1、數(shù)據(jù)中心專用空調(diào)配置選擇及PUE值計(jì)算數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境對(duì)服務(wù)器等IT設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行起著決定性作用。數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)機(jī)房開(kāi)機(jī)時(shí)的環(huán)境的要求：為使數(shù)據(jù)中心能達(dá)到上述要求，應(yīng)采用機(jī)房專用空調(diào)（普通民用空調(diào)、商用空調(diào)與機(jī)房專用空調(diào)的差異對(duì)比不在本文討論范圍）。如果數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境不能滿足以上要求會(huì)對(duì)服務(wù)器等IT設(shè)備造成以下影響：溫度無(wú)法保持恒定一造成電子元?dú)饧膲勖档途植繙囟冗^(guò)熱一設(shè)備突然關(guān)機(jī)濕度過(guò)高一產(chǎn)生冷凝水，短路濕度過(guò)低-產(chǎn)生有破壞性的靜電潔凈度不夠一機(jī)組內(nèi)部件過(guò)熱，腐蝕一）數(shù)據(jù)中心熱負(fù)荷及其計(jì)算方法按照數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要熱量的來(lái)源，分為

2、：設(shè)備熱負(fù)荷（計(jì)算機(jī)等IT設(shè)備熱負(fù)荷）；機(jī)房照明熱負(fù)荷；建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷；補(bǔ)充的新風(fēng)熱負(fù)荷；人員的散熱負(fù)荷等。1、機(jī)房熱負(fù)荷計(jì)算方法一：各系統(tǒng)累加法(1)設(shè)備熱負(fù)荷：Q1=P<Y1XY2XY6KW)Q1:計(jì)算機(jī)設(shè)備熱負(fù)荷P:機(jī)房?jī)?nèi)各種設(shè)備總功耗(KW)Y1同時(shí)使用系數(shù)刀2:利用系數(shù)T3:負(fù)荷工作均勻系數(shù)通常，刀1、刀2、刀3取0。60.8之間，考慮制冷量的冗余，通常y11Xy2X糊值為0.8機(jī)房照明熱負(fù)荷：Q2=CXS(KW)C:根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)要求要求，機(jī)房照度應(yīng)大于20W/M2。以后的計(jì)算中，照明功耗將以20W/M2為依據(jù)計(jì)算。S:機(jī)房面積(3)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷Q3=K

3、<S/1000(KW)K:建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷系數(shù)(50W/m2機(jī)房面積)S:機(jī)房面積(4)人員的散熱負(fù)荷：Q4=P<N/1000(KW)N:機(jī)房常有人員數(shù)量P:人體發(fā)熱量，輕體力工作人員熱負(fù)荷顯熱與潛熱之和，在室溫為130W/人。2001x,其功耗大約為21c和24c時(shí)均為，不另外計(jì)算。以上五種熱源組成了機(jī)房的總熱負(fù)荷，即機(jī)房熱負(fù)荷Qt=Q1+Q2+Q3+Q4。由于上述（3）(5)新風(fēng)熱負(fù)荷計(jì)算較為復(fù)雜，我們以空調(diào)本身的設(shè)備余量來(lái)平衡(5)計(jì)算復(fù)雜，通常是采用工程查表予以確定.但是因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段，非常難以確定，所以實(shí)際在數(shù)據(jù)中心中通常采用設(shè)計(jì)估算與事后調(diào)整法2、機(jī)房熱

4、負(fù)荷計(jì)算方法二：設(shè)計(jì)估算與事后調(diào)整法數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要的熱負(fù)荷來(lái)源于設(shè)備的發(fā)熱量及維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷。因此，要了解主設(shè)備的數(shù)量及用電情況以確定機(jī)房專用空調(diào)的容量及配置。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，除主要的設(shè)備熱負(fù)荷之外的其他負(fù)荷，如機(jī)房照明負(fù)荷、建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、補(bǔ)充的新風(fēng)負(fù)荷、人員的散熱負(fù)荷等，如不具備精確計(jì)算的條件，也可根據(jù)機(jī)房設(shè)備功耗及機(jī)房面積，按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)算。采用功率及面積法”計(jì)算機(jī)房熱負(fù)荷。Qt=Q1+Q2其中，Qt總制冷量(KW)Q1室內(nèi)設(shè)備負(fù)荷(=設(shè)備功率X1O0)Q2環(huán)境熱負(fù)荷(=0.120.18KW/m2<機(jī)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(duì)復(fù)雜科學(xué)計(jì)算

