TWI479301B - 資料中心之冷卻 - Google Patents

Description

資料中心之冷卻

本發明係關於用於提供為含有電子設備之區(例如電腦資料中心中之電腦伺服器室及伺服器機架)提供冷卻之系統及方法。

電腦使用者通常著重於電腦微處理器之速度(例如，兆赫及千兆赫)。許多人忘記此速度通常帶有一成本-更高電功率消耗。對於一個或兩個家庭PC，與運行一家庭中之許多其他電器之成本相比，此額外功率可忽略不計。但在其中可操作成千上萬的微處理器之資料中心應用中，電功率要求可能非常重要。

功率消耗實際上亦係一雙重重擊。一資料中心運營商不僅必須支付電費來操作其許多電腦，而且該運營商亦必須付款來冷卻電腦。此乃因，按照簡單物理定律，所有電力必須去某處，且彼某處基本上係成熱量之轉換。一對安裝於單個母板上之微處理器可汲取200至400瓦或更多之功率。將彼數字乘以數千(或數萬)以考慮到一大型資料中心中之許多電腦，且可易瞭解可產生之熱量之大小。這很像具有一填充有成千上萬個燃燒泛光燈之房間。

因此，移除全部熱量之成本亦可係操作大型資料中心之主要成本。彼成本通常涉及使用甚至更多呈電及天然氣之形式之能量，以操作冷激機、冷凝器、幫浦、風扇、冷卻塔及其他相關組件。熱量移除亦可很重要，此乃因，儘管微處理器可能不如人對熱量敏感，但熱量之增加通常可造成微處理器錯誤及失常之大量增加。總而言之，此一系統可能需要電來運行晶片，且需要更多電來冷卻晶片。

一般而言，在一項態樣中，一種用於將經冷卻空氣提供至一資料中心之系統包括具有操作中電子設備之一資料中心、一冷卻水源、該資料中心中之複數個地板上冷卻單元、複數個控制閥及一控制器。每一地板上冷卻單元經組態以冷卻被該資料中心中之該電子設備之一子組套暖化之空氣。每一控制閥與單個地板上冷卻單元相關聯。每一控制閥經組態以回應於一來自該控制器之信號而轉動，該閥能夠完全閉合、完全敞開、或部分敞開。當該閥閉合時，水被自該地板上冷卻單元阻斷。當該閥完全敞開時，使一最大量的水循環經過該地板上冷卻單元。當該閥部分敞開時，使小於最大水量的100%之某一百分比循環經過該地板上冷卻單元。該控制器經組態以回應於一溫度變化而轉動該對應控制閥。

此及其他實施例可視需要包括如下特徵中之一者或多者。該控制器可經組態以回應於該對應地板上冷卻單元之一離氣溫度(leaving air temperature)之一變化而轉動該對應控制閥。該控制器可經組態以轉動該對應控制閥以使得該對應地板上冷卻單元之離氣溫度保持低於一內部設定點達該系統之該操作時間的至少90%。該系統可進一步包括複數個感測器，每一感測器經組態以量測一地板上冷卻單元之 離氣溫度。該控制閥可獨立於任一其他控制閥而動作。該冷卻水源可包括一冷卻塔。每一地板上冷卻單元可包括一經組態以將熱量自該電子設備轉移至該冷卻水源之熱交換器。該熱交換器可包括位於毗鄰於一個或多個共同熱空氣充氣室處以自該電子設備接收經加熱空氣之盤管。

一般而言，在一項態樣中，一種用於將經冷卻空氣提供至電子設備之系統包括具有操作中電子設備之一資料中心、由一第一集管箱連接之複數個模組及由一第二集管箱連接之至少一個冷激機。每一模組包括該資料中心中之複數個地板上冷卻單元及一冷卻水源。該至少一個冷激機與該複數個模組中之一個或一個以上模組流體連接。

此及其他實施例可視需要包括如下特徵中之一者或多者。冷激機之數目可小於模組之數目。每一地板上冷卻單元可包括一經組態以控制水流動穿過該地板上冷卻單元之對應控制閥。該冷卻水源可係一冷卻塔。每一地板上冷卻單元可包括一經組態以將熱量自該電子設備轉移至該冷卻水源之熱交換器。該熱交換器可包括位於毗鄰於一個或多個共同熱空氣充氣室處以自該電子設備接收經加熱空氣的盤管。

一般而言，在一項態樣中，一種用於冷卻一資料中心中之空氣之系統包括具有操作中電子設備之一資料中心、一冷卻水源及複數個地板上冷卻單元。該冷卻水源經組態以使一總水量保持處於最大容量下。每一地板上冷卻單元經組態以使用來自該冷卻水源之水來冷卻由該資料中心中之 該電子設備之一部分加熱之空氣。該總水量不足以在該資料中心外部之一溫度高於一預定外部溫度時維持每一地板上冷卻單元之一離氣溫度低於一內部設定點。

此及其他實施例可視需要包括如下特徵中之一者或多者。該冷卻水源可係一冷卻塔。每一地板上冷卻單元可包括一經組態以將熱量自該電子設備轉移至該冷卻水源之熱交換器。該熱交換器可包括位於毗鄰於一個或多個共同熱空氣充氣室處以自該電子設備接收經加熱空氣之盤管。該系統可位於一地理區域中，且在每年之至少90%時間裏，該資料中心外部之溫度可低於該預定外部溫度。在每年之至少95%時間裏，該資料中心外部之溫度可低於該預定外部溫度。

本文中所述之系統及方法之優點可包括如下中之一者或多者。若允許該資料中心內部之溫度升高超過該內部設定點達短時間週期，則可使對昂貴冷激機之利用最小化。藉由監視該離氣溫度，例如離開該地板上冷卻單元之一冷卻盤管或涼空氣充氣室之空氣之溫度，而不是個別伺服器之溫度，溫度指示將更準確，從而使該冷卻系統變得更有效。若控制閥經組態以個別地控制水流向每一地板上冷卻單元，則可減少系統所需之總水量。藉由將冷激機連接至一單獨的集管箱，對應模組(例如，包括一系列冷卻單元、控制閥及一模組化冷卻裝置之模組)可保持在線，甚至當該對應模組化冷卻裝置失效時。

一般而言，在一項態樣中，一種在操作電子設備期間冷 卻一資料中心之方法包括：監視該資料中心外部之一溫度；監視該資料中心中之一地板上冷卻單元之一離氣溫度；藉由在該資料中心外部之溫度低於一預定值時使水流動穿過該地板上冷卻單元來維持該離氣溫度低於一內部設定點，其中在該資料中心外部之溫度升高超過該預定值時該水至少與一預定供水溫度一樣涼；及藉由在該資料中心外部之溫度升高超過該預定值時使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該地板上冷卻單元來允許該離氣溫度大於該內部設定點。

此及其他實施例可視需要包括如下特徵中之一者或多者。監視該資料中心外部之溫度可包括監視自一冷卻塔供應之水之一溫度。該冷卻系統可包括複數個地板上冷卻單元，且其中監視該離氣溫度包含監視每一地板上冷卻單元之離氣溫度。該冷卻系統進一步包括複數個控制閥，每一控制閥經組態以回應於一對應地板上冷卻單元之離氣溫度而控制水流動穿過該對應地板上冷卻單元。該方法可進一步包括在該水暖於該預定供水溫度時較在該水至少與該預定供水溫度一樣涼時使更多的水循環經過該地板上冷卻單元。該方法可進一步包括將使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該冷卻系統之時間限制至每年1000小時以下。該1000小時可係不連續的。使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該冷卻系統達每年1500小時以上可縮短該電子設備之壽命。使水流動穿過該地板上冷卻單元可包括使水從一涼水源流出。限制該時間包括在使暖於該預定供水溫 度之水循環達1000小時之後使水從一冷激機流出經過該地板上冷卻單元。該資料中心可包括複數個地板上冷卻單元，且其中使水從一冷激機流出包含使水從該冷激機流出經過該複數個地板上冷卻單元。該資料中心可經額定以靠具有一小於該預定供水溫度之溫度之水運行。該預定供水溫度可介於65℉與70℉之間。

一般而言，在一項態樣中，一種在操作電子設備期間冷卻一資料中心之方法包括：監視該資料中心外部之一溫度；藉由在該資料中心外部之溫度低於一預定值時使水流動穿過該資料中心內之一冷卻系統來維持該資料中心內之一溫度低於一內部設定點，其中該水至少與一預定供水溫度一樣涼；確定該資料中心外部之溫度何時升高超過該預定值；及藉由當該資料中心外部之溫度升高超過該預定值時使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該冷卻系統來允許該資料中心內部之溫度大於該內部設定點。該資料中心內部之溫度低於該內部設定點達該電子設備之一操作時間的至少90%。

