見，主要參照本發明的示例性實施例來描述本發明。在以下的說明中，所闡述的各種具體細節是為了提供對本發明的全面理解。然而，本領域技術人員可以理解，本發明的實現不限於這些具體細節。在其他情況下，沒有具體描述公知方法和結構為的是不必要地模糊了本發明。
在本說明書自始至終，提到了「冷卻流體」和「熱冷卻流體」。為了簡單起見，「冷卻流體」總體上可以定義為已經被冷卻設備、例如計算機房空氣調節(CRAC)單元冷卻的空氣。此外，「熱冷卻流體」總體上可以定義為例如通過接收來自發熱/散熱組件的熱而加熱的冷卻流體。然而，應當容易理解，術語「冷卻流體」無意表示僅包含冷卻空氣的空氣，「熱冷卻流體」無意表示僅包含已經加熱的空氣。取而代之的是，本發明的實施例可以利用包含熱冷卻流體和冷卻流體的混合物的空氣工作。此外，冷卻流體和熱冷卻流體可以表示不同於空氣的氣體，例如本領域技術人員已知的用於數據中心的冷卻劑和其他類型的氣體。
可以根據數據中心內的各種環境條件來計算無量綱且可縮放的參數。可以實現這些參數來控制傳送到數據中心各個位置的一種或多種冷卻流體、熱冷卻流體去除以及工作負荷安排，從而提供對數據中心中的組件的高效冷卻。一方面，可以通過減少數據中心中空氣再循環的量來提高冷卻效率。也就是說，通過減少熱冷卻流體與冷卻流體的再循環(反之亦然)，可以提高冷卻流體冷卻數據中心中各組件的潛力，優於已知的冷卻系統。通過本發明實施例的工作可以獲得的效率提高的一個結果是可以減少操作冷卻系統所需能量的量，從而減少相關的工作成本。
無量綱參數可以用於為數據中心冷卻系統確定可縮放的「性能指數」。此外，該性能指數可以量化在該數據中心各個位置發生的再循環量。在這方面，本說明書自始至終公開的參數是供熱指數(SHI)和返回熱指數(RHI)。SHI和RHI可以用作一個或多個組件、機架、機架群或者數據中心總體上的熱量管理和能量效率的指標。
根據整個數據中心各個位置處測得的溫度來計算SHI和RHI。例如，可以實現CRAC單元提供的冷卻流體的溫度來確定SHI和RHI。可以將CRAC單元提供的冷卻流體的溫度視為基準溫度，原因在於此時的冷卻流體的溫度基本上是可以控制的。此外，這些指數可以基於各個進口和出口處的溫度。例如，可以在供風孔的進口、機架進口、機架出口、返迴風孔的入口等處測量溫度。如下文中更詳細描述的，這些不同位置處的溫度是數據中心幾何布局的函數。此外，這些溫度可以根據供風孔以及機架進口和出口的各種操作加以改變。
根據本發明的其他實施例，可以通過使用計算流體動態建模來計算SHI和RHI。可以進行這種建模來確定基本上優化的數據中心布局。因此，根據本發明的這個實施例，可以為基本上最佳的冷卻系統能量使用來設計數據中心的布局。這可能要求將機架定位到相對於供風孔和CRAC單元的預定配置中。這還可能要求使用具有不同配置的機架來控制通過該機架的空氣流。
可以在操縱數據中心冷卻系統的過程中實現SHI和RHI中的一個或兩個。例如，可以使用SHI和RHI中的一個或兩個來控制傳送到機架的冷卻流體和/或從機架去除的熱冷卻流體。另一個實例，可以使用SHI和RHI中的一個或兩個來確定在這些機架之間基本上最佳的計算負荷分布。也就是說，根據SHI和RHI計算中的一個或兩個，利用位於機架中的一個或多個組件、如伺服器、計算機等進行的計算工作負荷可以由一個或多個其他組件共享。可選的是，計算工作負荷可以分布在更少數的組件之間。
另一個實例，RHI可以用於控制數據中心中一個或多個CRAC單元的供應。RHI可以用於相對於數據中心的空氣傳送基礎結構來對CRAC性能進行基準測量。一般而言，當CRAC單元在較高供應溫度工作時，其消耗較少能量。高RHI水平總體上表示CRAC單元正在接收較高溫度的熱冷卻流體，並且正在傳送一定級別的冷卻。因此，當經冷卻的冷卻流體在提供到CRAC單元之前再循環成熱冷卻流體時，該CRAC單元為傳送相同級別的冷卻而消耗了更大量的能量。
RHI設定值可以用作CRAC單元控制的基礎。因此，例如如果特定CRAC單元的RHI級別超過了預定的RHI設定值，則可以提高CRAC單元提供的冷卻流體的溫度。因為傳送較高溫度冷卻流體所需的能量小於傳送較低溫度冷卻流體所需的能量，所以可以使該CRAC工作在降低的能量級別。此外，如果RHI級別低於RHI設定值，則可以提高或降低CRAC單元提供的冷卻流體的流速，以使RHI級別大於RHI設定值。
首先參照圖1A，示出了可以採用本發明各個實例的數據中心100的簡化透視圖。術語「數據中心」總體上表示可以放置能夠發熱的一個或多個組件的房間或者其他空間。在這個方面，術語「數據中心」不意味著將本發明限制為通信或處理數據所在的任何特定類型的房間，也不應解釋為使用術語「數據中心」將本發明限制為不同於上文中其定義的任何方面。
本領域技術人員應當容易理解，圖1A所繪製的數據中心100表示了一般化的圖示，並且可以在不背離本發明範圍的情況下添加其他組件，或者去除或修改現有組件。例如，數據中心100可以包括任意數量的機架和各種其他組件。此外，應當理解，發熱/散熱組件可以位於數據中心100中，而不是封閉在機架中。
該數據中心100被繪製為具有排列在平行行中且對齊的多個機架102-108，例如電子機櫃。每行機架102-108表示為包含定位於高起的地板110上的四個機架(a-d)。多條電線和通信線路(未示出)可以放置在高起的地板110下的空間112中。該空間112還可以起到強制通風系統的作用，用於將冷卻流體從一個或多個計算機房空氣調節(CRAC)單元114傳送到機架102-108。所述冷卻流體可以通過位於機架102-108的一些或全部之間的通風孔磚(tile)116從空間112傳送到機架102-108。所示的通風孔磚116位於機架102與104和106與108之間。
如前所述，該CRAC單元114總體上操作來向空間112中提供經冷卻的冷卻流體。包含在空間112中的冷卻流體可以包括由一個或多個CRAC單元114提供的冷卻流體。因此，冷卻流體的特性，例如溫度、壓強、流速等等基本上會受到一個或多個CRAC單元114的影響。例如，一個CRAC單元114提供的冷卻流體可以與另一個CRAC單元114提供的冷卻流體混和。在這方面，例如如果這些CRAC單元114提供的冷卻流體的溫度或者容積流速由於冷卻流體的混和而不同，則位於空間112中不同區域的冷卻流體和提供給機架102-108的冷卻流體的特性就可能會變化。在某些情況下，影響的程度在更接近CRAC單元114的位置處會更高，而在比較遠離CRAC單元114的位置會更低。因此，可以按照能夠使提供到機架102-108中的冷卻流體的溫度和容積流速相對於不同CRAC單元114的影響受到控制的方式使該CRAC單元114工作。
機架102-108總體上配置為封閉多個能夠發熱/散熱的組件(未示出)，例如處理器、微控制器、高速視頻卡、存儲器、半導體設備等等。這些組件可以是具有多個子系統(未示出)的元件，例如計算機、伺服器等。可以實現這些子系統和組件以實施各種電子功能，例如計算、切換、路由選擇、顯示等。在這些電子功能的實現過程中，該組件並且因此該子系統總體上可能會散發較大量的熱。因為通常已經知道了機架102-108包括40個或更多的子系統，所以它們可以將相當大量的熱傳遞到冷卻流體，從而使子系統和組件總體上維持在預定的工作溫度範圍內。
儘管所示的數據中心100包含四行機架102-108和兩個CRAC單元114，但是應當理解該數據中心100可以包括任意數量的機架和CRAC單元，例如100個或更多的機架和4個或更多的CRAC單元。因此，對四行機架102-108和兩個CRAC單元114的描述僅僅是為了說明和簡化，無意在任何方面限制本發明。此外，還可以基本上垂直於機架102-108來放置CRAC單元114。
現在參照圖1B，示出了圖1A所示的數據中心的側視圖的簡化圖示。在圖1B中，可以看到機架102a、104a、106a和108a。在共同轉讓的2001年10月5日提交的美國專利No.6,574,104中可以找到相對於圖1B所圖示的實施例的更詳細的說明，該專利文獻全文引入作為參考。
如圖1B所示，機架102與104和機架106與108之間的區域可以包括冷卻通道118。將這些通道視為「冷卻通道」是因為它們配置為從通風孔磚116接收冷卻流體。此外，機架102-108總體上從冷卻通道118接收冷卻流體。機架104與106之間的通道以及機架102和108後側上的通道視為熱通道120。將這些通道視為「熱通道」是因為它們配置為接收受到機架102-108中的組件加熱的冷卻流體。通過例如利用機架102-108使冷卻通道118與熱通道120基本上分開，可以基本上防止冷卻流體在傳送到機架102-108中之前與加熱的冷卻流體再循環。此外，還可以基本上防止熱的冷卻流體在返回到CRAC單元114之前與冷卻流體再循環。然而，在數據中心100中可能存在發生冷卻流體與熱的冷卻流體再循環的區域。例如，經冷卻的冷卻流體可以與一個或多個機架102-108側面附近或者頂部上的熱冷卻流體混和。
可以將面對冷卻通道118的機架102-108的側面視為機架的前部，並且可以將背對冷卻通道118的機架102-108的側面視為機架102-108的後部。為了簡化而不是限制，在本說明中將採用這種命名法來描述機架102-108的各個側面。
根據本發明的另一個實施例，可以使機架102-108的後側彼此相鄰(未示出)地來放置這些機架。在這個實施例中，可以在每個通道118和120中提供通風孔磚116。此外，機架102-108可以在其頂板上包括出口，從而能使熱的冷卻流體流出機架102-108。
如上文中所述，CRAC單元114通常用於冷卻接收到的熱冷卻流體。此外，CRAC單元114通過例如下文中所述的過程向機架102-108提供已經冷卻的冷卻流體。CRAC單元114通常包括用於將冷卻流體(例如空氣)提供到空間112(在一個實例中，該空間通常用作強制通風系統)中的各個風扇122。該風扇122還可以用於從數據中心100吸引冷卻流體(例如，如箭頭124所示)。在工作過程中，熱冷卻流體進入CRAC單元114，如箭頭124所示，並且通過冷卻線圈126、壓縮機128和冷凝器130按照本領域技術人員一般公知的方式的工作冷卻該熱冷卻流體。在冷卻系統效率方面，通常希望的是返回熱冷卻流體是由數據中心100中比較熱的部分空氣構成的。此外，採用風扇122將經冷卻的冷卻流體提供到空間112中。可以改變風扇122的速度，從而改變將經冷卻的冷卻流體提供到空間112的體積流速，和/或改變熱的冷卻流體返回到CRAC單元114中的體積流速。
一個方面，可以採用可變頻率驅動器(VFD)123來控制風扇122的速度。該VFD123可以包括可以從任何製造商購買到的任意相當適合的VFD。該VFD123通常用於可變地控制交流(AC)感應電動機的速度。更特別的是，該VFD123可以用於將功率從固定電壓/固定頻率轉變為可變電壓/可變頻率。通過控制風扇122的電壓/頻率級別，還可以改變CRAC單元114提供的冷卻流體的體積流速。
