適用于小型網絡機房的發熱量計算方法

                      2016-08-23

                             所有電子設備都會產生熱量,為了避免設備溫度升高至無法接受的程度,必須使這些熱量擴散掉。數據中心或網絡機房內的大多數IT設備和其他設備都是通過空氣冷卻的。為了確定制冷系統的容量,必須了解封閉空間內設備的發熱量以及其他常見熱源所產生的熱量。

                             計算設備或其他IT設備通過數據線傳輸的能量可以忽略不計。因此,交流電源干線所消耗的能量基本上都會轉換為熱量。這樣一來,IT設備的發熱量就可以簡單地等同于該設備的電力消耗量(均以瓦特為單位)。

                      確定整個系統的發熱量

                             一個系統的總發熱量等于它所有組件的發熱量之和。整個系統應包括IT設備及其他項,例如UPS、配電系統、精密空調、照明設施和人員等。不過,可以根據簡單的標準規則確定各項的發熱量。

                              UPS和配電系統的發熱量由兩部分組成:一部分是固定的損耗值,另一部分與負載功率成正比。對于不同品牌和型號的設備,可以認為它們的這兩部分熱量損耗是一致的,因此可以比較準確地估計它們的發熱量。照明設施和人員所產生的熱量也可以使用標準值進行估算。要確定整個系統的熱負荷,只需要一些很容易獲取的數值信息,例如地板面積(平方英尺)和電力系統的額定功率等。

                              空調裝置的風扇和壓縮機會產生相當多的熱量。不過這些熱量大部分會釋放到房間外部,不會給數據中心內部帶來熱量負荷。但是它會降低空調系統的效率,因而在確定空調系統的功率時通常需要加以考慮。

                              可以使用數據中心內各項的發熱量進行詳細的熱量分析,不過有一種更快的方法,即利用簡單規則進行估算,這樣所得的結果與復雜分析的結果相差不大。這種快速估算法的優勢還在于不具備任何專業知識或未經過專業培訓的任何人都可勝任這一工作。

                       表1為快速計算熱量負荷數據表。使用該數據表,可以迅速可靠地確定數據中心的總的熱負荷。該數據表的使用方法見表1后的計算步驟。

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                      計算步驟

                      首先收集“所需數據”列表中要求的信息。然后根據下面的數據定義進行發熱量計算,并將結果填寫到“發熱量分類匯總”列表中。將各分類匯總項相加,得到總發熱量。

                      數據定義

                      IT設備總負載功率(W)—所有IT設備電源輸入功率之和。

                      電源系統額定功率—UPS系統的額定功率。如果使用了冗余系統,請勿包括冗余UPS的功率。

                      數據中心或網絡機房散熱量計算案例

                      某數據中心個面積為465平方米,額定功率為250kW,內有150個機架,最多有20位人員。在本例中,按照慣例假設該數據中心的功率負載為額定功率的30%,即75kW.在上述條件下,數據中心的總發熱量為108kW,約為IT設備負載的1.5倍。

                      在本例中,總散熱量中數據中心內各項所占的百分比如圖1所示。

                      請注意,由于該系統功率僅為額定功率的30%,所以對UPS和配電系統在總發熱量中所占比例的估計要高于其實際值。如果系統以滿負荷運轉,電源系統的效率將提高,它在整個系統發熱量中所占的比例將降低。如果對系統進行過度規劃,那么將付出效率大幅降低的高昂代價。

                      對其他熱源的計算

                      上述分析并沒有考慮周圍環境中的熱源,例如透過窗口照射進來的陽光和從墻外傳導進來的熱量。許多小型數據中心和網絡機房沒有暴露在室外的墻或窗戶,這時則不需要考慮上述熱源。但是,對于墻或屋頂暴露在室外的大型數據中心而言,額外的熱量會進入數據中心,在設計空調系統制冷量時必須考慮這些熱量。建筑圍護的透熱量請參考連續橙色預警小心數據中心高溫并發癥一文。

                      加濕給空調系統帶來額外熱負荷

                      數據中心空調除了熱交換外,還應能控制房間相對濕度。在理想情況下,達到所需相對濕度時,系統將在水分含量穩定的空氣中工作,這時不需要持續進行加濕。但不幸的是,在大多數空調系統中,其空氣制冷功能會造成水蒸氣大量凝結,從而使空氣相對濕度不夠。因此,需要進行補償性的加濕以維持所需的濕度。

                      補償性加濕會給空調系統帶來額外的熱量負荷,實際上降低了空調系統的制冷容量,在設計容量時需要考慮到這一點。

                      對于小型數據機房或較大的配線柜而言,空調系統通過管道隔離了送風與回風,不會造成冷凝,因此不需要持續進行補償性加濕。這樣空調的制冷能力可以得到充分利用,從而使制冷效率達到最高。

                      對于氣流大量混合的大型數據中心而言,空調系統必須提供溫度較低的空氣,以抵消設備釋放的熱空氣回流所造成的影響。這將導致空氣相對濕度顯著降低,因而需要進行補償性加濕。這使空調系統的性能和制冷能力受到較大影響。因此,在確定空調系統的制冷容量時,必須加大30%.

                      總之,在估計計算機機房空調系統的制冷容量時,需酌情增加:如果是通過管道隔離回風的小型系統,則無需增加;如果是室內空氣混合程度很高的系統,則需增加30%。

                      確定空調系統制冷容量

                      在明確冷卻需求之后,就可以確定空調系統的制冷容量了。綜上所述,在明確了冷卻需求之后,確定空調系統的制冷容量時,需考慮下列因素:

                      設備(包括電源設備)的熱負荷建筑物的傳導熱負荷

                      考慮加濕所需的額外熱負荷

                      支持冗余所需的額外熱負荷

                      未來所需的額外熱負荷

                      所有這些因素的熱負荷之和(W)即為總的熱量負荷。

                      結論

                      在確定服務器等IT系統的冷卻需求時,一般情況下,計算機房空調系統的額定功率必須是預期的IT額定負載及冗余負載之和的1.3倍。對于面積在400平方米以下的小型網絡機房,這一方法都是適用的。

                      對于規模更大的數據中心,在選擇空調系統時通常還要考慮冷卻需求之外的其他因素。一般而言,墻和屋頂之類的其他熱源和空氣回流等造成的影響不容忽視,必須針對具體情況加以考慮。



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