此及其他實施例可視需要包括如下特徵中之一者或多者。該方法可進一步包括監視該資料中心內部之溫度以確定該資料中心內部之溫度何時低於該內部設定點。使水流動穿過該冷卻系統可包括使使水從一涼水源流出。該方法可進一步包括當該資料中心外部之溫度升高超過該預定值達該電子設備之該操作時間的10%以上時使水從一冷激機流出經過該地板上冷卻單元。該資料中心可包括複數個地 板上冷卻單元，且使水從一冷激機流出可包括使水從該冷激機流出經過該複數個地板上冷卻單元。在該資料中心內之高於該內部設定點之一溫度下操作達該電子設備之該操作時間的15%以上可縮短該電子設備之壽命。該冷卻系統可包括複數個地板上冷卻單元，且每一地板上冷卻單元可包括一經組態以控制水流動穿過該地板上冷卻單元之對應控制閥。該資料中心可經額定以靠小於該預定供水溫度之水運行。該預定供水溫度可介於65℉與75℉之間。

一般而言，在一項態樣中，一種用於將冷卻空氣提供至電子設備之系統包括具有操作中電子裝置之一資料中心、複數個地板上冷卻單元及一冷卻水源。該等地板上冷卻單元冷卻被該電子設備暖化之空氣。該冷卻水源經組態以供應冷卻降低該等地板上冷卻單元之一溫度的冷卻水。該系統之電力使用效率(「PUE」)小於1.3，其中該PUE係藉由將用於操作該資料中心之能量除以用於運行該電子設備之能量而定義。

此及其他實施例可視需要包括如下特徵中之一者或多者。該系統之PUE可係約1.2。該冷卻水源可包括一冷卻塔。每一地板上冷卻單元可包括一經組態以將熱量自該電子設備轉移至該冷卻水源之熱交換器。該熱交換器可包括位於毗鄰於一個或多個共同熱空氣充氣室處以自該電子設備接收經加熱空氣之盤管。該冷卻水源可流體接合至該等地板上冷卻單元。該系統可進一步包括用以監視一地板上冷卻單元之離氣溫度之一感測器。該系統可進一步包括複 數個控制閥，每一控制閥經組態以控制水循環經過一對應地板上冷卻單元。

本文中所述之系統及方法之優點可包括如下中之一者或多者。若允許該資料中心內部之溫度升高超過該內部設定點達短時間週期，則可使對昂貴冷激機之利用最小化。藉由監視該離氣溫度，例如離開該地板上冷卻單元之一冷卻盤管或涼空氣充氣室之空氣之溫度，而不是個別伺服器之溫度，溫度指示將更準確，從而使該冷卻系統變得更有效。若控制閥經組態以個別地控制水流向每一地板上冷卻單元，則可減少系統所需之總水量。藉由將冷激機連接至一單獨的集管箱，對應模組(例如，包括一系列冷卻單元、控制閥及一模組化冷卻裝置之模組)可保持在線，甚至當該對應模組化冷卻裝置失效時。

在附圖及下文說明中將列舉一項或多項實施例之細節。根據說明及圖式，且根據申請專利範圍，可易知其他特徵及優點。

在各圖式中，相同之參考符號指示相同之元件。

圖1係展示用於冷卻一電腦資料中心101之一系統100之一示意圖。系統100大體上包括一地板上冷卻單元160，地板上冷卻單元160具有一空氣處置單元(包括例如風扇110及冷卻盤管112a、112b)以將熱量自該資料中心之空氣轉移至冷卻水。系統100亦可包括一模組化冷卻裝置222。模組化冷卻裝置222可包括：一電力與冷卻單元(「PCU」)，其具有幫浦124、120、閥134、過濾器(未展示)；及一熱交 換器122，其用於自該冷卻水移除熱量並將其傳遞至遞送至模組化冷卻裝置222中之一冷卻塔118之冷凝器水。模組化冷卻裝置222中之冷卻塔118係一冷卻水塔、包括僅一風扇盤管單元之一乾式冷卻器、或包括一冷卻水塔及一乾式冷卻器兩者之一混合塔。另一選擇係，可使用一例如一湖泊或海灣之涼水源，而不是一冷卻塔118。模組化冷卻裝置222中之冷卻水118經由蒸發並冷卻該冷卻塔水以形成經冷卻水來將累積熱量傳遞至周圍空氣。在一般操作中，系統100使用僅冷卻塔/熱交換器/冷卻盤管系統來操作，不過可在峰值負荷期間(例如當室外周圍露點極高且冷卻塔無法單獨提供足夠冷卻時)使用一例如一冷激機之動力式製冷系統來提供經冷激水。如下文所解釋，該系統之控制參數亦可經設定以免除對冷激機或其他此類動力式製冷系統之大部分或任何需要。

將系統100之每一部分之溫度選擇為相對高(與習用基於製冷之冷卻系統相比)，以允許系統100之更有效操作。例如，該系統中之相對高的空氣溫度(例如，空氣在超過110℉(43.3℃)下進入一冷卻盤管且在高於70℉(21.11℃)之一溫度下退出該盤管)又可考慮到相對高的冷卻水溫(例如，水在大約68℉(20℃)下進入一冷卻盤管且在大約104℉(40℃)下退出)，此乃因可從空氣中除去之熱量通常與水與空氣之間的溫差成比例。若可使該差保持處於一可接受位準下，則當溫度足夠高以致蒸發冷卻(例如，經由一冷卻塔之冷卻，而無經由冷激機之進一步冷卻)足夠時，可避免操作一冷激機(或許多冷激機)之相對高的電成本。

當使用混合冷卻塔時，高系統溫度在某些實施方案中係特別有利的。此等混合冷卻塔將一尋常冷卻塔之功能性與一水對水熱交換器相結合。使用一足夠高的溫度設定點(即，在其下允許資料中心101操作達該電子設備之該操作時間之大部分之最大溫度)可允許該混合塔提供顯著冷卻能力，甚至當在不具有效用水的情況下以一水對空氣模式操作時。因此，可使用一混合冷卻塔來相對快地向一設施提供冷卻能力，甚至在可大批量地獲得效用水之前。冷卻塔之能力可與其內之水與周圍外部空氣之溫差直接相關。

當溫差不很大時，僅幾度之一變化可帶來顯著效率增益。例如，當冷卻水在68℉(20℃)下進入時，藉由將空氣加熱至113℉(45℃)而不是104℉(40℃)，該溫差自36℉增加至45℉(20℃至45℃)-此可促成一25%之熱流增加。實際差將略有變化，因為空氣及水之進入條件並非唯一的條件(此乃因空氣隨著其穿過一冷卻盤管而冷卻，且水變暖)；然而，此實例指示溫差如何可影響一系統之效率。

利用一系統中之升溫亦可防止系統中或周圍之空氣降到其液體飽和點(即，其露點)以下，並冷凝。此可在某些情形下提供該系統之效率及操作兩者方面之益處。可獲得效率益處，此乃因形成冷凝需要較僅僅冷卻空氣多得多的能量，因而形成冷凝之系統可使用大量電或其他能量。可進行系統之操作方面之改進，此乃因，若系統中之管道攜載低於該等管道周圍之空氣之飽和溫度之水，則冷凝可形成於該等管道上。彼冷凝可能損壞經調節空間中之管道或設備，產生黴菌並致使水彙集於地板上，且可能需要在該等管道上安裝隔熱材料(以阻止冷凝)。

在圖1中所展示之系統中，利用升溫可顯著減少或幾乎完全免除對能量密集型冷卻組件(例如冷激機及諸如此類)之組件之需要，甚至在資料中心101中之熱負荷很高時。因此，可以一較可以其他方式達成為低之操作成本來操作系統100。另外，可能需要更低之資本成本，此乃因風扇、盤管、熱交換器及冷卻塔係相對基本的且廉價的組件。另外，藉由在具有冷卻空氣與冷卻水之間的一更高溫差情況下操作，需要較少容積的冷卻水，從而縮減管道系統之大小及成本、以及用以操作幫浦及其他此類組件之成本。

另外，彼等組件通常係非常標準化的，因而其獲取成本較低，且其更容易定位，尤其於發展中國家及其中放置一資料中心101可係有利之邊遠地區中。在邊遠地區及具有對電力有限使用之其他地區中使用系統100亦得益於系統100可使用較少電力來操作之事實。因此，此一系統可位於低電力變電所及諸如此類附近。如下文更全面地闡述，低動力式系統亦可適合於實施為使用諸如太陽能、風力、天然氣動力渦輪機、燃料電池及諸如此類之能源之自動力式系統。

現在參見圖1，圖中以剖面圖形式展示一資料中心101，如所示，該資料中心係一裝設大量電腦或類似發熱電子裝置之建築物。一工作空間106界定於配置成若干平行列且安裝於垂直機架(例如機架102a、102b)中之電腦周圍。該等機架可包括若干對上面附接有成對安裝托架(未展示)之垂直導軌。含有電腦之托盤(例如呈母板之形式之標準電路板)可置於該等安裝托架上。

在一項實例中，該等安裝托架可係焊接或以其他方式黏結至一機架之框機架中之垂直導軌之傾斜導軌，且托盤可包括在該等托架頂上滑動到位之母板，類似於其中在自助餐廳中食品盤滑動到儲存架上，或者麵包盤滑動至麵包架上之方式。該等托盤可靠攏地間隔開以使一資料中心之托盤之數目最小化，但離得足夠遠以含有該等托盤上之所有該等組件並允許該等托盤之間的空氣循環。

