眾所周知，環(huán)境因素會嚴重影響數(shù)據(jù)中心設備。過多的熱量積聚會損壞服務器，可能導致其自動關閉。經(jīng)常在高于可接受的溫度下運行服務器會縮短其使用壽命，并導致更頻繁的設備更換。
不過，危險不僅僅在于高溫。高濕度也會導致冷凝、腐蝕和灰塵等污染物堆積在數(shù)據(jù)中心的設備上。同時，低濕度會導致兩個物體之間發(fā)生靜電放電，從而損壞設備。
而經(jīng)過適當校準的冷卻系統(tǒng)可以防止這些問題，并讓數(shù)據(jù)中心全天候保持正確的溫度和濕度，從而最終會降低設備損壞造成的運營風險。因此，數(shù)據(jù)中心運營商可以通過一些方法確定數(shù)據(jù)中心所需的冷卻標準。
數(shù)據(jù)中心冷卻標準
例如，ASHRAE（美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學會）制定并發(fā)布了數(shù)據(jù)中心的溫度和濕度指南。最新版本根據(jù)設備分類概述了可以可靠運行數(shù)據(jù)中心的溫度和濕度水平。
在最新的指南中，ASHRAE 建議 IT 設備應遵循以下使用方式：
溫度在 18 至 27 攝氏度之間。露點為 -9 至 15 C攝氏度。相對濕度為60％。確定 IT 設備的適當環(huán)境取決于其分類（A1 至 A4），該分類基于設備的類型及其運行方式，按敏感度降序排列。A1 設備是指需要最嚴格環(huán)境控制的企業(yè)服務器和其他存儲設備。A4 級適用于 PC、存儲產(chǎn)品、工作站和大容量服務器，允許的溫度和濕度范圍最廣。
這些指南的先前版本側(cè)重于可靠性和正常運行時間，而不是能源成本。為了與數(shù)據(jù)中心對節(jié)能技術和效率的日益關注保持一致，ASHRAE 開發(fā)了更好地概述環(huán)境和能源影響的課程。
如何計算數(shù)據(jù)中心冷卻需求？
要計算數(shù)據(jù)中心的冷卻需求，需要幾部分數(shù)據(jù)：設備的總熱量輸出、建筑面積、設備，必須確定設施內(nèi)所有設備的可接受溫度和濕度范圍。
可以按照以下一般計算方法來獲得基準英熱單位(Btu) 冷卻尺寸：
（房間面積ft2x 20）+（IT 設備瓦數(shù) x 3.14）+（房間內(nèi)活躍人數(shù) x 400）
但這只是一個起點。如果想要更準確的估算和規(guī)劃設施未來的冷卻需求，還需要了解更多因素。
測量熱量輸出
熱量可以用各種單位來表示，包括英熱單位、噸 (t) 和瓦特 (W)。如果設備使用多種單位，則必須將它們轉(zhuǎn)換為通用格式以進行比較。
以下是快速單位換算表：
| 轉(zhuǎn)換 | 乘以 |
| 英熱單位/小時 換算為瓦特 | 0.293071 |
| 瓦特 成 英國熱量單位/小時 | 3.412142 |
| 噸 換算成瓦特 | 3,516.852842 |
| 瓦特 換算成噸 | 0.000284 |
一般而言，IT設備所消耗的電能幾乎全部轉(zhuǎn)化成熱量，而通過數(shù)據(jù)線傳送的電能則微乎其微，也就是說設備輸出的熱量（單位為瓦）等于其功耗。
熱量輸出特殊情況
由于某些設備產(chǎn)生的熱量與“其功耗等于其熱量輸出”的一般規(guī)則不同，因此必須分別計算它們：
照明。與 IT 設備一樣，照明的瓦特輸出大致等于熱量輸出。取此數(shù)字，然后乘以 4.25，即可確定以英熱單位表示的照明。如果使用的是發(fā)光二極管照明，將此總數(shù)減少三分之一。窗戶。如果數(shù)據(jù)設施有窗戶，必須計算所有窗戶的陽光產(chǎn)生的熱量。一般計算為 60 Btu/小時/平方英尺。ASHRAE 在計算中考慮了位置、日照時間、建筑材料、窗戶材料、折射率等。外部熱量（墻壁、屋頂?shù)龋?/b>外部墻壁或屋頂會影響數(shù)據(jù)中心（尤其是大型數(shù)據(jù)中心）的總熱量輸出?？蓞㈤咥SHRAE 的指南，了解如何處理這種情況。人數(shù)。將設施內(nèi)任何時候的最大人數(shù)乘以 400，即可確定總居住人數(shù)（以英熱單位計算）。不間斷電源 (UPS) 系統(tǒng)。