思邁普機(jī)房空調(diào)節(jié)能分析及熱負(fù)荷計算

1、數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)節(jié)能分析及機(jī)房熱負(fù)荷計算恒溫恒濕機(jī)房高精度設(shè)計方案機(jī)房精密空調(diào)不僅對溫度可以調(diào)節(jié)，也可以對濕度可以調(diào)節(jié)，并且精度都是很高的。計算機(jī)特別是服務(wù)器對溫度和濕度都有特別高的要求，如果變化太大，計算機(jī)的計算就可能出現(xiàn)差錯，對服務(wù)商是是很不利的特別是銀行和通訊行業(yè)?，F(xiàn)在的機(jī)房精密空調(diào)要求一般在溫度精度達(dá)2，濕度精度5%，高精度機(jī)房精密空調(diào)可以溫度精度達(dá)到0.5，濕度精度達(dá)到2。機(jī)房專用空調(diào)高可靠性 一個機(jī)房最注重的就是可靠性。全年8760小時要無故障運(yùn)行，就需要機(jī)房空調(diào)可靠的零部件和優(yōu)秀的控制系統(tǒng)。一般機(jī)房多是N+1備份，一臺空調(diào)出了問題，其他空調(diào)就可以馬上接管整個系統(tǒng)。目前最知名的產(chǎn)品

2、有：思邁普機(jī)房空調(diào)、艾默生機(jī)房空調(diào)、APC機(jī)房空調(diào)等都是目前做頂端的產(chǎn)品。一個數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與運(yùn)營，對于數(shù)據(jù)中心管理人員來說，最最關(guān)心的是能耗成本，因?yàn)槟苄Ц叩团c他們的工作效率息息相關(guān)，同時影響在企業(yè)之間各個管理層的信任程度。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今面對著云計算、虛擬化技術(shù)的洗禮，在高效節(jié)能方面也不斷地更新技術(shù)，雖然如今的技術(shù)比起過去要先進(jìn)得多，但是同樣一個數(shù)據(jù)中心需要承擔(dān)的負(fù)載也越來越多。 以上的事實(shí)表明，數(shù)據(jù)中心能耗方面是一個永無止境的學(xué)問，對于新技術(shù)如果不給予關(guān)注，那么遲早就會被科技進(jìn)步的洪流所淹沒，甚至滅亡。能耗是數(shù)據(jù)中心的一場長期戰(zhàn)斗；因此對機(jī)房能耗巨頭機(jī)房空調(diào)的能效做一個簡

3、單分析：節(jié)能型EC風(fēng)機(jī)EC電機(jī)為內(nèi)置智能控制模塊的直流無刷式免維護(hù)型電機(jī)，自帶RS485輸出接口、0-10V傳感器輸出接口、4-20mA調(diào)速開關(guān)輸出接口、報警裝置輸出接口及主從信號輸出接口。該產(chǎn)品具有高智能、高節(jié)能、高效率、壽命長、振動小、噪聲低以及可連續(xù)不間斷工作等特點(diǎn)。思邁普空調(diào)EC風(fēng)機(jī)節(jié)能型高效風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：革命性EC風(fēng)機(jī)技術(shù)采用高效可調(diào)速控制電機(jī)，可大大減少能耗并延長部件壽命，為最終用戶提供最大價值。EC風(fēng)機(jī)由空調(diào)的控制器控制，可為IT設(shè)備提供最合適的氣流以提供最佳運(yùn)行條件。針對EC風(fēng)機(jī)下送風(fēng)機(jī)組，采用風(fēng)機(jī)下沉式設(shè)計，在現(xiàn)場安裝時，把EC風(fēng)機(jī)下沉到地板下，可以進(jìn)一步降低風(fēng)機(jī)能耗EC風(fēng)機(jī)特點(diǎn)

4、：1.效率高、節(jié)能，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速；2.節(jié)省空間；3.運(yùn)行噪音低；4.內(nèi)部控制板控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行； 思邁普空調(diào)在行業(yè)中對機(jī)房制冷設(shè)計規(guī)劃有著深度的關(guān)注。一直致力于給客戶提供最具價值的空調(diào)制冷產(chǎn)品。其公司是一家始終注重數(shù)據(jù)中心價值發(fā)現(xiàn)，以成為“全球領(lǐng)先的智慧數(shù)據(jù)中心解決方案品牌”為目標(biāo)，專注于數(shù)據(jù)中心整體解決方案的高科技企業(yè)。公司始終以客戶為中心，提供優(yōu)質(zhì)、創(chuàng)新的高可靠性產(chǎn)品、解決方案和業(yè)內(nèi)專業(yè)服務(wù)及技術(shù)支持，來不斷改善數(shù)據(jù)中心的節(jié)能性能并且給客戶提供最具準(zhǔn)確的負(fù)荷計算，滿足客戶需求。為每個機(jī)房建設(shè)規(guī)劃提供高性價比方案。思邁普針對熱負(fù)荷計算的分享1）系統(tǒng)設(shè)備發(fā)熱量的組成 如何預(yù)測數(shù)據(jù)中心內(nèi)IT設(shè)備和