亦可使用其他配置。例如，托盤可成群地垂直安裝例如呈電腦葉片之形式。該等托盤可僅僅擱在一機架上且在其等滑動到位之後電連接，或者其等可沿一個邊緣提供有諸如電跡線之機構，該等機構在該等托盤滑動到位時形成電及資料連接。

空氣可自工作空間106循環跨越該等托盤且經過地板上冷卻單元160。儘管僅一個地板上冷卻單元160展示於圖1中，但資料中心101可包括多個地板上冷卻單元160。地板上冷卻單元160包括該等托盤後面之暖空氣充氣室104a、104b。該空氣可由安裝於該等托盤之後部(未展示)之風扇汲入該等托盤。該等風扇可經程式化或以其他方式組態以維持進入該暖空氣充氣室中之空氣之一設定排氣溫 度，且亦可經程式化或以其他方式組態以維持一跨該等托盤之特定溫升。當知道工作空間106中之空氣之溫度時，控制排氣溫度亦間接控制溫升。在某些情況下，工作空間106可稱作「冷通道」，且充氣室104a、104b可稱作「暖通道」。

該溫升可係大的。舉例而言，工作空間106溫度可為約77℉(25℃)且進入暖空氣充氣室104a、104b之排氣溫度可針對一36℉(20℃)溫升設定至113℉(45℃)。該排氣溫度亦可在該發熱設備可在此升溫下操作時高達212℉(100℃)。例如，退出該設備並進入該暖空氣充氣室之空氣之溫度可為118.4、122、129.2、136.4、143.6、150.8、158、165、172.4、179.6、186.8、194、201或208.4℉(48、50、54、58、62、66、70、74、78、82、86、90、94或98℃)。此一高排氣溫度通常與最好地藉由以大量快速移動的涼空氣沖洗該設備來進行對發熱電子設備之冷卻之技術背道而馳。此一涼空氣方法的確冷卻該設備，但亦使用大量能量。

藉由將碰撞風扇附接至微處理器或其他特別暖的組件之頂部，或藉由針對此等組件提供熱管道及相關熱交換器，可改進對特定電子設備(例如微處理器)之冷卻，甚至在空氣跨該等托盤之流動緩慢時。

經加熱空氣可向上投送至一天花板區或閥樓105中，或至一升高地板或地下室或其他適當空間中，且可由包括例如地板上冷卻單元160之風扇110(其可包括例如針對任務適當確定大小之一個或多個離心風扇)之空氣處置單元聚集在那裏。風扇110然後可將空氣遞送回至一位於毗鄰於工作空間106處的充氣室108中。充氣室108可僅僅係一列機架中間之一隔間大小之區，其已變得沒有托盤，且其已與其任何一側上之任何暖空氣充氣室及與其另一側上之冷空氣工作空間106隔離開。另一選擇係，空氣可由界定暖空氣充氣室104a、104b之一接界之盤管冷卻且例如在暖空氣充氣室104a、104b之頂部處直接排出至工作空間106中。

地板上冷卻單元160亦可具有位於與該充氣室之與該等機架之正面大致齊平之相對側上的冷卻盤管112a、112b。(未展示處於與進出該圖中之頁面之充氣室108相同之列中之機架。)該等盤管可具有一大的表面積且很薄以向系統100呈現一低壓力降。以此方式，可使用更慢、更小及更安靜的風扇來將空氣驅動經過該系統。諸如遮板或金屬絲網之保護結構可置於盤管112a、112b的前面以防止其等被損壞。

在操作中，地板上冷卻單元160之風扇110將空氣下推至充氣室108中，從而致使充氣室108中之增高壓力將空氣排出經過冷卻盤管112a、112b。隨著空氣穿過盤管112a、112b，其熱量被轉移至盤管112a、112b中之水中，且空氣被冷卻。

風扇110之速度及/或在冷卻盤管112a、112b中流動之冷卻水之流率或溫度可回應於所量測值而受到控制。例如，驅動冷卻液之幫浦可係經控制以在工作空間106中維持一特定溫度之變速幫浦。此等控制機構可用於在工作空間106或充氣室104a、104b及閣樓105中維持一恆定溫度。

工作空間106空氣然後可例如由安裝於許多托盤(其安裝於機架102a、102b上)上之風扇汲入機架102a、102b。此空氣可隨著其越過該等托盤並經過運行該等托盤上電腦之電源而被加熱，且然後可進入暖空氣充氣室104a、104b。每一托盤可具有其自身的電源及風扇。在一些實施方案中，該電源位於該托盤之後邊緣處，且該風扇附接至該電源之背面。所有該等風扇可經組態或程式化以在單個共同溫度下(例如在一設定113℉(45℃)下)遞送空氣。該過程隨後可隨著風扇110捕獲暖空氣並使暖空氣循環而不斷地加以重新調整。

額外項目亦可使用系統100來冷卻。例如，房間116提供有一含有一風扇及一冷卻盤管之自包含風扇-盤管單元114。單元114可例如回應於一提供於房間116中之恆溫器而操作。房間116可係例如一附屬於資料中心101之主部分之辦公室或其他工作空間。

另外，在必要時亦可冷卻將補充冷卻提供至房間116。例如，可安裝一標準屋頂或類似空調單元(未展示)來在現場基礎上提供特定冷卻需要。作為一項實例，系統100可經設計以將78℉(25.56℃)供氣遞送至工作空間106，且工人可能更喜歡在係冷卻器之房間116中具有一辦公室。因此，可針對該辦公室提供一專用空調單元。然而，此單元可在其覆蓋範圍限於一建築物之一相對小的區或來自一建築物之熱負荷之一相對小的部分時相對有效地操作。並且，諸如冷激機之冷卻單元可提供補充冷卻，儘管其大小可與在其用於為系統100提供顯著冷卻時相比顯著減小。

新鮮空氣可藉由各種機構提供至工作空間106。例如，可提供一補充空調單元(未展示)，例如一標準屋頂單元來供應必要的外部空氣交換。並且，此一單元可用來使系統100中之有限潛在負荷之工作空間106除去濕氣，例如人體排汗。另一選擇係，遮板可自外部環境提供至系統100，例如用以連接至暖空氣充氣室104b之動力式遮板。系統100可在環境(外部)周圍溫度及溫度低到足以允許用外部空氣來冷卻時經控制以將空氣汲過該等充氣室。此等遮板亦可用管道輸送至風扇110，且充氣室104a、104b中之暖空氣可簡單地排放到大氣中，因而外部空氣不與來自該等電腦之暖空氣混合，且由來自該等電腦之暖空氣稀釋。亦可在該系統中提供適當過濾，尤其在使用外部空氣時。

並且，工作空間106可包括不同於該等托盤之熱負荷，例如來自該空間中的人及燈光。在穿過各個機架之空氣容積很高且自多個電腦拾取一非常大的熱負荷時，除也許一由工人帶來之小的潛在熱負荷(其可由一如上文所述之較少的輔助空調單元移除)以外，來自其他源之小的額外負荷可忽略不計。

冷卻水可自可包括一冷卻水迴路及一冷凝器水迴路之模組化冷卻裝置222提供。冷卻水迴路可由幫浦124供以動力。該冷卻水迴路可形成為一直接返回或間接返回迴路，且可通常為一閉環系統。幫浦124可採取任一適當形式，例如一標準離心幫浦。熱交換器122可自該迴路中之冷卻水移除熱量。熱交換器122可採取任一適當形式，例如一板框式熱交換器或一殼管式熱交換器。

熱量可自該冷卻水迴路傳遞至包括熱交換器122、幫浦120及冷卻塔118之一冷凝器水迴路。幫浦120亦可採取任一適當形式，例如一離心幫浦。冷卻塔118可係例如一個或多個強制通風塔或抽風通風塔。冷卻塔118可被視為一自由冷卻源，此乃因其需要僅用於使水在該系統中移動及在一些實施方案中為一風扇供電以引起蒸發之電力；其不需要操作一冷激機或類似結構中之一壓縮機。

冷卻塔118可採取各種各樣的形式，包括呈一混合冷卻塔形式。此一塔可將一冷卻塔之兩個蒸發冷卻結構與一水對水熱交換器相結合。因此，此一塔可配合於一較小的面中且較具有單獨的熱交換器之一標準冷卻塔更模組化地操作。額外優點可在於混合塔可在乾燥條件下運行，如上文所述。另外，混合塔亦可更好地避免可負面地由一設施之鄰居看到之水羽流之形成。

如所示，該等流體迴路可形成一間接水側節能器配置。此配置可係相對高效節能的，因為為其供電所需之唯一能量係用於操作幾個幫浦及風扇之能量。另外，此系統可相對廉價地實施，此乃因幫浦、風扇、冷卻塔及熱交換器係可以諸多形式廣泛獲得之技術上相對簡單的結構。另外，由於該等結構相對簡單，因此維修可不太昂貴且容易實行。此等修理可進行而不需要具有高度專業的知識之技術。

