数据中心空调系统制冷量确定方法

数据中心空调系统制冷量确定方法

数据中心温度是确保服务器等IT设备正常稳定运行的先决条件，温度对计算机设备的额电子元器件、绝缘材料以及记录介质都有较大的影响。在正常工作的服务器中，一般CPU的温度最高，当电子芯片的温度过高时，非常容易出现电子漂移现象，服务器就可能出现宕机甚至烧毁。因此机房环境温度与设备运行的可靠性之间有必然联系。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如下表所示：

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

IDC机房的热源不是唯一的，由多种成分组成，按《电子信息机房设计规范》中规定，机房的热负荷应包括下列内容：

计算机和其他设备的散热

建筑围护结构的传热

太阳辐射热

人体散热、散湿

照明装置散热

新风负荷

热负荷的计算方法很多，有精确算法、估算法，本文结合各种算法，针对主要热源进行精确计算。当上述各项热负荷之和确定后，就可以初步确定对空调机制冷能力的要求。对于中高档机房，应优先选用模块化机房专用空调，这样对机房将来的运行、扩容和改造都十分有利。

数据中心热负荷及其计算方法

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。

以上五种热源组成了机房的总热负荷，即机房热负荷Qt=Q1+Q2+Q3+Q4。由于上述（3）（4）（5）计算复杂，通常是采用工程查表予以确定。但是因为数据中心的规划与设计阶段，非常难以确定，所以实际在数据中心中通常采用设计估算与事后调整法。

2、机房热负荷计算方法二：设计估算与事后调整法

数据中心机房主要的热负荷来源于设备的发热量及维护结构的热负荷。

因此，要了解主设备的数量及用电情况以确定机房专用空调的容量及配置。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，也可根据机房设备功耗及机房面积，按经验进行测算。

采用“功率及面积法”计算机房热负荷。

Qt=Q1+Q2

其中，Qt总制冷量（KW）

Q1室内设备负荷（=设备功率×1.0）

Q2环境热负荷（=0.12～0.18KW/m2×机房面积），南方地区可选0.18，而北方地区通常选择0.12

方法二是对复杂科学计算的工程简化计算方法。这种计算方法下，通常容易出现计算热量大于实际热量的情况，因为机房专用空调自动控制温度并决定运行时间，所以多余的配置可以作为冗余配置，对机房专用空调的效率与耗电量不大。本文以方法二推导数据中心机房专用空调配置与能效计算。