数据中心空调系统的制冷容量估算

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　　所有电子设备都会产生热量，为了避免设备温度升高至无法接受的程度，必须使这些热量扩散掉。数据中心或网络机房内的大多数IT设备和其他设备都是通过空气冷却的。为了确定制冷系统的容量，必须了解封闭空间内设备的发热量以及其他常见热源所产生的热量。
　　
　　确定整个系统的发热量
　　
　　一个系统的总发热量等于它所有组件的发热量之和。整个系统应包括IT设备及其他项，例如UPS、配电系统、空调装置、照明设施和人员等。不过，可以根据简单的标准规则确定各项的发热量。
　　
　　UPS和配电系统的发热量由两部分组成：一部分是固定的损耗值，另一部分与负载功率成正比。对于不同品牌和型号的设备，可以认为它们的这两部分热量损耗是一致的，因此可以比较准确地估计它们的发热量。照明设施和人员所产生的热量也可以使用标准值进行估算。要确定整个系统的热负荷，只需要一些很容易获取的数值信息，例如地板面积（平方英尺）和电力系统的额定功率等。
　　
　　空调装置的风扇和压缩机会产生相当多的热量。不过这些热量大部分会释放到房间外部，不会给数据中心内部带来热量负荷。但是它会降低空调系统的效率，因而在确定空调系统的功率时通常需要加以考虑。
　　
　　可以使用数据中心内各项的发热量进行详细的热量分析，不过有一种更快的方法，即利用简单规则进行估算，这样所得的结果与复杂分析的结果相差不大。这种快速估算法的优势还在于不具备任何专业常识或未经过专业培训的任何人都可胜任这一工作。
　　
　　表1为快速计算热量负荷数据表。使用该数据表，可以迅速可靠地确定数据中心的总的热负荷。该数据表的使用方法见表1后的计算步骤。
　　
　　表1―数据中心或网络机房散热量计算数据表
　　
　　计算步骤
　　
　　首先收集“所需数据”列表中要求的信息。如有疑问，请参考下面的数据定义。然后进行发热量计算，并将结果填写到“发热量分类汇总”列表中。将各分类汇总项相加，得到总发热量。
　　
　　数据定义
　　
　　IT设备总负载功率(W)—所有IT设备电源输入功率之和。
　　
　　电源系统额定功率—UPS系统的额定功率。如果使用了冗余系统，请勿包括冗余UPS的功率。
　　
　　典型系统示例
　　
　　下文以一个典型系统为例说明如何计算发热量。该系统为一个面积为5000平方英尺（465平方米）、额定功率为250kW的数据中心，内有150个机架，最多有20位人员。在本例中，按照惯例假设该数据中心的功率负载为额定功率的30%。这样，数据中心的IT设备总负载功率为250kW的30%，即75kW。在上述条件下，数据中心的总发热量为108kW，约为IT设备负载的1.5倍。

　在本例中，总散热量中数据中心内各项所占的百分比如图1所示。

图1

　　请注意，由于系统仅工作在最大功率的30%，所以对UPS和配电系统在总发热量中所占比例的估计要高于其实际值。如果系统以满负荷运转，电源系统的效率将提高，它在整个系统发热量中所占的比例将降低。如果对系统进行过度规划，那么将付出效率大幅降低的高昂代价。
　　
　　其他热源
　　
　　上述分析并没有考虑周围环境中的热源，例如透过窗口照射进来的阳光和从墙外传导进来的热量。许多小型数据中心和网络机房没有暴露在室外的墙或窗户，这时不考虑上述热源的假设是正确的。但是，对于墙或屋顶暴露在室外的大型数据中心而言，额外的热量会进入数据中心，空调系统必须将这些热量带走。
　　
　　如果数据机房位于有空调设备的封闭空间内，则其他热源造成的影响可忽略不计。如果数据中心有较大面积的墙或屋顶暴露在室外，则需要请空调专家估算出最大热量负荷，然后将该值添加到前一部分中确定的整个系统的发热量中。
　　
　　加湿
　　
　　数据中心空调除了热交换外，还应能控制房间相对湿度。在理想情况下，达到所需相对湿度时，系统将在水分含量稳定的空气中工作，这时不需要持续进行加湿。但不幸的是，在大多数空调系统中，其空气制冷功能会造成水蒸气大量凝结，从而使空气相对湿度不够。因此，需要进行补偿性的加湿以维持所需的湿度。
　　
　　补偿性加湿会给空调系统带来额外的热量负荷，实际上降低了空调系统的制冷容量，在设计容量时需要考虑到这一点。
　　
　　对于小型数据机房或较大的配线柜而言，空调系统通过管道隔离了送风与回风，不会造成冷凝，因此不需要持续进行补偿性加湿。这样空调的制冷能力可以得到充分利用，从而使制冷效率达到最高。
　　
　　对于气流大量混合的大型数据中心而言，空调系统必须提供温度较低的空气，以抵消设备释放的热空气回流所造成的影响。这将导致空气相对湿度显著降低，因而需要进行补偿性加湿。这使空调系统的性能和制冷能力受到较大影响。因此，在确定空调系统的制冷容量时，必须加大30%。
　　
　　总之，在估计计算机机房空调系统的制冷容量时，需酌情增加：如果是通过管道隔离回风的小型系统，则无需增加；如果是室内空气混合程度很高的系统，则需增加30%。 
　　
　　确定空调系统制冷容量
　　
　　在明确冷却需求之后，就可以确定空调系统的制冷容量了。如前文所述，在此过程中需要考虑下列因素：　　
　　设备（包括电源设备）的热负荷 　　
　　建筑物的传导热负荷 　　
　　考虑加湿所需的额外热负荷 　　
　　支撑冗余所需的额外热负荷 　　
　　未来所需的额外热负荷 　　
　　所有这些因素的热负荷之和(W)即为总的热量负荷。
　　
　　结论
　　
　　在确定IT系统的冷却需求时，可采用一个简化的过程，未经专门培训的任何人均可胜任。采用统一的瓦特单位表示电源容量和制冷容量，有助于简化此过程。一般情况下，计算机房空调系统的额定功率必须是预期的IT额定负载及冗余负载之和的1.3倍。对于面积在4000平方英尺（372平方米）以下的小型网络机房，这一方法都是适用的。
　　
　　对于规模更大的数据中心，在选择空调系统时通常还要考虑冷却需求之外的其他因素。一般而言，墙和屋顶之类的其他热源和空气回流等造成的影响不容忽视，必须针对具体情况加以考虑。
　　
　　通风管道或高架地板的设计对整体系统性能有较大的效果，也会显著影响数据中心内的温度均匀。采用简单、标准化和模块化的空气分配系统结构，以及本文先容的简单的热量负荷估算方法，可以减少数据中心设计过程中的工程设计需求。