另一選擇係，可例如藉由移除熱交換器122，並將冷卻塔水(冷凝器水)直接投送至冷卻盤管112a、112b(未展示)來採用直接自由冷卻。此一實施方案可能更高效，因為其移除一個熱交換步驟。然而，此一實施方案亦致使來自冷卻塔118之水被引入至原本係一封閉系統之系統。因此，在此一實施方案中，該系統可填充有可含有細菌、藻類及大氣污染物之水，且亦可填充有水中之其他污染物。如上文所述，一混合塔可提供益處而無相同損害。

控制閥126提供於該冷凝器水迴路中以將補充水供應至該迴路。通常可能需要補充水，此乃因冷卻塔118係藉由自該迴路蒸發大量水來操作。控制閥126可係至冷卻塔118中之一水位感測器，或係至一由多個冷卻塔共用之水池。當該水降到一預定位準以下時，可致使控制閥126敞開並將額外補充水供應至該迴路。亦可在該補充水管線中提供一回流防止器(BFP)以防止水自冷卻塔118回流至一主水系統，此可造成對此一水系統之污染。

儘管圖1展示模組化冷卻裝置222連接至僅一個地板上冷卻單元160，但一模組化冷卻裝置222亦可連接至多個地板上冷卻單元160，如其中地板上冷卻單元160並行連接至模組化冷卻裝置222之圖2A中所示。每一模組化冷卻裝置222可為例如12個或更多個地板上冷卻單元160服務。而且， 系統100可具有多個模組化冷卻裝置222。系統100可係例如一使用30兆瓦(MW)電功率之建築物。於是可存在連接至該建築物之多個模組化冷卻裝置222，例如各自針對由該資料中心所使用之每一2MW電功率提供冷卻之十五個模組化冷卻裝置222。

模組化冷卻裝置222及地板上冷卻單元160可經由階梯管道244連接。供應管線246可將涼水供應至該等地板上冷卻單元涼水，而返回管線248可將暖水回送至欲冷卻之模組化冷卻裝置222。一對應控制閥224位於至少一個管道一帶以便可控制至單個冷卻單元之流量。模組化冷卻裝置222、對應冷卻單元160及控制閥224可共同稱作一模組230。每一控制閥224可控制水流動穿過該對應地板上冷卻單元160而不影響該模組中之其他冷卻單元。控制閥224可僅提供特定地板上冷卻單元160需要之水。亦即，控制閥224可係一比例閥而不是一數位「接通」或「關斷」型控制閥。每一控制閥224可具有一馬達(未展示)，該馬達可轉動該對應閥以使得其敞開得如使所需水循環經過對應地板上冷卻單元160所必要一樣寬。一控制器可控制該馬達。可存在例如一個主控制器以控制所有該等控制閥224。另一選擇係，每一控制閥224可具有一對應控制器以獨立控制每一馬達。在一些實施方案中，一主控制器可控制所有該等個別控制器。該等控制器可控制控制閥224以回應於每一冷卻單元160之離氣溫度(LAT)或其他局部變量。例如，該等控制器可控制控制閥224以回應於該離氣溫度與 該進入水溫度之間的差之一變化。每一控制閥224且因此每一地板上冷卻單元160可獨立於另一閥224或地板上冷卻單元160而動作。亦即，流動穿過系統100之流量之所有增加或減小可局部經過每一對應地板上冷卻單元160處的控制器。

藉由設計系統100以使得流向每一地板上冷卻單元160之水量受到個別控制並使得所有該等模組化冷卻裝置222皆連接至一共同集管箱，來自系統之水可分佈至系統100中之負荷而不是使一恆定水量流動穿過整個系統100。以此方式，一個地板上冷卻單元160不需要之水可供另一地板上冷卻單元160使用。由於地板上冷卻單元160獨立動作，因此系統100中可存在大量地板上冷卻單元160，例如超過1,000個冷卻單元。此外，系統100可經設計以使得來自多個冷卻單元160之經冷卻空氣可在其離開冷卻盤管112a、112b與被汲入伺服器102a、102b之間混合，例如藉由使用更高天花板來將來自風扇110及冷卻盤管112a、112b之經冷卻空氣排出至伺服器102a、102b上方之空間中。具有此一設計確保在一個地板上冷卻單元160例如因控制閥224使太多的或在太少之水流向各別地板上冷卻單元160而失效時，其他地板上冷卻單元160可補償以冷卻資料中心101。而且，系統100可經設計以使得在一個模組化冷卻裝置222失效時，沿同一集管箱之其他模組化冷卻裝置222可承擔該負荷。此一設計可考及大量伺服器之冷卻。例如，系統100可包括超過1,000個冷卻單元及對應伺服器機架。

視需要，幾個冷激機130可以供系統100使用。可提供一單獨的冷激機集管箱228(亦即第一集管箱)以將一個冷激機連接至多個模組化冷卻裝置222。系統100之操作可在極端大氣周圍(即，熱的或濕的)條件之時間或資料中心101中之高熱負荷之時間期間接通該等冷激機130中一些或全部。重新參見圖1，受控混合閥134提供用於電子切換至該冷激機迴路，或用於摻合來自該冷激機迴路之冷卻水與來自該冷凝器迴路之冷卻水。幫浦128能夠將塔水供應至冷激機130，且幫浦132能夠將經冷激水或冷卻水自冷激機130供應至系統100之剩餘部分冷激冷卻。冷激機130可採取任一適當形式，例如一離心、往復或螺桿冷激機、或一吸收冷激機。

該冷激機迴路可經控制以為冷卻水提供各種適當之溫度。經冷激水可自冷激機130供應處於自習用經冷激水溫度升高之溫度。例如，經冷激水可供應處於55℉(13℃)至70℉(18至21℃)或更高之溫度下。例如，該供水溫度可介於60至64℉、65至70℉、71至75℉或76至80℉之間。該水然後可回送處於更高溫度(例如59至176℉(15至80℃)下。在使用源來補充或替代自由冷卻之此方法中，經冷激水之供應溫度之增加亦可促成系統100之顯著效率改進。

參見圖2A，由於冷激機130位於一與模組230分開之迴路228上，因此可在模組230之間共用冷激機130。此一配置可在一模組化冷卻裝置222或冷激機130失效時係有利的。由於在模組160之間共用冷激機130，因此任一冷激機130皆可供應經冷激水以使模組160在這兩個冷激機中的任一冷激機失效時或在一對應模組化冷卻裝置222失效時保持起作用。因此，系統100可隨著添加更多模組160及更多冷激機130而變得更穩鍵，如本文中進一步闡述。而且，冷激機130之數目可小於模組230之數目以降低成本。冷激機與模組化冷卻裝置222之間的閥可控制哪一冷激機將經冷激水供應至哪一模組化冷卻裝置222冷激。儘管未展示，且儘管位於與模組230分開之集管箱上，冷激機130可裝設於該等模組222中之一些或全部中。

重新參見圖1，幫浦120、124、128、132可提供有變速驅動器。此等驅動器可由一中心控制系統電子控制以回應於不斷變化的環境條件或不斷變化的條件(例如設備失效或系統100中之一新的設定點)而改變由每一幫浦唧送之水量。例如，泵浦124可經控制以例如回應於來自工作空間106中之一恆溫器或其他感測器之信號而在工作空間106中維持一特定溫度。

如圖2B中所示，系統100可係高度模組化的，且因此可藉由添加額外組件及子系統自一很小的系統按比例放大至一很大的系統。由於系統100係模組化的，因此該資料中心可在需要容量時擴展同時在構造期間維持對該裝置之操作。可安裝一第一組電子設備機架(例如，伺服器機架)、以及關聯模組化冷卻裝置及可選冷激機且可起始該設備之操作。當需要並接收更多電子設備時，在線安裝並放置一第二組電子設備及關聯模組化冷卻裝置。與第一組設備相關聯之模組化冷卻裝置可流體接合至與第二組設備相關聯之模組化冷卻裝置以在失效恢復之情況下提供備份冷卻。而且，儘管現有裝置301及將來裝置302展示為單獨的系統，但可在該兩個裝置之間建立連接(例如連接303)以共用組件。雖然在新舊系統之間共用組件可在現有系統中造成基於構造之中斷，但其亦可達成對全系統中之組件之更好利用。例如，冷激機130可經擴展以在這兩個裝置301及302之間共用。

在操作中，系統100可回應於來自一個或多個置於系統100中之感測器192之信號。該等感測器可包括例如恆溫器、恆濕器、流量計及其他類似感測器。在一些實施方案中，可提供一個或多個恆溫器以監視該資料中心內部之溫度。在一些實施方案中，毗鄰一地板上冷卻單元160之空氣與毗鄰一鄰近地板上冷卻單元160之空氣部分隔離。單個地板上冷卻單元160冷卻由關聯工作空間中之伺服器所產生之經加熱空氣。感測器192可量測界定為離開涼空氣盤管112a、112b或涼空氣充氣室108之溫度之離氣溫度。為了量測離氣溫度，該一個或多個感測器192可例如緊挨著每一地板上冷卻單元160之涼空氣盤管112a、112b或涼空氣充氣室108放置。

