思迈普机房空调节能分析及热负荷计算-

1、数据中心机房空调节能分析及机房热负荷计算恒温恒湿机房高精度设计方案机房精密空调不仅对温度可以调节,也可以对湿度可以调节,并且精度都是很高的。计算机特别是服务器对温度和湿度都有特别高的要求,如果变化太大,计算机的计算就可能出现差错,对服务商是是很不利的特别是银行和通讯行业。现在的机房精密空调要求一般在温度精度达±2,湿度精度±5%,高精度机房精密空调可以温度精度达到±0.5,湿度精度达到±2。机房专用空调高可靠性一个机房最注重的就是可靠性。全年8760小时要无故障运行,就需要机房空调可靠的零部件和优秀的控制系统。一般机房多是N+1备份,一台空调出了问题,其

2、他空调就可以马上接管整个系统。目前最知名的产品有:思迈普机房空调、艾默生机房空调、APC机房空调等都是目前做顶端的产品。一个数据中心的建设与运营,对于数据中心管理人员来说,最最关心的是能耗成本,因为能效高低与他们的工作效率息息相关,同时影响在企业之间各个管理层的信任程度。数据中心已经过几十年的发展,如今面对着云计算、虚拟化技术的洗礼,在高效节能方面也不断地更新技术,虽然如今的技术比起过去要先进得多,但是同样一个数据中心需要承担的负载也越来越多。以上的事实表明,数据中心能耗方面是一个永无止境的学问,对于新技术如果不给予关注,那么迟早就会被科技进步的洪流所淹没,甚至灭亡。能耗是数据中心的一场长期战

3、斗;因此对机房能耗巨头机房空调的能效做一个简单分析:节能型EC风机EC电机为内置智能控制模块的直流无刷式免维护型电机,自带RS485输出接口、0-10V传感器输出接口、4-20mA调速开关输出接口、报警装置输出接口及主从信号输出接口。该产品具有高智能、高节能、高效率、寿命长、振动小、噪声低以及可连续不间断工作等特点。思迈普空调EC风机节能型高效风机系统:革命性EC风机技术采用高效可调速控制电机,可大大减少能耗并延长部件寿命,为最终用户提供最大价值。EC风机由空调的控制器控制,可为IT设备提供最合适的气流以提供最佳运行条件。针对EC风机下送风机组,采用风机下沉式设计,在现场安装时,把EC风机下沉

4、到地板下,可以进一步降低风机能耗EC风机特点:1.效率高、节能,可实现无级调速;2.节省空间;3.运行噪音低;4.内部控制板控制风机运行; 思迈普空调在行业中对机房制冷设计规划有着深度的关注。一直致力于给客户提供最具价值的空调制冷产品。其公司是一家始终注重数据中心价值发现,以成为“全球领先的智慧数据中心解决方案品牌”为目标,专注于数据中心整体解决方案的高科技企业。公司始终以客户为中心,提供优质、创新的高可靠性产品、解决方案和业内专业服务及技术支持,来不断改善数据中心的节能性能并且给客户提供最具准确的负荷计算,满足客户需求。为每个机房建设规划提供高性价比方案。思迈普针对热负荷计算的分享1系统设备

5、发热量的组成如何预测数据中心内IT设备和其它设备(如UPS等的发热量,是做空调制冷规划设计之前首先要解决的。所有电子设备无一例外地都会产生热量。并且必须消除这些热量,以避免设备温度上升到一个无法承受的高度。数据中心机房内的大多数IT设备均采用了空气冷却方法。调整冷却系统的规模需要事先了解数据中心在封闭空间内的发热源和发热量。数据中心机房的热源不是唯一的,由多种成分组成,机房的热湿负荷应包括下列内容:建筑围护结构的传热;太阳辐射热;IT和其他设备的散热;人体散热、散湿;照明装置的散热;新风负荷;热负荷的计算方法很多,有精算法、估算法,这里使用的算法结合了各种算法,并进行简化,考虑了主要热源(设备

6、,基本上是精确的。当上述各项热负荷之和确定后,就可以初步确定对空调机组制冷能力的要求。2建筑围护结构的传热热量传递方式有三种:传导、对流和辐射。通过机房屋顶、墙壁、隔断等围护结构进入机房的传导热量是一个与季节、时间、地理位置和太阳的照射角度等有关的量,要准确地求出这个热量是个很复杂的问题。当室内外空气温度保持一定的稳定状态时,由平面形状墙壁传入机房的热量Q(单位为kcal/h可按如下公式计算:Q=KF(tzptn( 5-1式中K围护结构的导热系数kcal/(m2·h·F围护结构面积(m2tzp机房内温度(tn机房外的计算温度(3从玻璃透入的太阳辐射热当玻璃受阳光照射时,一部

