節能空調系統及其空調模式的制作方法

專利名稱：節能空調系統及其空調模式的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種空調模式，且特別是涉及一種動態調整的空調模式。
背景技術：
目前有許多企業部署數十部或數百部成本較低的小型伺服器以應付網絡流量需求，為求更進一步地提高經濟效應，進而發展出刀鋒伺服器。所謂的刀鋒伺服器，是指將處理器、存儲器、甚至硬盤機等伺服器系統的硬件整合到單一的主機板上。在一個伺服器機柜內即可容納數十個或是更多個的刀鋒伺服器，因此可有效地整合至大型數據中心環境中。隨著云端科技的發展，對于伺服器的負擔及效能要求越來越高，伺服器機柜的安裝密度也隨之增加，其所產生的熱能也隨之大量增加。傳統的高密度機房多是密閉式空調機房，不論外界的溫濕度均是密閉式空調進行散熱，因此，所耗費的用電量相當驚人。因此，如何降低高密度機房，特別是如云端數據中心此類的大型高密度機房的空調用電量，便成為一個重要的課題。

發明內容
因此本發明的目的在于提供一種節能空調系統，用以根據外界環境的條件進行合適的空調模式，以達到動態節能的功效。依照本發明一實施例，提出一種節能空調系統，適用于一高密度機房中，高密度機房包含進氣入口，節能空調系統由進氣入口起依序包含入口閘門、空氣過濾墻、熱交換器陣列、風扇陣列、熱風通道與云端控制中心。入口閘門用以選擇性地開放或是關閉進氣入口。熱交換器陣列包含多個熱交換器以及位于熱交換器下方的集水盤。熱風通道用以收集高密度機房的熱風，其中熱風通道包含通向高密度機房外的熱風出口、用以選擇性地開放或是關閉熱風出口的出口閘門、通向空氣過濾墻與風扇陣列之間的回風出口，以及用以選擇性地開放或是關閉回風出口的回風閘門。云端控制中心控制入口閘門、熱交換器陣列、風扇陣列、出口閘門與回風閘門。風扇陣列包含多個高壓離心風扇。節能空調系統還包含多個感測元件，與云端控制中心連接。感測元件包含分別設置于高密度機房內外的多個溫度感測元件與分別設置在高密度機房內外的多個濕度感測元件。高密度機房包含多個機柜模塊，機柜模塊背對背設置，機柜模塊產生的熱風進入熱風通道。節能空調系統還包含設置于機柜模塊與風扇陣列之間的導風斜坡。節能空調系統還包含加濕器。本發明的另一態樣為一種應用前述的節能空調系統的空調模式，包含云端控制中心選擇外部進氣模式、關閉熱交換器陣列、開放入口閘門以供應外界空氣至風扇陣列、開放出口閘門、關閉回風閘門，以及開啟風扇陣列。本發明的又一態樣為一種應用前述的節能空調系統的空調模式，包含云端控制中心選擇混合式進氣模式、開放入口閘門以供應一外界空氣至高密度機房、開放出口閘門與回風閘門，使一部分的熱氣從熱風出口散逸，另一部分的熱氣與外界空氣混合，以及開啟風扇陣列。混合式進氣模式中還包含選擇性地開啟熱交換器陣列。節能空調系統提供了封閉循環模式、外部進氣模式與混合式進氣模式等三種不同的空調模式,通過云端控制中心監控高密度機房內外的溫濕度,并根據機柜模塊內的伺服器使用量及負載情況，以動態地調整空調模式，達到節能管理最佳化的功效。


為讓本發明的上述和其他目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的詳細說明如下:圖1為本發明的節能空調系統于一空調模式下的側視圖；圖2為圖1的剖視圖；圖3為本發明的節能空調系統于另一空調模式下的側視圖；圖4為圖3的剖視圖；圖5為本發明的節能空調系統于又一空調模式下的側視圖；圖6為圖5的剖視圖；圖7為用以說明本發明的空調模式的空氣線圖。主要元件符號說明100:高密度機房110:機柜模塊120:進氣入口130:入口閘門140:空氣過濾墻150:熱交換器陣列152:熱交換器154:集水盤I6O:風扇陣列162:高壓離心風扇170:熱風通道172:熱風出口174:出 口閘門176:回風出口178:回風閘門180:云端控制中心190:感測元件192:導風斜坡194:加濕器