如圖1中所示，可針對每一地板上冷卻單元160使用單個溫度感測器192。另一選擇係，可針對每一地板上冷卻單元使用一陣列之感測器，例如介於兩個或十個感測器之間，例如四個感測器且確定平均溫度，例如平均離氣溫度。雖然其他實施方案可包括在整個系統110中(例如在暖空氣充氣室104a、104b中或在伺服器102a附近)放置多個恆溫器，此等溫度趨於變化。量測離氣溫度因此可係一控制系統100之更穩鍵方法。

由該等恆溫器所量測之離氣溫度可用於控制與地板上冷卻單元160相關聯之閥224。此外，儘管在一些實施方案中，幫浦120、124、128、132為定速幫浦，但在其他實施方案中，來自該等恆溫器之溫度讀數可用於控制關聯幫浦之速度。當離氣溫度開始上升超過一內部設定點時，控制閥224可敞開得更寬或幫浦120、124、128、132可運行得更快以提供額外冷卻水。此額外冷卻水可降低離氣溫度。離氣溫度亦可用於間接影響伺服器風扇。亦即，對於基於伺服器的工作強度來調節其風扇速度之電腦，控制冷卻單元離氣溫度以消除工作空間106中之熱點可允許彼等伺服器使其風扇運行得更慢，從而使用較原本需要為少之能量。

當因閥224敞開或幫浦120、124、128、132抽取更多水而使額外水循環經過系統100時，供應246及返回248(亦即第二集管箱)階梯之間的壓差下降，從而需要幫浦120、124、128、132決定一較通常為低之壓力平衡(稱作「騎在幫浦曲線上(riding the pump curve)」)，藉此跨該等冷卻單元之壓力降與該等幫浦之壓差相匹配。當自模組化冷卻裝置222汲取過多水時，模組化冷卻裝置222可能無法維持一預定供水溫度。例如，由於水正更快地循環經過該系統且環境溫度更高，因此與當外部溫度更低時相比較該等冷卻塔可能不具有足 夠的時間來將熱量自水排出至環境。因此，使暖於該預定供水溫度之水循環經過系統100。

然而，使暖於該預定供水溫度之水循環經過一地板上冷卻單元160(亦即，流動穿過冷卻單元160之水之較小冷卻能力)之潛在負面結果不可由使額外的水流動穿過地板上冷卻單元160之正面結果抵消。因此，可使所得離氣溫度下降到該內部設定點以下。在一些實施例中，雖然供應至地板上冷卻單元160之冷卻水可比該預定供水溫度暖1度，但所得離氣溫度可比該內部設定點涼1度以上。

控制器亦可用於控制各種項目(例如風扇110)之速度以維持兩個空間(例如閥樓105與工作空間106)之間的一設定壓差，並由此維持一所期望氣流速率。當用於增強冷卻(例如加快幫浦之操作)之機構不再能夠跟上不斷增加之負荷時，一控制系統可啟動冷激機130及關聯幫浦128、132，且可相應地調變控制閥134以提供額外冷卻。

系統100亦可回應於來自資料中心101外部之信號，例如回應於資料中心101外部之溫度(其可與自冷卻塔供應之水之溫度相關且藉由自冷卻塔供應之水之溫度來監視)。恆溫器可用於監視資料中心101外部之溫度。當資料中心101外部之溫度(例如空氣溫度或濕球溫度)低於一預定值時，冷卻於該冷卻塔中之水至少與一預定供水溫度一樣涼。可使此經冷卻水循環經過系統100以使資料中心101內部之溫度(例如每一地板上冷卻單元160之離氣溫度)保持低於一內部設定點。該內部設定點可例如小於120℉，例如小於115℉或小於110℉，例如75℉至85℉且可一年四季變化，如下文所述。聯邦OSHA及加利福尼亞OSHA準則亦可提供對該內部設定點之限制。而且，該設定點可因地理位置而異以考慮到各別位置中之平均溫度及濕度。當資料中心101外部之溫度上升超過該預定值時，可使暖於該預定供水溫度之水循環經過系統100，從而使資料中心101內部之溫度上升超過該內部設定點。資料中心101可經額定以靠具有一小於該預定供水溫度之溫度之水運行，即，資料中心101可具有足夠之水資源以使離氣溫度保持低於一預定溫度，且在一些情況下，使系統100中之水溫保持小於該預定供水溫度。

在一項實施方案中，冷卻水之供應溫度可介於65℉與70℉之間，例如68℉(20℃)，而返回溫度可介於100℉與110℉之間，例如104℉(40℃)。在其他實施方案中，提供水可供應處於50℉至84.20℉或104℉(10℃至29℃或40℃)下且返回水可供應處於返回水之59℉至176℉(15℃至80℃)溫度下。由冷卻塔所供應之水之溫度可通常略高於處於周圍大氣條件下之濕球溫度，而回送至冷卻塔之水之溫度將部分取決於建築物101內部之熱量。

使用此等參數及上文針對進入及退出空氣所述之參數，可藉助系統100達成相對窄的接近溫度。在此實例中，該接近溫度係向離開一盤管的方向流動之空氣與進入一盤管之水之間的溫度差。該接近溫度始終為正的，此乃因進入該盤管之水為最冷的水，且水隨著其穿過該盤管而變暖。因此，該水可到其退出該盤管時顯著更暖。在水之出口點附近越過該盤管之空氣暖於在水之入口點處越過該盤管之空氣。由於甚至冷卻水之入口點處最涼的退出空氣亦暖於進入水，因此總體退出空氣溫度至少稍微暖於進入冷卻水溫度。

使接近溫度保持較小允許一系統在每年的大部分時間裏靠自由或蒸發運行並縮減用於該系統之一冷激機之大小，若需要任何冷激機的話。為了降低接近溫度，該等冷卻盤管可針對逆流而設計。在逆流中，最暖的空氣在最暖之水附近流動且最涼的空氣在最涼的水之進入點附近退出。

在某些實施方案中，進入水溫度可在一13℉(7℃)之接近溫度情況下為64℉(18℃)且退出空氣溫度為77℉(25℃)，如上所述。在其他實施方案中，可基於對一總體設施之經濟考慮來選擇更寬或更窄的接近溫度。

藉助一緊密接近溫度，離開該盤管之經冷卻空氣之溫度緊密追蹤進入該盤管之冷卻水之溫度。因此，可藉由維持一恆定水溫通常與負荷無關地維持該空氣溫度。在一蒸發冷卻模式中，可隨著濕球溫度保持恆定(或非常緩慢地變化)且藉由摻合更暖的返回水與供應水或隨著濕球溫度下降而調變冷卻塔風扇來維持一恆定水溫。同樣地，可在某些情形下避免對冷卻空氣溫度之主動控制，且可僅僅對冷卻水返回及供應溫度進行控制。

圖3係展示一資料中心中之空氣之一加熱及冷卻循環之一濕度圖。一濕度圖以圖形方式表示濕空氣(其係含有任何可觀水分之空氣，而不僅僅係往往令人感到潮濕之空氣)之熱力性質。該圖表係來自界定海平面應用之空氣之性質之ASHRAE Psychrometric Chart No.1。參見1997 ASHRAE Handbook-Fundamentals,at page 6.15。亦可使用其他圖表，且此處所展示之圖表僅用於例示本文件中所闡述之概念之某些態樣。

該濕度圖由表示空氣之各種性質之許多線縱橫交錯。可藉由下述方式來分析對空氣之冷卻及加熱過程：在該圖表上識別一表示空氣處於一特定條件(例如，溫度及濕度)下之點，並隨後定位表示空氣處於另一條件下之另一點。可將彼等點之間的一線(通常繪示為一直線)完全假定為表示空氣隨著其例如藉由一冷卻過程自第一條件移至第二條件之條件。

此處將闡述幾個性質。首先，飽和溫度係一沿著該曲線圖之左邊之弧且表示在其下空氣變為飽和且水分開始以一液體形式從空氣中出來之溫度-亦普遍習知為「露點」。當空氣溫度被帶到該露點之下時，越來越多之水從空氣中出來，此乃因冷激機空氣能夠容納更少的水。

空氣之乾球溫度沿著該曲線圖之底部列出且表示被普遍視為溫度之溫度，即，由一典型水銀溫度計返回之溫度。

該圖表展示與空氣之濕度相關之兩個數字。第一個數字係沿著該曲線圖之右邊緣列出之濕度比，且僅僅係針對每一乾空氣單位重量之水分重量。因此，濕度比將在各種空氣溫度下保持恆定，直至水分被移離空氣為止，例如藉由將空氣溫度下推其露點(例如，水分從空氣中出來且終止於早晨的草地上)或藉由將水分放進空氣中(例如，藉由使水在一增濕器中霧化成如此細的霧以致該霧可由空氣分子之自然運動支撐)。因此，當製圖過程涉及空氣溫度之簡單變化時，表示空氣之狀態之狀態之點將以一恆定濕度比沿著該曲線圖左右直線移動。此乃因乾球溫度將波動，但濕度比將保持恆定。

第二濕度參數係所謂相對濕度。不同於量測空氣中之絕對水分含量之濕度比，相對濕度量測空氣中之水分含量，因為空氣中之總水分之一百分比可能保持處於其當前溫度下。更暖的空氣可容納較更冷的空氣可容納為多的水，此乃因更暖空氣中之分子正更快地移動。因此，對於空氣中之一相等水分含量(即，一相等濕度比)，相對濕度將在一高溫下較在一低溫下為低。