5、的工程簡(jiǎn)化計(jì)算方法.這種計(jì)算方法下，通常容易出現(xiàn)計(jì)算熱量大于實(shí)際熱量的情況，因?yàn)闄C(jī)房專用空調(diào)自動(dòng)控制溫度并決定運(yùn)行時(shí)間，所以多余的配置可以作為冗余配置，對(duì)機(jī)房專用空調(diào)的效率與耗電量不大.本文以方法二推導(dǎo)數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用空調(diào)配置與能效計(jì)算。二）數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用空調(diào)配置設(shè)定數(shù)據(jù)中心的IT類設(shè)備為100KW,并且固定不變。根據(jù)上述方法二，還需要確定機(jī)房的面積。再假定數(shù)據(jù)中心的熱負(fù)荷密度為平均熱負(fù)荷密度，即4Kw/機(jī)柜.也就是說(shuō)平均每個(gè)機(jī)柜為4kw的熱負(fù)荷。數(shù)據(jù)中心的機(jī)卞I數(shù)量為：100kw/4kw=25臺(tái)機(jī)柜按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)機(jī)柜占地面積計(jì)算方法，取每個(gè)機(jī)柜的

6、占地面積為中間值4m2/臺(tái)，那么數(shù)據(jù)中心的面積為：25臺(tái)機(jī)柜必m2/臺(tái)=100m2假定環(huán)境熱負(fù)荷系數(shù)取0。15KW/m2,則數(shù)據(jù)中心機(jī)房總熱負(fù)荷為：Qt=Q1+Q2=100kw+1000。15=115kw數(shù)據(jù)中心送風(fēng)方式選擇：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，采用地板下送風(fēng)，機(jī)柜按冷熱通道布置機(jī)房專用空調(diào)選擇：機(jī)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(jī)房空調(diào).不同廠家有不同型號(hào)的機(jī)房專用空調(diào)，以艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司生產(chǎn)的Pex系列機(jī)房空調(diào)為例，應(yīng)配置的機(jī)房空調(diào)為：兩臺(tái)P2060機(jī)房空調(diào)，在24c相對(duì)濕度50%工況下，每臺(tái)制冷量為60。6kw,兩臺(tái)空調(diào)的總制冷量

7、為121.2kw,略大于115kw的計(jì)算熱負(fù)荷.根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB501742008電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)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(shè)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(tái)P2060機(jī)房空調(diào)，實(shí)現(xiàn)兩用一備工作。三）數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用空調(diào)耗電量與能效計(jì)算機(jī)房空調(diào)耗電器件有：壓縮機(jī)，也是主要的耗電器件室內(nèi)風(fēng)機(jī)，室外風(fēng)機(jī)室內(nèi)加濕器再熱器，用于過(guò)冷狀態(tài)下加熱控制與顯示部件等，耗電量較少，可忽略不計(jì)a,壓縮機(jī)、室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)的耗電計(jì)算壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、膨脹閥、冷凝器組成一個(gè)完整的冷熱循環(huán)系統(tǒng)（空調(diào)四部件），其中耗電部分

8、是壓縮機(jī)、室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)等三個(gè)部件圖：空調(diào)四部件循環(huán)但是在最大制冷量輸出下，空調(diào)行業(yè)有詳細(xì)計(jì)算不同工況下的三個(gè)部件的耗電量是困難的，個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)，即能效比能效比即一臺(tái)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(tái)空調(diào)的制冷量是4800W,制冷功率是1860W,制冷能效比（EER）是:4800/1860弋2.6制熱量5500W,制熱功率是1800W,制熱能效比COP（輔助加熱不開(kāi)）是:5500/1800弋3.1。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(guó)市場(chǎng)上民用空調(diào)平均能效比較低，僅為2。6。美國(guó)現(xiàn)行的空調(diào)能效標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輸出功

