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与PUE值计算数据中心室的环境对服务器等IT设备的正常稳定运行起着决定性的作用。 数据中心机房建设国家标准GB50174-2008 电子信息机房设计规范在机房通电时对环境的要求：为了使数据中心能够满足上述要求，必须采用机房专用空调(一般民用空调、商用空调和机房专用空调的区别在本文中不予研究)。 如果数据中心办公室环境不符合上述要求，可能会对服务器和其他IT设备产生以下影响温度不能保持恒定-电子元器件寿命降低局部温度过热-设备突然关闭湿度过高-发生结露、短路湿度过低-产生破坏性静电洁净度不足-单元内的部件过热、腐蚀1 )数据中心的热负荷及其计算方法根据数据中心室的主要热源，分类如下：l设备热负载(计算机等IT设备热负载)l室照明热负荷l建筑维护结构的热负荷l补充的新风热负荷l人的散热负荷等。1、机房热负荷的计算方法1 :各系统的累积法(1)设备热负荷：Q1=P123(KW )Q1:计算机设备的热负荷p :机械室内各种设备的总耗电量(KW )1 :系数并用2 :利用系数3 :负荷动作均匀系数通常，1、2、3取0.60.8间，考虑到制冷量冗馀性，1、2、3通常取0.8的值.(2)机械室照明热负荷：Q2=CS(KW )c :根据国家标准计算站场地技术要求的要求，机房的照度必须大于2001x，其耗电量约为20W/M2。 在以后的计算中，照明功耗根据20W/M2计算。s :机械室面积(3)建筑维护结构的热负荷Q3=KS/1000(KW )k :建筑保养结构的热负荷系数(50W/m2机械室面积)s :机械室面积(4)人员散热负荷：Q4=PN/1000(KW )n :机房里有很多人p :人体的发热量、轻体力劳动者的热负荷显热和潜热之和，室温为21和24时为130W/人。(5)新风热负荷的计算复杂，空调本身设备馀量均衡，不另行计算。以上5种热源构成了机械室的总热负荷，即机械室热负荷Qt=Q1 Q2 Q3 Q4。 由于上述(3)(4)(5)的计算很复杂，所以通常使用工程表来决定。 但是，由于数据中心的规划和设计阶段非常难以确定，因此实际上数据中心多采用设计报价和事后调整法。2、机房热负荷的计算方法2 :设计估计和事后调整法数据中心室的主要热负荷来源于设备的发热量和维护结构的热负荷。因此，必须掌握主设备的数量和耗电情况，确定机房专用空调的容量和配置。 根据以往的经验，主要设备热负荷以外的负荷，如机房照明负荷、建筑维持构造负荷、补充的新风负荷、人员的散热负荷等，如果没有正确的计算条件，也可以根据机房设备的消耗功率和机房面积，根据经验进行推算。采用“电力和面积法”的计算机房热负荷。Qt=Q1 Q2在此为Qt总制冷量(KW )Q1室内设备负载(=设备功率1.0 )Q2环境热负荷(=0.120.18KW/m2机械室面积)，南方地区为0.18，北方地区通常为0.12方法二是简化复杂科学计算工程的计算方法。 该计算方法通常容易发生计算热量大于实际热量的情况。 机房专用空调自动控制温度，决定运行时间，因此多馀的配置可以作为冗馀配置，机房专用空调的效率和功耗不太大。 本文用方法2推导出数据中心室专用空调的配置和能效计算。2 )数据中心室专用空调的配置将数据中心IT设备设置为100KW并保持固定。 根据上述方法2，还需要确定机房的面积。假定数据中心的热负荷密度为平均热负荷密度，即4Kw/机柜。 这意味着每个机柜的热负载平均为4千瓦。数据中心的机柜数量为100kw/4kw=25个根据国家标准GB50174-2008 电子信息机房设计规范相关机柜占地面积的计算方法每个机柜的占地面积为4m2/台，数据中心的占地面积如下所示25个机柜4m2/台=100m2假设环境热负荷系数为0.15KW/m2，数据中心机房的总热负荷为Qt=Q1 Q2=100kw 1000.15=115kw选择数据中心送风方式：根据国家标准，采用地板下送风，机柜按冷热通道配置。机房专用空调的选择：机房空调通常分为DX (直接制冷)和非直接制冷(包括各种水冷系统等)，首先探讨直接制冷系统的机房空调。 厂家有不同机型的机房专用空调，以爱默生网络能源有限公司生产的Pex系列机房空调为例，需要配置的机房空调如下2台P2060室内空调在24相对湿度50%的情况下，每台冷冻量为60.6kw，2台空调的总冷冻量为121.2kw，略微超过115kw的计算热负荷。