數(shù)據(jù)中心專用空調(diào)配置選擇及PUE值計算(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)據(jù)中心專用空調(diào)配置選擇及PUE值計算數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境對服務器等IT設備正常穩(wěn)定運行起著決定性作用。數(shù)據(jù)中心機房建設的國家標準GB50174-2008電子信息機房設計規(guī)范對機房開機時的環(huán)境的要求：為使數(shù)據(jù)中心能達到上述要求，應采用機房專用空調(diào)(普通民用空調(diào)、商用空調(diào)與機房專用空調(diào)的差異對比不在本文討論范圍)。如果數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境不能滿足以上要求會對服務器等IT設備造成以下影響：溫度無法保持恒定-造成電子元氣件的壽命降低局部溫度過熱-設備突然關機濕度過高-產(chǎn)生冷凝水，短路濕度過低-產(chǎn)生有破壞性的靜電潔凈度不夠-機組內(nèi)部件過熱，腐蝕一)數(shù)據(jù)中心熱負荷及其計算方法按照數(shù)據(jù)中

2、心機房主要熱量的來源，分為：l設備熱負荷(計算機等IT設備熱負荷);l機房照明熱負荷;l建筑維護結構熱負荷;l補充的新風熱負荷;l人員的散熱負荷等。1、機房熱負荷計算方法一：各系統(tǒng)累加法(1)設備熱負荷：Q1=P×1×2×3(KW)Q1：計算機設備熱負荷P：機房內(nèi)各種設備總功耗(KW)1：同時使用系數(shù)2：利用系數(shù)3：負荷工作均勻系數(shù)通常，1、2、3取0.60.8之間，考慮制冷量的冗余，通常1×2×3取值為0.8。(2)機房照明熱負荷：Q2=C×S(KW)C：根據(jù)國家標準計算站場地技術要求要求，機房照度應大于2001x，其功耗大約為20

3、W/M2。以后的計算中，照明功耗將以20W/M2為依據(jù)計算。S：機房面積(3)建筑維護結構熱負荷Q3=K×S/1000(KW)K：建筑維護結構熱負荷系數(shù)(50W/m2機房面積)S：機房面積(4)人員的散熱負荷：Q4=P×N/1000(KW)N：機房常有人員數(shù)量P：人體發(fā)熱量，輕體力工作人員熱負荷顯熱與潛熱之和，在室溫為21和24時均為130W/人。(5)新風熱負荷計算較為復雜，我們以空調(diào)本身的設備余量來平衡，不另外計算。以上五種熱源組成了機房的總熱負荷，即機房熱負荷Qt=Q1+Q2+Q3+Q4。由于上述(3)(4)(5)計算復雜，通常是采用工程查表予以確定。但是因為數(shù)據(jù)中心

4、的規(guī)劃與設計階段，非常難以確定，所以實際在數(shù)據(jù)中心中通常采用設計估算與事后調(diào)整法。2、機房熱負荷計算方法二：設計估算與事后調(diào)整法數(shù)據(jù)中心機房主要的熱負荷來源于設備的發(fā)熱量及維護結構的熱負荷。因此，要了解主設備的數(shù)量及用電情況以確定機房專用空調(diào)的容量及配置。根據(jù)以往經(jīng)驗，除主要的設備熱負荷之外的其他負荷，如機房照明負荷、建筑維護結構負荷、補充的新風負荷、人員的散熱負荷等，如不具備精確計算的條件，也可根據(jù)機房設備功耗及機房面積，按經(jīng)驗進行測算。采用“功率及面積法”計算機房熱負荷。Qt=Q1+Q2其中，Qt總制冷量(KW)Q1室內(nèi)設備負荷(=設備功率×1.0)Q2環(huán)境熱負荷(=0.120.