作為一項實例，在一當夜間低溫為55華氏度且地面上有露水且日間高溫為75華氏度左右時之夏日，清晨之相對濕度將為約100%(露點)，但下午之相對濕度將係一非常舒適的50%，即使假定在這兩個時間空氣中含有完全相同之水量。此實例性過程藉由標記為C及D之點展示於圖3中，其中點C展示處於55華氏度(夜間低溫)下之飽和空氣，且點D表示暖化至75華氏度(日間溫度)之彼相同空氣。

商業空氣處置系統利用此相同過程來在一建築物中提供經調節空氣。特定而言，系統可自一處於75華氏度及一60%之相對濕度下之辦公空間聚集空氣。系統將空氣傳遞經過一看似一汽車散熱器之冷卻盤管以將空氣冷卻至55華氏度，此通常將把空氣下推至其露點。此將使水分隨著其穿過冷卻盤管而從空氣中流出。該水分可捕獲於低於該冷卻盤管之排水溝中且隨後自該建築物移除。該空氣隨後可回送至該工作空間，且當其升溫回至75度時，其將係一非常舒適的50%相對濕度。

此共同冷卻過程藉由點A、B、C及D展示於圖3之圖表上。點A展示處於70%相對濕度下之75度空氣。點B展示冷卻至其露點之空氣，空氣在一約65華氏度之溫度(乾球)下達到其露點。該空氣至55華氏度(至點C)之進一步冷卻追蹤飽和曲線，且水將在該冷卻之彼部分期間從空氣中出來。最後，該空氣之狀態隨著該空氣被暖化且再次達到75華氏度而移至點D。在此點處，相對濕度將為50%(假定其不自房間或現有室內空氣拾取額外水分)而不是原始的60%，此乃因該冷卻過程已藉由從冷卻盤管中之空氣中抽出水分而使該空氣除去濕氣。若室內空氣含有較經冷卻空氣含有為多之水分，則點D將略高於圖3中所展示之其位置，但仍低於點A。

此一共同過程帶來許多挑戰。首先，為將空氣冷卻至55華氏度，該系統必須在該冷卻盤管中提供可吸收所有該熱量之冷卻水。此水將需要至少涼於55華氏度。形成此涼水可能係昂貴的-需要諸如冷激機之系統及其他能源密集型系統。另外，若該等管道穿過該工作空間或穿過具有與該工作空間中之空氣相同之狀態之空氣，則直接環繞供應冷卻水之管道之區將在該等管道貫穿該工作空間或貫穿具有與該工作空間中之空氣相同之狀態之空氣時涼於55華氏度，即，涼於該空氣之露點。因此，來自該空氣之水分可因周圍空氣之溫度已降至其露點而凝結在該管道上。因此，在該等涼管道周圍可能需要隔熱材料以防止此類凝結，且凝結可在任何情況下出現，並造成生銹、黴菌、水彙集或其他問題。最後，需要大量能量來除濕，即，使該水自一個狀態改變至另一個狀態。

上文關於圖1所述之暖空氣冷卻特徵可在某些實施方案中避免此等挑戰中之一者或多者。一實例性暖空氣冷卻過程由點E及F展示於圖3之圖表上。點E展示在一工作空間中接近針對身著夏裝的人們舒適程度之共同指南之上限但在該等共同指南內的一室內空氣條件。參見1997 ASHRAE Handbook-Fundamentals,at page 8.12。彼條件係75℉(24℃)及一約70%之相對濕度(相同於先前實例中之點A)。點F展示例如藉由使空氣越過一安裝在機架上的伺服器系統中之發熱電腦組件來對彼空氣加熱而不添加水分。該溫升為36℉(20℃)以將該空氣帶至一處於約23%相對濕度下之111℉(44℃)之狀態。該空氣隨後可在其重新引入至該工作空間之前在一冷卻盤管中冷卻至75華氏度之其原始溫度(點E)，而不向該空氣添加水或自該空氣移除水。

該曲線圖上之點G及H表示直接環繞冷卻管道之空間中之空氣之條件。針對此實例，假定冷卻供水為68華氏度(20攝氏度)且返回溫度為104華氏度(40攝氏度)。亦假定該等管道附近之空氣將含有與該空間中之空氣之其餘部分相同之水分位準，且直接環繞該管道之空氣呈現與該管道內部之水相同之溫度。如可看到，與該冷卻水相關聯之此空氣亦保持超過飽和點，因而該等冷卻水管道上不應存在任何凝結，且因此不需要隔熱材料來防止該等管道上之凝結。

藉由此過程可看到，該空氣決不會變為飽和的。因此，該系統不需要提供能量來在該空氣中形成一相變。另外，該系統不需要在該冷卻盤管處提供液體恢復結構，或針對任何地方提供管道隔熱材料。可使用其他類似溫度，且在許多實施方案中更暖之溫度。此處闡述之特定溫度旨在僅為實例性的。

圖4係在一年時間週期內一計算設施之一內部設定點溫度之一曲線圖。該內部設定點溫度可係一工作空間中(例如圖1中之工作空間106)中之一溫度。如階梯式曲線圖中所示，該內部設定點溫度(即，一目標溫度)偶爾(例如每季度一次或每月一次)調整，以便更緊密地追蹤預期室外濕球溫度。該內部設定點在夏季增加，此乃因更低冬季內部設定點可能實際上在溫暖的夏季天氣裏無法藉由僅使用蒸發冷卻來達到。因此，雖然一「最好」(即，例如71℉(22℃)之更低溫度)，內部設定點溫度在冬季適用，但在該實例中彼相同內部設定點在夏季月份裏係不現實的。

該內部設定點可由使用者人工設定且可偶爾調整以便更好地接近一可使用幾乎不需要來自需要相對高的能量位準來操作之冷激機及其他類似組件之協助之蒸發冷卻技術達到之設定點。儘管在每年的夏季時間期間增加該內部設定點可增加典型操作溫度，但其亦減小可在一設施中出現之熱循環量，且因此延長該設施中之電子組件之壽命。與此相反，若使該設定點保持盡可能地低，則經調節空間將在具有一低濕球溫度之日子裏相對涼爽而在具有一高濕球溫度之日子裏相對溫暖。因此，全年保持一恆定設定點實際上可增加熱循環，尤其在較暖的月份裏-因為該系統通常在一些日子裏維持該設定點而在其他日子裏無法維持該設定點。在另一實施例中，該等冷卻單元可經控制以穩定其離氣溫度與其進入水溫度之間的差。藉由對冷卻計劃設定點應用重置，可有效地使工作空間106中之空氣溫度從屬於來自該冷卻裝置之水之溫度，從而移除一層欲排程之設定點。

該設定點亦可大致連續調整，例如藉由以一通常循環預期室外濕球溫度之年度正弦方式來改變該設定點溫度，如由正弦設定點線所示。研究已指示藉由提供對溫度之許多微小變化或連續變化，而不是大步長溫度變化來使人的不適最小化。在這兩項實例中，可在某些實施方案中維持該設定點，即使可能容易達成一更低的溫度(例如，由於室外濕球溫度低於預期)從而使一被冷卻之設施中之熱循環最小化。

可基於一設施中之組件之能力並基於普遍當地天氣條件來選擇該特定設定點溫度。例如，涼爽天氣設定點可隨著64.4、68、71.6及75.2℉(18、20、22及24℃)之特定值而處於59至77℉(15至25℃)之範圍內。溫暖天氣設定點可隨著71.6、75.2、78.8及82.4℉(22、24、26及28℃)之特定值而處於68至86℉(20至30℃)之範圍內。在一特定實施方案中，一設施中之溫暖天氣空氣溫度可為大約80.6至82.4℉(27至28℃)且寒冷天氣溫度可為約71.60℉(22℃)。用於重置該設定點之時間亦可變化，且可係例如每週一次(例如，使用一長期天氣預報來選擇一追蹤預測濕球溫度之可達成設定點)、每週一次、每月一次或每季度一次。

當濕球或空氣溫度變得太高以至於無法達成所期望內部設定點時，可允許冷卻水之溫度隨著外部溫度而向上漂移，從而致使空間106中之溫度亦向上移動。若該外部溫度如上所述上升超過一預定值，則可允許資料中心101內部之溫度上升超過一內部設定點，如由圖4中之區401所示。該資料中心內部之溫度之此上升可如上所述藉由使暖水(亦即，暖於一預定供水溫度之水)流動穿過系統100來達成。相應地，更多的水可循環經過系統100以便更快地帶走該熱量並補償循環經過該系統之暖水。

超過該內部設定點之資料中心101內部之溫度之上升可例如在時間上限制至該資料中心或該設備之操作時間的10%以下，例如該操作時間的5%以下，1%以下，或0.5%以下。同樣地，暖水循環經過系統100之時間量可例如在時間上限制至每年1000小時以下，每年500小時以下，每年100小時以下，或每年50小時以下。若資料中心101內部之溫度超過該內部設定點達該資料中心或該設備之操作時間的10%以上或者若暖水循環達每年1000小時以上，則該電子設備可較所期望失效得更快。例如，該電子設備可在運行暖水達該資料中心之每年操作時間的15%或達1500小時之後失效得更快。