儘管所示的VFD123與風扇122相鄰放置，但是可以在不背離本發明範圍的情況下，將該VFD123放置在相對於風扇122的任意相當適合的位置。例如，可以將VFD123放置在任意一個CRAC單元114之外，或者相對於CRAC單元114的各個其他位置。
儘管本說明書中提到使用風扇122從數據中心100吸引熱的冷卻流體，但是應當理解可以在不背離本發明範圍的情況下實現空氣去除的任何其他相當合適的方式。例如，可以利用風扇或者與風扇122分開的吹風機(未示出)從數據中心100吸引熱冷卻流體。
此外，根據冷卻機架102-108中的熱負荷所需的冷卻流體，可以使該CRAC單元114工作在不同級別。例如，可以修改壓縮機128的各個容量(施加到冷卻劑上的工作量)和/或風扇122的速度，從而控制傳送到機架102-108的冷卻流體流的量。在這方面，壓縮機128可以包括可變容量壓縮機，風扇122可以包括可變速度風扇。因此，可以控制壓縮機128，從而提高或者降低冷卻劑流過該壓縮機的質量流速。
因為本發明實施例所要採用的特定類型的壓縮機128和風扇122可以根據個體需要而變化，所以本發明不限於任何特定類型的壓縮機或者風扇。取而代之的是，可以採用能夠實現本發明某些方面的任何合理適當類型的壓縮機128和風扇122。壓縮機128和風扇122的選擇可以取決於多種因素，例如冷卻需求、成本、運行成本等。
本領域技術人員應當理解，可以利用恆定速度的壓縮機和/或恆定速度的風扇來實現本發明的實施例。一方面，可以根據空間112中冷卻流體的壓強來實現對冷卻流體傳送到機架102-108的控制。根據本實施例，可以通過操縱例如位於數據中心100中不同位置的多個通風孔磚116來控制空間112內的壓強。也就是說，通過選擇性地控制冷卻流體通過通風孔磚116的輸出，可以將空間112內的壓強基本上保持為是恆定的。例如，如果在該空間112的一個位置中的冷卻流體的壓強超過了預定值，則可以使基本上位於該位置附近的通風孔能夠讓更大的冷卻流體從中流過，從而降低該位置中的壓強。可以在轉讓給本發明受讓人的2002年11月26日提交的美國申請No.10/303,761和2003年1月27日提交的美國申請No.10/351,427中找到有關本實施例的更詳細的說明，上述兩個申請全部引入作為參考。
此外，或者作為壓縮機128的可選方式，可以在CRAC單元114中採用熱交換器來冷卻流體供應。該熱交換器可以包括冷水熱交換器、離心冷卻器(例如YORK製造的冷卻器)等等，其通常用於當冷卻流體在該熱交換器上通過時冷卻該冷卻流體。該熱交換器可以包括多個空氣調節機。可以向這些空氣調節機提供由泵驅動並且由冷凝器或冷卻塔冷卻的水。可以根據散熱需要來改變該熱交換器容量。因此，如果例如不必將冷卻流體維持在較低溫度，則可以降低該熱交換器容量。
在工作中，冷卻流體總體上從各個風扇122流出，並且流入到空間112中，如箭頭132所示。該冷卻流體通過多個通風孔磚116流出高起的地板110，並且流入到機架102-108的各個區域中，如箭頭134所示。通風孔磚116可以包括如6,574,104專利中公開並描述的可動態控制的通風孔磚。如該專利中所述，將該通風孔磚116稱為「可動態控制的」是因為它們通常用於控制流過該磚的冷卻流體的速度、體積流速和方向中的至少一個。此外，在轉讓給本發明受讓人的2003年1月27日提交的美國共同未決申請No.10/351,427中可以找到有關可動態控制的通風孔磚116的特定實例，該申請全部引入作為參考。
隨著冷卻流體流出通風孔磚116，冷卻流體可以流入機架102-108中。該機架102-108通常包括位於其前側面上的進口(未示出)，用以從通風孔磚116接收冷卻流體。該進口通常包括一個或多個開口，從而使冷卻流體進入機架102-108。此外，或者可選的是，一部分或全部機架102-108的前側面可以包括用於基本上控制冷卻流體流入機架102-108中的設備。同在2003年4月30日申請的共同未決且共同轉讓美國專利申請No.10/425,621和10/425,624中，描述了適當設備的實例，上述申請全部引入作為參考。
隨著冷卻流體流過機架102-108，其可能會因為吸收從位於機架102-108中的組件散發的熱而變熱。熱冷卻流體可以通過位於機架102-108後側面上的一個或多個出口而離開機架102-108。附加或者可選的是，一些或者全部機架102-108的後側面可以包括用於基本上控制冷卻流體流入機架102-108中和/或控制熱冷卻流體流出機架102-108的設備。同樣，在共同未決和共同轉讓的美國專利申請No.10/425,621和10/425,624中描述了適當設備的實例。
通過上述設備按照與以上標識的共同未決申請中提出的一致方式的操作，冷卻流體流過機架102-108可以基本上與冷卻流體流過通風孔磚116之間保持平衡。此外，可以實現通過機架102-108與通風孔磚116的空氣流之間的比例關係。在一個方面，通過按照那些共同未決申請中所述的方式控制空氣流，與已知冷卻系統相比，基本上可以降低或消除熱冷卻流體與冷卻流體中間再循環的程度。
當冷卻要求根據機架102-108中的熱負荷以及冷卻流體的體積流速的隨後變化改變時，CRAC單元114可以改變提供給機架102-108的冷卻的流體量。例如，如果機架102-108中的熱負荷總體上提高，則一個或多個CRAC單元114可以用於降低冷卻流體的溫度和/或提高冷卻流體的供應。可選的是，如果機架102-108中的熱負荷總體上降低，則一個或多個CRAC單元114可以用於提高冷卻流體的溫度和/或降低冷卻流體的供應量。在這方面，基本上可以優化一個或多個CRAC單元114所利用的能量的量，從而總體上將數據中心100中的組件維持在預定工作溫度範圍內。
可選的是，可能出現流到機架102-108的附加冷卻流體造成組件溫度上升的情況。例如當較大量的熱冷卻流體再循環到傳送到機架102-108中的冷卻流體中時可能出現這種情況。在這種情況下，並且如下文中更詳細所述的，可以響應於組件溫度的上升而減少冷卻流體傳送。此外，可以響應於組件溫度的下降而減少冷卻流體傳送。因此，應當理解，當數據中心100中的溫度變化時，本發明不限於一種操作方式。
通過通風孔磚116、上述設備以及CRAC單元114的操作，可以實現冷卻流體流和溫度的全局和區域控制。例如，通風孔磚116和上述設備總體上對流到機架102-108的冷卻流體流提供局部或者區域控制。此外，CRAC單元114總體上提供對貫穿該數據中心100的各個部分的冷卻流體和溫度的全局控制。通過對冷卻流體的局部和全局控制，與常規數據中心冷卻系統相比，可以在相當大的程度上減少在將機架102-108的組件維持在預定工作溫度範圍內過程中CRAC單元114消耗的能量的量。
可以將多個溫度傳感器136-144、例如電熱調節器、熱電偶等放置在整個數據中心100的不同位置處。例如，可以在機架102-108的進口處提供溫度傳感器(進口溫度傳感器)136，以檢測傳送到機架102-108中的冷卻流體的溫度。還可以在機架102-108的出口處提供溫度傳感器(出口溫度傳感器)138，以檢測從機架102-108排出的熱冷卻流體的溫度。還可以在通風孔磚116處放置溫度傳感器(通風孔磚溫度傳感器)140，以檢測從空間112提供的冷卻流體的溫度。此外，可以分別在CRAC單元114的進口和出口附近放置溫度傳感器(返回溫度傳感器、供應溫度傳感器)142、144，以分別檢測進入CRAC單元114的熱冷卻流體和傳送到空間112的冷卻流體的溫度。
溫度傳感器136-144可以相互通信和/或與計算設備145通信，該計算設備配置為控制數據中心冷卻系統的工作。該計算設備145可以包括獨立的計算系統，其可以包括處理器、輸入裝置等。可選的是，該計算設備145可以包括一個或多個CRAC單元114的一部分、封閉在機架中的組件(如伺服器)等。無論如何，該數據中心冷卻系統總體上包括CRAC單元114、通風孔磚116、返回磚(圖1D)等。可以通過有線協議(例如IEEE 802.3等)、無線協議(例如IEEE 801.11b、801.11g)、無線串行連接、藍牙等或者其組合，實現各個傳感器136-144與計算設備145之間的通信。附加或者可選的是，一個或多個溫度傳感器136-144可以包括如2003年7月9日提交的共同未決和共同轉讓的美國專利申請No.10/620,272中所述的位置獲知設備，該申請的名稱為「位置獲知設備(LOCATION AWARE DEVICES)」，該申請全部引入作為參考。如該申請中所述，將這些設備稱為「位置獲知」是因為它們可以用於確定其相對於其他傳感器和/或設備的一般位置，並且通過無線通信相互通信。
根據另一個實施例，可以提供行動裝置146，以收集或測量數據中心100中的至少一種環境條件(例如溫度、壓強、氣流、溼度、位置等)。更特別的是，該行動裝置146可以配置為在機架102-108周圍移動，以確定處於整個數據中心100的各個位置處的一種或多種環境條件。在這方面，該行動裝置146就可以使在數據中心100的各個位置處數據中心中的溫度能夠檢測到，同時需要基本上更少的溫度傳感器。在2002年5月31日提交的共同未決和共同轉讓的美國專利申請No.10/157,892中可以找到對該行動裝置146及其可操作性的更詳細的描述，該申請全文引入作為參考。
如10/157,892申請中所述，該行動裝置146可以是配置為在數據中心100的機架102-108周圍推動的自力推進機構。此外，該行動裝置146總體上包括配置為檢測不同高度的一種或多種環境條件的多個傳感器。該行動裝置146可以將環境條件信息發送到例如計算設備145，其可以利用該信息來確定冷卻流體傳送到數據中心100中的機架102-108的量。此外，該行動裝置146可以將環境條件信息發送到配置為操縱通風孔磚116的通風孔控制器(未示出)。
根據另一個實施例，該行動裝置146可以從溫度傳感器接收環境信息，該傳感器包括類似於上文中所述的位置獲知設備的配置。例如，該傳感器可以將溫度測量值發送到行動裝置146，該測量值表示熱點，例如溫度在很多程度上超過正常值的位置。該行動裝置146可以改變其行程路線，移動到檢測到的熱點，從而檢驗該傳感器測得的溫度測量值。
圖1C為根據本發明的數據中心100的上部的橫截面圖。如圖1C所示，可以在數據中心100中提供熱交換器單元(HEU)150和152。在2002年8月2日提交的共同未決美國申請No.10/210,040中公開並描述了該HEU 150和152，該申請轉讓給了本發明的受讓人，該申請全文引入作為參考。如10/210,040申請中所述的，該HEU 150和152總體上用於從機架102-108接收熱冷卻流體，冷卻接收到的冷卻流體，並且按照基本上受控的方式將經冷卻的冷卻流體傳送回機架102a-108a。該HEU 150和152配置為具有從一個或多個CRAC單元114流過該HEU的冷卻劑，從而冷卻接收到的熱冷卻流體。該HEU 150和152總體上包括接收熱冷卻流體的開口以及將經冷卻的空氣返回到機架102-108的一個或多個風扇。此外，該HEU 150和152還可以包括溫度傳感器(未示出)，或者可以將溫度傳感器放置在HEU 150和152的附近。