盡管這些系統(tǒng)和設備通常不會以 100% 的容量運行，但在計算熱量輸出時仍應使用其最大容量，因為在使用時這可能是一個因素。配電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)僅會以熱量的形式釋放其標稱用電量的一部分，因此請使用以下公式計算其熱量輸出：（0.02 x 電源系統(tǒng)額定值）+（0.02 x 總 IT 負載功率）。IP 語音 (VoIP) 路由器。VoIP路由器高達三分之一的功耗被發(fā)送到遠程終端，因此，為了進行冷卻計算，應將其最大功率輸出降低三分之一。HVAC 和其他冷卻系統(tǒng)。空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻風扇和壓縮機會產(chǎn)生大量熱量。但是，這些熱量幾乎立即釋放到室外，而不是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，因此通?？梢院雎运鼈?。計算總熱量輸出
一旦收集了所有必要的數(shù)據(jù)，只需將它們加起來即可確定數(shù)據(jù)中心的總體冷卻需求。
如果使用英熱單位作為基本單位，則必須將總數(shù)除以 3,412.141633 才能確定所需的總冷卻量（以千瓦 kW 為單位）。
其他環(huán)境因素
除了前面提到的特殊環(huán)境因素外，還有一些其他因素會影響數(shù)據(jù)中心的熱量輸出計算。忽略這些因素可能會導致冷卻系統(tǒng)尺寸不正確，并增加整體冷卻投資。
空氣濕度
HVAC系統(tǒng)通常設計用于控制濕度和散熱。理想情況下，它們會保持恒定的濕度水平，但空氣冷卻功能通常會產(chǎn)生大量冷凝和濕度損失。在這種情況下，許多數(shù)據(jù)中心使用補充加濕設備來彌補這種損失，從而增加更多熱量。
大型數(shù)據(jù)中心有大量空氣混合（即設施內(nèi)部區(qū)域的熱空氣和冷空氣混合），通常需要補充加濕。冷卻系統(tǒng)必須幫助補償設施內(nèi)較熱空氣的流動。因此，這些數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)必須比現(xiàn)有系統(tǒng)大 30%。
預算允許的范圍內(nèi)增加盡可能多的冗余，或者至少比計算結果多增加一個單元。HVAC 顧問通常將所有 IT 設備的熱量輸出乘以 1.5，以實現(xiàn)未來的擴展。
數(shù)據(jù)中心冷卻需求計算示例
以下是使用各種標準指標的幾個冷卻計算示例。
1. 整體數(shù)據(jù)中心冷卻計算
假設典型數(shù)據(jù)中心有以下示例信息：
| 物品 | 計算 | 總計 |
| 建筑面積 | 3,000 平方英尺（3,000 x 20） | 60,000 Btu 或 17.6 千瓦 |
| 服務器和機架 | 150 個機架，每個機架有 8 臺服務器 (150 x 8) | 1,200 臺服務器 |
| 服務器功耗 | 每臺 625 瓦（1,200 x 625） | 750 千瓦 |
| 帶電池供電的UPS | 最大容量為 1,755 Btu/小時 | 0.5 千瓦 （1 千瓦 = 3,412.141633 Btu/小時，因此 1,755 / 3,412.141633 = 0.5 千瓦） |
| 燈光 | （15,000 寬 x 4.25）/3,412.141633 | 63,750 Btu 或 18.7 千瓦 |
| 窗戶 | 2,500 平方英尺的窗戶（2,500 x 60 Btu/小時） | 150,000 Btu/小時或 44 千瓦 |
| 人員 | 數(shù)據(jù)中心內(nèi)任何時候最多可容納 50 名員工（50 x 400 Btu/小時） | 5.9 千瓦 |
| 累計 | 17.6 + 750 + 0.5 + 18.7 + 44 + 5.9 | 最大制冷功率 836.7 kW |
由于大多數(shù) HVAC 系統(tǒng)的尺寸以噸為單位，我們可以使用標準轉(zhuǎn)換公式 (W x 3.412142 = Btu/小時) 和 (Btu/小時 / 12,000 = 冷卻噸)：