5、18KW/m2×機房面積)，南方地區(qū)可選0.18，而北方地區(qū)通常選擇0.12方法二是對復雜科學計算的工程簡化計算方法。這種計算方法下，通常容易出現(xiàn)計算熱量大于實際熱量的情況，因為機房專用空調(diào)自動控制溫度并決定運行時間，所以多余的配置可以作為冗余配置，對機房專用空調(diào)的效率與耗電量不大。本文以方法二推導數(shù)據(jù)中心機房專用空調(diào)配置與能效計算。二)數(shù)據(jù)中心機房專用空調(diào)配置設定數(shù)據(jù)中心的IT類設備為100KW，并且固定不變。根據(jù)上述方法二，還需要確定機房的面積。再假定數(shù)據(jù)中心的熱負荷密度為平均熱負荷密度，即4Kw/機柜。也就是說平均每個機柜為4kw的熱負荷。數(shù)據(jù)中心的機柜數(shù)量為：100kw/4k

6、w=25臺機柜按國家標準GB50174-2008電子信息機房設計規(guī)范有關機柜占地面積計算方法，取每個機柜的占地面積為中間值4m2/臺，那么數(shù)據(jù)中心的面積為：25臺機柜×4m2/臺=100m2假定環(huán)境熱負荷系數(shù)取0.15KW/m2，則數(shù)據(jù)中心機房總熱負荷為：Qt=Q1+Q2=100kw+100×0.15=115kw數(shù)據(jù)中心送風方式選擇：按國家標準要求，采用地板下送風，機柜按冷熱通道布置。機房專用空調(diào)選擇：機房空調(diào)通常分為DX(直接制冷)與非直接制冷(包括各類水制冷系統(tǒng)等)，先討論直接制冷系統(tǒng)的機房空調(diào)。不同廠家有不同型號的機房專用空調(diào)，以艾默生網(wǎng)絡能源有限公司生產(chǎn)的Pex系列

7、機房空調(diào)為例，應配置的機房空調(diào)為：兩臺P2060機房空調(diào)，在24相對濕度50%工況下，每臺制冷量為60.6kw，兩臺空調(diào)的總制冷量為121.2kw，略大于115kw的計算熱負荷。根據(jù)國家標準GB50174-2008電子信息機房設計規(guī)范的數(shù)據(jù)中心空調(diào)配置建議，數(shù)據(jù)中心通常建議采用N+M(M=1，2，)配置形式，提供工作可靠性與安全性。假設本數(shù)據(jù)中心采用N+1方式配置，即為2+1方式配置3臺P2060機房空調(diào)，實現(xiàn)兩用一備工作。三)數(shù)據(jù)中心機房專用空調(diào)耗電量與能效計算機房空調(diào)耗電器件有：l壓縮機，也是主要的耗電器件l室內(nèi)風機，l室外風機l室內(nèi)加濕器l再熱器，用于過冷狀態(tài)下加熱l控制與顯示部件等，耗

8、電量較少，可忽略不計a，壓縮機、室內(nèi)風機、室外風機的耗電計算壓縮機、蒸發(fā)器、膨脹閥、冷凝器組成一個完整的冷熱循環(huán)系統(tǒng)(空調(diào)四部件)，其中耗電部分是壓縮機、室內(nèi)風機、室外風機等三個部件。圖：空調(diào)四部件循環(huán)詳細計算不同工況下的三個部件的耗電量是困難的，但是在最大制冷量輸出下，空調(diào)行業(yè)有個標準的參數(shù)，即能效比。能效比即一臺空調(diào)用一千瓦的電能產(chǎn)生多少千瓦的制冷/熱量。分為制冷能效比EER和制熱能效比COP。例如，一臺空調(diào)的制冷量是4800W，制冷功率是1860W，制冷能效比(EER)是：4800/18602.6;制熱量5500W，制熱功率是1800W，制熱能效比COP(輔助加熱不開)是：5500/18