圖1D表示了具有降低頂板160的數據中心100的簡化示意圖。圖1D所繪製的數據中心包含相對於圖1B所述的所有元件。因此，本文將不在此描述對共用元件的詳細說明。取而代之的是，根據上文中相對於圖1B提供的說明來對這些元件進行適當的說明。此外，下文中僅描述與圖1B中所述元件不同的元件。在2002年10月2日提交的共同未決和共同轉讓的美國專利申請No.10/262,879中可以找到對圖1D中包含的元件的更詳細說明，該申請的名稱為「Cooling of Data Centers(數據中心的冷卻)」，該申請全部引入作為參考。
如圖1D所示，該數據中心100包括與圖1B所示的數據中心相比，用於在相當大的程度上將熱冷卻流體更多地集中返回到CRAC單元114的系統。該系統包括降低的頂板160，其形成返回強制通風系統(plenum)162，其配置為將熱冷卻流體引導並傳送到一個或多個CRAC單元114。此外，提供管道164用以熱冷卻流體流從返回強制通風系統162引導到CRAC單元114，如箭頭165所示。沿著降低頂板160的開口放置多個返回通風孔磚166，從而實現總體上如箭頭168所示的熱冷卻流體的接收。該返回通風孔磚166總體上用於控制從數據中心100的不同位置去除熱冷卻流體。在一種情況中，將返回通風孔磚166基本上放置在熱通道120上，從而能夠去除機架102-108中加熱的冷卻流體。通過基本上控制數據中心100中去除熱冷卻流體的位置，並且通過基本上使所去除的熱冷卻流體與數據中心100中包含的冷卻流體分離，基本上可以減少冷卻流體與所去除的熱冷卻流體之間再循環的程度。因此，一個方面，基本上可以將返回到CRAC單元114的熱冷卻流體的溫度維持在比較高的溫度。
如上文中所述，CRAC單元114總體上以較高的效率工作在較高的返回溫度。此外，通過可控地從數據中心100去除熱冷卻流體，可以以最高的級別來維持提供給一個或多個CRAC單元114的熱冷卻流體的溫度。在一種情況中，可以將返回通風孔磚166配置為可動態控制的通風孔磚，其能夠控制從數據中心100去除的熱冷卻流體的體積流速和方向中的至少之一。例如，該返回通風孔磚166可以包括6,574,104專利中公開並描述的可動態控制通風孔磚。在本實例中，通過控制熱冷卻流體去除的方向和/或體積流速，可以以一般確保返回強制通風系統162中包含的熱冷卻流體基本上處於其可能的最高溫度的方式操縱該返回通風孔磚166。另一個實例，該返回通風孔磚166還可以包括配置為改變從數據中心100去除熱冷卻流體的速度的風扇(未示出)。
可以將返回通風孔磚166用於改變熱冷卻流體去除的速度所採用的方式例如可以基於在各個返回通風孔磚166附近檢測到的熱冷卻流體的溫度。可以由溫度傳感器170(返回通風孔磚溫度傳感器)檢測溫度。因此，例如如果特定返回通風孔磚166附近的熱冷卻流體的溫度低於預定溫度水平，則該返回通風孔磚166可以用於降低或者停止從該區域去除熱冷卻流體。
根據一個實例，可以實現一個或多個傳感器136-144、行動裝置146和/或位於HEU 150和152附近的溫度傳感器檢測溫度，從而確定數據中心100中的再循環度量。可以將這些度量定義為供熱指數(SHI)和返回熱指數(RHI)。可以將SHI定義為熱冷卻流體滲入到冷卻流體中的量度，並且可以根據以下等式來確定公式(1)SHI=QQ+Q]]>其中Q表示從數據中心100的機架102-108中的所有組件散發的總熱量，δQ表示在進入機架102-108之前冷卻流體的焓的升高。
通過平均由出口溫度傳感器138檢測到的機架102-108出口處的溫度減去進口溫度傳感器140檢測到的機架102-108進口處的溫度而獲得的值，可以確定總散熱量。可以由以下等式來確定總散熱量Q和焓δQ的升高
公式(2)Q=jimi,jrCp((Toutr)i,j-(Tinr)i,j)]]>公式(3)Q=jimi,jrCp((Tinr)i,j-Tref)]]>其中mri，j為通過第j行機架中的第i個機架的質量流速，Cp為特定的空氣熱量，(Trin)i，j和(Trout)i，j為第j行機架中的第i個機架的平均進口和出口溫度。此外，Tref表示通風孔磚116的冷卻流體溫度，假設其對於所有冷卻通道118為相同的。
等式1中的分子表示冷卻通道中的冷卻流體在進入機架102-108之前得到的可感覺的熱量，而分母表示冷卻流體離開機架排放裝置獲得的總的可感覺熱量。因為質量流速的和對於等式2和3而言是相等的，所以可以把SHI寫成是機架進口、機架出口和CRAC單元114出口溫度的函數。因此，SHI可以如下表示公式(4)SHI=(ji((Tinr)i,j-Tref)ji((Toutr)i,j-Tref))]]>還可以對通道中的機架群計算SHI，以估計熱量到特定冷卻通道中的滲入。此外，可以對個別的機架計算SHI，從而隔離易受熱點影響的區域。等式1和3表示較高的δQ產生較大的(Trin)i，j，因此產生較大的SHI。當機架的進口溫度Trin相對於Tref升高時，系統對故障和可靠性問題變得更加脆弱。增大的Trin還表示由於混和造成的熵增加，以及數據中心100的能量效率降低。因此，SHI可以是機架、機架群或者數據中心中熱管理和能量效率的指標。
為零的SHI表示熱冷卻流體未再循環到經冷卻的冷卻流體中的完美系統。因此，如下文中所述，操縱數據中心冷卻系統的組件的一個目的是使SHI最小化。
從機架102-108排除的熱冷卻流體抽到數據中心100的頂板空間中。可選的是，可以將熱冷卻流體抽到圖1D所示的返回強制通風系統162中。然後，熱冷卻流體流到一個或多個CRAC單元114的進口中。在一部分或者全部的這種流動過程中，熱冷卻流體可以與來自冷卻通道118的冷卻流體混和，並且因此可以失去其一部分熱量。在這種過程中損失的熱量等於冷卻通道118中冷卻流體獲取的二次熱。出於數據中心100中的總體熱平衡，來自所有機架102-108的總散熱(Q)應當等於一個或多個CRAC單元114的總冷卻負荷。因此，可以如下寫出機架排放與CRAC單元114返回之間的數據中心100中的熱平衡公式(5)Q=jimi,jrCp((Toutr)i,j-Tref)-]]>kMkCp((Tinc)k-Tref)]]>其中Mk為通過CRAC單元、例如CRAC單元114的冷卻流體的質量流速，並且Tcin為單獨的CRAC單元進口溫度。
在等式5中，右手側的第一項表示從機架102-108排放的熱冷卻流體的總焓(Q+δQ)。第二項表示由於熱冷卻流體與冷卻流體流的混和造成的焓的增加。使等式5相對於總排放冷卻流體焓歸一化並且重新排列，產生了公式(6)SHI+RHI＝I其中RHI為返回熱指數，並且由以下等式限定公式(7)RHI=[QQ+Q]=kMkCp((Tinc)k-Tref)jimi,jrCp((Toutr)i,j-Tref).]]>在等式7中，分子表示CRAC單元114提取的總熱量，分母表示在機架排放時的總焓升高。因為CRAC單元114提取的熱量也等於機架的散熱，所以分子表示數據中心100中的有效散熱。
如果機架102-108上的熱負荷恆定，則Trin的增長總體上導致機架102-108返回側上Trout的增長。對於等式7而言，明顯的是這種溫度的變化會降低RHI，這表示冷卻流體在達到CRAC單元114之前經歷了較大程度的混和。來自機架排氣裝置的熱冷卻流體可以與熱通道中、頂板空間中或者機架與牆壁之間的空間中的冷卻流體混和。為了調查每行中的局部混和，可以以通道排氣裝置與機架排氣裝置之間的基於通道的控制體積評價RHI，或者能夠通過已知溫度和等式6從SHI的計算來推導RHI。較大的RHI值總體上表示具有低混和級別的更好通道設計。
根據本發明的實施例，可以按照總體上提高RHI值的方式操縱數據中心冷卻系統組件，例如CRAC單元114。下文中更詳細地描述可以操縱CRAC單元114以總體上提高RHI值的方式。
本發明人發表的兩篇論文中，可以找到對於以上等式以及可以將SHI和RHI用於數據中心環境中的實例的更詳細說明。第一篇論文發表在2002年6月24日的美國航空與航天學會，其名稱為「DimensionlessParameters for Evaluation of Thermal Design and Performance ofLarge-Scale Data Centers(用於評價大規模數據中心熱設計和性能的無量綱參數)」。第二篇論文發表在國際供熱、通風、空氣調節和製冷研究期刊2003年4月刊上，其名稱為「Efficient Thermal Managementof Data Centers-Immediate and Long-Term Research Needs(數據中心的有效熱管理-即時和長期研究需要)」。這些論文全部引入作為參考。
圖2為根據本發明實施例的冷卻系統202的框圖200。應當理解，以下對於框圖200的說明僅僅是可以操縱該冷卻系統202的諸多方式中的一種。此外，應當理解，該冷卻系統202可以包括附加的組件，並且可以在不背離該冷卻系統202範圍的基礎上去除和/或修改一些所述組件。
該冷卻系統202包括配置為控制冷卻系統202工作的控制器204。該控制器204例如可以包括圖1B和1D所示的計算設備145。可選的是，該控制器204可以包括作為一個或多個CRAC單元114的一部分、數據中心100、100中的組件等任一項的計算設備。
例如，該控制器204可以控制第一機架222和第二機架224的致動器206a、206b、通風孔磚致動器208a、返回通風孔磚致動器209和/或HEU致動器208b，以改變數據中心100、100中的氣流特性。另外，例如，該控制器204可以控制在數據中心100、100中的各個伺服器220上所安排的工作負荷。該控制器204可以包括微處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)等。
可以將第一機架致動器206a和第二機架致動器206b配置為操縱用於改變通過機架、例如機架102-108的氣流的裝置。在共同未決的美國專利申請No.10/425,621和No10/425,624中可以找到適當的致動器206a、206b和裝置的實例，上述申請的名稱分別為「Louvered Rack(百葉窗式機架)」和「Electronics Rack Having an Angled Panel(具有有角板的電子機架)」，它們都是在2003年4月30日所提交的。這些申請公開的內容全部引入作為參考。如這些專利申請中所述，可以在機架上提供放百葉窗組裝件或者有角板，並且可以操縱它們以改變通過機架的氣流。
