MX2014013689A - Procedimiento para el funcionamiento de un centro de datos con medios de refrigeracion eficientes. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para operar un centro de datos, que está adaptado para alojar una multiplicidad/pluralidad de bastidores que están diseñaos para proporcionar espacio de almacenamiento para equipos informáticos. El centro de datos está equipado con medios de refrigeración para proporciona disipación del calor que se genera mediante el equipo informático. El centro de datos operado de acuerdo con la presente invención tiene una eficiencia de utilidad de potencia (PUE) de como máximo 1,3, preferiblemente como máximo de 1,2, más preferiblemente como máximo de 1,5, en particular como máximo de 1,1.

Description

PROCEDIMIENTO PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UN CENTRO DE DATOS CON MEDIOS DE REFRIGERACIÓN EFICIENTES Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método para operar un centro de datos, que está adaptado para alojar una multiplicidad/pluralidad de bastidores que están diseñados para proporcionar espacio de almacenamiento para equipos informáticos. El centro de datos está equipado con medios de refrigeración para proporcionar disipación del calor generado por los equipos informáticos.

Antecedentes de la Invención En la téenica anterior existen varias estructuras de edificios de datos para alojar una multiplicidad de bastidores, cada uno de los cuales comprende el espacio de almacenamiento para los equipos informáticos.

Los centros de datos convencionales más normalmente son edificios, que comprenden un suelo falso para una infraestructura informática, que normalmente está alojado en carcasas de bastidores de 19". En los centros de datos convencionales, la refrigeración se realiza todavía mediante aire frío, que se bombea en los falsos suelos que tienen orificios en lugares apropiados frente a los bastidores. De esta manera, el aire frío se suministra a las tomas de aire de los bastidores de ordenador. Este diseño requiere normalmente el concepto de los flujos de aire guiados, alimentando aire frío en los bastidores y eliminando el calor de los equipos informáticos.

El documento WO 2010/000440 divulga un estado típico de la téenica de construcción del centro de datos convencional en la Figura 1. Este diseño convencional es de alguna manera una desventaja, porque los bastidores individuales tienen que ser diseñados como bastidores cerrados y el flujo de aire a través de los respectivos bastidores tiene que sondearse y controlarse para evitar el bombeo de cantidades innecesarias de aire frío desde el pasillo frío. Existen diversos conceptos que proporcionan una regulación del flujo de aire en el pasillo frío, de manera que los ventiladores que proporcionan el flujo de aire funcionan a la potencia más baja posible. El aire caliente generado por el equipo en el interior del bastidor se alimenta de nuevo a los intercambiadores de calor que se encuentran en otro lugar en el edificio del centro de datos. El aire calentado o bien se enfría de nuevo o se utiliza aire fresco con el fin de proporcionar una corriente de aire frío.

La técnica anterior, tal como el documento WO 2010/000440, describe el uso de bastidores refrigerados con agua para centros de datos de alta densidad. En la técnica anterior, el calor de los equipos electrónicos se transfiere al agua de refrigeración por medio de intercambiadores de calor, como se divulga en el documento WO 2010/000440, o se monta en los bastidores o en los pasillos. Otra técnica anterior utiliza la refrigeración directa de los equipos electrónicos instalados en los bastidores con agua.

Además del estado típico de la técnica de edificios de centro de datos convencionales, el documento WO 2010/000440 divulga una nueva arquitectura eficiente de energía para centros de datos de ordenadores de varias plantas utilizando medios de refrigeración para la disipación del calor generado por los equipos informáticos. El concepto denominado TI verde realizado por el documento WO 2010/000440 permite la reducción del consumo de energía para la refrigeración. Los centros de datos convencionales a menudo requieren hasta un 50 %, e incluso más, de su consumo de energía para la refrigeración. El nuevo concepto de refrigeración del documento WO 2010/000440 permite que los centros de datos requieran menos del 10 % (PUE parcial < 1,1) de su energía para la refrigeración.

El centro de datos de ordenadores de variaras plantas estacionario del documento WO 2010/000440 se convierte en una especie de punto de referencia para posteriores conceptos IT verde a seguir como un desarrollo constante hacia la eficiencia energética de los centros de datos.

Sin embargo, los centros de datos de ordenadores estacionarios como se describen en el documento WO 2010/000440 requieren una constante demanda de tales centros y, por lo tanto, se consideran como inversiones de largo plazo. Además, los centros de datos móviles se vuelven más y más atractivos, ya que este contenedor de centro de datos móviles puede ser fácilmente instalado en el barrio cercano y contienen su propia infraestructura para que puedan ser "enchufado" donde el centro de datos de ordenadores estacionario es de tamaño insuficiente y/o sólo existen necesidades temporales.

El diseño de los centros de datos, ya sean móviles o fijos, está sujeto a mejoras constantes para optimizar los costes de refrigeración del equipo informático. Además del diseño, los métodos para el funcionamiento de tales centros de datos permiten mejorar aún más para lograr un consumo de energía optimizado para la refrigeración.

Sumario de la Invención Esta invención es para proporcionar un método de este tipo para el funcionamiento de una unidad de centro de datos fija o móvil.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a un método para operar un centro de datos que comprende: (i) un edificio para alojar una multiplicidad de bastidores (202), siendo cada bastidor un bastidor abierto que aloja un equipo informático, (ii) siendo los bastidores (202) un un bastidor abierto que aloja un equipo informático (200), (iii) los bastidores (202) comprenden medios de intercambio de calor (206, 207) que están adaptados para transferir el calor generado por el equipo informático a un refrigerante fluido, siendo dichos medios de intercambio de calor un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, (iv) al menos un primer circuito de refrigeración (203, 204), siendo dicho circuito de refrigeración un circuito cerrado de refrigeración, que está adaptado para suministrar a los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) un refrigerante fluido y está adaptado además para transportar el refrigerante calentado fuera de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) a través del reflujo del circuito de refrigeración, (v) estando dicho primer circuito de refrigeración (203, 204) conectado a una fuente que proporciona frió, estando situada dicha fuente fuera del espacio que aloja la multiplicidad de bastidores, (vi) teniendo los equipos informáticos (200) situados en los respectivos bastidores medios activos, preferiblemente ventiladores, para la refrigeración de partes de los equipos informáticos, preferiblemente, la CPU y/o la GPU y/o un hardware de almacenamiento, creando dichos medios activos un flujo de aire (205) en el bastidor hacia los medios de intercambio de calor (206, 207) que son un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, (vii) no teniendo bastidores (202) otros medios activos, en particular ventiladores, a excepción de las contenidas en los equipos informáticos antes mencionados, para la creación de un flujo de aire en el bastidor hacia los medios de intercambio de calor que son un elemento de los bastidores o un elemento fijado a los bastidores, (viii) no comprendiendo dicho edificio para alojar la multiplicidad de bastidores (202) otros medios activos, a excepción de los contenidos en los equipos informáticos (200) antes mencionados, para la creación de un flujo de aire guiado, (ix) al menos una entrada de alimentación eléctrica, (x) al menos unos medios para distribuir la energía eléctrica desde la potencia de entrada a los bastidores individuales, permitiendo fuentes de alimentación redundantes en cada bastidor, que comprende las medidas de (a) proporcionar un refrigerante fluido desde la fuente proporcionando frió a los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) dentro del primer circuito de refrigeración, entrando dicho flujo de entrada de refrigerante fluido en los medios de intercambio de calor (206, 207) que tienen una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferentemente de 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202), (b) controlar el flujo de refrigerante fluido dentro del primer circuito de refrigeración (205) que está adaptado para suministrar los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) para mantener la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206 , 207) de los bastidores (202) (flujo de entrada) que tiene una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferentemente de 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202), (c) transportar el refrigerante fluido calentado que abandona los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) (flujo de retorno) a la fuente que proporciona frío, estando situada dicha fuente fuera del espacio que aloja la multiplicidad de bastidores, para eliminar el calor del refrigerante fluido calentado a una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferiblemente de 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno del refrigerante liquido y devolviendo el refrigerante fluido al por lo menos un primer circuito de refrigeración.

La presente invención proporciona un método para operar un centro de datos, evitando la necesidad de guiar el aire de refrigeración a través de todos los bastidores para crear un pasillo frió dentro del centro de datos. Los únicos medios activos son normalmente ventiladores contenidos en los equipos informáticos antes mencionados, que crean un flujo de aire (205) en el bastidor individual hacia los respectivos medios de intercambio de calor. Estos medios activos, tales como ventiladores incorporados en los equipos informáticos normalmente no superan el 10 % de la energía eléctrica de los equipos informáticos instalados y en funcionamiento.