7、分被反射,一部分被玻璃吸收,剩下的透过玻璃射入机房转化为热量。被玻璃吸收的热量使玻璃温度升高,其中一部分通过对流进入机房也成为热负荷。透过玻璃进入室内的热量可按下式计算: Q=KFq(kcal/h式中K太阳辐射热量的透入系数,取决于窗户的种类,通常取0.360.4 F玻璃窗的面积(m2q太阳辐射热强度kcal/(m2·h太阳辐射热强度q随纬度、季节的不同而不同,又随太阳照射角度而变化,具体数值要参考当地的气象数据。但是,太阳辐射热量又与建筑有无遮阳设施、窗玻璃的厚度、窗户数量有关系。通常情况下,根据地区的不同和年平均气温的不同,建筑围护结构的传热和太阳辐射热量以估算得出。4服务器和其

8、他设备的热负荷数据中心机房中,最主要的是服务器,可以分成三种类型:塔式服务器、机架式服务器和刀片式服务器。其中机架式服务器和刀片式服务器可以直接安装到标准19英寸的机柜中。目前很多网站的服务器都采用这种方式。服务器都是由电子部件组成,其原理和结构与计算机完全相同,只是功能比计算机更强,可靠性更高。服务器的总功耗,就是将服务器中的各个部件的功耗叠加。当然,这些部件不是一直工作的,是间歇性运行,所以设备资料提供的是该服务器的最大功耗。机房中服务器的总功耗,就是测量机架电流和电压,电流和电压的乘积就是该机架的总功耗(KVA,所有机架的功耗总和就是机房的总功耗数。在机房中,除了服务器热负荷外,在工作中

9、使用的测试仪器、电缆发热等组成了其他的热负荷,由于这些发热量较小,一般可以忽略不计。UPS 和配电系统的发热量由固定损耗和与运行功率成比例(包括乘方比的损耗两部分组成。这些损耗在不同品牌和型号的设备间通常都是相差无几的,因此可轻松估算出来,且不会发生太大的偏差。空调设备的风扇和压缩机会产生大量热量。这些热量被排出到外部环境,从而不会在数据中心内部造成热负载。然而,它也会抵消一部分空调系统的功效,因此在确定空调功率大小时通常需要考虑此因素。5人体散热、散湿人体内的热量是通过皮肤和呼吸器官释放出来的,这种热量含有水蒸气,热负荷应是显热和潜热负荷之和。人体发出的热量随工作状态而异,机房中工作人员按轻

10、体力工作处理。当室温为24时,其显热负荷为70W,潜热负荷为112W;当室温为21时,其显热负荷为87W,潜热负荷为94W,二种情况下,其总热负荷基本相同。当机房中工作人员较多时,必须将人员的热负荷计算在内。6照明装置的散热机房照明装置的耗电量,一部分变成光,一部风变成热。变成光的部分也应被建筑物和设备等吸收而变成热。因此,在计算中,也要将这部分热量计算在内。照明装置产生的热量一般根据机房占地面积计算。7室外空气进入机房带来的热负荷人需要吸入氧气并呼出二氧化碳,如果人在机房中长期逗留,就需要补充室外新鲜空气,来保证人员有足够的氧气,以保证人员的健康。数据中心机房的新风量:机房人员取40m3/h

11、·人数。维持机房正压所需的戏风量。新风的热负荷,可以根据下式进行计算:Q=G(h新风-h室内(5-3式中Q新风热负荷(kcal/hG新风量(kg/h每m3空气按1.2kg计算深圳市瑞思迈普科技有限公司 h新风、h室内室内外空气焓值 8）机房加湿产生的热负荷 除了消除热量外，数据中心的空调系统还用来控制湿度。理想情况下，当调 至所需湿度后，系统将在恒定空气湿度下工作，而无需不断调整湿度。但实际情 况是，大多数空调系统的空气冷却功能会产生水汽的凝结，进而导致湿度降低。 因此，系统需要不断补充湿度，以保持所需的湿度等级。 补充湿度造成了CRAC设备额外的发热负载，会显著降低设备的冷却性能，