通風孔磚致動器208a可以包括配置為改變通過通風孔磚116的氣流的致動器。在2003年2月28日提交的共同未決和共同轉讓的美國專利申請No.10/375,003中可以找到用於改變通過其的冷卻流體流的適當通風孔磚致動器208a和通風孔磚的實例，該申請名稱為「Cooling ofData Centers(數據中心的冷卻)」，該申請公開的內容全部引入作為參考。美國專利No.6,574,104中公開了對這種通風孔各種操縱模式的探論。
HEU致動器208b可以包括用於改變流入和流出HEU150和152的冷卻流體的致動器。例如，HEU致動器208b可以用於操縱HEU150和152的一個或多個風扇。在上述申請No,10/210,040中可以找到適當的HEU致動器208b的實例。此外，返回通風孔磚致動器209可以包括如上參照圖1D所述的致動器。
可以提供接口電子設備210，以起到控制器204與第一機架致動器206a、第二機架致動器206b、通風孔磚致動器208a、返回通風孔磚致動器209和HEU致動器208b之間的接口。該接口電子設備210可以指示第一機架致動器206a、第二機架致動器206b、通風孔磚致動器208a和/或返回通風孔磚致動器209去改變其操縱以改變通過其的氣流。例如，接口電子設備210可以改變提供給通風孔磚致動器208a的電壓，用以根據來自控制器204的指令來改變通風孔磚致動器208a驅動軸的旋轉方向和/或幅度。
該控制器204還可以與用於存儲提供冷卻系統202的功能性的計算機軟體的存儲器212相接口。可以以易失和非易失存儲器(例如DRAM、EEPROM、快閃記憶體等)的組合實現該存儲器212。該存儲器212還可以配置為提供存儲器，用於包含關於可以響應於例如算得的SHI決定操縱機架致動器206a和206b、通風孔磚致動器208a、返回通風孔磚致動器209和HEU致動器208b所採用的方式的數據/信息。
該控制器204可以包含配置為將控制信號發送到接口電子設備210的冷卻系統模塊214。該冷卻系統模塊214可以從配置為計算SHI和/或RHI的度量模塊216接收命令。可以例如按照以上參照圖1B所述的方式計算SHI和RHI。如下文中更詳細描述的，該冷卻系統模塊214還可以配置為根據算得的SHI或者RHI級別控制一個或多個CRAC單元228的操作。該控制器204還可以包括配置為與度量模塊216通信的工作負荷模塊218。該工作負荷模塊218可以用於響應於算得的SHI和/或RHI在多個伺服器220之間分配工作負荷。
一方面，該冷卻系統模塊214可以發送用於機架致動器206a和206b、通風孔磚致動器208a、返回通風孔磚致動器209和/或HEU致動器208b的指令，使它們按照總體上降低SHI的方式操縱。此外，可以引導這些指令，以總體上提高RHI。附加或者可選的是，工作負荷模塊218可以將工作負荷分布在各個伺服器220之間，從而總體上降低SHI值和/或總體上增大RHI值。
如上所述，可以根據該數據中心100、100不同位置處的冷卻流體和熱冷卻流體的溫度來計算SHI值和RHI值。一方面，可以在機架進口和出口、供風孔磚和CRAC單元228的進口和出口中的一個或多個位置處檢測計算SHI過程中實施的溫度。
為了簡化說明並且不是為了限定，圖2表示了兩個機架222和224、通風孔磚溫度傳感器226和CRAC單元228。然而，應當理解，可以在不背離冷卻系統202的範圍的情況下，在具有任意數量的機架、通風孔磚和CRAC單元的數據中心100中應用以下對於框圖200的說明。
所示的第一機架222具有第一進口溫度傳感器230和第一出口溫度傳感器232。所示的第二機架224具有第二進口溫度傳感器234和第二出口溫度傳感器236。所示的溫度傳感器230-236與控制器204通信，更特別的是與度量模塊216通信。還圖示了通風孔磚溫度傳感器226和返回磚溫度傳感器242與度量模塊216通信。此外，所示的CRAC單元228包括返回溫度傳感器238和供應溫度傳感器240，這些傳感器也與度量模塊216通信。該溫度傳感器226和230-242可以包括以上參照例如圖1D所述的各個溫度傳感器136-144和170中的一個或多個。
溫度傳感器226、230-242可以包括用於檢測溫度和/或溫度變化的熱電偶、熱敏電阻或者其他器件。第一和第二進口溫度傳感器230和234用於檢測分別通過第一和第二機架222、224的進口進入的冷卻流體的溫度。第一和第二出口溫度傳感器232、236用於檢測分別通過第一和第二機架222、224不同位置處的出口排放的熱冷卻流體的溫度。通風孔磚傳感器226用於檢測通過通風孔磚、例如通風孔磚116釋放的冷卻流體的溫度。返回通風孔磚溫度傳感器242用於檢測從數據中心100去除的熱冷卻流體的溫度。返回溫度傳感器238和供應溫度傳感器240用於檢測流入CRAC單元228的熱冷卻流體和流出CRAC單元228的經冷卻的冷卻流體的各溫度。
控制器204可以通過有線連接或者無線協議(例如IEEE 801.11b、801.11g)、無線串行連接、藍牙等或其組合從傳感器226和230-242接收檢測到的溫度。度量模塊216可以根據接收到的檢測溫度計算SHI和/或RHI值。一方面，該度量模塊216可以確定在該數據中心100、100不同位置處的SHI值和/或RHI值。例如，該度量模塊216可以確定一個或多個組件、一個機架、機架群、多個機架群或者整個數據中心100、100的SHI值和/或RHI值。該度量模塊216還可以將SHI值和/或RHI值提供給冷卻系統模塊214和工作負荷模塊218。
如以上參照2003年7月9日提交的名稱為「Location Aware Device(位置獲知設備)」的共同未決美國專利申請No.10/620,272中所述的，溫度傳感器226、230-242可以包括位置獲知設備。通過利用該申請中所示的位置獲知設備，該控制器204可以確定並存儲各個傳感器的位置。此外，該控制器204可以從這些傳感器無線地接收溫度信息，並且用於基本上自動地確定重新配置該數據中心的情況下的傳感器位置。
如上文中所述，該度量模塊216可以用於根據上文中所述的等式計算SHI和/或RHI。RHI值可以用於控制一個或多個CRAC單元228的操作。更特別的是，根據算得的RHI值，該冷卻系統模塊214可以操作吹風機/VFD244和/或壓縮機246，用以改變由一個或多個CRAC單元228提供的冷卻流體的特性。如下文中更詳細描述的，冷卻系統模塊214可以按照多種方式操作吹風機/VFD244和壓縮機246，用以使一個或多個CRAC單元228能夠以基本上最優化的能量效率方式工作，同時維持希望的熱管理目標。
圖3圖示了計算機系統300，其可以起到計算設備145和控制器204中的任意一個或兩個的作用。在這方面，該計算機系統300可以用作執行控制器204中包含的一個或多個模塊的平臺。
該計算機系統300包括一個或多個控制器，例如處理器302。該處理器302可以用於執行程序或模塊(例如冷卻系統202的模塊216-218)。來自處理器302的命令和數據在通信總線304上傳送。該計算機系統300還包括主存儲器306和輔助存儲器208，該主存儲器例如存儲器212(如隨機存取存儲器(RAM))，其中在運行時期間可以執行冷卻系統202的程序編碼。該輔助存儲器308包括例如一個或多個硬碟驅動器310和/或可拆卸存儲驅動器312，其中可以存儲用於供應系統的程序編碼的副本，所述可拆卸存儲驅動器代表軟盤驅動器、磁帶驅動器、緊緻磁碟驅動器等。
該可拆卸存儲驅動器310按照已知的方式從可拆卸存儲單元314讀取和/或寫入該可拆卸存儲單元。用戶輸入和輸出設備可以包括鍵盤316、滑鼠318和顯示器320。顯示適配器322可以與通信總線304和顯示器320相對接，並且可以從處理器302接收顯示數據，並且將該顯示數據轉變為顯示器320的顯示命令。此外，該處理器302可以通過網絡適配器324在網絡、例如網際網路、LAN等上通信。
本領域技術人員可以理解，可以在計算機系統300中添加或取代其他已知的電子組件。此外，該計算機系統300可以包括用於數據中心中的機架中的系統板或刀片、常規的「白盒」伺服器或者計算設備等。而且，圖3中的一個或多個組件可以是可選的(例如用戶輸入設備、輔助存儲器等)。
圖4A和4B一起圖示了冷卻系統的工作模式400和450的流程圖，該冷卻系統例如冷卻系統202。應當理解，以下對於工作模式400和450的說明僅僅是實現本發明實施例可以採用的多種方式之中的兩種。本領域技術人員還可以理解，工作模式400和450表示一般化的圖示，可以在不背離本發明範圍的情況下添加其他步驟或者去除或修改現有的步驟。參照圖2所示的框圖200對工作模式400和450進行說明，並且由此參照該圖中提到的元件。
控制器204可以執行工作模式400以根據算得的SHI值控制通過數據中心100的氣流。在步驟402可以響應於多種激勵啟動工作模式400。例如，可以響應於預定經過的時間、響應於接收到發送的信號和/或響應於檢測到環境條件(例如溫度、溼度、位置等)的變化，來啟動該工作模式400。
在步驟404，控制器204可以從進口溫度傳感器230和234接收機架進口溫度測量值。該控制器204還可以從出口溫度傳感器232和236接收機架出口溫度測量值。應當理解，在步驟404，該控制器204可以從任意數量的機架，例如機架102-108接收進口和出口溫度測量值。
在步驟406，該控制器204可以從通風孔溫度傳感器226和CRAC單元供應溫度傳感器240中的一個或兩個接收基準溫度Tref。在理想條件下，例如當冷卻流體從CRAC單元228出口流到通風孔磚116時，沒有熱量傳遞到該冷卻流體中，則在CRAC單元228出口和通風孔磚116處冷卻流體的溫度是相同的。可以將基準溫度Tref當作CRAC單元228出口處的冷卻流體溫度，或者通風孔磚116處的冷卻流體溫度。因此，可以理解在經冷卻的冷卻流體從CRAC單元228流到通風孔磚116的過程中沒有發生熱傳遞的情況下，可以將任意溫度用於確定SHI值。
此外，當HEU 150和152用於數據中心100中以向機架102-108提供冷卻流體時，可以將基準溫度Tref當作HEU 150和152出口處冷卻流體的溫度。因此應當理解，該溫度可以用於確定SHI值。
該控制器204可以在步驟408啟動定時器，用以追蹤計算SHI值的時間，如步驟410所示。還可以在步驟404和406接收溫度測量值之前啟動該定時器，以追蹤接收到那些測量值的時間。在步驟410，該控制器204，更特別的是該度量模塊216可以根據上文中列出的等式進行計算，用以確定第j行中的第i個機架的SHI值。如上文中所述，可以根據機架進口溫度、機架出口溫度和基準溫度來計算SHI值。此外，可以對數據中心100、100中單獨的機架、機架群(例如特定行中的所有機架)或者所有機架進行步驟410及其後面的步驟。
在步驟412，該度量模塊216可以確定算得的SHI值超過還是等於最大設定的SHI值(SHImax，set)。可以將最大設定SHI值存儲在存儲器212中，並且可以將其定義為SHI閾值，控制器204可以使用該閾值來確定是否操縱影響通過機架的氣流的致動器。可以根據多種因素來選擇該最大設定SHI值。這些因素包括例如可接受的再循環級別、數據中心配置的功能極限等。此外，不同機架或者不同機架群之間的該最大設定SHI值可能不同。