Sin dejar de utilizar la presente invención, se pueden utilizar medios activos no sustanciales que no contribuyen al flujo de aire (205) en el bastidor, por ejemplo, mediante la instalación de ventiladores distintos de los contenidos en los equipos informáticos antes mencionados. Esta contribución no sustantiva de tales medios activos no sustantivos adicionales proporcionan como máximo un 10 % del flujo de aire (205) generado por los medios activos contenidos dentro de los equipos informáticos antes mencionados.

La presente invención proporciona un método para operar un centro de datos que contiene bastidores que alojan equipos informáticos. Dichos equipos informáticos incluyen todo el equipo electrónico utilizado en relación con los equipos informáticos, que genera calor durante el funcionamiento.

La presente invención proporciona un método en el que se opera al menos un circuito de refrigeración, que suministra un refrigerante fluido en el centro de datos para refrigeración. En la presente invención, la temperatura del refrigerante fluido que entra en el centro de datos y la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207) es casi igual, lo que significa que la temperatura del refrigerante fluido que entra en el centro de datos es como máximo 0,2 K por debajo de la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207).

En una realización preferida, la presente invención proporciona un método para operar un centro de datos en el que la densidad de potencia de los equipos informáticos en los bastidores es al menos de 5 kW (eléctricos) por bastidor, más preferentemente al menos 8 kW (eléctricos) por bastidor, más preferentemente al menos 10 kW (eléctricos) por bastidor. El limite superior para la densidad de potencia por bastidor está principalmente limitado por el espacio disponible en el interior del bastidor. Asi, el limite superior no se limita por si mismo, y por lo general puede llegar hasta 1 kW o 0,5 kW por unidad de altura en el bastidor. Para un bastidor típico, la densidad de potencia por bastidor asciende hasta 42 kW (eléctricos) por unidad de bastidor de altura 42.

El presente método también evita la necesidad de falsos suelos utilizados en ese contexto. Además, la invención tiene como objetivo la optimización de los requerimientos de energía y costes adicionales al disponer los bastidores de ordenador de manera más densa para minimizar la longitud requerida de los cables de red y mejorar las capacidades de comunicación del sistema.

El presente método para operar un centro de datos permite que el centro de datos tenga una estructura compacta que comprende mayores capacidades escalables y una densidad de volumen aumentada. El presente método para operar un centro de datos se puede utilizar para centros de datos dispuestos en dos dimensiones, donde se colocan los bastidores en un solo nivel, o para centros de datos dispuestos en tres dimensiones, donde se colocan los bastidores en más de un nivel dentro del centro de datos.

El beneficio del presente método para operar un centro de datos aumenta con la densidad de potencia de los equipos informáticos instalados dentro de los bastidores. Este aumento de la densidad de empaquetado o almacenamiento para equipos informáticos, tales como hardware, que proporciona una disipación de calor, que puede incluso superar una velocidad de disipación de calor volumétrica de 1 kW por m3 y más, preferiblemente de 1,5 kW por m3 y más, más preferiblemente de 2 kW por m3 y más, más preferiblemente de 3 kW por m3 y más, que no se puede conseguir utilizando los sistemas de refrigeración de aire convencionales que son el sistema del estado de la téenica actual. La velocidad de disipación de calor volumétrica antes mencionada se basa en un centro de datos que tiene una altura de techo de 2,5 m y la superficie neta utilizada en el centro de datos. El área neta del centro de datos es el área que está ocupada por los bastidores que alojan los equipos informáticos, con exclusión de cualquier espacio adicional para infraestructuras de edificación técnica, tales como transformadores, generadores de energía, salas de baterías, sistemas de extinción de incendios, área de almacenamiento y similares. En la realización preferida de la invención hay un bastidor de 120 cm de profundidad y 70 cm de ancho. Los bastidores se montan con una distancia de 120 cm entre hileras de bastidores. Por lo tanto, en la realización preferida de la invención un bastidor ocupa 1,7 m2 de espacio de suelo y 4,2 m3 de la superficie neta del centro de datos. Configuraciones más estrechas, por ejemplo, con bastidores de 60 cm de ancho y distancias más pequeñas son concebibles.

Así, el área neta del centro de datos utilizada en conexión con la presente invención es la superficie utilizada para alojar los bastidores de los equipos informáticos. Es la superficie total del centro de datos, menos la superficie utilizada para la infraestructura téenica (fuente de alimentación, refrigeración, UPS, baterías, generadores, gestión de incendios y otros), para la infraestructura de acceso (zonas seguras y no seguras), superficie de preparación y almacenamiento para equipos informáticos, así como salas de control informático y otras superficies necesarias para la gestión del centro de datos.

Por razones prácticas, la velocidad de disipación de calor volumétrica en el sistema de refrigeración de aire convencional, normalmente, no excede de 6 kW por bastidor, que corresponde a aproximadamente 2,5 a 3 kW/m2 y aproximadamente 0,7 a 0,9 kW/m3 usando los mencionados supuestos.

Todas las densidades de potencia por bastidor y otras unidades derivadas de las mismas se refieren a la energía eléctrica de los equipos informáticos instalados y que operan en el bastidor respectivo.

Como se explicó anteriormente, el beneficio del presente método para operar un centro de datos aumenta con la densidad de potencia del equipo instalado y opera dentro de los bastidores. En particular, para centros de datos que tienen bastidores con equipos informáticos instalados y operativos que crean una velocidad de disipación de calor volumétrica que corresponde al menos a aproximadamente 5 kW/m2, preferiblemente al menos a aproximadamente 10 kW/m2, más preferiblemente a al menos aproximadamente 20 kW/m2, utilizando el área neta mencionada de los centros de datos/salas de centros de datos que alojan los bastidores, se proporciona una refrigeración extremadamente eficiente.

El presente método para operar un centro de datos implementa bastidores abiertos con intercambiadores de calor pasivos, siendo dichos medios de intercambio de calor un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, que se construyen de manera tal que la mayor parte del aire calentado, en el mejor modo todo el aire calentado de los equipos informáticos instalados en el interior del bastidor se refrigeran de nuevo a la temperatura ambiente establecida. Preferiblemente, los intercambiadores de calor están situados en el lado posterior del bastidor. La posición real de los intercambiadores de calor se determina por la dirección del flujo de aire (205) generado por los medios activos de los equipos informáticos. En una realización preferida de la invención, el ángulo de incidencia del flujo de aire generado hacia la superficie del intercambiador de calor es como máximo de 75 °, más preferiblemente como máximo de 60 °, más preferentemente como máximo de 45 °, más preferentemente como máximo de 20 °, más preferiblemente entre 0 ° y 20 °.

El diseño del intercambiador de calor pasivo es un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, preferiblemente está situado en el lado posterior de los bastidores es también importante porque si producen una presión posterior muy alta hacia el flujo de aire natural, la eficiencia de refrigeración general se reduce. Evitar esa presión posterior en el interior del bastidor tiene múltiples ventajas. Primero, un equipo heterogéneo puede montarse en el interior del bastidor porque la presión posterior baja no puede tener un efecto negativo en el flujo de aire de otros equipos informáticos. Por ejemplo, un servidor de alta potencia, montado por debajo de un servidor de baja potencia no empujará su aire caliente de nuevo al servidor de baja potencia, siempre y cuando haya poca presión hacia el interior del bastidor. Una segunda ventaja es que hay pocos requerimientos respecto al sellado del cable que se alimenta a través del bastidor. Unos recortes o aberturas de cable normales requieren insertos de autosellado, como por ejemplo, juntas KoldLok®. El uso de tales insertos de autosellado en la presente invención es posible, pero no es obligatorio. Debido a que se evita la refrigeración por aire del estado de la téenica y que los flujos de aire guiados en el centro de datos no son necesarios; la velocidad de fugas potenciales de aire caliente es muy limitada en la presente invención.

La temperatura ambiente del espacio que aloja la multiplicidad de bastidores corresponde a la salida de aire frió de los intercambiadores de calor pasivos, que son un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores y, por lo tanto, están conectados a la temperatura del refrigerante fluido. Preferiblemente, la temperatura ambiente del espacio que aloja la multiplicidad de bastidores es de aproximadamente +2 K, más preferiblemente +1 K, más preferiblemente +0,5 K, más preferiblemente aproximadamente la misma, de la temperatura del flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración. El presente método proporciona refrigeración muy eficiente de los bastidores, que permite temperaturas ambiente más altas porque no existen riesgos de bucles de calor en cualquier lugar en el centro de datos. La única zona de aire caliente está dentro de los bastidores.