圖5係展示用於使用一個或多個升溫週期來冷卻一資料中心之步驟之一流程圖500。該方法僅係實例性的；可添加其他步驟，可移除步驟，且可視需要以不同於所展示之次序之次序來實施該等步驟。監視該資料中心外部之溫度(步驟502)。監視自該資料中心之離氣溫度(步驟503)。作出一關於該資料中心外部之溫度是否高於一預定值之確定(步驟504)。當該資料中心外部之溫度不高於一預定值時，可藉由使涼水流動穿過該資料中心內之一冷卻系統來維持該離氣溫度低於一內部設定點(步驟505)。亦即，使至少與一預定供水溫度一樣涼的水循環經過該資料中心。當該資料中心外部之溫度上升超過該預定值時，可藉由使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該冷卻系統來允許該離氣溫度大於該內部設定點(步驟506)。

圖6係展示用於使用一個或多個升溫週期來冷卻一資料中心達該資料中心電子設備之操作時間的90%以下之步驟之一流程圖600。該方法僅係實例性的；可添加其他步驟，可移除步驟，且可視需要以不同於所展示之次序之次序來實施該等步驟。監視該資料中心外部之溫度(步驟602)。當該資料中心外部之溫度不超過一預定值時，可藉由使涼水流動穿過該資料中心內之一冷卻系統來維持該離氣溫度低於一內部設定點(步驟605)。亦即，使至少與一預定供水溫度一樣涼的水循環經過該資料中心。當該資料中心外部之溫度上升超過該預定值時，可藉由使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該冷卻系統來允許該離氣溫度大於該內部設定點(步驟606)。可維持該溫度低於該內部設定點達該電子設備之操作時間的90%以上。

例如可經由該模組化冷卻裝置來提供來自一冷激機之經冷激水。可將該經冷激水與涼水摻合以便可維持該內部設定點或允許該內部設定點上升達僅一預定時間。圖7係用於以經冷激水及經冷卻水兩者且使用一個或多個升溫週期來冷卻一資料中心之一流程圖700。該方法僅係實例性的；可添加其他步驟，可移除步驟，且可視需要以不同於所展示之次序之次序來實施該等步驟。監視該資料中心中之一地板上冷卻單元之離氣溫度(步驟701)。監視外部溫度(步驟703)。確定該外部溫度是否高於一預定溫度(步驟705)。若該外部溫度不超過該預定溫度，則使該經冷卻水流動穿過該資料中心(步驟715)。另一選擇係，若該外部溫度高於一預定溫度，則確定暖水是否循環經過該資料中心達長於一預定時間的時間(步驟707)。若暖水尚未循環經過該資料中心達長於一預定時間的時間，則使暖水繼續循環經過該資料中心(步驟709)。另一選擇係，若暖水循環經過該資料中心達長於一預定時間的時間，則確定經冷激水是否應循環經過該資料中心(步驟711)。使經冷激水循環經過該資料中心(步驟713)。

而且，儘管未展示，但可使用額外風扇及局部風扇速度控制來維持該資料中心內部之溫度。可使用額外風扇來擴充該等托盤及該等冷卻單元中之風扇。在一項實施例中，該等風扇可自複數個機架收集空氣。在另一實施例中，風扇可將經冷卻水散佈至複數個機架。在另一實施例中，可使用一增壓風扇來補償該等充氣室中之壓力降。例如，參見圖1，若風扇110上之一吸入口與暖空氣充氣室104a較與暖空氣充氣室104b靠近得多，則可在自暖空氣充氣室104b之路徑中提供一額外風扇以使暖空氣充氣室104a及暖空氣充氣室104b中之所得靜壓大致相等。若因橫過閣樓105中之充氣室之壓力降而不使用該增壓風扇，則暖空氣充氣室104a及暖空氣充氣室104b中之靜壓可不同到足以要求機架102b中之更大托盤風扇或可將空氣過汲經過托架102a。藉由設計一如本文中所述之冷卻系統，可改進該系統之效率。例如，允許該資料中心內部之溫度上升超過該內部設定點達短時間週期可使對冷激機之需要最小化。而且，使用控制閥來個別地控制水流向每一地板上冷卻單元以使得僅使用必要之水量，可使該系統所需之總水量減少10-50%。若該裝置經設計以提供對於欲每時每刻敞開之所有控制閥足夠之水，提供處於一低於該預定供水溫度之溫度下之水，並提供因清洗及/或蒸發而損失之水，則該裝置將需要具有超過必要之涼水可供使用，除了每年最暖的時間，例如除了每年30至40小時。然而，藉由允許水溫在短週期期間及/或在更高的流量要求下上升，則該裝置可經設計以需要更少水。同樣地，以相對暖的水冷卻可在使用冷激機時提供某些益處。特定而言，當允許一冷激機向一冷卻劑(例如水)提供一較小溫度變化時，該冷激機可提供較在需要賦予該冷卻劑一更大溫度變化時為少之功率消耗每噸冷卻之冷卻。藉由在一經冷卻空間(亦即，在該資料中心內部及毗鄰電子設備)中具有升高之空氣溫度，供水溫度同樣地可更高，且對用以冷卻該水之一冷激機之需要可更小。由於此等效率改進及本文中所述之其他設計參數，該系統之電力使用效率(亦即，進入該資料中心之電力量除以用於運行該資料中心中之電子設備或伺服器之電力)可小於1.5，例如小於1.3，或約1.2。

本文已闡述若干實施例。然而，應瞭解，在不背離本發明之精神及範疇之前提下可作出各種修改。例如，可以其他次序來實施圖6上之實例性流程圖之步驟，可移除一些步驟，且可添加其他步驟。因此，其他實施例皆屬於以下申請專利範圍之範疇。

100．．．系統

101．．．資料中心

102a．．．機架

102b．．．機架

104a．．．暖空氣充氣室

104b．．．暖空氣充氣室

105．．．天花板區或閣樓

106．．．工作空間

108．．．充氣室

110．．．風扇

112a．．．冷卻盤管

112b‧‧‧冷卻盤管

114‧‧‧自包含風扇-盤管單元

116‧‧‧房間

118‧‧‧冷卻塔

120‧‧‧幫浦

122‧‧‧熱交換器

124‧‧‧幫浦

126‧‧‧控制閥

128‧‧‧幫浦

130‧‧‧冷激機

132‧‧‧幫浦

134‧‧‧閥

160‧‧‧地板上冷卻單元

192‧‧‧感測器

222‧‧‧模組化冷卻裝置

224‧‧‧對應控制閥

228‧‧‧集管箱/集管箱迴路

230‧‧‧模組

244‧‧‧階梯管道

246‧‧‧供應管線

248‧‧‧返回管線

301‧‧‧現有裝置

302‧‧‧將來裝置

303‧‧‧連接

圖1係展示用於冷卻一電腦資料中心之一系統之一示意圖；

圖2A係展示用於冷卻一資料中心中之伺服器機架之一系統之一示意圖；

圖2B係展示各自具有用於冷卻一資料中心中之伺服器機架之一系統之兩個不同裝置之一示意圖；

圖3係展示一資料中心中之空氣之一加熱及冷卻循環之一濕度圖；

圖4係在一年時間週期裏一計算設施之一設定點溫度曲線圖；

圖5係展示用於藉由量測並考慮到每年之有限時間期間之升溫來冷卻一資料中心之步驟之一流程圖；

圖6係展示用於針對該資料中心電子設備之操作時間的90%以下使用一個或多個升溫週期來冷卻一資料中心之步驟之一流程圖；及

圖7係用於以經冷激水及經冷卻水兩者並使用一個或多個升溫週期來冷卻一資料中心之一流程圖。

100．．．系統

101．．．資料中心

102a．．．機架

102b．．．機架

104a．．．暖空氣充氣室

104b．．．暖空氣充氣室

105．．．天花板區或閣樓

106．．．工作空間

108．．．充氣室

110．．．風扇

112a．．．冷卻盤管

112b．．．冷卻盤管

114．．．自包含風扇-盤管單元

116．．．房間

118．．．冷卻塔

120．．．幫浦

122．．．熱交換器

124．．．幫浦

126．．．控制閥

128．．．幫浦

130．．．冷激機

132．．．幫浦

134．．．閥

160．．．地板上冷卻單元

192．．．感測器

222．．．模組化冷卻裝置

Claims (50)

