×
23.04.2020
220.018.17c1

Энергоэффективный контейнерно-модульный центр обработки данных

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002719561
Дата охранного документа
21.04.2020
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к средствам кондиционирования воздуха и вентиляции в теплонапряженных помещениях центров обработки данных (ЦОД). Технический результат заключается в снижении энергоемкости ЦОД. В отличие от известных технических решений камера испарения воды и испарительного охлаждения воздуха вынесена в окружающую среду. При этом используют контейнер, на сторонах корпуса которого размещены воздухозаборные и воздуховыпускные отверстия, а внутри размещены стойки с вычислительным оборудованием, системами хранения данных, а также теплоотводящая вентиляция, включающая воздушные фильтры и вентиляторы. Система охлаждения размещена снаружи контейнера и выполнена в виде оборудования для испарительного охлаждения воздуха, содержащего насос, а также распределительные трубопроводы и распылители, которые установлены в зоне действия всасывающего факела воздухозаборных отверстий. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к системам кондиционирования воздуха и вентиляции и может быть использовано в различных теплонапряженных помещениях центров обработки данных (ЦОД), расположенных в основном в труднодоступных районах, в сложных условиях горного рельефа, в условиях вечной мерзлоты, но может быть использовано и для обычных офисных и производственных помещений с большим количеством тепловыделяющего оборудования в целях создания комфортных условий микроклимата. При этом в основном заявленное изобретение предназначено для ускоренной и мало затратной постройки ЦОД малой, средней и большой производительности.

Известны технические решения модульных ЦОД контейнерного типа, например, описанные в патентах №№2638731, 2610144, 2598355, 2444868, а также действующие ЦОД, см., например, https://cont-plus.ru/gotovye-resheniya-iz-konteynerov/konteyner-dlya-maining-ferm, http://www.trinitymining.com/ru.html, http://bit-cube.ru/.

Известен также ЦОД, выбранный в качестве прототипа, http://www.cioperm.ru/doc_2014/Conteyner%20COD_Schneider%20Electric.pdf.

В то же время недостатками всех этих решений является то, что сама система охлаждения таких контейнерных ЦОД потребляет значительное количество электроэнергии, реализуя холодильный цикл. Однако вследствие того, что эксплуатационные платежи за электроэнергию в настоящее время достаточно высоки, поэтому повышение энергоэффективности работы ЦОД приобретает большое значение.

Задачей изобретения является создание энергоэффективной и малозатратной системы охлаждения, но отвечающей одновременно требованиям ASHRAE Standard 90.4-2016 - Energy Standard for Data Centers (ANSI Approved) по оптимальным и допустимым значениям температур и влажности на входе в электрические вычислители.

Технический результат заключается в снижении энергоемкости ЦОД за счет испарительного охлаждения воздуха за границами контейнерного корпуса и повышения интенсивности массообмена между воздухом и каплями воды.

Это достигается за счет того, что в отличие от известных технических решений для охлаждения оборудования используется система испарительного охлаждения, причем камера испарения воды и испарительного охлаждения воздуха из-за недостатка свободных пространств в ЦОД контейнерного типа вынесена в окружающую среду, а точнее в область всасывающих факелов воздухозаборных отверстий.

С учетом сказанного указанный технический результат достигается при реализации заявленного энергоэффективного контейнерно-модульного ЦОД, оборудованного системой охлаждения и содержащего, по меньшей мере, один контейнер, на сторонах корпуса которого размещены воздухозаборные и воздуховыпускные отверстия, а внутри размещены стойки с вычислительным оборудованием, системами хранения данных, а также теплоотводящая вентиляция, включающая воздушные фильтры и вентиляторы. При этом система охлаждения размещена снаружи контейнера и выполнена в виде оборудования для испарительного охлаждения воздуха, содержащего насос, а также распределительные трубопроводы и распылители, которые установлены в зоне действия всасывающего факела воздухозаборных отверстий.

В частном случае распылители ЦОД выполнены в виде полимерных или металлических мембран толщиной 0,1÷0,5 мм с квадратным или прямоугольным отверстием для истечения воды, соотношение сторон которого от 1:1 до 1:4, а их минимальный размер 0,3÷1,0 мм, при этом отверстие со стороны набегающего потока воды перекрыто арочным элементом, ось которого расположена вдоль длинной стороны отверстия. Под арочным элементом возникает мощный автоколебательный процесс в ходе которого идет интенсивное распыление воды.

В другом частном случае зона воздухозаборных отверстий для механической защиты электронного оборудования и фильтров от пыли, переносимой ветрами вдоль поверхности земли, и защиты капельного спрея распылителей от воздействия порывов ветра отделена от окружающей среды выгородкой из легких панелей высотой не менее двух метров и выполненных, например, из сотового поликарбоната, с трех сторон в случае, если в состав ЦОД КТ входит только один элемент модуля - контейнерный ЦОД (фиг. 1), и с двух сторон, если контейнеры ЦОД образуют модуль, состоящий из двух контейнерных ЦОД (фиг. 3). Таким образом, воздух окружающей среды может попасть в выгородку только через открытую верхнюю горизонтальную плоскость, расположенную выше уровня земли на 2÷3,5 метра.