El refrigeración posterior puede realizarse a través de la fuente de frió antes mencionada, incluyendo, pero no limitado a, fuentes de agua fría externas, tales como suelo o agua superficial, refrigeración por evaporación que funciona basándose en el principio de evaporación, incluyendo torres de refrigeración de evaporación con o sin torres de refrigeración abiertas, refrigeradores híbridos, refrigeradores secos y similares, así como cualesquiera otras téenicas de refrigeración del estado de la técnica, incluyendo refrigeradores de compresión.

La mayor refrigeración y eficiencia de costes se logra mediante el uso de contraflujo, deriva indirecta, torres de refrigeración húmedas. El principio de refrigeración de tales torres de refrigeración utiliza el calor de evaporación del agua mediante la evaporación de agua. Por ejemplo, para enfriar un centro de datos de 1 MW son necesarios aproximadamente hasta 1,7 m3 de refrigerante fluido, tal como agua, para la evaporación por hora. La torre de refrigeración es totalmente pasiva, excepto el ventilador, que normalmente opera sólo si la temperatura exterior es superior a 15 °C. La temperatura más baja alcanzable, usando refrigeradores húmedos abiertos corresponde a la temperatura de bulbo húmedo. Se mide psicométricamente cubriendo un termómetro con un paño húmedo. El uso de refrigeradores de evaporación asegura que la temperatura de suministro de agua más fría esté por encima del punto de rocío. Por lo tanto no hay riesgo de condensación en cualquier lugar dentro del centro de datos. Los suministros de agua no tienen que estar aislados.

El método de operación de la realización preferida de esta invención utiliza agua como refrigerante fluido frío, en el que el refrigerante fluido que entra en el centro de datos para la refrigeración a través del al menos un circuito de refrigeración tiene una temperatura casi igual a la temperatura de entrada en los medios de intercambio de calor medios (206, 207). En este contexto, casi igual significa que la temperatura del refrigerante fluido que entra en el centro de datos es como máximo 0,2 K por debajo de la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207).

En una realización preferida, el presente método opera con una temperatura del flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración que es dependiente de la densidad de potencia particular instalada y que opera en los bastidores. Para densidades de potencia de hasta 10 kW (eléctricos) por bastidor, la temperatura del flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración es como máximo de 3K, preferiblemente como máximo de 2 K, más preferiblemente como máximo de 1 K, por encima de la temperatura suministrada por la fuente de frío que entra en el centro de datos y para densidades de potencia de al menos lOkW (eléctricos) por bastidor, el flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración es como máximo de 4K, preferiblemente como máximo de 3K, por encima de la temperatura suministrada por el fuente de frió.

La diferencia de temperatura antes mencionada entre el flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración y el flujo de entrada de refrigerante fluido también puede ser mayor para velocidades de flujo de fluido de refrigerante reducidas. De esta manera la demanda de energía por las bombas necesarias que operan el circuito de refrigeración se reduce durante las estaciones más frías o los períodos de temperatura exterior más fría, normalmente a temperaturas exteriores inferiores a 17 °C, cuando el sistema de refrigeración de retorno/fuente de frío produce/proporciona una temperatura suficiente baja/refrigerante fluido frío sin coste adicional.

Normalmente, los bastidores utilizados en el presente método son carcasas de bastidores comunes de 19". En una realización preferida, los bastidores son bastidores altos que particularmente ahorran espacio. Los bastidores se colocan en el suelo del edificio y no necesariamente en sistemas de falso suelo. Unos tubos y/o bandejas de cables se montan encima de los bastidores. En caso de un falso suelo existente para la modificación de un centro de datos, tales falsos suelos existentes pueden ser utilizados igualmente para conducir las tuberías. Las puertas del intercambiador de calor se pueden conectar al circuito de refrigeración desde abajo y desde arriba. En una realización preferida adicional, en el que el centro de datos es un centro de datos móvil, los bastidores están conectados a la carcasa circundante a través de medios de absorción de choques, protegiendo así los bastidores y los medios asociados/conectados, como medios de intercambio de calor y tubos de refrigeración, contra vibraciones y choques durante el transporte y el montaje.

El término "abierto" en relación con los presentes bastidores significa que la parte frontal de los bastidores es abierta y permite que entre al equipo informático dentro del bastidor aire de la sala sin resistencia al flujo. También es posible tener una puerta frontal abierta, por ejemplo, una puerta de rejilla, que permite que el aire fluya a través sin resistencia sustancial al flujo. Esta puerta de rejilla es la realización preferida, ya que permite la medición de la temperatura del aire de admisión. En esta realización preferida se realizan dos mediciones, normalmente una a una tercera parte de la altura de la puerta de rejilla, y la segunda aproximadamente a dos tercios de la altura de la puerta de rejilla. El concepto de bastidor abierto operado en el presente método permite la entrada de aire de la sala y el escape de este aire que absorbe el calor generado por los equipos informáticos. En una realización preferida, el aire que entra en el bastidor abierto y el aire que sale del equipo informático hacia los medios de intercambio de calor (206, 207) están separados mediante unos medios de desacoplamiento en el interior del bastidor, separando el aire que sale del equipo informático hacia los medios de intercambio de calor (206, 207) del aire que entra en el bastidor abierto para asegurar que el aire no calentado se aspira en los equipos informáticos.

Otra ventaja de los medios de intercambio de calor basados en bastidor es que los propios bastidores no tienen que mantenerse cerrados y que el flujo de aire dentro y fuera de los bastidores ya no tiene que controlarse. Como un beneficio adicional, dentro del centro de datos, no se requieren acondicionadores de aire adicionales, ya que la función de refrigeración puede ser totalmente absorbida por las unidades de intercambio de calor de los bastidores.

Los bastidores usados en la presente invención no tienen cualesquiera otros medios activos, en particular ventiladores, para la creación de un flujo de aire en el bastidor hacia los medios de intercambio de calor que son un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores. Sólo el equipo informático situado en los respectivos bastidores tiene medios activos, preferiblemente ventiladores, para las piezas de refrigeración de los equipos informáticos, preferiblemente la CPU y/o GPU y/o un hardware de almacenamiento, y sólo dichos medios activos refrigeran partes de los equipos informáticos creando un flujo de aire en el bastidor hacia los medios de intercambio de calor, que son un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores.

El presente método para operar un centro de datos no requiere que el centro de datos tenga un falso suelo y disposiciones o diseño de pasillos fríos.

Los más preferibles son los intercambiadores de calor pasivos, que tienen una profundidad de aproximadamente 50 a 120 mm, que puede provocar sólo una presión posterior de aire muy baja. Por lo tanto, el aire caliente que sale de los equipos informáticos en los bastidores puede pasar el intercambiador de calor por sí mismo.

Como ya se ha mencionado, la densidad de potencia en los ordenadores modernos ha llegado a 1 kW, e incluso más, por unidad de altura instalada en un bastidor. Los medios de refrigeración activos de los equipos informáticos instalados en un bastidor, tal como los ventiladores para la refrigeración de partes de los equipos informáticos, preferiblemente la CPU y/o GPU y/o un hardware de almacenamiento, crean flujos de aire apropiados para eliminar todo el calor de los equipos informáticos. El caudal de aire depende de la diferencia de temperatura DT entre el aire que entra en el bastidor y el aire que sale de los equipos informáticos. Las diferencias de temperatura típicas son DT = 5 a 30 K. Esta diferencia de temperatura requiere una corriente de volumen de aire de 100 a 600 3/(h*kW), que corresponde al menos a 0,5 m/s, preferiblemente al menos a 0,8 m/s, en particular al menos a 1,1 m/s.

Los equipos informáticos de estado de la téenica están diseñados para operar a una diferencia de temperatura entre el aire frío y caliente de aproximadamente 10 K. Por lo tanto, la velocidad de flujo de aire dentro de una unidad 42 de altura del bastidor de 19 pulgadas es una función lineal de la potencia generada por el equipo electrónico y la diferencia media de temperatura del aire generado por el equipo. Por lo tanto, operando con la diferencia de 10 K y teniendo un equipo informático instalado correspondiente a la potencia eléctrica de 20 kW, una corriente volumétrica de aire de 6.000 m3/h que corresponde a un caudal de aire de 2,1 m/s para tal unidad 42 de altura de bastidor de 19 pulgadas es adecuada. Dicha velocidad de flujo de aire en el presente método es la único creada por los medios de refrigeración activos de los equipos informáticos por unidad de altura instalados en un bastidor, tales como los ventiladores de refrigeración de las partes del equipo informático, preferiblemente la CPU y/o GPU y/o un hardware de almacenamiento.

