眾所周知，環(huán)境因素會嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)中心設(shè)備。過多的熱量積聚會損壞服務(wù)器，可能導(dǎo)致其自動關(guān)閉。經(jīng)常在高于可接受的溫度下運(yùn)行服務(wù)器會縮短其使用壽命，并導(dǎo)致更頻繁的設(shè)備更換。
不過，危險不僅僅在于高溫。高濕度也會導(dǎo)致冷凝、腐蝕和灰塵等污染物堆積在數(shù)據(jù)中心的設(shè)備上。同時，低濕度會導(dǎo)致兩個物體之間發(fā)生靜電放電，從而損壞設(shè)備。
而經(jīng)過適當(dāng)校準(zhǔn)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(shè)備損壞造成的運(yùn)營風(fēng)險。因此，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商可以通過一些方法確定數(shù)據(jù)中心所需的冷卻標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)中心冷卻標(biāo)準(zhǔn)
例如，ASHRAE（美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)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(shè)備分類概述了可以可靠運(yùn)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(shè)備應(yīng)遵循以下使用方式：
溫度在 18 至 27 攝氏度之間。露點(diǎn)為 -9 至 15 C攝氏度。相對濕度為60％。確定 IT 設(shè)備的適當(dāng)環(huán)境取決于其分類（A1 至 A4），該分類基于設(shè)備的類型及其運(yùn)行方式，按敏感度降序排列。A1 設(shè)備是指需要最嚴(yán)格環(huán)境控制的企業(yè)服務(wù)器和其他存儲設(shè)備。A4 級適用于 PC、存儲產(chǎn)品、工作站和大容量服務(wù)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(yùn)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(shù)和效率的日益關(guān)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?jǐn)?shù)據(jù)：設(shè)備的總熱量輸出、建筑面積、設(shè)備，必須確定設(shè)施內(nèi)所有設(shè)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(zhǔn)英熱單位(Btu) 冷卻尺寸：
（房間面積ft2x 20）+（IT 設(shè)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(diǎn)。如果想要更準(zhǔn)確的估算和規(guī)劃設(shè)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(shè)備使用多種單位，則必須將它們轉(zhuǎn)換為通用格式以進(jìn)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備通常不會以 100% 的容量運(yùn)行，但在計算熱量輸出時仍應(yīng)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(biāo)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(fù)載功率）。IP 語音 (VoIP) 路由器。VoIP路由器高達(dá)三分之一的功耗被發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，因此，為了進(jìn)行冷卻計算，應(yīng)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(fēng)扇和壓縮機(jī)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?？梢院雎运鼈儭?section>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(dǎo)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(shè)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(bǔ)充加濕設(shè)備來彌補(bǔ)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(shè)施內(nèi)部區(qū)域的熱空氣和冷空氣混合），通常需要補(bǔ)充加濕。冷卻系統(tǒng)必須幫助補(bǔ)償設(shè)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(yù)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(jié)果多增加一個單元。HVAC 顧問通常將所有 IT 設(shè)備的熱量輸出乘以 1.5，以實現(xiàn)未來的擴(kuò)展。
數(shù)據(jù)中心冷卻需求計算示例
以下是使用各種標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的幾個冷卻計算示例。
1. 整體數(shù)據(jù)中心冷卻計算
假設(shè)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(wù)器和機(jī)架 | 150 個機(jī)架，每個機(jī)架有 8 臺服務(wù)器 (150 x 8) | 1,200 臺服務(wù)器 |
| 服務(wù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備產(chǎn)生的熱量占了大部分。
2. 小型服務(wù)器機(jī)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(wù)器機(jī)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(shè)備的總功率輸出相同。
| 物品 | 熱量計算 | 輸出小計 |
通用IT設(shè)備： 5 臺服務(wù)器（每臺 2,400 W）2 個路由器（每個 18 W） | 與 IT 總功率負(fù)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(fù)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(fù)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(shù)集中在一個位置需要規(guī)劃一個適用于當(dāng)前和不久的將來的適當(dāng)?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(jī)架密度的增加、設(shè)施中的技術(shù)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(shè)計正確的冷卻計劃。
資料來源：techtarget.com
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