根据国家标准GB50174-2008 电子信息机房设计规范的数据中心空调配置建议，数据中心通常采用n m (m=1，2，2，)配置格式，提供工作可靠性和安全性。假设数据中心是以N 1方式配置的，则以2 1方式配置3台P2060室内空调，实现两用的功能。3 )计算数据中心室专用空调的功耗和能效房间空调的功耗设备包括：l压缩机也是主要的功耗设备l室内风扇l室外风扇l室内加湿器l用于再热器、过冷却状态下加热l控制和显示部件等耗电少，可以忽略a、压缩机、室内风扇、室外风扇功耗计算压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器构成完整的冷热循环系统(空调四个部件)，其中功耗部分为压缩机、室内风扇、室外风扇等三个部件。图：空调四部件循环很难详细计算不同情况下3个部件的耗电量，但在最大冷冻量的输出中，空调业界有标准的参数。能量比是指空调以1千瓦的电力产生多少千瓦的制冷/热量。 分为制冷能力比EER和供暖能力比COP。 例如，一台空调制冷量为4800W，制冷电力为1860W，制冷能力比(EER )为4800/18602.6的制热5500W，制热电力为1800W，制热能力比COP (辅助加热不打开)为5500/18003.1。很明显，能量比越大，空调的效率就越高，空调也能节省电力。 目前我国市场民用空调的平均能效相对较低，仅为2.6。 美国目前的空调能效标准是输出功率从2300W到4100W，即1只到1.5只小的空调，有效率为2.8，规定合格品的能量比达到3.2，达到能量星级标准的有效率在2.8以下，应在美国市场上销售欧洲的能源效率标准，空调的能源效率水平分为a、b、c、d、e、f、g 7个等级。 其中a级最高，有效比为3.2以上的d级为正中间，2.82.6之间的e级以下为低能效空调。 目前，中国大部分空调都处于欧洲e级水平。 日本国内的空调的有效性比现在大约4.05.0。机械室专用空调采用专用压缩机，有效率均为3.33.5。 在本例中，最大负载冷冻功率为115kw，并用了3台爱默生P2060空调，其中备用机在先进的iCom控制模块的控制下，只有控制电源的工作，消耗功率少，所以忽略不计。两台P2060空调，总冷冻电力为121.2kw，能量比的中间值计算为3.4，4个部件的电力如下p4部件=P制冷/cos=121.2kw/3.4=35.64kw。b、室内加湿器的电力由于数据中心室的环境、建筑条件、密闭状态等不同，加湿功率也不同。爱默生Pex系列采用远红外加湿器，结构简洁，易于分解、清洗和维护。 悬挂在不锈钢加湿水盘上的高强度石英灯发射红外光和远红外光，在56秒内使水盘的水分子吸收放射能，脱离水的表面张力，在纯粹的状态下蒸发，不含杂质。 远红外加湿器的应用减少了系统对水质的依赖，其自动清洗功能使水盘更加清洁。图：远红外加湿器在本例中，假设P2060空调的加湿器能够满足最大负荷下的加湿量，相关产品手册的远红外加湿器的功率为9.6kw。p加湿=9.6kwc、再热器、控制部件的功耗再热器的作用是在空调变冷的情况下，为了使数据中心室的温度稳定，进行电力加热。 在实际运行中，爱默生Pex机房空调采用先进的iCom控制器，彻底解决了空调竞争运行状况，如空调制冷与空调供暖的竞争运行。只有在控制器发生故障时，再热器才会工作。 因为这不是正常的情况，所以再热器的功率不计入能源效率模型中。因为控制零件的消耗电力很少所以忽略。空调系统的总能耗和能效指标如下：功率： p空调=p4机组p加湿=35.64 9.6=45.24kw能效指标： PUE空调因子=45.24/100=0.452现在，数据中心的PUE应如下所示PUE=1 PUE供电因子PUE空调因子=1 0.1080.114 0.452=1.5601.566显然，设计和运营良好的数据中心，空调系统配置正确，不考虑照明、新风扇等设备，效率应在1.6以下。实际运行的数据中心的能效高于2.5，耗电量非常大，浪费时间。 这是因为用户不太关心数据中心的能效指标。数据中心能效指标PUE的进一步研究上述模型明确定义了数据中心的主要功耗环节，为机房节能设计和运行提供了可行的数学模型。很明显，数据中心节能的重点是空调部分能效指标PUE空调因子。 房间空调能效指标还与房间热密度、风道布置、冷热通道、房间建筑热负荷、室外机布置、室内机布置等多个因素有关，这需要在本文以下研究中加以探讨。另外，还将具体讨论水冷系统和直接空冷系统DX的争论