3-数据中心空调设计参数及负荷计算
信息机房空调配置的计算
信息机房空调配置的计算
计算方法有2种：
方法1：功率及面积法：
Qt=Q1+Q2
Qt=总制冷量（KW）
Q1=室内设备负荷（设备功率*0.8）
Q2=环境热负荷（0.15~0.18KW/㎡*机房面积）
方法2：面积法：（当只知道面积时）
Qt=S*P
Qt=总制冷量
S =机房面积（㎡）
P =冷量估算指标（根据不同用途机房的估算指标选取）
※精密空调场所的冷负荷估算指标
1、电信交换机房、移动基站（300W/㎡左右）
2、数据中心（600w/㎡左右）
3、计算机房、计费中心、控制中心、培训中心（300W/㎡左右）
4、电子产品及仪表车间、精密加工车间（300W/㎡左右）
5、标准检测室、校准中心（250W/㎡左右）
6、UPS和电池室、动力机房（300W/㎡左右）
7、医院和检测室、生化培养室、洁净室、实验室（200W/㎡左右）
8、仓储室（博物馆、图书馆、档案馆、烟草、食品）（200W/㎡左右）※在机房行业中的经验算法：
每平方米需求能量350—500大卡/换算公式1KW=860大卡
按100平方米机房计算。
选择400大卡/平方米
100*400/860=46.5KW就是说最基本需要50KW的空调
在机房中一般还需要 1+1原则。
那么100平方米机房配2台50KW空调。
最标准｜数据中心制冷与空调系统室内外设计计算参数
最标准｜数据中心制冷与空调系统室内外设计计算参数1、主机房的运行环境应满足电子信息设备的使用要求，设备不确定时，应满足表1的要求。
表1 主机房电子信息设备环境要求1 冷通道或机柜进风区域的推荐环境参数为：温度18~27°C，露点温度5.5~15°C，相对湿度不大于60%，机房不得结露。
2 冷通道或机柜进风区域的允许环境参数为：温度15~32°C，相对湿度20%~80%，机房不得结露。
3 主机对于建设在海拔高度超过1000m 的数据中心，最高环境温度应按海拔高度每增加300m 降低1℃进行设计。
4 使用磁带驱动时，温度变化率应小于5℃/h，使用磁盘驱动时，温度变化率应小于20℃/h。
5 停机时，主机房的环境温度应为5~45℃，相对湿度应为8%~80%，露点温度不应大于27°C。
6 主机房每立方米空气中大于或等于0.5μm 的悬浮粒子数浓度应少于17,600,000粒。
7主机房宜维持房间正压，防止外部灰尘进入主机房，主机房与相邻的其它房间或走廊的静压差不宜小于5 Pa，与室外静压差不宜小于10 Pa。
条文说明：数据中心的主机房是集中放置的电子信息设备的建筑场所，其运行环境的设定，应该满足电子信息设备的要求，不宜受人员舒适性要求以及非电子信息设备要求影响，但需满足操作者的健康和安全等条件。
数据中心的环境参数是参照了《数据中心设计规范》GB50174的相关条歀。
机房处于推荐的环境参数，可以满足电子信息设备对环境的要求，对电子信息设备在可靠性、能耗、使用性能、寿命等方面更有利，是主流数据中心能接受允许温湿度范围。
环境温湿度超出推荐值，就有可能出现服务器的性能下降，服务器寿命缩短、运行噪声过大等不良影响，当数据中心安置的电子信息设备不会发生或可以接受这些不良影响时，制冷与空调系统又能节约更多能耗时，环境温湿度可以放宽到允许值。
还有一些从业者具备改变服务器散热设计的能力，可以进一步扩大服务器的环境范围，某些定制服务器的送风温度甚至可以放宽到5-45℃，机房散热也因此拥有了更多的节能选择。
机房空调工程的负荷计算公式
机房空调工程的负荷计算公式机房空调工程的负荷计算公式在空调系统设计和施工中具有重要的功能。
这些公式可以支持工程团队计算和估算空调系统的工作负荷，从而确保系统能够有效地满足机房内设备的散热需求。
在本文中，我们将探讨机房空调工程的负荷计算公式的基本原理和应用方法。
一、机房空调负荷的分类空调系统的负荷计算需要考虑不同的因素，包括室内热负荷、室外热负荷，以及机房内的人员数量、设备密度等因素。
在实际应用中，机房空调负荷可以分为以下几类：1. 实际热负荷：指设备产生的总热量，包括电力消耗和传统的热量产生方式。