5、其它設(shè)備（如UPS等）的發(fā)熱量，是做空調(diào)制冷規(guī)劃設(shè)計之前首先要解決的。所有電子設(shè)備無一例外地都會產(chǎn)生熱量。并且必須消除這些熱量，以避免設(shè)備溫度上升到一個無法承受的高度。數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)的大多數(shù)IT設(shè)備均采用了空氣冷卻方法。調(diào)整冷卻系統(tǒng)的規(guī)模需要事先了解數(shù)據(jù)中心在封閉空間內(nèi)的發(fā)熱源和發(fā)熱量。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的熱源不是唯一的，由多種成分組成，機(jī)房的熱濕負(fù)荷應(yīng)包括下列內(nèi)容：l 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱；l 太陽輻射熱；l IT和其他設(shè)備的散熱；l 人體散熱、散濕；l 照明裝置的散熱；l 新風(fēng)負(fù)荷；熱負(fù)荷的計算方法很多，有精算法、估算法，這里使用的算法結(jié)合了各種算法，并進(jìn)行簡化，考慮了主要熱源（設(shè)備），基本上是精

6、確的。當(dāng)上述各項(xiàng)熱負(fù)荷之和確定后，就可以初步確定對空調(diào)機(jī)組制冷能力的要求。2）建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱熱量傳遞方式有三種：傳導(dǎo)、對流和輻射。通過機(jī)房屋頂、墻壁、隔斷等圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入機(jī)房的傳導(dǎo)熱量是一個與季節(jié)、時間、地理位置和太陽的照射角度等有關(guān)的量，要準(zhǔn)確地求出這個熱量是個很復(fù)雜的問題。當(dāng)室內(nèi)外空氣溫度保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)時，由平面形狀墻壁傳入機(jī)房的熱量Q（單位為kcal/h）可按如下公式計算：Q=KF（tzptn）( 5-1)式中K圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)kcal/(m2h)F圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積（m2）tzp機(jī)房內(nèi)溫度（)tn機(jī)房外的計算溫度（)3）從玻璃透入的太陽輻射熱當(dāng)玻璃受陽光照射時，一部分被反射，一部分被

7、玻璃吸收，剩下的透過玻璃射入機(jī)房轉(zhuǎn)化為熱量。被玻璃吸收的熱量使玻璃溫度升高，其中一部分通過對流進(jìn)入機(jī)房也成為熱負(fù)荷。透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量可按下式計算：Q=KFq（kcal/h）式中K太陽輻射熱量的透入系數(shù)，取決于窗戶的種類，通常取0.360.4F玻璃窗的面積（m2）q太陽輻射熱強(qiáng)度kcal/(m2h)太陽輻射熱強(qiáng)度q隨緯度、季節(jié)的不同而不同，又隨太陽照射角度而變化，具體數(shù)值要參考當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。但是，太陽輻射熱量又與建筑有無遮陽設(shè)施、窗玻璃的厚度、窗戶數(shù)量有關(guān)系。通常情況下，根據(jù)地區(qū)的不同和年平均氣溫的不同，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱和太陽輻射熱量以估算得出。4）服務(wù)器和其他設(shè)備的熱負(fù)荷數(shù)據(jù)中心機(jī)房

8、中，最主要的是服務(wù)器，可以分成三種類型：塔式服務(wù)器、機(jī)架式服務(wù)器和刀片式服務(wù)器。其中機(jī)架式服務(wù)器和刀片式服務(wù)器可以直接安裝到標(biāo)準(zhǔn)19英寸的機(jī)柜中。目前很多網(wǎng)站的服務(wù)器都采用這種方式。服務(wù)器都是由電子部件組成，其原理和結(jié)構(gòu)與計算機(jī)完全相同，只是功能比計算機(jī)更強(qiáng)，可靠性更高。服務(wù)器的總功耗，就是將服務(wù)器中的各個部件的功耗疊加。當(dāng)然，這些部件不是一直工作的，是間歇性運(yùn)行，所以設(shè)備資料提供的是該服務(wù)器的最大功耗。機(jī)房中服務(wù)器的總功耗，就是測量機(jī)架電流和電壓，電流和電壓的乘積就是該機(jī)架的總功耗（KVA），所有機(jī)架的功耗總和就是機(jī)房的總功耗數(shù)。在機(jī)房中，除了服務(wù)器熱負(fù)荷外，在工作中使用的測試儀器、電纜發(fā)熱