El presente método para operar un centro de datos permite la transferencia del calor generado por el equipo instalado en el interior del bastidor al refrigerante fluido sin elementos activos adicionales.

En el caso de los bastidores no están completamente equipados con equipos informáticos, es beneficioso cerrar grandes ranuras abiertas, por ejemplo, mayores de 3 unidades de altura, en el interior del bastidor para evitar que el aire caliente salga del bastidor en su lado frontal. Las pequeñas aberturas para el cableado no presentan un problema debido a la baja presión en el interior del bastidor.

El presente método para operar un centro de datos permite preferiblemente un refrigeración eficiente de un centro de datos en el que la densidad de potencia de los equipos informáticos en los bastidores es de, al menos, 5 kW (eléctricos) por bastidor, más preferiblemente al menos de 8 kW (eléctricos) por bastidor, más preferiblemente al menos de 10 kW (eléctricos) por bastidor. El limite superior para la densidad de potencia por bastidor está principalmente limitado en el espacio de almacenamiento disponible. Así, el límite superior alcanza normalmente 1 kW por unidad de altura en el bastidor, de manera que normalmente asciende hasta 42 kW (eléctricos) por bastidor.

Los bastidores usados en la presente invención tienen normalmente dimensiones de 1,2 x 0,7 x 2 m y se colocan preferiblemente de delante hacia atrás para obtener la máxima eficiencia y uno junto al otro para una mayor redundancia. Aunque la mayoría de equipos informáticos, tales como servidores, implementan un flujo de aire de delante hacia atrás, hay excepciones a esta regla. Por ejemplo, la serie de conmutadores Cisco Nexus reciben aire frío en la parte delantera y el lado derecho del chasis, mientras que el aire caliente se expulsa en el lado posterior e izquierdo del sistema. Estos conmutadores también requieren bastidores de 1 m de ancho. En la realización preferida de esta invención, tales requisitos de flujo de aire se acomodan mediante el uso de bastidores de 1 m de ancho, que sellan la parte delantera izquierda y derecha posterior del bastidor. Configuraciones similares son posibles para equipos informáticos que utilizan sus lados del chasis para la entrada de aire. Las aberturas laterales de los bastidores no tienen que cubrir toda la altura del bastidor. Compartimientos de conmutadores especiales son concebibles.

También son concebibles separaciones flujo de aire horizontal en la parte posterior del bastidor, por ejemplo para permitir la determinación muy específica de las fuentes de humo potencial y para apagar selectivamente los servidores adecuados.

Muchas guías de aire de chapa pasiva son concebibles en la realización preferida de la invención para guiar el aire frío o caliente y para separar de manera potencial las regiones en el interior del bastidor. Tales guías de aire son totalmente pasivas y no afectan negativamente a la eficacia de la refrigeración del sistema. Cabe señalar que tales guías de aire generalmente no se requieren en la realización preferida de la invención y se utilizan simplemente para adaptarse a los dispositivos existentes en los bastidores.

El presente método para operar un centro de datos implementa bastidores abiertos con intercambiadores de calor pasivos que son un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, preferiblemente como puertas traseras, que se construyen de manera que la mayor parte del aire calentado, en el mejor modo todo el aire calentado de los equipos informáticos instalados en el interior del bastidor se enfria de nuevo a la temperatura establecida de la sala.

El intercambiador de calor pasivo individual es un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, y preferentemente está situado en la parte posterior del bastidor individual y es capaz de transferir todo el calor generado por el equipo informático instalado y que opera dentro de un bastidor al refrigerante fluido.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, la capacidad de los intercambiadores de calor se da por la naturaleza del fluido refrigerante, el flujo de entrada del refrigerante y la diferencia de temperatura del flujo de entrada del refrigerante y el flujo de salida del refrigerante. En el presente método, la capacidad de refrigeración de la suma de todos los medios de intercambio de calor instalados corresponde al calor generado por el equipo informático instalado y que opera en el centro de datos. Por lo tanto, la presente invención asegura que ninguna cantidad o ninguna cantidad sustancial de calor generado por el equipo informático se libera al espacio que aloja la multiplicidad de bastidores, normalmente indicado como el centro de datos.

La presente invención permite operar un centro de datos en el que el aire que entra en los bastidores, normalmente desde el lado frontal, y el aire que sale de los bastidores, normalmente en el lado trasero a través de los medios de intercambio de calor, tienen la misma o esencialmente la misma temperatura y sustancialmente todo el calor generado se elimina por el intercambiador de calor y el refrigerante fluido. Preferiblemente, la temperatura del aire que entra en los bastidores y la temperatura del aire que sale de los bastidores, normalmente en la parte trasera a través de los medios de intercambio de calor, difieren en menos de +2 K, más preferiblemente +1 K, más preferiblemente +0,5 K, más preferiblemente es aproximadamente la misma. Por lo tanto, no se libera ningún calor o calor sustantivo al espacio/edificio que aloja los bastidores del centro de datos.

Como resultado, el presente método proporciona refrigeración muy eficiente de los bastidores y permite temperaturas ambiente más elevadas, ya que no existen riesgos de bucles de calor en cualquier lugar en el centro de datos. La única zona de aire caliente está dentro de los bastidores.

La presente invención permite que los medios de intercambio de calor reciban directamente el aire caliente generado por el equipo informático dentro del bastidor y transformen este aire caliente hacia abajo a una temperatura ambiente deseada simplemente transportando el calor a la tubería de transporte de refrigerante fluido. De esta manera, cualquier encaminamiento de aire caliente o la creación de cualquier flujo de aire dentro del centro de datos puede evitarse. Al permitir esto, la distancia sobre la que se desplaza el aire caliente o calentado se puede reducir a un mínimo. Sólo se requiere transportar el aire caliente dentro del bastidor, en particular desde los equipos informáticos a los medios de intercambio de calor. De esta manera, cualquier flujo de aire turbulento de difícil control puede evitarse. Además, la presente invención no requiere que el flujo de alto rendimiento de aire frío y los problemas relacionados con cualquier condensación de la humedad que está presente en dicho aire. Por lo tanto, el uso de cualesquiera deshumidificadores de aire se convierte en superfluo.

De acuerdo con otra realización preferida de la invención, los medios de intercambio de calor no comprenden ningunos medios activos, tales como ventiladores, para guiar el calor/aire caliente desde el equipo a la superficie de los medios de intercambio de calor p a través de los medios de intercambio de calor. La corriente relativamente baja y laminar de aire obtenida desde la CPU y/o ventiladores de refrigeración de la GPU en el interior del bastidor particular permite evitar ventiladores adicionales y evitar cualquier consumo de energía del ventilador adicional.

El presente método para operar un centro de datos utiliza intercambiadores de calor pasivos que tienen una presión posterior de aire baja. La presión posterior de aire generada por el intercambiador de calor depende de la velocidad del flujo de aire. Los intercambiadores de calor utilizados en relación con el presente método tienen preferiblemente una presión posterior del aire máxima de 10 Pa para el caudal de aire correspondiente de hasta 0,5 m/s, más preferiblemente de 16 Pa como máximo para el caudal de aire correspondiente de hasta 0,8 m/s, más preferiblemente de 20 Pa como máximo para el caudal de aire correspondiente de hasta 1,1 m/s.

Los flujos de aire y la presión posterior del aire trabajan bien con los equipos informáticos instalados en los bastidores, que habitualmente funcionan dentro de la mencionada diferencia de temperatura entre aire frío y caliente alrededor de 10K.

El presente método utiliza un sistema de refrigerante fluido. Una preocupación importante en los centros de datos es potencial de fugas, en particular para agua que se utiliza como refrigerante fluido.

El riesgo de derrames de agua y la cantidad de daños causados por los derrames corresponde a la presión del sistema de agua. Por lo tanto, un aspecto adicional del presente método es utilizar intercambiadores de calor que tienen una baja caída de presión a través del intercambiador de calor.

El presente método para operar un centro de datos utiliza intercambiadores de calor pasivos que tienen una baja caída de presión a través del intercambiador de calor.

La caída de presión a través del intercambiador de calor depende del flujo de fluido volumétrico del refrigerante fluido. Por lo tanto, en la presente invención, los intercambiadores de calor pasivos situados en la parte trasera de los bastidores preferiblemente proporcionan una caída de presión por debajo de 22 kPa para una corriente de volumen de 3 m3/h de agua, preferiblemente por debajo de 54 kPa para 5 m3/h para agua, más preferiblemente por debajo de 200 kPa para 10 m3/h de agua.