12、从 而需要扩大致冷系统规模。 对于小型数据机房或大型布线室而言，其空调系统通过使用管道将回风与送 风相隔离，结果空调将不会产生水汽凝结问题，从而不需要连续补充湿度。这样 可以充分利用空调系统的性能，最大限度地发挥其效率。 对于具有大量混合空气的大型数据中心而言，CRAC设备提供温度较低的空气， 以克服高温设备的废气循环作用。 这将会不断降低空气湿度， 从而需要进行补充。 这将导致空调系统的性能和容量大幅降低， 进而要求CRAC系统的容量必须高出预 计30%。 CRAC系统的规模扩大范围介于0-30%之间，其中0主要针对通过管道返回气体 的小型系统而言，而30%主要针对在机房内拥有大量混合气体的

13、系统而言。 数据中心总热负荷的估算 数据中心机房中，总的热量就是以上所有热量的总和，此数据是规划设计制 冷设备总容量的最主要的依据。 一方面我们可以使用发热量数据对数据中心的每一项目进行发热分析，同时 我们也可以使用简单的规则快速估计出一个结果， 这一结果通常在详细结果的准 许偏差范围之内。 快速估计的优势在于评估人员无需具备专业知识或接受专门的 培训。 表提供了一个可对发热量进行快速计算的工作表。借助该工作表，相关人员 将可以快速可靠地计算出数据中心的整体发热量。该工作表的具体应用在表8下 方的流程中进行了详细描述。 建筑围护结构的传热、 从玻璃透入的太阳辐射热等， 6/8 深圳市瑞思迈普科

14、技有限公司 因不是主要因素和计量困难，在估算时就忽略了。 项目 IT设备 含电池的 UPS 设备 所需数据 总体IT负载功率(瓦 特） 电源系统所配置的UPS 设备的额定功率 空载损耗+运行损耗 =（0.04x电源系统额定功 率）+（0.06x总体IT负载 功率） 配电设备 （包括 配电、变压器、 谐波治理等） 照明设备 人员 总计 电源系统额定功率 空载损耗+运行损耗 =（0.02x电源系统额定功 率） + （0.02 x 总体 IT 负 载功率） 占地面积（平方英尺） 2.5x占地面积 （平方英尺） _瓦特 占地面积（平方米） 数据中心最多人员数 量 上述数据总计 发热量总和 _瓦特 或2

15、6.91x占地面积(sqm 100x最多人员数量 _瓦特 _瓦特 _瓦特 发热量计算 约等于总体IT负载功率 发热量总计 _瓦特 下面通过典型系统实例做进一步说明。 在本例中，数据中心占地460平方米，功率250KW，拥有150个机架，员工数 量最多20名。在本例中，我们假定数据中心的容量达到30%。数据中心的总体IT 负载是250kW的30%， 或大约80kW。 在这种情况下， 总体数据中心发热量为116kW， 比IT负载高约一半。 在本例中，数据中心内不同设备在总体发热量中所占的比例如图所示。 数据中心各项在总体发热量中所占的比例 需要指出的是，UPS 和配电设备的发热量比例有所扩大，因为

16、系统的实际运 7/8 深圳市瑞思迈普科技有限公司 行功率仅为额定的30%。 如果系统以 100% 的功率运行， 电源系统的效率将增加， 在系统发热量中的比例也会相应提高。 效率的一个重大损失就是系统规模过大所 造成的实际成本。 特别需要指出的是，这里讲的是系统发热量，不要等同于制冷系统的规划设 计制冷量， 由于空调制冷系统的制冷效率低下，系统设备制冷量要比系统发热量 大得多。在确定了系统基本负荷后，还要根据以下因素调整空调制冷系统规模 实际设备冷却负载的大小（包括供电设备）； l l l l l 由于气流组织问题造成的制冷效率低下； 建筑物冷却负载的大小； 扩大规模以支持湿度效应； 扩大规模以支持冗余； 扩大规模以满足未来需求。 通过计算所有这些因素的发热量（瓦特）总和，便可以确定总体发热负载， 并对空调规模进行相应的调整。 IT设备冷却要求的确定过程可归结为一个简单的流程，并可由任意未经培训 的人员完成。 采用瓦特来衡量功率和冷却要求可以大幅简化工作流程。一个通用 的规则为：C