此外，該度量模塊216可以確定SHI值增大的級別。可以根據例如先前對給定組件、機架和/或機架群進行的SHI值計算來做出確定。如果確定了SHI值超過正常的增大，則控制器204可以用於引起警報發聲或者其它信號，以表示SHI值出現了這樣的增長。確定SHI值超過正常時的級別可以取決於多個因素，並且可能在各個組件、各個機架和/或各個機架群之間不同。這些因素中的一部分可以包括組件或機架的定位、機架組件位置的氣流特性、可接受的散熱特性等。
因此，數據中心的機架或者區域的一部分可以具有低於最大設定SHI值的SHI值，而數據中心的其它機架或者區域可以具有超過其各自最大設定SHI值的SHI值。對於具有降低到最大設定SHI值以下的SHI值的機架或機架群而言，可以重複步驟404-412。可以按照基本上連續的方式重複這些步驟。可選的是，控制器204可以進入如步驟402所示的空載或者休眠狀態，並且可以響應於以上所闡述的一種或多種條件啟動控制方案400。
對於具有等於或超過最大設定SHI值的SHI值的那些機架或機架群而言，在步驟414，該控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b，用以提高通過一個或多個機架或機架群的氣流。如上文中所述，可以配置致動器206a和206b，以改變通過各個機架222和224的氣流。在這方面，致動器206a和206b可以控制如共同未決美國專利申請No.10/425,621中闡述的可移動百葉窗和/或如共同未決美國專利申請No.10/425,624中闡述的有角板的操作。此外，如共同未決美國專利No.6,574,104和美國專利申請No.10/375,003中闡述的，通風孔致動器208a可以控制提供給機架222和224的冷卻流體傳遞到冷卻通道118。
而且，在步驟414，控制器204並且更具體的是度量模決216可以確定要操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b時所針對的級別。這種確定可以基於過去的性能因素而考慮。例如，控制器204可以在存儲器212中存儲對於給定組件、機架和/或機架群的各種致動器206a、206b、208a、208b操縱算得的SHI值。該度量模塊216可以利用該信息來確定致動器206a、206b、208a、208b操縱的級別。
在步驟416，該控制器204可以在比步驟404稍晚時(例如t+1時)再次從傳感器226、230-236、240接收溫度測量值。將這些溫度測量值用於計算t+1時的SHI值，如步驟418所示。在步驟420，將t時算得的SHI值與t+1時算得的SHI值進行比較，來確定步驟414實施的操作是否產生了想要的降低SHI並且因此降低熱冷卻流體再循環到經冷卻的冷卻流體中的效果。
如果已經降低了SHI值，也就是說t時的SHI值超過了t+1時的值，則控制器204可以重複步驟404-420。可以根據預設時間表重複這些步驟，或者只要數據中心以及因此冷卻系統在工作中就重複這些步驟。可選的是，控制器204可以進入如步驟402所示的空載或者休眠狀態，並且可以響應於以上所闡述的一個或多個條件啟動該操縱模式400。
如果還沒有降低SHI值，也就是說t時的SHI值小於或者等於t+1時的值，則可以確定致動器206a、206b、208a、208b的操縱實際上造成了SHI值的增大。因此，在步驟422，控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b來降低通過機架的氣流。一方面，SHI值的增大可以表示熱冷卻流體與經冷卻的冷卻流體的再循環可能已經由於通過機架的氣流增大而造成了提高。在這種情況下，如圖4B所示，可以調用第二方案(操作模式450)，下文中將對此進行更詳細的描述。
根據將視為第一方案的圖4A所示的操縱模式400，當SHI值超過或者等於最大設定SHI值時，可以提高傳遞到機架的冷卻流體(步驟404-414)。
圖4B圖示了在第一方案沒有產生希望的降低SHI值的效果的情況下的第二方案、操作模式450。可以在第一控制方案的步驟422之後啟動第二方案。一般而言，根據第二方案，該控制器204按照與第一方案相反的方式工作。也就是說，例如在第二方案下，控制器204可以操縱致動器206a、206b、208a、208b以響應於t時的SHI值超過或等於最大設定SHI值來降低冷卻流體流向機架。
如圖4B所示，在步驟452和454，該控制器204可以再次從傳感器226、230-236、240接收溫度信息。此外，在步驟456，該控制器204可以在根據檢測到的溫度信息計算第j行中的第i個機架的SHI值之前啟動定時器，或者控制器204可以在其接收到溫度信息之前啟動定時器。在步驟456，控制器204，更特別的是度量模塊216可以進行上文中列出的計算，來確定SHI值。此外，可以對數據中心中的各個機架、機架群(例如特定行中的所有機架)或者所有機架執行步驟456及其後的步驟。在步驟460，該控制器204可以將算得的SHI值與最大設定SHI值進行比較以確定SHI值是否在希望的值以下。
對於SHI值落到最大設定SHI值以下的機架或者機架群而言，可以重複步驟452-460。可以按照基本上連續的方式重複這些步驟。可選的是，該控制器204可以進入空載或者休眠狀態，例如步驟402，並且可以響應於以上相對於步驟402所闡述的一個或多個條件啟動工作模式450。
對於SHI值等於或超過最大設定SHI值的機架或者機架群而言，在步驟462，該控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b，以降低通過這些機架或機架群中的一個或多個的氣流。如上所述，可以將致動器206a和206b配置為改變冷卻流體流過各個機架222和224的流動。這方面，致動器206a和206b可以控制如共同未決美國專利申請No.10/425,621中提出的可移動百葉窗和/或共同未決美國專利申請No.10/425,624中提出的有角板的操作。此外，如共同未決美國專利No.6,574,104和美國專利申請No.10/375,003中提出的，通風孔致動器208a可以控制提供給機架222和224的冷卻流體傳遞到冷卻通道118。
在步驟464，該控制器204可以在比步驟452稍晚時，例如t+1時再次從傳感器226、230-236、240接收溫度測量值。這些溫度測量值用於計算t+1時的SHI值，如步驟466所示。在步驟468，將時間t時算得的SHI值與時間t+1時算得的SHI值進行比較，以確定在步驟462實施的操縱是否產生了希望的降低SHI並且因此降低熱冷卻流體再循環到經冷卻的冷卻流體中的效果。
如果已經降低了SHI，也就是說t時的SHI值超過了t+1時的SHI值，則控制器204可以重複步驟452-468。可以根據預設時間表重複這些步驟，或者只要數據中心並且因此冷卻系統在工作中就可以重複這些步驟。可選的是，該控制器204可以進入例如步驟402的空載或者休眠狀態，並且可以響應於以上相對於步驟402所述的一個或多個條件啟動工作模式450。
如果沒有降低SHI，也就是說t時的SHI值小於或等於t+1時的SHI值，則可以確定致動器206a、206b、208a、208b的操縱實際上造成了SHI值的增大。因此，在步驟470，該控制器204可以操縱致動器206a、206b、208a、208b中的一個或多個，以提高通過機架的氣流。一方面，SHI值的增大可以表示熱冷卻流體與經冷卻的冷卻流體的再循環可能已經由於通過機架的氣流增大而造成了提高。在這種情況下，如圖4A所示，可以調用第一方案(操作模式400)。
通過響應於第一方案實施工作模式450產生了不希望的結果以及響應於第二方案實施工作模式450產生了不希望的結果，該控制器204基本上可以學習到響應於各種SHI值計算操作致動器206a、206b、208a、208b的最佳方式。這方面，該控制器204基本上可以用於改變數據中心中可能造成SHI值變化的條件。
可以以預定時間間隔等重複該第一和第二方案任意數次，例如只要數據中心在工作中就重複。因此，對於該數據中心的不同部分，該控制器204可以隨著SHI值的變化改變冷卻流體傳送到機架中的量。此外，控制器204可以根據迭代過程改變通過機架的氣流。也就是說，該控制器204可以在每次保證變化時以預定量改變氣流，並且重複這個過程直到SHI值處於最大設定SHI值以下為止。
一方面，通過控制冷卻流體傳送量來降低SHI值，因此降低熱冷卻流體再循環到經冷卻的冷卻流體中，可以基本上優化將機架中組件的溫度維持在預定範圍內所需的能量的量。
圖4C和4D分別圖示了根據本發明可選實施例的圖4A和4B所示工作模式的可選步驟。參照圖4C，示出了可以取代步驟414-420實施的步驟424和426。根據本實施例，在步驟412之後，可以在步驟424確定一個或多個致動器206a、206b、208a、208b的設定值。該致動器設定值可以基於例如供風孔打開的程度、有角板的角度、可移動百葉窗的角度等。因此，例如可以根據致動器設定值來確定通過一個或多個通風孔磚116和一個或多個機架102-108的氣流。
在步驟426，將所確定的致動器設定值與預定的最大致動器設定值進行比較。該預定的最大致動器設定值可以基於多種因素。例如，該預定最大致動器設定值可以與上述氣流設備的最大打開位置相關。可選的是，該預定最大致動器設定值可以與希望的通過氣流設備的氣流級別相關。也就是說，例如可以把該預定最大致動器設定值設定成基本上防止潛在損壞級別的冷卻流體流過一個或多個機架102-108，例如有少量或沒有冷卻流體流過一個或多個機架102-108的情況就是這樣。
在步驟422，如果所確定的致動器設定值大於預定最大致動器設定值，則控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b以降低流到一個或多個機架102-108的冷卻流體。可選的是，在步驟414，如果所確定的致動器設定值低於預定的最大致動器設定值，則控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b，以提高流到一個或多個機架102-108的冷卻流體。
現在參照圖4D，圖示了可以取代步驟462-468實施的步驟472和474。根據本實施例，在步驟460之後，可以在步驟472確定一個或多個致動器206a、206b、208a、208b的設定值。該致動器設定值可以基於例如通風孔磚116打開的程度、有角板的角度、可移動百葉窗的角度等等。因此，例如可以根據該致動器設定值來確定通過一個或多個通風孔磚116和一個或多個機架102-108的氣流。