La operación a una velocidad de bombeo por debajo de 5 m3/h para el agua, el presente método puede llevarse a cabo por debajo de la presión atmosférica del refrigerante fluido, que es agua.

El presente método para operar un centro de datos requiere controlar el flujo de refrigerante fluido dentro del primer circuito de refrigeración (205) que está adaptado para suministrar a los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) para mantener la temperatura del fluido refrigerante que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) (flujo de entrada) que tiene una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferiblemente de 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante liquido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202). Asi, la velocidad de flujo para el fluido refrigerante, tal como agua, es preferiblemente de 0,9 m3 por hora y por kW instalado y en operación para una diferencia de 1 K y 0,17 m3 por hora y por kW instalado y operativo para una diferencia de 5 K.

Una de las preocupaciones que quedaba era el potencial de aumento de potencia causado por los ventiladores de refrigeración de los servidores debido a la presión de retorno del intercambiador de calor. Esto fue probado mediante la apertura y el cierre de la puerta trasera del bastidor y la determinación del consumo total de energía de los equipos en el interior del bastidor. Se midieron ambos, el consumo de energía total de todos los servidores en un bastidor y la corriente de alimentación a un ventilador de muestra. No hubo diferencia significativa en el consumo de energía medido cuando se abrió la puerta trasera, principalmente debido a la baja presión posterior. Preferiblemente, cada bastidor implementa unidades de distribución de energía autónomas, el suministro de energía a todos los componentes eléctricos en el interior del bastidor y el control del consumo de energía y las propiedades eléctricas, en particular para altas densidades de energía, por ejemplo, utilizado en aplicaciones científicas. Esta funcionalidad se proporciona mediante un microcontrolador incorporado. Mide además la entrada de aire y la salida y la temperatura del agua de refrigeración. Además, cada bastidor implementa un detector de humo independiente. En caso de una alarma de humo o sobrecalentamiento, los servidores están configurados para apagarse automáticamente. Después de superar los umbrales configurados, la PDU en última instancia cortará la potencia. Estas medidas de seguridad son importantes por bastidor, debido a la alta densidad de potencia y al correspondiente aumento de la temperatura rápida en caso de un fallo de la refrigeración.

Los medios de intercambio de calor de los bastidores están conectados a un circuito de refrigeración que suministra refrigerante fluido, preferentemente refrigerante líquido, para cada uno de los medios de intercambio de calor a través de un sistema de tuberías.

En una realización preferida de la invención, el circuito de refrigeración comprende un sistema de tuberías para extraer el refrigerante. El uso de un refrigerante líquido tal como agua y otros fluidos de refrigeración adecuados, en particular con capacidades térmicas más grandes que el aire, es ventajoso debido a numerosas razones. En primer lugar, la cantidad total de calor que puede ser transferido y transportado es, en comparación con los refrigerantes gaseosos, mucho más grande. En segundo lugar, es posible controlar y monitorizar el flujo y la transmisión del refrigerante más fácilmente, en comparación con un flujo turbulento y laminar de un refrigerante gaseoso.

En otra realización de la invención, la presión del refrigerante liquido se puede configurar por debajo de 2 bar, por lo que en caso de que se produzca una fuga de cyección de fluido mínima del líquido, el líquido de la fuga fluye a lo largo del circuito de refrigeración. En tal realización, el circuito de refrigeración puede tener un hueco/sumidero para recoger cualquier líquido de fugas, de manera que se evita que cualquier fuga de líquido entra en contacto con el hardware del ordenador. La tubería está dispuesta detrás de la puerta trasera del bastidor, que presenta una protección de los equipos informáticos contra fugas de agua debida a la estructura del intercambiador de calor de grano fino. En ambos casos, cualquier fuga en el sistema de tuberías puede ser detectada mediante el control de la presión en el sistema de tuberías y programar una alarma, permitiendo así tomar las medidas adecuadas contra dicha fuga, tales como por ejemplo la interrupción de las bombas, para reducir más la presión y para detener el suministro de agua continuo a la fuga.

Además, no se requiere el aislamiento del sistema de tuberías, ya que la temperatura ambiente corresponde a la temperatura de retorno de agua fría, que es significativamente mayor que el punto de rocío.

El centro de datos tiene al menos una fuente que proporciona frío está que está conectada directa o indirectamente al primer circuito de refrigeración, como se ha mencionado antes.

Lo más normal es que la fuente que proporciona frío es al menos una torre de refrigeración que opera con contraflujo, deriva indirecta, torre de refrigeración húmeda, en la que el agua se pulveriza desde la parte superior de una columna y se enfria por la evaporación de parte del agua, y de este modo se recoge hacia abajo. Para evitar la contaminación del primer circuito de refrigeración, la fuente que proporciona frío puede desacoplarse de la fuente que proporciona frío mediante un segundo circuito de refrigeración. Tal desacoplamiento se logra normalmente mediante intercambiadores de calor que transfieren el calor redundante desde el primer circuito de refrigeración al segundo circuito de refrigeración.

Por medio de esta aplicación, cualquier contaminación del segundo circuito de refrigeración está conectada directamente a la fuente de frió, que puede contaminarse mediante partículas de aire, tal como polen, se separa del primer circuito de refrigeración que va dentro del centro de datos. Las bombas necesarias para bombear el fluido refrigerante se pueden colocar en el interior del centro de datos o fuera del centro de datos.

Dependiendo del clima ambiental, en algunas zonas geográficas los enfriadores de agua comunes causan problemas, por ejemplo, durante períodos fríos/de congelación. En tales casos se prefiere utilizar las llamadas torres de refrigeración híbridas en su lugar. Más normalmente, tales enfriadores híbridos son intercambiadores de calor de placas, a través de los cuales el refrigerante calentado fluye a través y se enfría por el aire ambiental. Un ejemplo de un enfriador híbrido se muestra en la patente US N ° 7864530. Para aumentar la capacidad de refrigeración en verano, es posible pulverizar agua a la superficie del intercambiador de calor de placas y utilizar la refrigeración de la evaporación de dicha agua. Como estas torres de refrigeración híbridas incluyen un intercambiador de calor, no se requieren intercambiadores de calor. Sin embargo, el agua de refrigeración puede requerir aditivos, tales como glicol, para evitar que se congele.

Además, la fuente que proporciona frío tiene medios para transportar el liquido refrigerante a la entrada del circuito de refrigeración. Tales medios son normalmente tubos, preferiblemente flexibles, hechos de diferentes materiales, tales como acero, acero inoxidable y/o materiales poliméricos orgánicos sintéticos.

En otra realización de la presente invención, el centro de datos situado en una unidad tal como un contenedor o el centro de datos se construye utilizando bastidores que están preinstalados en marcos de soporte, que son preferentemente marcos de tamaño estándar. Esto permite la preinstalación/montaje previo en la construcción de centros de datos o para centros de datos móviles. Preferiblemente, tales marcos de tamaño estándar, unidades o contenedores tienen el tamaño estándar típico de un contenedor ISO común que se puede transportar, cargar y descargar, apilar y transportar de manera eficiente a través de largas distancias por barco, ferrocarril, camiones, camiones de semi-remolque o planos. Los más preferidos son unidades/contenedores de 20 pies (6,1 m), 40 pies (12,2 m), 45 pies (13,7 m), 48 pies (14,6 m) y 53 pies (16,2 m) de largo. El ancho es normalmente de 10 pies (3,0 m) a 8 pies (2,4 m) y la altura normalmente es de 9 pies y 6 pulgadas (2,9 m).

El presente método para operar un centro de datos proporciona un refrigerante fluido desde la fuente que proporciona frío a los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) dentro del primer circuito de refrigeración, teniendo dicho flujo de entrada de refrigerante fluido una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferiblemente 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202).

Preferiblemente, la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor se ajusta a 0,1 a 0,5 K por kW instalado y opera por bastidor no superando 10 kW por bastidor, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202). Preferiblemente, la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor se ajusta de 0,1 a 0,2 K por kW instalado y opera por bastidor, que asciende entre 10 kW y 25 kW por bastidor, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante liquido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202).

Preferiblemente, la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor se ajusta de 0,1 a 0,125 K por kW instalado y opera por bastidor, que asciende a por encima de 25 kW por bastidor, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202).