В третьем частном случае в нижней трети вышеуказанной огороженной зоны устроен воздуховод, присоединенной к осевому вентилятору, всасывающий патрубок которого может быть размещен в упомянутой зоне или вынесен наружу, а на верхней образующей воздуховода вдоль его оси выполнено два или более прямоугольных отверстия с соотношением сторон от 1:1 до 1:4, причем меньший размер отверстий находится в интервале 50÷200 мм, а сами отверстия перекрыты с внутренней стороны воздуховода арочными элементами, при этом ось каждого арочного элемента параллельна большей оси отверстия. Задача этого воздуховода интенсификация массообмена между воздухом и каплями, т.е. заставить двигаться каплю относительно воздуха, создавая турбулентные пульсации для ускорения испарения капли.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками. На фиг. 1÷6 представлено схематическое изображение ЭКМ ЦОД, а на фиг. 7÷8 представлены 3D-модели ЭКМ ЦОД.

ЭКМ ЦОД содержит по меньшей мере один контейнер, выполненный, как вариант, из морского грузового или специально изготовленного контейнера.

На фиг. 1 и 2 представлен вариант ЭКМ ЦОД, состоящего из одного контейнера и содержащий корпус 1 с воздуховыпускными 2 и воздухозаборными 3 отверстиями, пространство корпуса содержит тамбур 4 и помещение, внутри которого размещены вычислительные электрические устройства 5. Воздухозаборные отверстия 3 оснащены фильтрами грубой очистки 6, вентиляторами 7 и фильтрами тонкой очистки 8. Как вариант отверстия 2 и 3 могут оснащаться воздухозаборными решетками 13 и воздуховыпускными решетками 14. Система испарительного охлаждения содержит насос 9, расположенный, как вариант, в тамбуре 4, распределительный трубопровод с распылителями 10, размещенный в выгородке 12; кроме того, в выгородке 12, как вариант, может быть расположен воздуховод 15 с воздуховыпускными отверстиями, перекрытыми арочными элементами, и осевой вентилятор 16.

На фиг. 3 и 4 представлен вариант ЭКМ ЦОД, состоящий из двух контейнеров, зоны выгородок 12 объединены.

На фиг. 7 и 8 показан воздуховод 15 с осевым вентилятором 16, размещенный в нижней трети выгородки.

Вся электрическая мощность, потребляемая находящимися в ЭКМ ЦОД вычислительными электрическими устройствами, переходит в теплоту, для отвода которой вентиляторы 7 нагнетают через устройства 5 воздух, в объеме 200÷300 м3/час на каждый 1,0 кВт потребляемой мощности.

Для очистки воздуха от пыли служат фильтры грубой очистки 6 и тонкой очистки 8, например, G4 и F5.

В теплый период года, особенно в условиях, когда солнечная радиация перегревает дневную поверхность земли, начинает работать система испарительного охлаждения воздуха, включая насос 9, распределительную сеть трубопроводов с распылителями 10. Распределительная сеть и распылители, а возможно и насос, вынесены из корпуса контейнера и размещены таким образом, что водный спрей, образуемый распылителями поступает в зону всасывающих факелов воздухозаборных отверстий 3.

Для защиты воздухозаборов от пыли и песка, перемещаемых ветром вдоль поверхности земли, а также, для увеличения пути испарения капель воды и защиты капельного спрея от порывов ветра, зоны всасывающих факелов воздухозаборов защищены выгородками 12 из легких панелей.

В результате работы вентиляторов 7 наружный воздух засасывается через открытую часть выгородки 12, проходит сквозь водный спрей 11 и охлажденный поступает в корпус контейнера 1 ЭКМ ЦОД через воздухозаборные отверстия 3, фильтры грубой 6 и тонкой очистки 8, далее проходит сквозь вычислительные электрические устройства, нагреваясь и отводя тем сам от них избытки тепла и удаляется из ЭКМ ЦОД через воздуховыпускные отверстия 2. Водяной спрей 11 создается путем распыла воды, подаваемой насосом 9, расположенным в тамбуре 4 (или за габаритами корпуса контейнера) в распределительный трубопровод с распылителями 10.

Если в состав ЭКМ ЦОД входят два контейнера (фиг. 3 и 4) и более, то располагаются они таким образом, чтобы выгородка 12 была общим пространством между распределительными трубопроводами с распылителями первого и второго контейнеров.

В выгородке идут тепломассообменные процессы в двухфазной среде: капли воды взаимодействуют с воздухом окружающей среды и испаряясь охлаждают воздух.

Процесс тепломассообмена нельзя считать интенсивным, хотя бы потому, что естественно природная интенсивность турбулентности окружающей среды составляет всего 3%, ε=v'/v100=3%, где v' - пульсационная составляющая в атмосферном воздухе, v - средняя скорость потока атмосферного воздуха.

