محاسبه بار سرمایشی دیتاسنتر یعنی تعیین مقدار حرارتی که سیستم خنک کننده باید به صورت پیوسته از فضای مرکز داده خارج کند. این بار فقط به توان تجهیزات IT محدود نیست؛ بله عوامل مختلفی (مانند: تجهیزات برق، روشنایی، افراد، پوسته ساختمان و هوای تازه) نیز باید در محاسبات لحاظ شوند.
در ادامه این مقاله، روش محاسبه بار سرمایشی دیتاسنتر، فرمولهای موردنیاز، عوامل مؤثر، نحوه تبدیل kW به BTU/h، مثال محاسباتی و اشتباهات رایج را بررسی میکنیم تا بتوانید ظرفیت سرمایش موردنیاز را دقیقتر برآورد کنید.
بار سرمایشی دیتاسنتر چطور محاسبه می شود؟
بار سرمایشی دیتاسنتر از مجموع گرمای تولید شده توسط تجهیزات IT و سایر منابع حرارتی به دست میآید. بر اساس راهنمای ASHRAE برای سرمایش دیتاسنتر، در طراحی سیستمهای سرمایش دیتاسنتر باید منابع مختلف بار حرارتی و شرایط واقعی بهرهبرداری ساختمان در تعیین ظرفیت سرمایش در نظر گرفته شوند.
برای محاسبه اولیه میتوان این ساختار را در نظر گرفت:
بار سرمایشی کل = بار IT + تلفات تجهیزات برق + روشنایی + افراد + پوسته ساختمان + هوای ورودی
پس از تعیین بار سرمایشی، باید متناسب با شرایط پروژه، سیستم سرمایشی دیتاسنتر انتخاب و طراحی شود.
اجزای اصلی بار سرمایشی دیتاسنتر
برای محاسبه دقیق بار سرمایشی دیتاسنتر، ابتدا باید تمام منابع تولید و ورود حرارت به محیط شناسایی شوند:
|
منبع بار حرارتی |
نمونههای رایج |
میزان اثرگذاری معمول |
|---|---|---|
|
تجهیزات IT |
سرور، Storage، تجهیزات شبکه و پردازشی |
بسیار زیاد |
|
تجهیزات برق |
UPS، PDU، تابلو برق و ترانسفورماتور |
زیاد |
|
روشنایی |
چراغها و تجهیزات روشنایی سالن |
کم تا متوسط |
|
افراد |
کارکنان، تکنسینها و نیروهای نگهداری |
معمولاً کم |
|
پوسته ساختمان |
دیوارها، سقف، کف، درها و پنجرهها |
وابسته به ساختمان و اقلیم |
|
هوای تازه و نفوذ هوا |
تهویه، باز و بسته شدن درها و نشت هوا |
وابسته به شرایط پروژه |
|
تجهیزات جانبی |
نمایشگرها، ابزارهای تست و سایر تجهیزات الکتریکی |
متغیر |
در عمل، تجهیزات IT معمولاً مهمترین منبع تولید حرارت در دیتاسنتر هستند؛ به همین دلیل محاسبات معمولاً با تعیین توان مصرفی سرورها، تجهیزات شبکه و ذخیرهسازها شروع میشود.
بر اساس دستورالعملهای ASHRAE برای طراحی سرمایش دیتاسنتر، شناخت بار حرارتی تجهیزات IT و مشخصات حرارتی آنها یکی از مبانی اصلی طراحی سیستم سرمایش است.
فرمول محاسبه بار سرمایشی دیتاسنتر
برای برآورد اولیه بار حرارتی دیتاسنتر میتوان مجموع منابع اصلی تولید و ورود حرارت به فضا را در نظر گرفت. رابطه سادهشده زیر، ساختار کلی محاسبه بار سرمایشی را نشان میدهد:
Qtotal ≈ QIT + Qpower + Qlighting + Qpeople + Qenvelope + Qventilation/infiltration
در این رابطه:
- Qtotal: بار حرارتی کل دیتاسنتر
- QIT: گرمای تولیدشده توسط تجهیزات IT مانند سرورها، تجهیزات شبکه و ذخیرهسازها
- Qpower: گرمای ناشی از تلفات UPS، PDU، تابلوهای برق، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات الکتریکی
- Qlighting: گرمای تولیدشده توسط سیستم روشنایی
- Qpeople: گرمای محسوس و نهان ناشی از حضور افراد
- Qenvelope: بار حرارتی منتقلشده از پوسته ساختمان شامل دیوارها، سقف، کف، درها و پنجرهها
- Qventilation/infiltration: بار حرارتی ناشی از هوای تازه و نفوذ هوای بیرون به فضای دیتاسنتر
این رابطه برای برآورد اولیه بار حرارتی مناسب است؛ اما در طراحی نهایی سیستم سرمایش، نمیتوان صرفاً با جمعکردن چند عدد و انتخاب دستگاهی با همان ظرفیت تصمیمگیری کرد. شرایط طراحی دما و رطوبت، بارهای محسوس و نهان، شرایط هوای بیرون، میزان هوای تازه و نفوذ هوا، مشخصات واقعی تجهیزات IT، تراکم حرارتی رکها، الگوی بار و نحوه توزیع جریان هوا نیز باید در محاسبات مهندسی در نظر گرفته شوند.