El presente método para operar un centro de datos permite una refrigeración eficiente de los centros de datos. Por ejemplo, la temperatura más baja alcanzable con el estado de la teenología de refrigeración posterior usando refrigeración de evaporación es la temperatura de bulbo húmedo, que en Europa apenas llega a 22 °C. Las temperaturas de bulbo húmedo apropiadas están disponibles en los servicios meteorológicos locales. Normalmente, el suministro de fluido refrigerante, en particular el agua fría, está aproximadamente 2 K más caliente que la temperatura de bulbo húmedo, que es el límite teórico. En la realización preferida de la invención, el intercambiador de calor añade otros 2 K entre el circuito secundario y el primer circuito. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que esta diferencia de temperatura es sólo una función del tamaño del intercambiador de calor y se puede optimizar su coste. Por ejemplo, una diferencia de temperatura de 1 K en el primer circuito de refrigeración (diferencia entre la salida y la entrada del intercambiador de calor), que corresponden por ejemplo a 9 m3/h de agua como refrigerante fluido y una potencia eléctrica de 10 kW del equipo informático instalado y operativo en el interior de los bastidores, el refrigerante líquido más bajo, en particular agua fría, retorna al sistema de refrigeración 5 K por encima de la temperatura de bulbo húmedo. Teniendo en cuenta otra diferencia de +1 K respecto a la temperatura ambiente debido a la radiación de los bastidores calientes, el aire caliente que se escapa la temperatura ambiente está 6 K más caliente que la temperatura de bulbo húmedo. Este límite puede incluso reducirse mediante el aumento de la velocidad de bombeo, pero a costa de un mayor requerimiento de energía de las bombas. Sin embargo, teniendo en cuenta que, por ejemplo, en Alemania la temperatura de bulbo húmedo excedió de 20 °C durante los años 2007 hasta el 2011 durante cerca de 140 horas de media. Por lo tanto, sólo una pequeña fracción del tiempo las bombas tendrían que operar en alta velocidad de bombeo y, por lo tanto, sólo generan una pequeña adición al presupuesto de energía total. Durante temperaturas exteriores frías, el sistema de refrigeración se acelera para mantener la temperatura ambiente por encima de 20 °C.

Cabe señalar que, básicamente, todos los sistemas informáticos comerciales y componentes de red son adecuados para funcionar hasta 35 °C de manera casi constante acuerdo con ASHRAE TC 9.9 (2011) y ETSI EN 300019-1-3; V2.3.2 (2009-07). Muchos vendedores han anunciado que incluso se aumenta esta cifra hacia temperaturas más altas debido a que todos los sistemas de refrigeración mejoran la eficiencia con el aumento de las temperaturas ambiente.

Si el retorno de refrigerante fluido, en particular agua fría, alcanza 30 °C, se puede utilizar para calentar edificios si implementan calefacción del suelo o de la pared sin ningún tipo de bombas de calor. La única potencia adicional requerida es la bomba para mover el agua a través de colectores de calefacción en el interior del edificio y potencialmente empujarla hacia los pisos más altos. En verano, la calefacción por suelo radiante puede conectarse al suministro de agua fría y, por lo tanto, utilizarse para una refrigeración muy eficiente del edificio, sin embargo, con requisitos de refrigeración adicionales para las torres de refrigeración.

Más normalmente, la mayoría o incluso todos los bastidores están conectados individualmente al circuito de refrigeración, que proporciona un instrumento eficaz para retirar y descargar el calor del hardware del equipo.

El acoplamiento de cada bastidor a refrigerar al circuito de refrigeración individualmente con el circuito de refrigeración en conexión con los intercambiadores de calor específicos del bastidor adecuados para eliminar todo el calor generado por el hardware informático proporciona la ventaja adicional de que es posible controlar y monitorizar la potencia de refrigeración y el intercambio de calor de manera individual y por separado para cada bastidor individual dentro de la estructura del centro de datos. La refrigeración del aire caliente exclusivamente dentro del bastidor hace que sea posible la instalación de cualesquiera densidades de paquetes de bastidores sin necesidad de diseño de flujo de aire, tal como pasillos fríos o pasillos calientes.

La presente invención permite el uso de una arquitectura llamada de bastidor abierto que asegura que los bastidores no tienen que ser sellarse herméticamente. Tal estructura de bastidor abierto permite además un acceso más fácil a los equipos informáticos, en particular, al hardware del ordenador, en el interior del bastidor, en caso de cualquier problema o mantenimiento necesario. Debido a la baja presión del flujo de aire en el lado posterior de las aberturas normales de equipos informáticos para el cableado, puede cerrarse fácilmente.

Otro aspecto preferido de la presente invención es que al menos algunos o todos los bastidores comprenden medios de control. De esta manera, todo el sistema puede adaptativamente, reaccionar localmente a los fallos del sistema local y puede iniciar automáticamente disposiciones respectivas para compensar el fallo.

Según otra realización, los medios de control también comprenden sensores de temperatura, detectores de fugas de las tuberías y/o detectores de homo, por lo que dichos detectores están acoplados a un sistema de alarma de emergencia, que está adaptado para cambiar selectivamente el hardware, el bastidor y/o la porción relevante de la unidad de tubo de refrigeración.

El sistema de emergencia puede estar diseñado y dispuesto en cualquiera de dichos bastidores individualmente y separados de un sistema de emergencia de los bastidores adyacentes o vecinos. Los detectores de humo y de fuga se pueden instalar por separado y de forma independiente entre sí para apagar de forma individual los equipos informáticos que se puedan quemar o que emiten humo y poder mantener todas las demás operaciones del centro de datos. Alternativamente, también puede ser imaginable usar una combinación de detectores individuales y/o utilizar un detector multifuncional.

De acuerdo con una realización adicional, los bastidores comprenden además medios de programación de potencia, que están adaptados para mantener una corriente eléctrica de descarga general por debajo de un umbral predefinido. Esta realización está adaptada para evitar que todo el centro de datos consuma una cantidad de energía que no puede ser proporcionada por una fuente de alimentación externa. Por lo tanto, los medios de planificación de potencia están adaptados para regular que cada bastidor o un par/grupo de bastidores consuma la energía de un suministro de corriente o tensión eléctrica de acuerdo con una hoja de tiempo dada.

Por ejemplo, un primer bastidor puede alimentarse después de un retardo de tiempo dado en comparación con cualquier otro bastidor del centro de datos. De esta manera, el consumo máximo de potencia de todo el centro de datos se puede mantener por debajo de un umbral predefinido, asegurando asi que la fuente de alimentación externa no se averie. Los medios de programación de potencia pueden implementarse como un algoritmo especifico que se asigna a un individuo predefinido, por lo tanto, con diferente tiempo de retardo en cualquiera de los bastidores del edificio del centro de datos.

Alternativamente, es también concebible que una desconexión de energía de los distintos bastidores se controle por medio de una arquitectura centralizada. Sin embargo, también un sistema de emergencia interconectado está dentro del alcance de la presente invención, mediante el cual una multiplicidad de detectores de fugas y/o de humo están acoplados eléctricamente a un sistema de emergencia central, que puede iniciar automáticamente disposiciones respectivas para contrarrestar un fallo del sistema.

Según otra realización preferida, el centro de datos comprende además al menos un circuito de refrigeración adicional, por ejemplo, un primer circuito de refrigeración redundante, que comprende la misma estructura principal que el primer circuito de refrigeración que se hace cargo de la tarea de la primera estructura de refrigeración en caso de cualquier fuga u otro problema. Preferiblemente, el circuito de refrigeración, que incluye el primer circuito de refrigeración, tiene por lo menos dos entradas de refrigerante fluido que permiten el funcionamiento incluso en caso de cualquier fuga o apagado parcial.

De acuerdo con todavía otra realización preferida, todas las bombas en el centro de datos tienen una bomba de seguridad redundante, que se puede activar en caso de que falle la bomba primaria. Unas válvulas adecuadas de cierre permiten la sustitución de una bomba rota mientras el sistema está en funcionamiento.

El presente método permite la operación del centro de datos a temperaturas ambiente relativamente altas, por ejemplo, hasta 30 °C.