Малая интенсивность турбулентности обеспечивает очень небольшое относительное движение капель и воздуха. Для повышения ε до 50÷55% в нижней части выгородки установлен воздуховод 15, в который подают осевым вентилятором 16 воздух самой выгородки или воздух окружающей среды, (фиг. 7 и 8).

На верхней образующей воздуховода 15 выполнено два и более прямоугольных отверстий с соотношением сторон от 1:1 до 1:4. Отверстия, со стороны набегающего потока перекрыты арочными элементами.

Истечение воздуха из отверстия, перекрытого арочным элементом, сопровождается сильным автоколебательным процессом под аркой. Результирующее течение имеет угол раскрытия ~120°, а интенсивность турбулентности в нем 50÷60%, то есть пульсации потока, порожденные под аркой в автоколебательном процессе сохраняются в последующем и в результирующем течении.

Так, если отверстие имеет размеры 150×300, а скорость истечения из-под арки 5,0 м/с, то частота автоколебаний по перекладке потока по концам арки составит ориентировочно:

f=Sh⋅v/l=2,98 Гц, где

Sh ≈ 0,2 число Струхаля

V=5 м/с - скорость истечения

L=0,335 м - диагональ отверстия

Порождаемая автоколебаниями интенсивность турбулентности до уровня 50÷55% обеспечивает интенсивное относительное движение капель и воздуха. Массообмен интенсифицируется и капли активно испаряются в воздух.

Результирующее течение поднимает капли, вовлекает их в интенсивный массообмен и не позволяет каплям, особенно условно крупным с d≈30 мкм, упасть на грунт выгородки.


Энергоэффективный контейнерно-модульный центр обработки данных
Энергоэффективный контейнерно-модульный центр обработки данных
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-9 из 9.
10.10.2013
№216.012.73ec

Отопительно-охладительное потолочное устройство

Изобретение предназначено для подачи воздуха в помещение с помощью излучающего потолочного устройства и может быть использовано для кондиционирования и отопления офисных и других помещений различного назначения. Отопительно-охладительное потолочное устройство устанавливается на потолочном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495333
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.06.2015
№216.013.57df

Система технологического кондиционирования воздуха центра обработки данных

Изобретение относится к системам кондиционирования воздуха и вентиляции и может быть использовано в различных теплонапряженных помещениях центров обработки данных, а также в крупных офисных и производственных помещениях с большим количеством тепловыделяющего оборудования в целях создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554025
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.08.2015
№216.013.7192

Газовая горелка для бытовых газовых плит с ru-эффектом

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве газогорелочного устройства для сжигания газообразного топлива, преимущественно в бытовых газовых плитах. Газовая горелка для бытовых кухонных плит содержит смеситель с чашеобразным корпусом, сопряженный с газовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560644
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.7274

Вентиляционное воздуховыпускное устройство

Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха и может быть использовано для раздачи приточного воздуха в помещениях различного назначения. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание воздуховыпускного устройства, достаточно простого по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560870
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.03.2016
№216.014.da49

Душевая насадка

Изобретение относится к распыливающим устройствам и может быть использовано в санитарно-гигиеническом оборудовании, преимущественно в качестве распылительных насадок для душевых и водораздаточных устройств. В душевой насадке средство для образования струй расположено в дне и выполнено в виде по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579130
Дата охранного документа: 27.03.2016
13.01.2017
№217.015.91d2

Устройство для воздушного охлаждения радиоэлектронных устройств

Изобретение относится к охлаждению тепловыделяющих элементов, в частности радиоэлектронных устройств, и может быть использовано для интенсивного отвода тепла от микросхем или других малогабаритных радиоэлектронных изделий, установленных на печатных платах. Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605930
Дата охранного документа: 27.12.2016
25.08.2017
№217.015.aa98

Устройство для сжигания твёрдого пылевидного топлива в динамическом факеле малой длины

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топочной технике, и может быть использовано в системах сжигания угольной пыли. Горелочное устройство для сжигания пылевидного твердого топлива содержит канал подачи высококонцентрированной смеси пыли твердого топлива, который имеет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611532
Дата охранного документа: 28.02.2017
28.08.2018
№218.016.7ffa

Компактная судовая абсорбционная холодильная установка

Изобретение относится к холодильным установкам и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и системах хладоснабжения предприятий, для установки на кораблях и судах. Генератор пара, конденсатор, испаритель и абсорбер соединены трубо- и паропроводами. Испаритель и абсорбер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665008
Дата охранного документа: 24.08.2018
30.05.2023
№223.018.7442

Блочная установка кустовой сепарации

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для разделения продукции скважин на нефтяных месторождениях поздней стадии разработки. Блочная установка кустовой сепарации включает систему подачи водонефтяной эмульсии (ВНЭ) из сборного коллектора скважин или АГЗУ, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002741296
Дата охранного документа: 25.01.2021
+ добавить свой РИД