2. 潜在热负荷：是指机房内湿度的变化导致的隐含热负荷，主要是由空气中的水分产生的热量。
3. 传热负荷：指空气流动和散热系统运作所导致的散热量。
机房空调系统负荷计算的首要任务是确定实际热负荷，然后考虑潜在负荷和传热负荷。
二、机房空调负荷计算公式1. 人员热负荷机房内人员数量越多，所产生的热量越大。
为了计算机房内人员的热负荷，我们需要使用以下公式：Qp = Np × Lp其中，Qp表示人员热负荷，Np表示机房内人员的数量，Lp表示每个人所产生的热量，通常取值为100W/h。
机房内的人员数量通常由建筑设计人员计算得出。
2. 设备实际热负荷摆放于机房内的设备会产生大量的热量，因此所产生的实际热负荷值非常重要。
机房内的设备实际热负荷通常使用以下公式计算：Qe = ∑Pe其中，Qe表示实际热负荷，Pe表示摆放于机房内各个设备消耗的电力。
这个数值通常取决于设备制造商提供的消耗电力值。
3. 潜在热负荷不同的空气湿度水平会导致不同的潜在热负荷，因此我们需要计算潜在热负荷以参考实际热负荷。
计算潜在热负荷的公式如下：Qh = 0.68 × G × (Hwg – Hwi)其中，Qh表示潜在热负荷，Hwg表示机房内湿度，Hwi 表示机房外湿度，G表示机房内空气的流量。
4. 传热负荷传热负荷是指机房空调系统的传热效率和管理质量所带来的散热负荷。
数据中心专用空调配置选择及PUE值计算
数据中心专用空调配置选择及PUE值计算数据中心机房环境对服务器等IT设备正常稳定运行起着决定性作用。
数据中心机房建设的国家标准GB50174-2008《电子信息机房设计规范》对机房开机时的环境的要求：为使数据中心能达到上述要求，应采用机房专用空调(普通民用空调、商用空调与机房专用空调的差异对比不在本文讨论范围)。
如果数据中心机房环境不能满足以上要求会对服务器等IT 设备造成以下影响:温度无法保持恒定—造成电子元气件的寿命降低局部温度过热—设备突然关机湿度过高—产生冷凝水，短路湿度过低-产生有破坏性的静电洁净度不够—机组内部件过热，腐蚀一)数据中心热负荷及其计算方法按照数据中心机房主要热量的来源，分为：λ设备热负荷（计算机等IT设备热负荷)；λ机房照明热负荷；λ建筑维护结构热负荷;λ补充的新风热负荷；λ人员的散热负荷等。
1、机房热负荷计算方法一：各系统累加法(1）设备热负荷：Q1=P×η1×η2×η3（KW)Q1：计算机设备热负荷P：机房内各种设备总功耗（KW）η1:同时使用系数η2：利用系数η3：负荷工作均匀系数通常，η1、η2、η3取0。
6～0.8之间,考虑制冷量的冗余，通常η1×η2×η3取值为0.8。
(2)机房照明热负荷：Q2=C×S(KW)C：根据国家标准《计算站场地技术要求》要求，机房照度应大于2001x，其功耗大约为20W/M2。
以后的计算中，照明功耗将以20W/M2为依据计算。
S：机房面积(3）建筑维护结构热负荷Q3=K×S/1000(KW）K:建筑维护结构热负荷系数（50W/m2机房面积）S：机房面积（4）人员的散热负荷：Q4=P×N/1000(KW）N:机房常有人员数量P：人体发热量，轻体力工作人员热负荷显热与潜热之和，在室温为21℃和24℃时均为130W/人。
（5)新风热负荷计算较为复杂，我们以空调本身的设备余量来平衡,不另外计算。
数据中心暖通空调系统设计例析
数据中心暖通空调系统设计例析1 工程概况本工程为广东湛江某数据中心，建筑面积29916.4㎡，建筑高度44.5m，首层层高5.7m，2至8层层高均为5.4米，耐火等级一级，属一类高层公建。
2 暖通空调系统设计概况2.1 数据中心的空调计算参数：室外计算参数采用GB50736-2012推荐的气象参数[1]，数据中心各主要功能房间的空调室内设计参数[2]如下---IDC机房设计温度：冷通道18±1℃；热通道30±1℃；相对湿度40～70﹪；UPS机房、配电室设计温度：24±2℃；管理用房设计温度：25±2℃。
空调负荷采用冷负荷计算软件进行逐时冷负荷计算。
逐时冷负荷的综合最大值为20.07MW，其中机房内的各类电子信息设备耗电量的99%左右都会转化为热能[3]，因此散热量大。