La realización preferida de la invención implementa una redundancia adicional si los bastidores se montan uno junto al otro. En ese caso, el aire frío de dos filas de bastidores se mezcla en el pasillo entre los bastidores. Las dos filas de bastidores pueden hacerse fácilmente independientes mediante el uso de tuberías y bombas independientes. En caso de que una fila de bastidores completa falle debido a una fuga catastrófica o a un fallo de todas las bombas redundantes, el aire que sale de los bastidores conectados al sistema de refrigeración de fallos se elevará poco a poco hasta que se alcance la temperatura del aire de salida de los servidores, que suele ser 10 K más alta que la temperatura ambiente. Para un bastidor con el consumo de energía de 10 kW, el aumento de la temperatura es de aproximadamente 3K por hora. El aire caliente que sale de la fila de bastidores con el sistema de refrigeración se mezcla con el aire de la fila de bastidores opuesta. Por lo tanto, la temperatura del aire en el interior de la fila es en promedio sólo 5 K más caliente que la temperatura ambiente. Este aumento de temperatura puede compensarse mediante la reducción del suministro de agua fría a la fila de bastidores con el sistema de refrigeración de trabajo.

La eficiencia de utilidad de potencia (PUE) que se utiliza en relación con la presente invención se define en "Data Center Efficiency Metrics - PUE™, Partial PUE, ERE, DCcE" (2011) de Dan Azevedo, Jud Coolcy, Michael Patterson y Mark Blackburn, publicado en www.theqreenqrid.orq. Con mucho, la mayor contribución a la sobrecarga de energía de un centro de datos es la refrigeración. Contribuciones adicionales son transformaciones y distribuciones eléctricas, la generación de energía de respaldo, como los sistemas de respaldo de batería, acondicionamiento de aire y similares. La invención presentada permite reducir la sobrecarga de refrigeración a un mínimo. El presente método permite operar el centro de datos con una eficacia de utilidad de energía (PUE) de como máximo 1,3, preferiblemente como máximo 1,2, más preferiblemente como máximo de 1,15, en particular, como máximo 1,1.

Descripción de las Figuras de la Invención A continuación, la invención se describirá en detalle haciendo referencia a los dibujos, en los que: La Figura 1 ilustra esquemáticamente un centro de datos que opera de acuerdo con el presente método.

Descripción Detallada de la Invención En la realización ilustrada de la figura 1, cualquiera de los bastidores (202) comprende una unidad separada de intercambio de calor (206), que está equipada con un intercambiador de calor (207). Los medios activos, tales como el ventilador de refrigeración de la CPU, de los equipos informáticos (200) facilita un flujo de aire (205) en el interior del bastidor (202) hacia la unidad de intercambio de calor (206). Las unidades de intercambio de calor (206) están acopladas a una tubería (203/204) que transporta un refrigerante liquido, por ejemplo agua, a cualquiera de los bastidores (202).

El refrigerante suministrado por medio de una tubería (203/204) es beneficioso porque los diversos bastidores (202) son totalmente pasivos y ya no tienen que diseñarse como bastidores cerrados. Por otra parte, la disipación de calor fuera de los diversos bastidores (202) se puede reducir de manera efectiva a un mínimo o incluso evitarse completamente. Por lo tanto, ya no es necesario controlar una corriente de aire global dentro de la estructura del edificio. De esta manera, la generación de puntos calientes que podrían ser debidos a algo de flujo de aire caliente no controlado fuera de los bastidores (202) se pueden eliminar de manera efectiva.

Además, el flujo de aire a lo largo de la estructura del edificio del centro de datos ya no tiene que controlarse de forma activa, ya que la temperatura ambiental alrededor de los bastidores (202) se mantiene en un nivel relativamente frío en comparación con la temperatura en el interior de los bastidores (202).

Para implementar la tolerancia a fallos en la infraestructura de refrigeración, los bastidores (202) pueden ser operados de una manera uniforme/antigua, donde cada segundo bastidor está acoplado a la misma tubería, a saber, ya sea al primer o segundo circuitos redundantes del primer circuito de refrigeración. De esta forma, dos primeros circuitos redundantes de refrigeración pueden mantenerse, proporcionando una capacidad de refrigeración residual.

En caso de un fallo, por ejemplo debido a una fuga en la tubería (203/204), un bastidor particular puede desacoplarse selectivamente del sistema de tuberías (203/204).

Como no hay ningún requisito para guiar el aire a lo largo de la estructura del centro de datos, tal como el espacio que aloja la multiplicidad de bastidores, los bastidores (202) que contienen los equipos informáticos (200) se pueden colocar en cualquier disposición arbitraria. Un centro de datos en el sentido de la presente invención contiene más de un bastidor (202).

El aumento de la temperatura ambiente en el centro de datos, por lo tanto, se eleva el refrigerante fluido, en particular la temperatura del agua de refrigeración, que aumenta directamente la eficiencia de refrigeración del refrigerante fluido calentado, en particular, el agua de refrigeración calentada.

Lista de números de referencia: 200 equipos informáticos 201 suelo de rejilla 202 bastidor 203/204 sistema de tuberías para el primer circuito de refrigeración 205 flujo de aire en el interior del bastidor, solamente creado por medios activos contenidos en los equipos informáticos 206 unidad de intercambio de calor 207 intercambiador de calor Ejemplo 1 Un centro de datos, que aloja un equipo de alto rendimiento consume 500 kW de potencia y está instalado en 34 bastidores, cada uno de 19 pulgadas y tiene 42 unidades de altura. Los bastidores son de 1, 2 m de profundidad y 70 cm de ancho. El espacio del bastidor requiere menos de 100 m2 de superficie neta.

La infraestructura de refrigeración consiste principalmente en dos circuitos de refrigeración, conectados por un intercambiador de calor. El primer circuito de refrigeración transfiere el calor generado en bastidores del centro de datos de 19 pulgadas a un intercambiador de calor, que se enfria de nuevo mediante el circuito secundario. El circuito de refrigeración secundario utiliza dos contraflujos de 313 kW, deriva indirecta, torres de refrigeración húmedas, donde se toma el agua de reposición de un rio vecino. Toda la infraestructura de refrigeración está montada en el interior de un contenedor de 20 pies con dos torres de refrigeración montadas en el techo. Dichas torres pueden mantenerse y limpiarse una cada vez, mientras que el sistema de refrigeración permanece activo, pero a una potencia reducida. Cabe señalar que este esquema requiere un mínimo de potencia de los ordenadores 50 kW con el fin de evitar la congelación de los sistemas de refrigeración durante el invierno. Se ha instalado una infraestructura de drenaje de agua de emergencia.

Todo el sistema de refrigeración implementa tres consumidores eléctricos: la bomba secundaria (6 kW), la primera bomba del circuito de refrigeración (28 kW) y un ventilador en cada torre de refrigeración (4,5 kW cada uno). La potencia de los ventiladores puede estrangulares, ya que no se requieren los ventiladores a temperaturas exteriores por debajo de 15 °C. Las dos bombas de agua están configuradas para funcionar a una corriente constante, de volumen fijo de 150 m3/h en el secundario y 220 m3/h en el primer circuito de refrigeración. El caudal de agua en el primer circuito de refrigeración es suficiente para enfriarse hasta 900 kW de potencia, mientras que el circuito secundario soporta hasta dos veces 313 kW hasta la fecha. Una actualización del sistema para una potencia total de 900 kW es posible mediante la adición de una torre de refrigeración adicional a la infraestructura existente. Con la asunción de una típica utilización del 35 % de promedio de los ventiladores de las torres de refrigeración y 500 kW de potencia máxima HPC, se produce una sobrecarga media de refrigeración del 7,4 % o PUE = 1,074. En el caso de un sistema de refrigeración utilizado completamente con una carga de potencia de 900 kW, la sobrecarga de refrigeración sería del 4,9 % o PUE = 1,049. Otras optimizaciones son concebibles, en particular en el caso de la bomba secundaria. En el caso de esta implementación, la bomba tiene que accionar el volumen actual sobre una gran distancia de 120 m debido a que el contenedor de refrigeración no podría colocarse cerca de la sala del centro de datos.