具體實施例方式以下將以附圖及詳細說明清楚說明本發明的精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在了解本發明的較佳實施例后，當可由本發明所教示的技術，加以改變及修飾，其并不脫離本發明的精神與范圍。參照圖1，其繪示本發明的節能空調系統于一空調模式下的側視圖。節能空調系統為應用在大型的高密度機房100之中，此高密度機房100可以如云端數據中心，高密度機房100內設置有多個機柜模塊110,機柜模塊110包含有至少一伺服器機柜以及位于其中的多個伺服器。高密度機房100包含有進氣入口 120，進氣入口 120可以將外界的空氣引入高密度機房100之中。節能空調系統從進氣入口 120向機柜模塊110依序包含有入口閘門130、空氣過濾墻140、熱交換器陣列150、風扇陣列160、熱風通道170，以及云端控制中心180。節能空調系統還包含有多個感測TC件190，與=纟而控制中心180連接。=纟而控制中心180除了控制機柜模塊Iio中的伺服器與管理伺服器的運作負載狀態之外，還用以統一控制入口閘門130、熱交換器陣列150、風扇陣列160。感測元件190收集的信號也回傳至云端控制中心180之中。風扇陣列160包含有多個高壓離心風扇162，以將氣流從入口閘門130的方向吹向機柜模塊110。高密度機房100中因風扇陣列160氣流流向的因素，使通過空氣過濾墻140與熱交換器陣列150的干凈冷空氣冷卻機柜模塊110。入口閘門130可以為電動百葉閘門，用以根據云端控制中心180的指令選擇性地開放或是關閉進氣入口 120。更具體地說，若是云端控制中心180下指令開放進氣入口 120，則電動的入口閘門130翻轉露出葉片之間的空間，由于高密度機房100在進氣入口 120 —端，因風扇陣列160之故，其氣壓較低，而在高密度機房100內外存有壓力差，使得高密度機房100外界的空氣經由開放的進氣入口 120進入高密度機房100之中。相對地，若是云端控制中心180下達關閉進氣入口 120的指令，則電動的入口閘門130再一次地翻轉合上葉片，阻擋外界空氣從進氣入口 120進入高密度機房100之中。空氣過濾墻140可以為單層或是多層的空氣過濾墻，除了濾網之外，空氣過濾墻140可以還包含如二氧化鈦或是光觸媒等設計，以進一步去除如空氣中如硫化物等雜質。熱交換器陣列150包含有多個熱交換器152以及位于熱交換器152下方的集水盤154。熱交換器152較佳地為濕式(水冷式)熱交換器，即管路中有液體流動進行熱交換的熱交換器152。熱交換器陣列150除可用以與空氣進行熱交換以降低空氣的溫度之外，還可在空氣中濕度過高的時候提供除濕的效果。空氣中多余的水氣進行熱交換后因溫度降低而凝結成水滴，之后落入集水盤154中收集而移除。風扇陣列160包含多個高壓離心風扇162，使得降溫與除濕后的空氣可以平均地進入各個機柜模塊110之中，對其中的伺服器進行降溫。其中風扇陣列160還可依據機柜模塊110的排列位置而劃分成多個區塊。云端控制中心180可以偵測每一個機柜模塊110的排氣溫度或是伺服器的負載，并適時地作出負載平衡。若是云端控制中心180發現該區機柜模塊110的負載量或是排氣溫度持續增加，則可增加風扇陣列160中，對應于該區機柜模塊110的高壓離心風扇162的轉速。當云端控制中心180偵測到負載或是排氣溫度降低后，再逐步降低該區高壓離心風扇162的轉速，以達到動態節能的目的。感測元件190包含設置于高密度機房100外，尤其是在進氣入口 120處的溫度感測元件與濕度感測元件，以及設置在高密度機房100內的溫度感測元件與濕度感測元件。感測元件190所偵測的外界溫濕度與高密度機房100內的溫濕度回傳至云端控制中心180，以供云端控制中心180調整空調模式。節能空調系統還選擇性地包含有導風斜坡192，導風斜坡192設置在機柜模塊110與風扇陣列160之間。導風斜坡192除可提供人員走動時的通道，避免強風造成人員不適之外，還可將降溫后的空氣導引至高密度機房100上層，使冷空氣與部分熱空氣充分混合，降低濕度與達到均溫的效果。