2.2 数据中心暖通空调系统的设计概况：2.2.1 制冷系统主机配置：制冷机房设在首层。
选用6台1300 USRT水冷离心冷水机组+1台410USRT 水冷螺杆冷水机组，预留30%容量，以满足整栋建筑约130%的空调负荷需求。
满负荷运行时，开启5台大的离心冷水机组，另外两台冷水机组作为备用，保证其中任意一台大的冷水机组可以随时进行检修和保养从而保证机楼24小时不间断运行；（2）50%负荷运行时，开启系统2台大的离心冷水机组和螺杆冷水机组。
冷水机组、水泵设在一层制冷机房内，冷却塔设在屋面上。
2.2.2 冷冻水系统：冷冻水系统为一级泵变流量系统，可根据末端水量的变化来调节水泵频率从而调节流量，但需保证冷水主机的最低流量要求。
冷水机组的设计出水温度为10℃，冷水进入供水环网总管，然后由两个回路（每个回路按系统65%的负荷设计）分别把冷水送至各空调末端。
16℃的回水汇入回水环网总管，经水过滤器、冷冻水泵加压后再返回冷水机组。
各层IDC机房根据机房的设定等级，精密空调采用N+1和N+X配置。
2.2.3 冷却水系统：从冷水机组出来的37℃的冷却水，经冷却塔冷却后降至32℃，再经过水过滤器、冷却水泵加压后再返回冷水机组。
数据中心负荷计算方法
数据中心负荷计算方法计算机房用电不用想都知道耗电率高，就按目前来说，大型数椐中心机房用电量，机房用电分配是：IT占44%，制冷占38%以上(有甚至的高达50%)，其余电源、照明占18%左右。
可以看出制冷耗电是影响PUE值的关键，空调冷是机房的耗电元凶。
01机房工作站、存储等占地面积计算机房面积计算公式：A(主机房面积)=F单台占用面积3.5～5.5㎡/台(取中间值4.5)*N机柜总台数主机房面积=4.5(㎡/台)*30台=135㎡2 UPS选型指标(1) 机房内设备的用电量。
例如机房计划安装30台机柜，每个机柜按照3KW功耗计算，机房内机柜设备的耗电将在3KW*30台=90KW。
(2) 机房内其它设备(消防、监控、应急照明) 监控、应急照明和消防设备耗电大约在8000W左右。
不间断电源系统的基本容量可按下式计算：E≥1.2P式中E——不间断电源系统的基本容量(不包含冗余不间断电源设备) P——电子信息设备的计算负荷[(KW/KVA)]P=1)+2)=90KW+8KW=98KWE≥1.2PE≥1.2*98 KWE≥110.4KVA考虑UPS运行在60%和70%之间是最佳状态，建议在上面的计算结果除以0.7进行再一次放大。
110.4KVA/0.6≈184KVA。
根据机型手册选择靠近功率的机型，因此选择200KVA的UPS。
为了电源端的安全可靠性，建议采用UPS机器配置1+1冗余方案，因此需要两台200KVA的UPS。
所以在选型上：选择两台200KVA UPS 做1+1并机。
3空调选型指标经验采用“功率及面积法”计算机房冷负荷。
Qt=Q1+Q2其中，Qt总制冷量(KW)Q1室内设备负荷=UPS功耗×0.8Q2环境冷负荷=0.12～0.18KW/㎡×机房面积因此，得出机房的制冷量为：Q1室内设备负荷=200KVA*0.8=160KWQ2环境冷负荷=0.15KW/㎡*251 ㎡=37.5KWQt=Q1+Q2=160KW+37.5KW=197.5KW所以：机房内所需制冷量197.5KW，建议在制冷量上做40%冗余。
机房总热负荷的计算及空调配置选型
机房总热负荷的计算及空调配置选型机房主要的热负荷来源于设备的发热量及环境维护结构的热负荷。
因此，我们要了解主设备的数量及用电情况以确定精密空调的容量及配置。
根据以往经验，除主要的设备热负荷之外的其他负荷，如机房照明负荷、建筑维护结构负荷、补充的新风负荷、人员的散热负荷等，如不具备精确计算的条件，也可根据机房的面积进行测算。
1、已知UPS容量，计算机房精密空调配置：例：UPS容量为100KVA，机房面积80m2，则机房设备热负荷Q1为：100kva（UPS容量）×0.8（功率因数）×0.8（带载率）×0.8（热转换）＝51.2KW主机房其他热负荷Q2为：80（面积）×0.1＝8KW则主机房总热负荷Q=Q1+Q2=51.2+8 = 59.2KW因此，我们推荐2台艾默生品牌PEX系列PEX60的机房空调，形成1主1备冗余工作，可满足主机房制冷需求。