在步驟474，將所確定的致動器設定值與預定的最小致動器設定值相比較。該預定的最小致動器設定可以基於多種因素。例如，該預定的最小致動器設定值可以與上述氣流設備的最小打開位置相關。可選的是，該預定的最小致動器設定值可以與希望的流過氣流設備的冷卻流體級別相關。也就是說，例如可以把該預定的最小致動器設定值設定成基本上防止潛在損壞級別的冷卻流體流過一個或多個機架102-108，例如少量或者沒有冷卻流體流過一個或多個機架的情況就是這樣。在步驟470，如果所確定的致動器設定值小於該預定的最小致動器設定值，則控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b，以提高流到一個或多個機架102-108的冷卻流體。可選的是，在步驟462，如果所確定的致動器設定值大於該預定的最小致動器設定值，則控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b以提高流到一個或多個機架102-108的冷卻流體。
在實施了工作模式400和450中所示的步驟之後，控制器204可以確定當檢測到SHI的變化時實施了工作模式400和450中的哪一個模式。例如，控制器204可以在工作模式400的先前實施、例如步驟402-420導致組件、機架或機架群的SHI降低時實施工作模式400。可選的是，控制器204可以在工作模式450的先前實施，例如步驟452-468導致組件、機架或機架群的SHI降低時實施工作模式450。此外，控制器204可以響應於對各種組件、機架或機架群的SHI確定來實施工作模式400或450。一方面，控制器204基本上學習到了工作模式400或450中的哪一個響應於算得的SHI超過預定最大設定的SHI值而實施例如對一個或多個致動器的操縱，以提高或降低冷卻流體流。
圖5圖示了根據另一實施方式的冷卻系統，例如冷卻系統202的工作模式500的流程圖。應當理解，以下對於工作模式500的說明僅僅是可以操縱本發明實施例所採用的多種不同方式中的一種。本領域技術人員還應當理解，工作模式500表示了一種一般化的圖示，可以在不背離本發明範圍的情況下，添加其它步驟或者去除或修改現有步驟。參照圖2所示的框圖200對工作模式500進行說明，因此參照了該框圖中引用的元件。
控制器204可以實施工作模式500，以根據算得的SHI值控制通過各個伺服器220的工作負荷。在步驟502，可以響應於接收到工作負荷安排請求而啟動工作模式500。例如，可以響應於對要由一個或多個伺服器220執行的工作的請求來啟動工作模式500。
在步驟504，控制器204並且更特別的是工作負荷模塊218可以識別具有滿足規定的性能策略的過量容量的裝備，例如一個或多個伺服器220。例如，工作負荷模塊218可以確定哪些伺服器220能夠執行所請求的任務。
在步驟506，工作負荷模塊218可以接收在步驟504中所識別的那個裝置的SHI值。工作負荷218可以從度量模塊218接收該信息，該模塊可以按照上文中所述方式計算SHI值。此外，該工作負荷模塊218可以請求該工作負荷模塊218響應於接收到工作負荷請求而執行SHI計算。
在步驟508，該工作負荷模塊218可以將工作負荷安排在具有最低SHI值的一個或多個裝備上。這方面，基本上可以優化熱從機架中的裝備傳遞到冷卻流體的熱傳遞效率。
圖6圖示了設計和部署數據中心布局的工作模式600的流程圖。應當理解，以下對於工作模式600的說明僅僅是可以操縱實施例所採用的的多種不同方式中的一種。本領域技術人員還應當理解，操縱模式600表示一般化的圖示，並且可以在不背離本發明範圍的情況下添加其它步驟或者可以去除或修改現有步驟。
可以利用存儲在例如存儲器212中並且由控制器204執行的軟體來實施工作模式600中概括的一部分步驟。該軟體可以包括計算流體動力學(CFD)工具，其設計成根據所輸入的溫度計算所提出的數據中心不同位置處的氣流動力。可以對CFD工具進行編程以根據預測的機架進口和出口處的溫度以及預測的基準溫度來確定該數據中心不同位置的SHI值。
在步驟602，根據所提出的該數據中心的布局或配置以及所提出的機架中的發熱，可以計算SHI值。在步驟604，根據算得的SHI值，可以重新配置數據中心的布局或配置，以使SHI值最小化。步驟604可以包括迭代過程，其中將各種數據中心配置輸入該工具中，以確定哪種布局產生了最小的SHI值。在步驟606，一旦確定了具有最小化的SHI值配置的布局，則可以部署具有該布局的數據中心。
如上文中列出的共同未決申請中更詳細描述的，可以實施CFD工具來監測冷卻流體的溫度以及數據中心100中的氣流。根據本發明的實施例，可以實施CFD工具來計算該數據中心100不同位置的SHI值，從而確定數據中心100中熱冷卻流體再循環的級別。例如，可以將傳送到機架中的冷卻流體的溫度、從機架排放的熱冷卻流體的溫度和基準溫度輸入到CFD工具中。該CFD工具可以按照類似於上文中提出的等式的方式利用所輸入的溫度信息計算SHI值。該CFD工具還可以在數據中心400中生成SHI值的數字模型。可以將SHI值的該數字模型用於生成在數據中心100的不同位置的SHI值的圖。
通過將不同時間該數據中心100中SHI值的數字模型進行比較，該CFD工具可以確定該數據中心100中SHI值的變化。如果SHI值的數字模型表明冷卻流體正與熱冷卻流體再循環，則該控制器204可以操縱一個或多個致動器206a、206b、208a、208b，以按照上文中參照圖4A和4B所述的方式減小或消除再循環。
如2003年1月22日提交的、名稱為「Agent Based Control Methodand System for Energy Management(基於代理的控制方法和能量管理的系統)」的共同未決和共同轉讓的申請No.10/345,723(代理案號No.100200080)中所述的(在此將其全文引入以供參考)，可以將致動器206a、206b、208a、208b的運動視為可以在機架代理之間交換或者分配以分布冷卻流體的資源。這些資源可以處於資源金字塔的最低層，並且可以首先響應於控制信號進行分配。可以利用適當的溫度條件、偏差和機架操作參數來驅動多層和多代理的控制系統。
圖7圖示了基本上基於RHI值的冷卻系統、例如冷卻系統202的工作模式700的流程圖。應當理解，以下對於工作模式700的說明僅僅是可以操縱該冷卻系統所採用的多種不同方式中的一種。本領域技術人員還應當理解，工作模式700表示了一般化的圖示，可以在不背離本發明範圍的情況下添加其它步驟或者去除或修改現有步驟。對於工作模式700的說明參照圖2所示的框圖200，並且因此參照該框圖中引用的元件。
一方面，控制器204可以實現工作模式700來根據算得的RHI值控制一個或多個CRAC單元228。更特別的是，例如可以實現工作模式700來控制一個或多個CRAC單元228，使得基本上使它們的能量消耗最小化。此外，可以按照總體上保持有益的熱管理級別的方式操作一個或多個CRAC單元228。儘管特別參照了單個CRAC單元228，但是應當理解，可以應用參照工作模式700概括的概念來控制任何數量合理適當的CRAC單元228。相應的是，對於單個CRAC單元228的說明是為了簡化說明的目的，不表示將工作模式700限制為單個CRAC單元228。
在步驟702，可以響應於多種激勵來啟動工作模式700。例如，可以響應於預定經歷的時間、響應於接收到發送的信號和/或響應於檢測到環境條件(例如溫度、溼度、位置等)的變化啟動工作模式700。此外，用戶可以手動啟動工作模式700。
在步驟704，可以確定RHI設定值(RHIset)。該RHI設定值可以構成例如在數據中心100、100中產生可接受結果的最小RHI級別。可以根據對數據中心100、100中各種RHI級別效果的測試來確定RHI設定值，從而確定它們是否是可接受的。此外或可選的是，RHI設定值可以基於製造商對於數據中心100中包含的組件的技術規格。例如，RHI設定值基本上可以基於數據中心100、100中可接受的溫度級別。此外，該RHI設定值對於不同CRAC單元228可以是不同的，這是因為它們影響的區域可能不同。
無論如何，在步驟706，可以測量CRAC單元228的RHIi值。下標「i」表示RHI迭代的迭代指數。因此，對於一次迭代而言，「i」等於1，對於二次迭代而言，「i」等於2等等依此類推。如上文中所述，根據等式(7)來計算RHI值。因此，可以使用數據中心100、100不同位置處的冷卻流體的溫度來確定RHI值。更特別的是，RHI值基於返回到CRAC單元228中的熱冷卻流體的溫度(TCin)、從一個或多個機架排放的熱冷卻流體的溫度(Trout)以及經冷卻的冷卻流體的基準溫度(Tref)。該基準溫度(Tref)表示通風孔磚116冷卻流體溫度，其還可以當作CRAC單元228提供的冷卻流體的供應溫度。此外，測量所排放的熱冷卻流體溫度(Trout)所在的一個或機架可以基於CRAC單元228對一個或多個機架中特定機架的影響。
在步驟708，可以確定在步驟706確定的RHIi值等於還是大於步驟704確定的RHISET值。在步驟710，如果RHIi值大於或等於RHISET值，則提高了CRAC單元228提供冷卻流體時的溫度。可以將CRAC單元228的供應冷卻流體溫度增長的級別設定為預定溫度增長。例如，該供應冷卻流體溫度可以提高大約1到5或更多的攝氏度。可選的是，增長的級別可以基於例如RHIi值超過RHISET值時所處的級別。在這種情況下，供應冷卻流體溫度的增長基本上可以與RHIi值超過RHISET值時所處的級別成比例。一方面，當RHIi值超過RHISET值時，通過提高CRAC單元228提供的冷卻流體的溫度，該CRAC單元228總體上就消耗更少的能量。
可以在任意合理適當的時間量之內重複步驟706-710。例如，只要數據中心100在工作中，就可以在預定的時間段或者迭代等之內重複這些步驟。此外，可以根據例如用戶的判斷終止工作模式700。
以下參照圖8A和8B描述工作模式700可以採用的其它步驟。
圖8A和8B圖示了基本上基於RHI值的冷卻系統(例如冷卻系統202)的工作模式800的流程圖。應當理解，以下對於工作模式800的說明僅僅是可以操縱冷卻系統所採用的多種不同方式中的一種。本領域技術人員還應當理解，工作模式800表示了一般化的圖示，可以在不背離本發明範圍的情況下添加其它步驟或者去除或修改現有步驟。參照圖2所示的框圖200說明工作模式800，因此參照該框圖中引用的元件。
一方面，該控制器204可以實現工作模式800來根據算得的RHI值控制一個或多個CRAC單元228。更特別的是，例如可以實現工作模式800來控制一個或多個CRAC單元228，從而基本上使它們的能量消耗級別最小化。此外，可以按照總體上保持有利熱管理級別的方式操縱一個或多個CRAC單元228。儘管特別參照了單一CRAC單元228，但是應當理解可以應用相對於工作模式800概括的概念，以控制任意數量合理適當的CRAC單元228。相應的是，對於單一CRAC單元228的操作的說明是為了簡化說明，不表示將工作模式800限制為單一CRAC單元228。