Ejemplo 2 Un contenedor de centro de datos móvil que tiene una anchura de 3 m, una altura de 2,9 m y 12,2 m de longitud está equipado con 13 bastidores de 19", cada uno con equipos informáticos que operan a 35 kW. La potencia total de 455 kW se enfría de nuevo mediante un enfriador híbrido. La bomba de agua requiere 10 kW y el enfriador híbrido requiere 6kW adicionales, lo que resulta en una eficiencia de utilidad potencia de PUE = 1,035.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para operar un centro de datos que comprende: (i) un edificio para alojar una multiplicidad de bastidores (202), siendo cada bastidor un bastidor abierto que aloja un equipo informático, (ii) siendo los bastidores (202) un bastidor abierto que aloja un equipo informático (200), (iii) los bastidores (202) comprenden medios de intercambio de calor (206, 207) que están adaptados para transferir el calor generado por el equipo informático a un refrigerante fluido, siendo dichos medios de intercambio de calor un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, estando situados preferiblemente en el lado posterior o en el elemento de los bastidores, (iv) al menos un primer circuito de refrigeración (203, 204), siendo dicho circuito de refrigeración un circuito cerrado de refrigeración, que está adaptado para suministrar a los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) un refrigerante fluido y que está adaptado además para transportar el refrigerante calentado fuera de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) a través del reflujo del circuito de refrigeración, (v) estando dicho primer circuito de refrigeración (203, 204) conectado a una fuente que proporciona frió, estando situada dicha fuente fuera del espacio que aloja la multiplicidad de bastidores, (vi) teniendo los equipos informáticos (200) situados en los respectivos bastidores medios activos, preferiblemente ventiladores, para la refrigeración de partes de los equipos informáticos (200), preferiblemente, la CPU y/o la GPU y/o un hardware de almacenamiento, creando dichos medios activos un flujo de aire (205) en el bastidor (202) hacia los medios de intercambio de calor (206, 207) que son un elemento de los bastidores o un elemento unido a los bastidores, estando situados preferiblemente en el lado posterior o en el elemento de los bastidores (202), (vii) no teniendo dichos bastidores (202) otros medios activos, en particular ventiladores, a excepción de los contenidos en los equipos informáticos (200) antes mencionados, para la creación de un flujo de aire (205) en el bastidor (202) hacia los medios de intercambio de calor (206, 207) que son un elemento de los bastidores o un elemento fijado a los bastidores, preferiblemente situados en el lado trasero o el elemento de los bastidores (202), (viii) no comprendiendo dicho edificio para alojar la multiplicidad de bastidores (202) otros medios activos, a excepción de los contenidos en los equipos informáticos (200) antes mencionados, para la creación de un flujo de aire guiado, (ix) al menos una entrada de alimentación eléctrica, (x) al menos unos medios para distribuir la energía eléctrica desde la entrada de alimentación a los bastidores individuales, permitiendo fuentes de alimentación redundantes en cada bastidor, que comprende las medidas de (a) proporcionar un refrigerante fluido desde la fuente proporcionando frió a los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) dentro del primer circuito de refrigeración, entrando dicho flujo de entrada de refrigerante fluido en los medios de intercambio de calor (206, 207) que tienen una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferentemente de 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202), (b) controlar el flujo de refrigerante fluido dentro del primer circuito de refrigeración (203, 204) que está adaptado para suministrar los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) para mantener la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) (flujo de entrada) que tiene una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferentemente de 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202), (c) transportar el refrigerante fluido calentado que abandona los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) (flujo de retorno) a la fuente que proporciona frió, estando situada dicha fuente fuera del espacio que aloja la multiplicidad de bastidores, para eliminar el calor del refrigerante fluido calentado a una temperatura de 1 K a 5 K, preferiblemente de 1 K a 3 K, más preferiblemente de 1 K a 2 K, por debajo de la temperatura del flujo de retorno del refrigerante líquido y devolviendo el refrigerante fluido al por lo menos un primer circuito de refrigeración.

2. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la densidad de potencia de los equipos informáticos en los bastidores es al menos de 5 kW (eléctricos) por bastidor, más preferiblemente al menos de 8 kW (eléctricos) por bastidor, más preferiblemente al menos de 10 kW (eléctricos) por bastidor.

3. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que los bastidores (202) están dispuestos como centros de datos dispuestos en dos dimensiones, donde los bastidores están situados en un nivel, o como centros de datos dispuestos en tres dimensiones, donde los bastidores (202) están situados en más de un nivel dentro del centro de datos.

4. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la densidad de potencia de los equipos informáticos (200) instalados y en funcionamiento dentro de los bastidores (202) crea una capacidad de disipación de calor volumétrica que corresponde al menos a aproximadamente 5 kW/m2, preferiblemente al menos a aproximadamente 10 KW/m2, más preferiblemente al menos a aproximadamente 20 kW/m2.

5. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la temperatura ambiente del espacio que aloja la multiplicidad de bastidores (202) es de aproximadamente +2 K, preferiblemente +1 K, más preferiblemente +0,5 K, más preferiblemente aproximadamente la misma temperatura del flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración.

6. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la fuente de frió proporciona la refrigeración a través de (i) fuentes de agua fría externas, preferiblemente agua subterránea o superficial, (ii) refrigeración de evaporación que opera basándose en el principio de evaporación, incluyendo torres de refrigeración de evaporación con o sin torres de refrigeración abiertas, (iii) refrigerador híbrido o (iv) refrigerador seco.

7. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el refrigerante fluido que entra en el centro de datos para la refrigeración a través del al menos un circuito de refrigeración tiene una temperatura como máximo 0,2 K por debajo de la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207).

8. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la temperatura del flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración es como máximo 3 K, preferiblemente como máximo 2 K, más preferiblemente como máximo 1 K, por encima de la temperatura suministrada por la fuente de frío al entrar al centro de datos para densidades de potencia totales de hasta 10 kW (eléctricos) por bastidor o en el que la temperatura del flujo de retorno del refrigerante fluido del primer circuito de refrigeración está como máximo 4 K, preferiblemente como máximo 3 K, por encima de la temperatura suministrada por la fuente de frío que entra en el centro de datos para densidades de potencia total de al menos 10 kW (eléctricos) por bastidor.

9. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el método para operar el centro de datos no opera ningún acondicionador de aire adicional.

10. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el método para operar el centro de datos no tiene ningún otro medio activo, en particular ventiladores, para crear un flujo de aire (205) en el bastidor hacia los medios de intercambio de calor, excepto para los medios activos que están presentes en el equipo informático situado en el bastidor.

11. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que los medios activos, en particular ventiladores, que están presentes en los equipos informáticos (200) crean un flujo de aire (205) en el bastidor hacia los medios de intercambio de calor que corresponde a un corriente de volumen de aire de 100 a 600 m3/(h*kW), que corresponde a al menos 0,5 m/s, preferiblemente de al menos 0,8 m/s, en particular de al menos 1,1 m/s.

12. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que los medios activos, en particular ventiladores, que están presentes en los equipos informáticos (200) crean un flujo de aire (205) en el bastidor hacia los medios de intercambio de calor que crean una presión posterior de aire mediante el intercambiador de calor correspondiente a un máximo de 10 Pa para el caudal de aire correspondiente de hasta 0,5 m/s, preferiblemente 16 Pa como máximo para el caudal de aire correspondiente de hasta 0,8 m/s, más preferiblemente de 20 Pa como máximo para el caudal de aire correspondiente de hasta 1,1 m/s.

13. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la caída de presión a través del intercambiador de calor se ajusta por debajo de 22 kPa para una corriente de volumen de 3 m3/h para el refrigerante fluido, preferiblemente agua, preferiblemente por debajo de 54 kPa para 5 m3/h para el refrigerante fluido, preferiblemente agua, más preferiblemente por debajo de 200 kPa para 10 m3/h para el refrigerante liquido, preferiblemente agua.

14. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el caudal para el refrigerante líquido, preferiblemente agua, se ajusta desde 0,9 m3 por hora y por kW instalado y que opera para una diferencia de 1 K y 0,17 m3 por hora y por kW instalado y que opera para una diferencia de 5 K.

15. El método como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207) se ajusta a 0,1 a 0,5 K por kW instalado y que opera por bastidor no excediendo 10 kW por bastidor, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202) o en el que la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207) se ajusta de 0,1 a 0,2 K por kW instalado y que opera por bastidor ascendiendo a entre 10 kW y 25 kW por bastidor, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202), o en el que la temperatura del refrigerante fluido que entra en los medios de intercambio de calor (206, 207) se ajusta de 0,1 a 0.125 K por kW instalado y que opera por bastidor, ascendiendo por encima de 25 kW por bastidor, por debajo de la temperatura del flujo de retorno de refrigerante fluido que sale de los medios de intercambio de calor (206, 207) de los bastidores (202). RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para operar un centro de datos, que está adaptado para alojar una multiplicidad/pluralidad de bastidores que están diseñaos para proporcionar espacio de almacenamiento para equipos informáticos. El centro de datos está equipado con medios de refrigeración para proporciona disipación del calor que se genera mediante el equipo informático. El centro de datos operado de acuerdo con la presente invención tiene una eficiencia de utilidad de potencia (PUE) de como máximo 1,3, preferiblemente como máximo de 1,2, más preferiblemente como máximo de 1,5, en particular como máximo de 1,1.