9、率介于2300W到4100W,即小1匹到1。5匹的空調(diào)，能效比達(dá)2。8即為合格品；能效比達(dá)3.2即達(dá)到能源之星標(biāo)準(zhǔn)；而能效比低于2。8,不準(zhǔn)在美國(guó)市場(chǎng)銷售。歐洲的能效標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)能效水平分為A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)級(jí)別。其中A級(jí)最高，能效比為3。2以上；D級(jí)居中，介于2。82.6之間；E級(jí)以下屬于低能效空調(diào)。目前我國(guó)絕大多數(shù)空調(diào)處于歐洲E級(jí)水平.而在日本國(guó)內(nèi)的空調(diào)器的能效比現(xiàn)在一般都在4。05。0左右。機(jī)房專用空調(diào)因?yàn)椴捎脤Ｓ脡嚎s機(jī)，所以能效比都在3.33.5之間。本例中按最大負(fù)荷制冷功率115kw,則3臺(tái)艾默生P2060空調(diào)為兩用一備，其中備份機(jī)在先進(jìn)的iCom控制模塊控制下，只有控制

10、電源工作，能耗很少，忽略不計(jì)。2臺(tái)P2060空調(diào)，總制冷功率為121.2kw,取能效比中間值3。4計(jì)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(jī)房的環(huán)境、建筑條件、密封狀態(tài)等不同，導(dǎo)致加濕功率不同。艾默生Pex系列采用遠(yuǎn)紅外加濕器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，易于拆卸、清洗和維護(hù)。懸掛在不銹鋼加濕水盤上的高強(qiáng)度石英燈管發(fā)射出紅外光和遠(yuǎn)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，在純凈狀態(tài)下蒸發(fā)，不含任何雜質(zhì)。遠(yuǎn)紅外加濕器的應(yīng)用減少了系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的依賴性，其自動(dòng)沖洗功能，使水盤更清潔。圖：遠(yuǎn)紅外加濕器本例假設(shè)一臺(tái)P2060

11、空調(diào)的加濕器即可滿足最大負(fù)荷下的加濕量，查相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)遠(yuǎn)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(dāng)空調(diào)過(guò)冷情況下為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房溫度穩(wěn)定，進(jìn)行電功率加熱.實(shí)際運(yùn)行中，因?yàn)榘鶳ex機(jī)房空調(diào)采用先進(jìn)的iCom控制器，徹底解決了空調(diào)的競(jìng)爭(zhēng)運(yùn)行工況，比如一臺(tái)空調(diào)制冷而另外一臺(tái)空調(diào)加熱的競(jìng)爭(zhēng)運(yùn)行僅僅在控制器故障下，再熱器才會(huì)工作。因?yàn)檫@是非正常工況，所以再熱器的電功率不計(jì)入能效模型?？刂撇考暮碾娏亢苌?，忽略不計(jì).空調(diào)系統(tǒng)總的電功率消耗與能效指標(biāo)為：功率：P空調(diào)=P四部件+P加濕=35.64+9.6=45。24kw能效指標(biāo)：PUE空調(diào)因子=45.24/

12、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(gè)設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)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(fēng)機(jī)等設(shè)備下,能效比應(yīng)該是小于1.6。而實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心，能效比動(dòng)輒大于2.5,非常耗能、非常浪費(fèi)，究其原因還是用戶不太關(guān)注數(shù)據(jù)中心能效指標(biāo)。數(shù)據(jù)中心能效指標(biāo)PUE的進(jìn)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(jī)房節(jié)能設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)提供了可行的數(shù)學(xué)模型。顯然，數(shù)據(jù)中心節(jié)能的重點(diǎn)在于空調(diào)部分的能效指標(biāo)，即PUE空調(diào)因子。機(jī)房空調(diào)的能效指標(biāo)又與機(jī)房的熱密度、風(fēng)道布置、冷熱通道、機(jī)房建筑熱負(fù)荷、室外機(jī)布置、室內(nèi)機(jī)布置等諸多因素相關(guān)，這是本文下一步研究工作需要探討的此外，有關(guān)水制冷系統(tǒng)與直接風(fēng)冷系統(tǒng)DX的爭(zhēng)論，也將具體討論?？照{(diào)提供