9、等組成了其他的熱負(fù)荷，由于這些發(fā)熱量較小，一般可以忽略不計。UPS 和配電系統(tǒng)的發(fā)熱量由固定損耗和與運(yùn)行功率成比例（包括乘方比）的損耗兩部分組成。這些損耗在不同品牌和型號的設(shè)備間通常都是相差無幾的，因此可輕松估算出來，且不會發(fā)生太大的偏差。 空調(diào)設(shè)備的風(fēng)扇和壓縮機(jī)會產(chǎn)生大量熱量。這些熱量被排出到外部環(huán)境，從而不會在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部造成熱負(fù)載。然而，它也會抵消一部分空調(diào)系統(tǒng)的功效，因此在確定空調(diào)功率大小時通常需要考慮此因素。5）人體散熱、散濕人體內(nèi)的熱量是通過皮膚和呼吸器官釋放出來的，這種熱量含有水蒸氣，熱負(fù)荷應(yīng)是顯熱和潛熱負(fù)荷之和。人體發(fā)出的熱量隨工作狀態(tài)而異，機(jī)房中工作人員按輕體力工作處理。當(dāng)室

10、溫為24時，其顯熱負(fù)荷為70W，潛熱負(fù)荷為112W；當(dāng)室溫為21時，其顯熱負(fù)荷為87W，潛熱負(fù)荷為94W，二種情況下，其總熱負(fù)荷基本相同。當(dāng)機(jī)房中工作人員較多時，必須將人員的熱負(fù)荷計算在內(nèi)。6）照明裝置的散熱機(jī)房照明裝置的耗電量，一部分變成光，一部風(fēng)變成熱。變成光的部分也應(yīng)被建筑物和設(shè)備等吸收而變成熱。因此，在計算中，也要將這部分熱量計算在內(nèi)。照明裝置產(chǎn)生的熱量一般根據(jù)機(jī)房占地面積計算。7）室外空氣進(jìn)入機(jī)房帶來的熱負(fù)荷人需要吸入氧氣并呼出二氧化碳，如果人在機(jī)房中長期逗留，就需要補(bǔ)充室外新鮮空氣，來保證人員有足夠的氧氣，以保證人員的健康。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的新風(fēng)量：機(jī)房人員取40m3/h人數(shù)。維持機(jī)房

11、正壓所需的戲風(fēng)量。新風(fēng)的熱負(fù)荷，可以根據(jù)下式進(jìn)行計算：Q=G(h新風(fēng)-h室內(nèi))（5-3）式中Q新風(fēng)熱負(fù)荷（kcal/h）G新風(fēng)量（kg/h）每m3空氣按1.2kg計算h新風(fēng)、h室內(nèi)室內(nèi)外空氣焓值8）機(jī)房加濕產(chǎn)生的熱負(fù)荷 除了消除熱量外，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)還用來控制濕度。理想情況下，當(dāng)調(diào)至所需濕度后，系統(tǒng)將在恒定空氣濕度下工作，而無需不斷調(diào)整濕度。但實(shí)際情況是，大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)的空氣冷卻功能會產(chǎn)生水汽的凝結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致濕度降低。因此，系統(tǒng)需要不斷補(bǔ)充濕度，以保持所需的濕度等級。 補(bǔ)充濕度造成了CRAC設(shè)備額外的發(fā)熱負(fù)載，會顯著降低設(shè)備的冷卻性能，從而需要擴(kuò)大致冷系統(tǒng)規(guī)模。 對于小型數(shù)據(jù)機(jī)房或大型布線

12、室而言，其空調(diào)系統(tǒng)通過使用管道將回風(fēng)與送風(fēng)相隔離，結(jié)果空調(diào)將不會產(chǎn)生水汽凝結(jié)問題，從而不需要連續(xù)補(bǔ)充濕度。這樣可以充分利用空調(diào)系統(tǒng)的性能，最大限度地發(fā)揮其效率。 對于具有大量混合空氣的大型數(shù)據(jù)中心而言，CRAC設(shè)備提供溫度較低的空氣，以克服高溫設(shè)備的廢氣循環(huán)作用。這將會不斷降低空氣濕度，從而需要進(jìn)行補(bǔ)充。這將導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的性能和容量大幅降低，進(jìn)而要求CRAC系統(tǒng)的容量必須高出預(yù)計30%。 CRAC系統(tǒng)的規(guī)模擴(kuò)大范圍介于0-30%之間，其中0主要針對通過管道返回氣體的小型系統(tǒng)而言，而30%主要針對在機(jī)房內(nèi)擁有大量混合氣體的系統(tǒng)而言。數(shù)據(jù)中心總熱負(fù)荷的估算 數(shù)據(jù)中心機(jī)房中，總的熱量就是以上所有熱量