2、已知负载功率，计算机房精密空调配置：例：负载功率为60KW，机房面积80m2，则机房设备热负荷Q1为：60KW（负载功率）×0.8（热转换）＝48KW机房其他热负荷Q2为：80（面积）×0.1＝8KW则机房总热负荷Q=Q1+Q2=48+8 = 56KW因此，我们推荐2台艾默生品牌PEX系列PEX60的机房空调，形成1主1备冗余工作，可满足机房制冷需求。
3、UPS室机房精密空调配置：例：UPS容量为400KVA，UPS室面积60m2，则UPS室设备热负荷Q1为：400kva（UPS容量）×0.8（功率因数）×0.08（热损耗）＝25.6KWUPS室其他热负荷Q2为：60（面积）×0.1＝6KW则机房总热负荷Q=Q1+Q2=25.6+6 = 31.6KW因此，我们推荐2台艾默生品牌PWX系列的PEX35机房精密空调，形成1主1备冗余工作，可满足UPS室制冷需求。
4、电池室机房精密空调配置：铅酸免维护蓄电池一般来说其寿命为3～5年，但是电池的使用环境和使用者对电池的日常维护保养，很大程度上影响到电池使用寿命的延长或缩短。
数据中心空调负荷计算
数据中心空调负荷计算
编号 房间名称 负荷分项
机柜（台）
机房面积（㎡）
1-4
接入间A
照明（㎡） 新风（m³/h）
结构（㎡）
人员
机柜（台）
机房面积（㎡）
1-5
接入间B
照明（㎡） 新风（m³/h）
结构（㎡）
人员
一层新风
一层空调
机柜（台）
机房面积（㎡）
2-1
2F-1机房
照明（㎡） 新风（m³/h）
3.64 1.10 0.02 0.011 0.06 0.00 0.20 1.00 0.00
0.85 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.06 1.00
0.011 0.06 0.00
1.00 1.00 1.00
3.64 1.10 0.02 0.011 0.06 0.00 0.20 1.00 0.00
141.00 397.00 467.00 2708.60 467.00
0.00 8.00 500.00 78.00 78.00 0.00 99.00 0.00 2708.60
141.00 397.00
单位负荷 （KW）
系数
1.50 0.00 0.02 0.011 0.06 0.00 1.50 0.00 0.02 0.011 0.06 0.00
结构（㎡）
83.00
0.06 1.00 4.98
人员
0.00
0.00 1.00 0.00
五层新风
2708.60
28.71
28.71
五层空调
541.01
机柜（台）
141.00 3.64 0.85 0.00
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3、空调负荷计算
三个基本概念： 1、得热量：某一时间片段，进入有限封闭空间的热量。 2、冷负荷：为维持有限封闭空间温度的恒定，在某一时间片段需要 抽取的热量（或提供中和的冷量）。 3、开机负荷：指空调系统开始供冷时，由于被空调空间温度高于设 定温度，其总负荷远大于房间处于目标温度的稳态下的负荷。开机负 荷包括稳态情况下的常规负荷和为降温到目标温度的负荷。降温负荷 随实际情况而不同，一般以最不利情况进行计算。大型系统，若开机 负荷计算不精确，会导致系统温度在开机后，很长时间达不到目标温 度，有些会长达数小时。
3、空调负荷的特点
设计冷量与得热负荷之间关系
3、空调负荷计算
实际上，热负荷一直是非稳 态的。而且是多种因素的叠 加，所以得热量不稳定。 空 调 冷负荷
平衡过程
房间
建筑得热 内部热量
冷量＞热量
降温
冷量＜热量
升温
冷量==热量
恒温
3、空调负荷计算
1、主设备散热量
以主设备的标称功率，直接进行计算。如服务器400W，1500台，其总功率 为：600KW ???!!! A： KW ≠KVA 功率因数？ B：设备功率与发热是什么关系？