在步驟802，可以響應於多種激勵啟動工作模式800。例如，可以響應於預定經歷的時間、響應於接收到發送的信號的和/或響應於檢測到環境條件(例如溫度、溼度、位置等)的變化來啟動工作模式800。此外，用戶可以手動啟動工作模式800。
在步驟804，可以如上文中參照步驟704(圖7)所述的方式確定RHI設定值(RHISET)。此外，在步驟806，可以如參照步驟706(圖7)所述的方式測量CRAC單元228的RHIi值。
在步驟808，將在步驟806確定的RHIi值與在步驟804對值「j」等於1確定的RHISET值進行比較。在一個實例中，值「j」可以表示CRAC單元228流速變化的迭代次數。在其它實例中，值「j」可以表示各種其它的標準，例如CRAC單元228消耗的能量、維修建議等。此外，基本上可以用硬體和控制要求來限制「j」遞增的速率。下文中提供值「j」的其它實例。
如果在步驟808，RHIi值大於或等於RHISET值，則如步驟810所示，提高由CRAC單元228提供冷卻流體時的溫度。可以將CRAC單元228的供應冷卻流體溫度的增長級別設定為預定的溫度增長。例如，供應冷卻流體溫度可以提高大約1到5或更多攝氏度。可選的是，增長的級別可以基於例如RHIi值超過RHISET時所處的級別。在這種情況下，供應冷卻流體溫度的增長可以基本上與RHIi值超過RHISET值時所處的級別成比例。一方面，通過在RHIi值超過RHISET值時提高CRAC單元228提供的冷卻流體的溫度，CRAC單元228總體上就消耗更少的能量。
在步驟812，可以檢查數據中心100、100的熱管理。例如，可以檢查位於受到CRAC單元228影響的區域中不同位置處的SHI級別，以確定提高了的供應冷卻流體溫度是否不利地影響了再循環級別。此外或可選的是，熱管理檢查可以包括監測一個或多個機架的進口溫度，以確定其溫度是否超過了預定的溫度級別，例如約25攝氏度。儘管沒有特別圖示，但是步驟812還可以包括在該檢查表明熱管理存在問題的情況下改進熱管理的步驟。例如，如果一個或多個機架的進口溫度超過預定溫度級別，則可以改變傳送到該一個或多個機架的冷卻氣流。例如，可以通過操縱相關的通風孔磚116和CRAC單元228中的一項或兩項來提高冷卻氣流的體積流速。另外，例如，如果在不同位置處的SHI級別超過最大SHI設定值，則可以執行圖4A和4B概括的一個或多個步驟來降低在那些區域處的SHI級別。
儘管圖8A中沒有明確表示，但是可以在步驟810與812之間允許讓預定量的時間經過。可以使用步驟810與812之間的延遲來基本上使供應冷卻流體溫度的變化的影響能夠檢測到。一方面，該控制器204可以訪問定時器或者時鐘，以確定在執行步驟810之後何時執行步驟812。該延遲的長度可以基於冷卻流體溫度變化之間的已知長度的時間及其對各種熱管理關係的影響。可選的是，該延遲的長度可以是預設的時間量，例如約2、5、10或更多分鐘。
在步驟814，設定RHISET值，使其等於RFIi值。執行該步驟，用以例如改變用其比較隨後測得的RHIi值的的條件。一方面，將RHISET值設定為RHIi值，從而使得工作模式800能夠按照啟發的方式來執行。此外，在步驟806再次測量另一迭代的RHIi值，並且可以重複步驟808-814。
再次參照步驟808，如果在步驟806測得的RHIi值小於在步驟804確定的RHISET值，則在步驟816可以確定CRAC單元228提供冷卻流體時的流速。可以直接通過利用風速計檢測所提供的冷卻流體的流速，或者可以基於對吹風機旋轉的檢測來計算該流速。無論如何，在步驟818可以將所確定的流速(FR)與最大流速設定值(FRMAX)進行比較。該最大流速設定值可以表示希望CRAC單元228提供的最高冷卻流體的流速，並且其可以基於例如製造商規定的吹風機操縱、對於不同流速時數據中心100、100中冷卻的影響的測試等。
在步驟820，如果所確定的流速低於最大流速設定值，則可以將值「j」設為j＝j+1。此外，如步驟822所示，提高CRAC單元228提供的冷卻流體的流速。可以將CRAC單元228提供的冷卻流體的流速增長的級別設為預定流速增長。例如，增長的級別可以基於例如RHIi值降低到RHISET值以下時所處的級別。在這種情況下，流速的增長基本上可以與RHIi值落到RHISET值以下時所處的級別成比例。一方面，當RHIi值落到RHISET值以下時，可以通過提高CRAC單元228提供的冷卻流體的流速來提高RHI級別，從而提高CRAC單元228的效率。另外例如，流速增長的級別可以基於流速(FR)與最大流速設定值(FRMAX)之差。在這個實例中，流速的增長基本上可以等於流速差的一部分。可選的是，該增長基本上可以等於流速之差的增加值。
在步驟824，對RHIi值可以再次測量，在這種情況下這會產生RHIi+1值。儘管圖8A中沒有明確表示，但是可以在步驟822與824之間允許讓預定量的時間經過。可以使用步驟822與824之間的延遲來使冷卻流體流速變化的影響能夠檢測到。一方面，控制器204可以訪問定時器或時鐘，以確定在執行步驟822之後執行步驟824的時間。該延遲的長度可以基於冷卻流體流速變化之間的已知時間長度及其對RHI測量值的影響。可選的是，該延遲的長度可以為預設量的時間，例如約2、5、10或更多分鐘。
在步驟826，可以檢查數據中心100的熱管理。例如，可以檢查受到CRAC單元228影響的區域中不同位置處的SHI級別，以確定提高的供應冷卻流體溫度是否不利地影響了再循環級別。此外，可以按照如上文中參照步驟812所述的方式執行步驟826的熱管理檢查。
在步驟828，確定RHIi+1值是否超過了RHIi值。換句話說，確定CRAC單元228流速的增長是否產生了更大的RHI值。更大的RHI值可以表示增大的流速產生正RHI測量值。在步驟830，如果RHIi+1超過了RHIi值，則確定RHIi+1值是否已經基本上達到了最大RHI值(RHIMAX)。如步驟832所示，如果確定了RHIi+1基本上沒有達到最大RHI值，則可以確定迭代次數「j」滿足還是超過了值「n」。
如上文中所述，值「j」在某些情況下可以表示CRAC單元228流速變化迭代的次數。在其它實例中，值「j」可以表示各種其它的標準，諸如像CRAC單元228消耗的能量、維修建議等。此外，基本上可以用硬體和控制要求來限制「j」增長的速率。值「n」可以表示預定的迭代次數，並且可以根據多種不同標準來設定該值。例如，可以比較任意地選擇迭代次數「n」，或者可以基於測試來選擇。例如，可以根據在步驟818確定的流速(FR)與最大流速設定值(FRMAX)之差來確定迭代次數「n」。可以適當地增加這些流速之差，並且可以使用增長的次數來設定迭代次數「n」。因此，例如如果在流速達到最大流速設定值之前具有10次增長，則迭代次數「n」可以等於10。
如果值「j」落到達代次數「n」以下，則如步驟820所示，該值「j」可以增長一次。此外，可以重複步驟822-832，直到如以上參照步驟830所示的RHIi+1等於RHIMAX值，或者「j」值滿足或超過「n」值為止。如果在步驟832該值「j」滿足或超過值「n」，也就是說例如該流速已經達到或超過最大流速設定值，或者如果RHIi+1值已經基本上達到了最大RHI值，則將RHISET值設為等於RHIi值，如步驟814所示。此外，在步驟806再次測量另一迭代的RHIi值，並且可以重複步驟808-832。在這方面，例如如果RHI值等於或超過設定值RHI值，則可以提高CRAC單元228供應溫度，從而降低與操作CRAC單元228相關的能量成本。此外，如果RHI值落到設定值RHI值以下，則可以採取步驟提高RHI，從而提高CRAC單元228的效率。
通過對CRAC單元228流速設定的不同增長分析RHIi+1的變化，可以確定RHI值是否達到最大RHI值。例如，如果在步驟828，隨後迭代的RHI值等於或小於先前迭代的RHI值，則可以確定RHIi+1值已經達到了最大RHI值。
然而，在步驟828，如果RHIi+1值等於或落到RHIi值以下，這表示增長的流速沒有產生正的RHI測量值，則可以如下文中所述執行循環B。
如圖8A所示，步驟820-832成為循環A，其包括通過提高CRAC單元228提供的空氣流速來提高RHI的步驟。相反，圖8B所示的循環B包括通過降低CRAC單元228提供的空氣流速來提高RHI的步驟840-852。儘管所示並描述的循環A是在循環B之前執行的，但是應當理解可以在不背離工作模式800的範圍的情況下，可以在循環A之前執行循環B。因此，參照圖8B，在步驟834可以確定CRAC單元228提供的空氣的流速(FR)。在這方面，如果在循環A之前執行循環B，則可以在步驟808之後執行步驟834。上文中參照步驟816描述了檢測流速(FR)可以採用的各種方式。然而，在循環A之後執行循環B並且已經知道流速的情況下可以省略步驟834。
無論如何，在步驟836，可以將流速(FR)與最小流速設定值(FRMIN)進行比較。該最小流速設定值可以表示希望CRAC單元228提供的冷卻流體的最低流速，並且其可以基於例如製造商規定的吹風機操作、不同流速時對數據中心100中冷卻的影響的測試等。如果流速(FR)低於或等於最小流速設定值(FRMIN)，則可以如步驟838所示那樣執行步驟820-832(圖8A)，以提高CRAC單元228流速。
在步驟840，如果流速(FR)超過最小流速設定值(FRMIN)，則可以將值「j」設為「j+1」。如果在循環A之後執行循環B，則可以重設值「j」，使得在循環B中確定迭代「j」的過程中不包括循環A中執行的迭代。否則，可以在步驟808之後將值「j」設為「j+1」。
在步驟842，降低CRAC單元228提供冷卻流體時的流速。此外，在步驟818，如果CRAC單元228提供的冷卻流體的流速(FR)等於或超過最大流速設定值(FRMAX)，則可以執行步驟842。可以將CRAC單元228提供的冷卻流體流速降低的級別設為預定流速降低。例如，降低級別可以基於例如RHIi值落到RHISET值以下時所處的級別。在這種情況下，流速的降低基本上可以與RHIi值落到RHISET值以下的級別成比例。一方面，當RHIi值落到RHISET值以下時，可以通過降低CRAC單元228提供的冷卻流體流速來提高RHI級別，由此提高CRAC單元228的效率。另外例如，流速增長的級別可以基於流速(FR)與最小流速設定值(FRMIN)之差。在本實例中，流速的降低基本上可以等於流速之差的一部分。可選的是，該降低基本上可以等於流速之差的增長值。
在步驟844，可以再次測量RHIi值，在這種情況下這會產生RHIi+1值。儘管圖8B中沒有明確表示，但是可以在步驟842與844之間允許預定量的時間經過。可以使用步驟842與844之間的延遲來使冷卻流體流速變化的影響能夠檢測到。一方面，該控制器204可以訪問定時器或者時鐘，以確定在執行步驟842之後執行步驟844的時間。該延遲的長度可以基於冷卻流體流速變化之間的已知長度時間，及其對於RHI測量值的影響。可選的是，該延遲的長度可以為預設量的時間，例如約2、5、10或更多分鐘。
