分享：IDC机房发热量计算方法、散热量计算案例

前言：

机房散热问题不仅仅应是动力空调专业独自解决的，所有电子设备都会产生热量，为了避免设备温度升高至无法接受的程度，必须使这些热量扩散掉，IDC机房的正常运作需要一个标准的温度，然而在数据中心机房中有很多因素会导致机房温度过高从而影响到机房的正常使用和工作，必须了解封闭空间内设备的发热量以及其他常见热源所产生的热量。

高热密度问题的出现与电子计算机本身以及集成化程度的发展变化密切相关，对机房精密空调也提出了更高的技术要求，动力和冷却间颧是数据中心最普遍的问题，全世界很多数据中心因为低效的动力供给和冷却能力不能达到高密度设备的要求而过时，因此，在新建IDC机房时，将机房定位在高密度机房，将更有利于延长整体机房的使用寿命，计算设备或其他IT设备通过数据线传输的能量可以忽略不计，因此，交流电源干线所消耗的能量基本上都会转换为热量，这样一来，IT设备的发热量就可以简单地等同于该设备的电力消耗量（均以瓦特为单位）。

IDC机房设备的发热量估算

1、发热的根源：建筑围护结构的传热、从玻璃投入的太阳辐射热、人体散热、散湿、照明装置的散热、机房加湿产生的热负荷、新风负荷。一个系统的总发热量等于它所有组件的发热量之和。整个系统应包括IT设备及其他项，例如UPS、配电系统、精密空调、照明设施和人员等。不过，可以根据简单的标准规则确定各项的发热量。

2、IT设备热负荷：

（1）IT设备机箱可以分成三种类型：塔式、机架式和刀片式。其中机架式和刀片式可以直接安装到标准19英寸的机架中。目前数据中心的IT设备都采用这种方式。

（2）所以在计算IT设备热负荷时要考虑以下因素：IT设备的总功耗，就是将IT设备中的各个部件的功耗叠加，设备资料提供的是该设备的额定功率，额定功率功耗通常大于实际功耗，在实际运行中，设备功耗会根据工作状况发生一定的变化，但一般变动幅度不大。

（3）除了IT设备热负荷外，还有在工作中使用的测试仪器、线缆等其他组成了其他的热负荷，由于这些发热量较小，一般可以忽略不计；UPS和配电系统的发热量由固定损耗和与运行功率成正比例的损耗三部分组成。这些损耗在不同品牌和类型的设备间通常都是相差无几的，因此可轻松估算出来，且不会发生太大的偏差。

（4）空调压缩机和室外机的风扇会产生大量热量，这些热量被排到外部环境，从而不会在数据中心内部造成热负载。但是空调室内机的风机功耗是室内的热负荷，因此在确定空调总负荷大小时需要考虑这些因素。

（5）UPS和配电系统的发热量由两部分组成：一部分是固定的损耗值，另一部分与负载功率成正比。对于不同品牌和型号的设备，可以认为它们的这两部分热量损耗是一致的，因此可以比较准确地估计它们的发热量。照明设施和人员所产生的热量也可以使用标准值进行估算。要确定整个系统的热负荷，只需要一些很容易获取的数值信息，例如地板面积（平方英尺）和电力系统的额定功率等。

找到发热的根源在哪里，如何对数据中心总热负荷进行估算呢？

1、IT设备：

发热量=总体IT负载功率

2、UPS设备

发热量=空载耗损+运行耗损

空载耗损=0.04×电源系统额定功率

运行耗损=0.06×总体IT负载功率

3、配电设备

发热量=空载耗损+运行耗损

空载耗损=0.02×电源系统额定功率

运行耗损=0.02×总体IT负载功率

4、照明设备

发热量=0.03×照明面积

5、人员

发热量=0.1×最多人员数量

6、数据定义

IT设备总负载功率(W)—所有IT设备电源输入功率之和。

电源系统额定功率—UPS系统的额定功率。如果使用了冗余系统，请勿包括冗余UPS的功率。

机房散热量计算案例

（1）计算总热负荷量例子一：数据中心占地500m，功率250KW，拥有150个机架，员工数量最多时20名。假定数据中心的容量达到30%，IT设备负载总体发热为250KE的30%，大约80KW.在这种情况下，数据中心总体发热量为116KW，是IT负载的1.45倍。

（2）计算总热负荷量例子二：某数据中心个面积为465平方米，额定功率为250kW，内有150个机架，最多有20位人员。在本例中，按照惯例假设该数据中心的功率负载为额定功率的30%，即75kW。在上述条件下，数据中心的总发热量为108kW，约为IT设备负载的1.5倍。

请注意，由于该系统功率仅为额定功率的30%，所以对UPS和配电系统在总发热量中所占比例的估计要高于其实际值。如果系统以满负荷运转，电源系统的效率将提高，它在整个系统发热量中所占的比例将降低。如果对系统进行过度规划，那么将付出效率大幅降低的高昂代价。

对其他热源的计算

上述分析并没有考虑周围环境中的热源，例如透过窗口照射进来的阳光和从墙外传导进来的热量。许多小型数据中心和网络机房没有暴露在室外的墙或窗户，这时则不需要考虑上述热源。但是，对于墙或屋顶暴露在室外的大型数据中心而言，额外的热量会进入数据中心，在设计空调系统制冷量时必须考虑这些热量。建筑围护的透热量请参考连续橙色预警小心数据中心高温并发症一文。

1、加湿给空调系统带来额外热负荷

数据中心空调除了热交换外，还应能控制房间相对湿度。在理想情况下，达到所需相对湿度时，系统将在水分含量稳定的空气中工作，这时不需要持续进行加湿。但不幸的是，在大多数空调系统中，其空气制冷功能会造成水蒸气大量凝结，从而使空气相对湿度不够。因此，需要进行补偿性的加湿以维持所需的湿度，补偿性加湿会给空调系统带来额外的热量负荷，实际上降低了空调系统的制冷容量，在设计容量时需要考虑到这一点。

对于小型数据机房或较大的配线柜而言，空调系统通过管道隔离了送风与回风，不会造成冷凝，因此不需要持续进行补偿性加湿。这样空调的制冷能力可以得到充分利用，从而使制冷效率达到最高，对于气流大量混合的大型数据中心而言，空调系统必须提供温度较低的空气，以抵消设备释放的热空气回流所造成的影响。这将导致空气相对湿度显著降低，因而需要进行补偿性加湿。这使空调系统的性能和制冷能力受到较大影响。因此，在确定空调系统的制冷容量时，必须加大30%，总之，在估计计算机机房空调系统的制冷容量时，需酌情增加：如果是通过管道隔离回风的小型系统，则无需增加；如果是室内空气混合程度很高的系统，则需增加30%。

2、确定空调系统制冷容量

在明确冷却需求之后，就可以确定空调系统的制冷容量了。综上所述，在明确了冷却需求之后，确定空调系统的制冷容量时，需考虑下列因素：设备（包括电源设备）的热负荷、建筑物的传导热负荷、考虑加湿所需的额外热负荷、支持冗余所需的额外热负荷、未来所需的额外热负荷，所有这些因素的热负荷之和(W)即为总的热量负荷。

总结：

对于大规模的数据中心，在选择空调系统时通常还要考虑冷却需求之外的其他因素，一般而言，墙和屋顶之类的其他热源和空气回流等造成的影响不容忽视，必须针对具体情况加以考虑。