節能空調系統可以選擇性地高密度機房100內加裝加濕器194，以在高密度機房100內濕度不足的時候，提高空氣中的水氣含量。同時參照圖1與圖2，圖2為圖1中沿著機柜模塊110的剖視圖。圖1與圖2中的視角大致上是相互垂直的，即圖1若是沿著高密度機房100的長軸方向，則圖2便是沿著高密度機房100的短軸方向。在高密度機房100之中，機柜模塊110較佳地為背對背地設置，使得熱風集中排出，方便熱風通道170收集機柜模塊110所排出的熱氣。熱風通道170包含有熱風出口 172、出口閘門174、回風出口 176以及回風閘門178。熱風出口 172設置在高密度機房100的上層側邊處，以將機柜模塊110所產生的熱風排到外部。出口閘門174可以是由云端控制中心180控制的電動百葉閘門，出口閘門174用以選擇性地開放或是關閉熱風出口 172。回風出口 176則是通向空氣過濾墻140與風扇陣列160之間，回風閘門178可以是由云端控制中心180控制的電動百葉閘門，并用以選擇性地開放或是關閉回風出口176。出口閘門174與回風閘門178的運作機制與入口閘門130近似，在此不再贅述。本發明的節能空調系統通過云端控制中心180收集感測元件190回傳的高密度機房100內外的溫濕度，據以判斷較佳的空調模式。本發明提出了應用于此節能空調系統的三種空調模式，分別是外部進氣模式、封閉循環模式以及混合進氣模式等，以配合不同的溫濕度選擇合適的空調模式，達到節能減碳的目的。圖1與圖2中，表示的是使用外部進氣模式的節能空調系統。機柜模塊110中的伺服器在出場時多預定有較佳的運作條件，當云端控制中心180偵測到外界空氣的溫度與濕度均不大于預定的運作條件時，外界空氣便可以直接應用在高密度機房100中對機柜模塊110進行降溫。此時，云端控制中心180便可選擇外部進氣模式作為當前的空調模式。外部進氣模式包含關閉熱交換器陣列150、開放入口閘門130以供應外界空氣至風扇陣列160，與開啟風扇陣列160，將符合條件的外界空氣送至機柜模塊110進行降溫。外部進氣模式還包含關閉回風閘門178與開放出口閘門174，使得機柜模塊110所產生的熱風通過壓力差從熱風出口 172排向外界。外部進氣模式由于關閉了熱交換器陣列150，因此，可以將耗能降到最低。參照圖3與圖4，其分別繪示本發明的節能空調系統于另一空調模式下的側視圖與剖視圖。當外界的空氣溫濕度略微低于預定的運作條件時，云端控制中心180便選擇混合式進氣模式作為當前的空調模式。在混合式進氣模式中，開放入口閘門130，以供應外界空氣至高密度機房100之中。出口閘門174與回風閘門178也被開放。混合式進氣模式中包含選擇性地啟動熱交換器陣列150，由入口閘門130進入的外界空氣由熱交換器陣列150進行些許降溫并與回風出口 176送出的熱氣混合，通過添加的熱氣使得濕度降低，或是外界空氣可以直接與回風的熱風混合進行空氣增溫與濕度調整。換言之，外界空氣經過熱交換器陣列150降溫(選擇性進行)以及與回風出口 176送出的熱氣混氣后，再由開啟的風扇陣列160送至機柜模塊110。機柜模塊110所產生的熱氣會有一部分經由回風出口 176送出與外界空氣混合，而其他部分的熱氣則是經由熱風出口 172向外界排出。參照圖5與圖6，其分別繪示本發明的節能空調系統于又一空調模式下的側視圖與剖視圖。當外界的空氣溫濕度超出預定的運作條件而無法直接使用時，云端控制中心180便封閉循環模式作為當前的空調模式。在封閉循環模式中，入口閘門130、出口閘門174均被關閉，回風閘門178被開啟。機柜模塊110所產生的熱風經由熱風通道170收集后，由回風出口 176送到熱交換器陣列150進行降溫，而后冷卻后的空氣再由開啟的風扇陣列160送向機柜模塊110，以冷卻機柜模塊110。參照圖7，其為用以說明本發明的空調模式的空氣線圖。空氣線圖中的A區即為符合前述較佳的運作條件的溫度(operation air),若是外界的空氣剛好落在A區,則代表外部空氣可以直接使用，云端控制中心采用前述的外部進氣模式作為當前的空調模式。