在步驟846，可以檢查數據中心100、100的熱管理。可以按照上文中參照步驟812和826所述的方式執行步驟846的熱管理檢查。
在步驟848，確定RHIi+1值是否超過RHIi值。換句話說，確定CRAC單元228流速的降低是否產生了更大的RHI值。更大的RHI值可以表示降低的流速產生了正的RHI測量值。在步驟850，如果RHIi+1值超過了RHIi值，則確定RHIi+1值是否基本上已經達到了最大RHI值(RHIMAX)。如步驟852所示，如果確定了RHIi+1基本上還沒有達到最大RHI值，則可以確定迭代次數「j」滿足還是超過了值「n」。
如上文中所述，在某些情況下，值「j」可以表示CRAC單元228流速變化的迭代次數。在其它實例中，值「j」可以表示各種其它的標準，諸如像CRAC單元228消耗的能量、維修建議等。此外，「j」增長的速率基本上可以用硬體和控制要求限制。值「n」可以表示預定的迭代次數，並且可以根據多個不同標準進行設定。例如，可以比較任意地選擇迭代次數「n」，或者可以基於測試進行選擇。例如，可以根據步驟836確定的流速(FR)與最小流速設定值(FRMIN)之差來確定迭代次數「n」。可以適當增長這些流速之間的差，並且可以使用增長的次數來設定迭代次數「n」。因此，例如如果在流速達到最小流速設定值之前具有10次增長，則迭代次數「n」可以等於10。
如果值「j」落到迭代次數「n」以下，則如步驟840所示，值「j」可以增長一次。此外，可以重複步驟842-852，直到以上參照步驟850所示的RHIi+1等於RHIMAX或者「j」值滿足或超過「n」值為止。
如果在步驟852值「j」等於或超過值「n」，或者如果RHIi+1值已經基本上達到了最大RHI值，則如步驟814所示以及上文中參照步驟830詳細描述的，設定RHISET值，使其等於RHIi值。此外，在步驟806再次測量另一迭代的RHIi值，並且可以重複步驟808-850。這方面，例如如果RHI值等於或超過設定值RHI值，則可以提高CRAC單元228供應溫度，從而降低與操作CRAC單元228有關的能量成本。此外，如果RHI值落到設定值RHI值以下，則可以採取步驟來提高RHI，從而提高CRAC單元228的效率。
然而，如果在步驟848，RHIi+1值等於或落到RHIi值以下，這表示降低的流速不會產生正的RHI測量值，則可以設定RHISET值，使其等於在步驟804確定的初始RHISET值，並且可以重複步驟806-852。
儘管已經以在循環B之前執行循環A描述了工作模式800，但是應當理解可以在不背離本發明範圍的情況下修改工作模式800中執行一部分步驟的順序。在這方面和某些情況下，可以在循環A之前執行循環B。
工作模式400、450、500、600、700和800中所示的操作可以作為實用程序、程序或子程序包含在任何希望的計算機可訪問媒質中。此外，工作模式400、450、500、600、700和800可以具體化為電腦程式，其能夠以有源和無源的各種形式存在。例如，它們可以作為包括原始碼、目標代碼、可執行代碼或其它格式的程序指令的軟體程序存在。能夠在計算機可讀媒質上配備以上任意的工作模式，該媒質包括存儲設備和壓縮或未壓縮形式的信號。
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，和磁碟或光碟，或磁帶。示例性計算機可讀信號(無論是否用載波調製過了)都是把能作為電腦程式主機或運行該電腦程式的計算機系統配置成去訪問的信號，包括通過網際網路或者其它網絡下載的信號。前面的具體實例包括CD ROM上或通過網際網路下載的程序發行。在某種意義上，網際網路本身作為抽象實體，就是一種計算機可讀媒質。計算機網絡總體上也是這樣。因此，可以理解能夠執行上述功能的任意電子設備都可以實施以上列舉的那些功能。
根據本發明的某些實施例，可以相當大程度地降低與將數據中心內的環境條件保持在預定工作參數內相關的能量的量以及因此降低成本。一方面，通過按照基本上提高RHI值的方式操縱冷卻系統，與常規冷卻系統相比可以以更加高效的方式操作該冷卻系統。
本文中所述和所示的是本發明的優選實施例及其變形。本文中使用的術語、說明和附圖僅僅是為了說明，無意限制本發明。本領域技術人員可以認識到在本發明的精神和範圍內，許多變化都是可能的，本發明的範圍是由以下權利要求書及其等價物限定的，其中的所有術語除非特別指明均應表示其最廣泛合理的意義。
權利要求
1.一種用於根據設計成量化再循環級別的性能指數來控制空氣調節單元(228)的方法(700，800)，所述方法(700，800)包括確定(704，804)性能指數設定值；測量(706，806)一次迭代的性能指數；確定(708，808)測得的一次迭代的性能指數等於還是超過性能指數設定值；以及響應於測得的一次迭代的性能指數等於或超過性能指數設定值來提高(710，810)空氣調節單元(228)的供應空氣溫度。
2.根據權利要求1所述的方法(700，800)，其中測量(706，806)性能指數(RHI)的步驟包括求解以下等式RHI=kMkCp((TinC)k-Tref)jimi,jrCp((Toutr)i,j-Tref),]]>其中Mk是通過空氣調節單元(228)的冷卻流體的質量流速，Cp為特定的空氣熱量，Tcin是單獨的空氣調節單元進口溫度，mri，j是通過第j行機架中的第i個機架的質量流速，並且(Trin)i，j和(Trout)i，j是第j行機架中第i個機架的平均進口和出口溫度，Tref表示空氣調節單元(228)提供的空氣的溫度。
3.根據權利要求1或2所述的方法(800)，還包括響應於測得的一次迭代的性能指數落到性能指數設定值以下而確定(816)空氣調節單元(228)的流速；確定(818)流速等於還是超過最大流速設定值；響應於流速落到最大流速設定值以下而提高(822)空氣調節單元(228)提供的空氣的流速；響應於提高的空氣調節單元(228)提供的空氣流速而測量(824)二次迭代的性能指數；響應於提高空氣調節單元(228)提供的空氣流速的步驟而檢查(826)熱管理；確定(828)測得的二次迭代的性能指數是否超過測得的一次迭代的性能指數；響應於測得的二次迭代的性能指數超過了測得的一次迭代的性能指數而確定(830)測得的二次迭代的性能指數是否基本上等於最大性能指數；響應於測得的二次迭代的性能指數落到最大性能指數以下而確定(832)空氣調節單元提供的空氣流速得到提高的次數等於還是超過預定的迭代次數；以及響應於空氣調節單元提供的空氣流速得到提高的次數落到預定迭代次數以下而提高(822)空氣調節單元提供的空氣流速。
4.根據權利要求3所述的方法(800)，還包括響應於二次迭代的性能指數基本上等於最大性能指數而把性能指數設定值設定(814)成等於測得的一次迭代的性能指數。
5.根據權利要求1所述的方法(800)，還包括響應於測得的一次迭代的性能指數落到性能指數設定值以下而確定(834)空氣調節單元(228)的流速；確定(836)該流速等於最小流速設定值還是落到該設定值以下；響應於該流速超過最小流速設定值而降低(842)空氣調節單元提供的空氣的流速；測量(844)二次迭代的性能指數；
1)熱管理；確定(848)測得的二次迭代的性能指數是否超過測得的一次迭代的性能指數；響應於測得的二次迭代的性能指數超過測得的一次迭代的性能指數而確定(850)測得的二次迭代的性能指數是否基本上等於最大性能指數；響應於測得的二次迭代性的能指數落到最大性能指數以下而確定(852)空氣調節單元(228)提供的空氣的流速得到降低的次數等於還是超過預定的迭代次數；響應於空氣調節單元提供的空氣的流速得到降低的次數落到預定迭代次數以下而降低(842)該空氣調節單元提供的空氣的流速；響應於空氣調節單元(228)提供的空氣的流速得到降低的次數等於預定迭代次數而把性能指數設定值設定(814)成等於測得的一次迭代的性能指數。
6.根據權利要求5所述的方法(800)，還包括響應於測得的二次迭代的性能指數落到測得的一次迭代的性能指數以下而把性能指數設定值重設(854)成預定的性能指數設定值。
7.一種用於根據設計成量化再循環級別的性能指數來控制空氣調節單元(228)的系統(202)，所述系統(202)包括第一溫度傳感器(230)和第二溫度傳感器(232)，其中將第一溫度傳感器(230)和第二溫度傳感器(232)檢測到的溫度測量值被用於計算性能指數；控制器(204)，被配置成用於確定算得的一次迭代的性能指數等於還是超過性能指數設定值；所述控制器(204)還被配置成用於響應於算得的性能指數等於或是超過性能指數設定值來提高空氣調節單元(228)的供應空氣溫度。
8.根據權利要求7所述的系統(202)，其中該控制器被配置成用於通過以下等式計算性能指數(RHI)RHI=kMkCp((TinC)k-Tref)jimi,jrCp((Toutr)i,j-Tref),]]>其中Mk是通過空氣調節單元(228)的冷卻流體的質量流速，Cp是特定的空氣熱量，Tcin是單獨的空氣調節單元進口溫度，mri，j是通過第j行機架中的第i個機架的質量流速，並且(Trin)i，j和(Trout)i，j是第j行機架中第i個機架的平均進口和出口溫度，Tref表示空氣調節單元(228)提供的空氣的溫度。
9.一種具有用於根據設計成量化再循環級別的性能指數來控制空氣調節單元(228)的系統(202)的數據中心(100)，所述數據中心(100)包括用於確定(204)性能指數設定值的裝置；用於測量數據中心(100)中多個位置處的溫度(230-240)的裝置；用於計算(216)一次迭代的性能指數的裝置；用於確定(216)算得的一次迭代的性能指數等於還是超過性能指數設定值的裝置；用於響應於測得的一次迭代的性能指數等於或是超過性能指數設定值而提高(214)空氣調節單元(228)的供應空氣溫度的裝置。
10.根據權利要求9所述的數據中心(100)，還包括用於不定地從數據中心(100)中的一個或多個位置接收(166，209)熱氣流的裝置；用於將接收到的熱氣流引導(164)到空氣調節單元(228)的裝置。
全文摘要
一種空氣調節單元(228)，可以根據設計成量化再循環級別的性能指數對其進行控制。對於空氣調節單元控制而言，確定(704，804)性能指數設定值，並且測量(706，806)一次迭代的性能指數。此外，確定測得的一次迭代性能指數等於還是超過性能指數設定值(708，808)。而且，響應於測得的一次迭代的性能指數等於或者超過性能指數設定值(710，810)來提高空氣調節單元(228)的供應空氣溫度。
文檔編號H05K7/20GK101053291SQ200580037939
公開日2007年10月10日 申請日期2005年8月30日 優先權日2004年9月1日
發明者R·夏馬, C·E·巴什, C·D·帕特爾 申請人:惠普開發有限公司