13、的總和，此數(shù)據(jù)是規(guī)劃設(shè)計制冷設(shè)備總?cè)萘康淖钪饕囊罁?jù)。一方面我們可以使用發(fā)熱量數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)中心的每一項(xiàng)目進(jìn)行發(fā)熱分析，同時我們也可以使用簡單的規(guī)則快速估計出一個結(jié)果，這一結(jié)果通常在詳細(xì)結(jié)果的準(zhǔn)許偏差范圍之內(nèi)?？焖俟烙嫷膬?yōu)勢在于評估人員無需具備專業(yè)知識或接受專門的培訓(xùn)。 表提供了一個可對發(fā)熱量進(jìn)行快速計算的工作表。借助該工作表，相關(guān)人員將可以快速可靠地計算出數(shù)據(jù)中心的整體發(fā)熱量。該工作表的具體應(yīng)用在表8下方的流程中進(jìn)行了詳細(xì)描述。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱、從玻璃透入的太陽輻射熱等，因不是主要因素和計量困難，在估算時就忽略了。項(xiàng)目 所需數(shù)據(jù) 發(fā)熱量計算 發(fā)熱量總計 IT設(shè)備 總體IT負(fù)載功率(瓦特） 約等

14、于總體IT負(fù)載功率 _瓦特 含電池的 UPS設(shè)備 電源系統(tǒng)所配置的UPS設(shè)備的額定功率 空載損耗+運(yùn)行損耗 =（0.04x電源系統(tǒng)額定功率）+（0.06x總體IT負(fù)載功率） _瓦特 配電設(shè)備（包括配電、變壓器、諧波治理等） 電源系統(tǒng)額定功率 空載損耗+運(yùn)行損耗 =（0.02x電源系統(tǒng)額定功率）+（0.02 x 總體 IT 負(fù)載功率） _瓦特 照明設(shè)備 占地面積（平方英尺） 占地面積（平方米） 2.5x占地面積（平方英尺）或26.91x占地面積(sqm) _瓦特 人員 數(shù)據(jù)中心最多人員數(shù)量 100x最多人員數(shù)量 _瓦特 總計 上述數(shù)據(jù)總計 發(fā)熱量總和 _瓦特 下面通過典型系統(tǒng)實(shí)例做進(jìn)一步說明。

15、在本例中，數(shù)據(jù)中心占地460平方米，功率250KW，擁有150個機(jī)架，員工數(shù)量最多20名。在本例中，我們假定數(shù)據(jù)中心的容量達(dá)到30%。數(shù)據(jù)中心的總體IT負(fù)載是250kW的30%，或大約80kW。在這種情況下，總體數(shù)據(jù)中心發(fā)熱量為116kW，比IT負(fù)載高約一半。 在本例中，數(shù)據(jù)中心內(nèi)不同設(shè)備在總體發(fā)熱量中所占的比例如圖所示。數(shù)據(jù)中心各項(xiàng)在總體發(fā)熱量中所占的比例需要指出的是，UPS 和配電設(shè)備的發(fā)熱量比例有所擴(kuò)大，因?yàn)橄到y(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行功率僅為額定的30%。如果系統(tǒng)以 100% 的功率運(yùn)行，電源系統(tǒng)的效率將增加，在系統(tǒng)發(fā)熱量中的比例也會相應(yīng)提高。效率的一個重大損失就是系統(tǒng)規(guī)模過大所造成的實(shí)際成本。 特

16、別需要指出的是，這里講的是系統(tǒng)發(fā)熱量，不要等同于制冷系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計制冷量，由于空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷效率低下，系統(tǒng)設(shè)備制冷量要比系統(tǒng)發(fā)熱量大得多。在確定了系統(tǒng)基本負(fù)荷后，還要根據(jù)以下因素調(diào)整空調(diào)制冷系統(tǒng)規(guī)模實(shí)際設(shè)備冷卻負(fù)載的大?。òü╇娫O(shè)備）； l l 由于氣流組織問題造成的制冷效率低下； l l 建筑物冷卻負(fù)載的大??； l l 擴(kuò)大規(guī)模以支持濕度效應(yīng)； l l 擴(kuò)大規(guī)模以支持冗余； l l 擴(kuò)大規(guī)模以滿足未來需求。 通過計算所有這些因素的發(fā)熱量（瓦特）總和，便可以確定總體發(fā)熱負(fù)載，并對空調(diào)規(guī)模進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 IT設(shè)備冷卻要求的確定過程可歸結(jié)為一個簡單的流程，并可由任意未經(jīng)培訓(xùn)的人員完成。采用瓦特來衡量功率和冷卻要求可以大幅簡化工作流程。一個通