若是外部空氣的溫度落在B區，即低于運作溫度上限，但非落在A區中，則云端控制中心便選擇混合式進氣模式作為當前的空調模式。外部空氣經由添加機柜熱風使濕度降低，接著將除濕后的空氣送到機柜模塊。獨立的熱導風管也可以將未使用的熱風往外排出，以降低冷卻的能源需求。若是外部空氣與機柜熱風混合以除濕之后的混合空氣溫度過高，則云端控制中心還可以開啟熱交換器陣列，以確實達到降溫空氣的功效。若是外部空氣的溫度高于運作溫度上限，進入C區的時候，云端控制中心會立即將空調模式切換為封閉循環模式，入口閘門被關閉，機柜模塊所產生的熱風回送至熱交換器陣列進行降溫后再循環使用。在某些特定的狀況下，可能會發生空氣濕度過低的情形。云端控制中心若是偵測至IJ濕度過低的情形，則除了前述的步驟之外，還需要打開加濕器，以提高空氣中的濕度。由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點。節能空調系統封閉循環模式、外部進氣模式與混合式進氣模式等三種不同的空調模式，通過云端控制中心監控高密度機房內外的溫濕度，并根據機柜模塊內的伺服器使用量及負載情況，以動態地調整空調模式，達到節能管理最佳化的功效。雖然結合以上一較佳實施例揭露了本發明，然而其并非用以限定本發明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種節能空調系統，適用于一高密度機房中，該高密度機房包含一進氣入口，該節能空調系統由該進氣入口起依序包含: 入口閘門，以選擇性地開放或是關閉該進氣入口 ； 空氣過濾墻； 熱交換器陣列，包含多個熱交換器以及位于該些熱交換器下方的至少一集水盤； 風扇陣列； 熱風通道，用以收集該高密度機房的一熱風，其中該熱風通道包含: 熱風出口，通向該高密度機房外， 出口閘門，以選擇性地開放或是關閉該熱風出口， 回風出口，通向該空氣過濾墻與該風扇陣列之間，以及 回風閘門，以選擇性地開放或是關閉該回風出口 ；以及 云端控制中心，控制該入口閘門、該熱交換器陣列、該風扇陣列、該出口閘門與該回風閘門。
2.如權利要求1所述的節能空調系統，其中該風扇陣列包含多個高壓離心風扇。
3.如權利要求1所述的節能空調系統，還包含多個感測元件，與該云端控制中心連接。
4.如權利要求3所述的節能空調系統，其中該些感測元件包含分別設置于該高密度機房內外的多個溫度感測元件與分別設置在該高密度機房內外的多個濕度感測元件。
5.如權利要求1所述的節能空調系統，其中該高密度機房包含多個機柜模塊，該些機柜模塊背對背設置，該些機柜模塊產生的熱風進入該熱風通道。
6.如權利要求5所述的節能空調系統，還包含一導風斜坡，設置于該些機柜模塊與該風扇陣列之間。
7.如權利要求1所述的節能空調系統，還包含一加濕器。
8.一種應用權利要求1-7任一項的節能空調系統的空調模式，包含: 該云端控制中心選擇一外部進氣模式； 關閉該熱交換器陣列； 開放該入口閘門，以供應一外界空氣至該風扇陣列； 開放該出口閘門； 關閉該回風閘門；以及 開啟該風扇陣列。
9.一種應用權利要求1-7任一項的節能空調系統的空調模式，包含: 該云端控制中心選擇一混合式進氣模式； 開放該入口閘門，以供應一外界空氣至該高密度機房； 開放該出口閘門與該回風閘門，使一部分的該熱氣從該熱風出口散逸，另一部分的該熱氣與該外界空氣混合進行空氣增溫與濕度調整；以及開啟該風扇陣列。
10.如權利要求9所述的節能空調系統的空調模式，還包含開啟該熱交換器陣列。
全文摘要
本發明公開一種節能空調系統及其空調模式，該節能空調系統提供了封閉循環模式、外部進氣模式與混合式進氣模式等三種不同的空調模式，通過云端控制中心監控高密度機房內外的溫濕度，以動態地調整空調模式，達到節能管理最佳化的功效。
文檔編號F24F11/02GK103090464SQ201110370689
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月1日
發明者陳朝榮, 陳建邦, 林愷宏, 陳志明, 黃文亮 申請人:廣達電腦股份有限公司