对于有门窗的房间，如果透过门窗的辐射热超过50W/㎡（按建筑面积算）， 房间不需电灯即可满足室内照明的需要。所以，在设计计算时，太阳透光辐 射热大于50W/㎡时，一般不需要进行照明热负荷计算，但是对于跨度大的 建筑还是要计算照明负荷的。
4、人体散热量
静坐：108W 极轻劳动：134W 轻度劳动：180W 中等劳动：235W 重度劳动：407 W
地区不同，用户不同，参数一定不同！ 要以最不利条件进行计算。
2、室内、外空气设计参数（样板）
1.3 空调设计计算参数
1） 室外气象参数
室外计 算相对 湿度% 冬季空 气调节 75
室外计算温度 。C 夏季空 气调节 34.4 夏季空气调 节日平均 30.8 冬季空 气调节 -2.2
湿球温度。C 夏季室外平均每 年不保证50小时 27.9
λ――太阳辐射热（直接辐射+散射辐射） S――门窗面积（㎡） C――遮阳系数
最简单的算法：
总热负荷=建筑综合负荷+设备负荷
建筑综合负荷=面积×单面积估算值（100-150W/m2）
数据中心空调设计参数及负荷计算
1、空调负荷的特点
2、室内、外空气设计参数 3、空调负荷计算
1、空调负荷的特点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 数据中心的热负荷连续，不允许中断，需要高保障。 机房是分级别的，对环境的要求不同，需要分别对待。 热源集中，容易出现局部热点。设备热量占主导，为全热量的80%以上。 热负荷大，湿负荷小或没有。 与民用建筑有明显区别，热负荷对外界环境（气候）不是非常敏感。 机楼投产后，设备负荷逐步上载，但很多终生达不到预期负荷。需要考虑 一次建成还是分步建设。
2、室内、外空气设计参数
室内参数： 温度：根据规范或用户需求，不同等级不同用户的要求不一样。相邻房间 的温差需要考虑。 湿度：干燥地区需要重点确定。沿海地区可用放松。一般20-80%。 洁净度：看城市情况。不涉及纯新风，要求可放宽。 正压：与洁净度相关，如洁净度保证，正压很少考虑。 室外参数：民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB 50736-2012
2、围护结构传热量
QR = Kபைடு நூலகம்× （C × TW-TN） × S
QR——围护结构传热量（W） TW——室外计算温度（℃） K ——围护结构传热量（W/㎡· ℃） TN——室内计算温度（℃） C——室外计算温度修正系数（冬季取1） S ——围护结构外表面积（㎡）
3、空调负荷计算
3、照明热负荷
如果按照以往资料，多数办公室照明负荷大于20W/㎡，但是采用节能灯照 明负荷一般小于5 W/㎡，所以应参考照明设计进行计算。
室外风速m/s
主要风向
大气压力 hPa 夏季 冬季
夏季
冬季
夏季
冬季
3.0
2.6
东南风
西北风
1005.4
1025.4
2） 室内设计参数
温度℃ 夏季 21～25 18～28 冬季 21～25 18～28
房间名称 通信机房 电力电池室
相对湿度% 40～70 <80
备注
不得结露、温度变化率＜5℃/h 不得结露、温度变化率＜10℃/h
夏季空调室外计算干球温度，应采用历年平均不保证50小时的干球温度。 × 夏季空调室外计算湿球温度，应采用历年平均不保证50小时的湿球温度。 × 夏季空调室外计算日平均温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度。 冬季空调室外计算温度，应采用历年平均不保证1天的日平均温度。 冬季空调室外计算相对湿度，应采用累年最冷月平均相对湿度。 夏季太阳辐射照度应根据当地的地理纬度、大气透明度和大气压力，按7月21 日的太阳赤纬计算确定。
3、空调负荷计算
5、通风换气耗热（冷）量 Qｈ = L×V×（C ×TW－TN）
L――换气量（ｍ3/ｈ） V――空气容积热容，夏季按0.46W· ｈ/（ｍ3· ℃），冬季按0.4W· ｈ/（ｍ3· ℃） TW——室外计算温度（℃） TN——室内计算温度（℃）
6、通过门窗的太阳辐射热 QY = C·λ·S