836.7 千瓦 = 836,700 瓦 x 3.412142 = 2,854,939 英熱單位/小時。2,854,939 Btu/小時 / 12,000 = 所需最大冷卻量 237.9 噸。以下是組件、系統(tǒng)、人員等分解的直觀視圖：
此圖表顯示了上述示例數(shù)據(jù)中心的熱量輸出百分比
在這個示例數(shù)據(jù)中心中，UPS 系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量非常少，即使在最大使用率下也是如此，甚至不到總熱量輸出的 1%。其余 IT 設備產(chǎn)生的熱量占了大部分。
2. 小型服務器機房或數(shù)據(jù)柜的計算
在此示例中，大城市的普通辦公大樓中可能有一個小型服務器機房、數(shù)據(jù)柜或小型邊緣數(shù)據(jù)中心。這些計算可以幫助確定冷卻要求（以瓦特為單位），并且任何以千伏安 (kVA) 為單位的電力系統(tǒng)額定值都可以大致視為與設備的總功率輸出相同。
| 物品 | 熱量計算 | 輸出小計 |
通用IT設備： 5 臺服務器（每臺 2,400 W）2 個路由器（每個 18 W） | 與 IT 總功率負荷（瓦特）相同 | （5 x 2,400）+（2 x 18）= 12,036 瓦 |
| 帶電池的 UPS（5 個裝置，電源系統(tǒng)額定功率為 0.9 kVA） | （0.04 x 電力系統(tǒng)額定功率）+（0.06 x 總 IT 負載功率） | （0.04 x 0.9）+（0.06 x 12,036）= 722.2 瓦 |
| 8.6 kVA 配電系統(tǒng) | （0.02 x 電力系統(tǒng)額定值）+（0.02 x 總 IT 負載功率） | （0.02 x 8.6）+（0.02 x 12,036）= 240.9 瓦 |
| 10 英尺 x 15 英尺 x 10 英尺房間的照明 | 2 x 建筑面積（平方英尺），或 21.53 x 建筑面積（平方米） | 2 x (10 x 15 x 10) = 3,000 瓦 |
| 人數(shù)（設施內(nèi)共有 150 人） | 400 x 最大人數(shù) | （400 Btu/小時/3.412142）x 150 = 17,584.3 瓦 |
| 所需冷卻總瓦數(shù) | 12,036 + 722.2 + 240.9 + 3,000 + 17,584.3 | 33,583.4 瓦或 33.6 千瓦 |
將這些轉(zhuǎn)換為冷卻噸數(shù)需要使用標準轉(zhuǎn)換方程 (W x 3.412142 = Btu/小時) 和 (Btu/小時 / 12,000 = 冷卻噸數(shù))，因此該空間總共需要以下數(shù)額：
33,583.4 寬 x 3.412142 = 114,591.3 Btu/小時。114,591.3 Btu/小時/12,000 = 所需冷卻量為 9.5 噸。要確定此數(shù)據(jù)中心未來的冷卻需求，請將 IT 總熱量輸出乘以 1.5，即12,036 W x 1.5 = 18,054 W。將這個新數(shù)字添加到現(xiàn)有數(shù)字中，我們可得出未來總冷卻需求為 39,601.4 W 或 11.3 噸冷卻。這幾乎增加了 20%。
隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心從十年前的大型集中式數(shù)據(jù)中心演變?yōu)槿缃裨S多企業(yè)正在建設的小型、靈活的邊緣計算數(shù)據(jù)中心，冷卻要求通常保持不變。將如此多的技術集中在一個位置需要規(guī)劃一個適用于當前和不久的將來的適當?shù)睦鋮s策略。
數(shù)據(jù)中心的冷卻需求受到這些因素以及其他因素的影響，例如機架密度的增加、設施中的技術部署以及在那里工作的員工數(shù)量。更好地了解影響冷卻的因素可以讓任何數(shù)據(jù)中心專業(yè)人員更了解如何根據(jù)組織的需求設計正確的冷卻計劃。
資料來源：techtarget.com
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