9、003.1。顯然，能效比越大，空調(diào)效率就越高，空調(diào)也就越省電。目前，我國市場上民用空調(diào)平均能效比較低，僅為2.6。美國現(xiàn)行的空調(diào)能效標準規(guī)定輸出功率介于2300W到4100W，即小1匹到1.5匹的空調(diào)，能效比達2.8即為合格品;能效比達3.2即達到能源之星標準;而能效比低于2.8，不準在美國市場銷售。歐洲的能效標準，空調(diào)能效水平分為A、B、C、D、E、F、G共7個級別。其中A級最高，能效比為3.2以上;D級居中，介于2.82.6之間;E級以下屬于低能效空調(diào)。目前我國絕大多數(shù)空調(diào)處于歐洲E級水平。而在日本國內(nèi)的空調(diào)器的能效比現(xiàn)在一般都在4.05.0左右。機房專用空調(diào)因為采用專用壓縮機，所以能效比

10、都在3.33.5之間。本例中按最大負荷制冷功率115kw，則3臺艾默生P2060空調(diào)為兩用一備，其中備份機在先進的iCom控制模塊控制下，只有控制電源工作，能耗很少，忽略不計。2臺P2060空調(diào)，總制冷功率為121.2kw，取能效比中間值3.4計算，則四部件電功率為：P四部件=P制冷/cos=121.2kw/3.4=35.64kw。b，室內(nèi)加濕器功率數(shù)據(jù)中心機房的環(huán)境、建筑條件、密封狀態(tài)等不同，導致加濕功率不同。艾默生Pex系列采用遠紅外加濕器，結構簡潔，易于拆卸、清洗和維護。懸掛在不銹鋼加濕水盤上的高強度石英燈管發(fā)射出紅外光和遠紅外光，在56秒內(nèi)，使水盤中的水分子吸收輻射能以擺脫水的表面張力

11、，在純凈狀態(tài)下蒸發(fā)，不含任何雜質(zhì)。遠紅外加濕器的應用減少了系統(tǒng)對水質(zhì)的依賴性，其自動沖洗功能，使水盤更清潔。圖：遠紅外加濕器本例假設一臺P2060空調(diào)的加濕器即可滿足最大負荷下的加濕量，查相關產(chǎn)品手冊遠紅外加濕器功率為9.6kw。P加濕=9.6kwc，再熱器、控制部件耗電量再熱器的作用是當空調(diào)過冷情況下為實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機房溫度穩(wěn)定，進行電功率加熱。實際運行中，因為艾默生Pex機房空調(diào)采用先進的iCom控制器，徹底解決了空調(diào)的競爭運行工況，比如一臺空調(diào)制冷而另外一臺空調(diào)加熱的競爭運行。僅僅在控制器故障下，再熱器才會工作。因為這是非正常工況，所以再熱器的電功率不計入能效模型?？刂撇考暮碾娏亢苌伲?/p>

12、略不計?？照{(diào)系統(tǒng)總的電功率消耗與能效指標為：功率：P空調(diào)=P四部件+P加濕=35.64+9.6=45.24kw能效指標：PUE空調(diào)因子=45.24/100=0.452至此，數(shù)據(jù)中心的PUE為：PUE=1+PUE供電因子+PUE空調(diào)因子=1+0.1080.114+0.452=1.5601.566顯然，一個設計與運營良好的數(shù)據(jù)中心，在空調(diào)系統(tǒng)配置正確，不考慮照明、新風機等設備下，能效比應該是小于1.6。而實際運行的數(shù)據(jù)中心，能效比動輒大于2.5，非常耗能、非常浪費，究其原因還是用戶不太關注數(shù)據(jù)中心能效指標。Ø數(shù)據(jù)中心能效指標PUE的進一步研究工作上述的模型能夠清晰定義數(shù)據(jù)中心的主要耗電環(huán)節(jié)，為機房節(jié)能設計與運營提供了可行的數(shù)學模型。顯然，數(shù)據(jù)中心節(jié)能的重點在于空調(diào)部分的能效指標，即PUE空調(diào)因子。機房空調(diào)的能效指標又與機房的熱密度、風道布置、冷熱通道、機房建筑熱負荷、室外機布置、室內(nèi)機布置等諸多因素相關，這是本文下一步研究工作需要探討的。此外，有關水制冷系統(tǒng)與直接風冷系統(tǒng)DX的爭論，也將具體討論?？照{(diào)提供的制冷劑機外循環(huán)