1. 一種在電子設備之操作期間冷卻一資料中心之方法，其包含：監視該資料中心外部之一溫度；監視來自該資料中心中之一地板上冷卻單元之一離氣溫度；當該資料中心外部之該溫度低於一預定值時，藉由使水流動穿過該地板上冷卻單元而維持該離氣溫度低於一內部設定點，其中該水至少與一預定供水溫度一樣涼；確定該資料中心外部之該溫度何時上升超過該預定值；及當該資料中心外部之該溫度上升超過該預定值時，藉由使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該地板上冷卻單元而允許該離氣溫度大於該內部設定點。
2. 如請求項1之方法，其中監視該資料中心外部之該溫度包括監視自一冷卻塔供應之水之一溫度。
3. 如請求項1之方法，其中該地板上冷卻單元係複數個地板上冷卻單元中之一者，且其中監視該離氣溫度包含監視每一地板上冷卻單元之離氣溫度。
4. 如請求項3之方法，其進一步包含複數個控制閥，每一控制閥經組態以回應該複數個地板上冷卻單元中之於一對應地板上冷卻單元之該離氣溫度而控制穿過該對應地板上冷卻單元之水的流動。
5. 如請求項1之方法，其進一步包含在該水暖於該預定供 水溫度時較在該水至少與該預定供水溫度一樣涼時使更多的水循環穿過該地板上冷卻單元。
6. 如請求項1之方法，其進一步包含將使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該地板上冷卻單元之時間限制至少於每年1000小時。
7. 如請求項6之方法，其中該1000小時並非係連續的。
8. 如請求項6之方法，其中使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該地板上冷卻單元多於每年1500小時縮短該電子設備之壽命。
9. 如請求項7之方法，其中使水流動穿過該地板上冷卻單元包含使來自一涼水源的水流動。
10. 如請求項8之方法，其中限制該時間包含在暖於該預定供水溫度之水已循環1000小時之後使來自一冷激機的水流動穿過該地板上冷卻單元。
11. 如請求項9之方法，其中該資料中心包含複數個地板上冷卻單元，且其中使來自一冷激機的水流動包含使來自該冷激機的水流動穿過該複數個地板上冷卻單元。
12. 如請求項1之方法，其中該資料中心係額定設計為依據具有小於該預定供水溫度之一溫度的水而運行。
13. 如請求項1之方法，其中該預定供水溫度介於65℉與70℉之間。
14. 一種在電子設備之操作期間冷卻一資料中心之方法，其包含：監視該資料中心外部之一溫度； 當該資料中心外部之該溫度低於一預定值時，藉由使水流動穿過該資料中心內之一冷卻系統而維持該資料中心內之一溫度低於一內部設定點，其中該水至少與一預定供水溫度一樣涼；確定該資料中心外部之該溫度何時上升超過該預定值；及當該資料中心外部之該溫度上升超過該預定值時，藉由使暖於該預定供水溫度之水流動穿過該冷卻系統而允許該資料中心內之該溫度大於該內部設定點，其中該資料中心內之該溫度低於該內部設定點達該電子設備之一操作時間的至少90%。
15. 如請求項14之方法，其進一步包含監視該資料中心內之該溫度以確定該資料中心內之該溫度何時低於該內部設定點。
16. 如請求項14之方法，其中使水流動穿過該冷卻系統包含使來自一涼水源的水流動。
17. 如請求項16之方法，其進一步包含當該資料中心外部之該溫度上升超過該預定值達該電子設備之該操作時間的10%以上時使來自一冷激機的水流動穿過該地板上冷卻單元。
18. 如請求項17之方法，其中該資料中心包含複數個地板上冷卻單元，且其中使來自一冷激機的水流動包含使來自該冷激機的水流動穿過該複數個地板上冷卻單元。
19. 如請求項14之方法，其中在該資料中心內之高於該內部 設定點之一溫度下操作達該電子設備之該操作時間的15%以上縮短該電子設備之壽命。
20. 如請求項14之方法，其中該冷卻系統包含複數個地板上冷卻單元，且其中每一地板上冷卻單元包含經組態以控制穿過該地板上冷卻單元之水之該流動的一對應控制閥。
21. 如請求項14之方法，其中該資料中心係額定設計為依據小於該預定供水溫度的水而運行。
22. 如請求項14之方法，其中該預定供水溫度介於65℉與75℉之間。
23. 一種用於將經冷卻空氣提供至電子設備之系統，其包含：具有電子設備之一資料中心，其中該電子設備係在操作中；該資料中心中之複數個地板上冷卻單元，其中該等地板上冷卻單元冷卻被該電子設備暖化之空氣；及一冷卻水源，其經組態以供應冷卻降低該等地板上冷卻單元之一溫度的冷卻水，其中該系統之電力使用效率(「PUE」)小於1.3，其中該PUE係藉由將用於操作該資料中心之能量除以用於運行該電子設備之能量而定義。
24. 如請求項23之系統，其中該系統之該PUE為約1.2。
25. 如請求項23之系統，其中該冷卻水源包含一冷卻塔。
26. 如請求項23之系統，其中每一地板上冷卻單元包含經組 態以將熱量自該電子設備傳送至該冷卻水源之一熱交換器。
27. 如請求項26之系統，其中該熱交換器包含位於毗鄰於自該電子設備接收經加熱空氣之一個或多個共同熱空氣充氣室處的盤管。
28. 如請求項23之系統，其中該冷卻水源係流體接合至該等地板上冷卻單元。
29. 如請求項23之系統，其進一步包含一感測器以監視一地板上冷卻單元之離氣溫度。
30. 如請求項23之系統，其進一步包含複數個控制閥，每一控制閥經組態以控制穿過一對應地板上冷卻單元之水的循環。
31. 一種用於將經冷卻空氣提供至一資料中心之系統，其包含：具有電子設備之一資料中心，其中該電子設備係在操作中；一冷卻水源；該資料中心中之複數個地板上冷卻單元，每一地板上冷卻單元經組態以冷卻被該資料中心中之該電子設備之一子組套而暖化之空氣；複數個控制閥，每一控制閥與單個地板上冷卻單元相關聯；及一控制器，其中每一控制閥經組態以回應於來自該控制器之一信號而轉動，該閥能夠閉合、完全敞開或部分 敞開，其中當該閥閉合時，自該地板上冷卻單元阻斷水，當該閥完全敞開時，使一最大量的水循環穿過該地板上冷卻單元，且當該閥部分敞開時，使小於最大量100%之某一百分比的水循環穿過該地板上冷卻單元，且其中該控制器經組態以回應於一溫度改變而轉動該對應控制閥。
32. 如請求項31之系統，其中該控制器經組態以回應於該對應地板上冷卻單元之一離氣溫度之一改變而轉動該對應控制閥。
33. 如請求項32之系統，其中該控制器經組態以轉動該對應控制閥以使得該對應地板上冷卻單元之離氣溫度保持低於一內部設定點達該系統之操作時間的至少90%。
34. 如請求項32之系統，其進一步包含複數個感測器，每一感測器經組態以量測一地板上冷卻單元之離氣溫度。
35. 如請求項31之系統，其中該控制閥獨立於任一其他控制閥而動作。
36. 如請求項31之系統，其中該冷卻水源包含一冷卻塔。
37. 如請求項31之系統，其中每一地板上冷卻單元包含經組態以將熱量自該電子設備傳送至該冷卻水源之一熱交換器。
38. 如請求項37之系統，其中該熱交換器包含位於毗鄰於自該電子設備接收經加熱空氣之一個或多個共同熱空氣充氣室處的盤管。
39. 一種用於將經冷卻空氣提供至電子設備之系統，其包 含：具有電子設備之一資料中心，其中該電子設備係在操作中；由一第一集管箱連接之複數個模組，其中每一模組包含該資料中心中之複數個地板上冷卻單元及一冷卻水源；及至少一個冷激機，其由一第二集管箱連接以使得該至少一個冷激機與該複數個模組中之一個以上模組流體連接。
40. 如請求項39之系統，其中冷激機之數目小於模組之數目。
41. 如請求項39之系統，其中每一地板上冷卻單元包含經組態以控制穿過該地板上冷卻單元之水之流動的一對應控制閥。
42. 如請求項39之系統，其中該冷卻水源包含一冷卻塔。
43. 如請求項39之系統，其中每一地板上冷卻單元包含經組態以將熱量自該電子設備傳送至該冷卻水源之一熱交換器。
44. 如請求項43之系統，其中該熱交換器包含位於毗鄰於自該電子設備接收經加熱空氣之一個或多個共同熱空氣充氣室處的盤管。
45. 一種用於冷卻一資料中心中之空氣之系統，其包含：具有電子設備之一資料中心，其中該電子設備係在操作中； 一冷卻水源，其經組態以使一總水量保持處於最大容量下；及該資料中心中之複數個地板上冷卻單元，每一地板上冷卻單元經組態以使用來自該冷卻水源之水來冷卻被該資料中心中之該電子設備之一部分加熱之空氣；其中該總水量不足以在該資料中心外部之一溫度高於一預定外部溫度時維持每一地板上冷卻單元之一離氣溫度低於一內部設定點。
46. 如請求項45之系統，其中該冷卻水源由一冷卻塔組成。
47. 如請求項45之系統，其中每一地板上冷卻單元包含經組態以將熱量自該電子設備傳送至該冷卻水源之一熱交換器。
48. 如請求項47之系統，其中該熱交換器包含位於毗鄰於自該電子設備接收經加熱空氣之一個或多個共同熱空氣充氣室處的盤管。
49. 如請求項45之系統，其中：該系統位於一地理區域中；且在每年的至少90%時間裏，該資料中心外部之溫度低於該預定外部溫度。
50. 如請求項49之系統，其中在每年的至少95%時間裏，該資料中心外部之溫度低於該預定外部溫度。