نکته مهم: بار حرارتی محاسبه شده، مبنای تعیین ظرفیت سرمایشی سیستم است؛ اما ظرفیت نهایی تجهیزات سرمایش باید با توجه به شرایط واقعی پروژه، شرایط طراحی، نحوه توزیع هوا، افزونگی موردنیاز و الزامات بهرهبرداری تعیین شود.
بنابراین، فرمول بالا را باید یک رابطه ساده شده برای برآورد اولیه در نظر گرفت، نه یک فرمول مستقل برای انتخاب نهایی ظرفیت دستگاه سرمایش دیتاسنتر.
در پروژههایی که چیلر به عنوان بخشی از سیستم سرمایش استفاده میشود، محاسبه صحیح ظرفیت اهمیت زیادی دارد. برای آشنایی بیشتر با این موضوع، راهنمای محاسبه ظرفیت چیلر را ببینید.
برای دریافت مشاوره رایگان و استعلام قیمت دیتاسنتر با شماره (88501212-021) تماس بگیرید.
محاسبه بار سرمایشی دیتاسنتر با مثال عددی
برای درک بهتر نحوه محاسبه، یک دیتاسنتر فرضی را در نظر بگیریم که مجموع بار تجهیزات IT آن ۱۰۰ کیلووات است. سایر منابع حرارتی نیز مطابق جدول زیر برآورد شدهاند:
| منبع بار حرارتی | مقدار بار |
|---|---|
| تجهیزات IT | ۱۰۰ kW |
| تلفات UPS و تجهیزات برق | ۸ kW |
| روشنایی | ۳ kW |
| افراد | ۲ kW |
| پوسته ساختمان و سایر بارها | ۷ kW |
| هوای تازه و نفوذ هوا | ۵ kW |
| مجموع بار حرارتی | ۱۲۵ kW |
با جمع کردن تمام منابع حرارتی، بار کل در این مثال ۱۲۵ کیلووات به دست میآید. این عدد نشان دهنده بار حرارتی برآورد شده دیتاسنتر است که نباید بدون بررسی سایر پارامترهای طراحی، مستقیماً به عنوان ظرفیت نهایی سیستم سرمایش در نظر گرفته شود.
تیم تهویه نوین با تجربه در طراحی و اجرای سیستم های تهویه مطبوع صنعتی و خانگی، میتواند بهترین گزینه را به شما پیشنهاد دهد کافیست تماس (88501212-021) بگیرید.
بیشتر بخوانید: انتخاب بهترین سیستم سرمایش دیتاسنتر
تبدیل kW به BTU/h در بار سرمایشی دیتاسنتر
برای انتخاب یا مقایسه تجهیزات سرمایشی، گاهی لازم است بار حرارتی دیتاسنتر از کیلووات (kW) به BTU/h تبدیل شود. ضریب تبدیل به صورت زیر است:
هر ۱ kW ≈ ۳۴۱۲ BTU/h
بنابراین در مثال بالا:
۱۲۵ × ۳۴۱۲ ≈ ۴۲۶٬۵۰۰ BTU/h
در نتیجه بار حرارتی این دیتاسنتر حدود ۴۲۶٬۵۰۰ BTU/h است. البته این مقدار صرفاً تبدیل واحد بار محاسبه شده است؛ بنابراین به تنهایی ظرفیت نهایی تجهیزات سرمایشی را مشخص نمیکند.
چه عواملی بار سرمایشی دیتاسنتر را افزایش میدهند؟
مقدار بار سرمایشی در همه دیتاسنترها یکسان نیست؛ بلکه به شرایط بهره برداری، تجهیزات و طراحی ساختمان بستگی دارد. مهمترین عوامل عبارتاند از:
1. توان مصرفی تجهیزات IT
هر چه مصرف برق سرورها، تجهیزات شبکه و ذخیرهسازها بیشتر باشد، گرمای بیشتری در دیتاسنتر تولید میشود و بار سرمایشی افزایش مییابد.
2. تراکم حرارتی رکها
متمرکز شدن توان بالاتر در رکها، چگالی حرارتی را افزایش میدهد و به ظرفیت سرمایش و توزیع هوای دقیقتری نیاز دارد.
3. تلفات تجهیزات برق
بخشی از انرژی مصرفی UPS، PDU و سایر تجهیزات توزیع برق به حرارت تبدیل میشود و به بار سرمایشی دیتاسنتر اضافه میکند.
4. دمای محیط و شرایط اقلیمی
دمای هوای بیرون، رطوبت و شرایط اقلیمی میتوانند بر بار حرارتی پوسته ساختمان و هوای ورودی تأثیر بگذارند.
5. هوای تازه و نفوذ هوا
ورود هوای گرم یا مرطوب از طریق سیستم تهویه، درها و منافذ ساختمان میتواند بار سرمایشی و در برخی شرایط بار نهان را افزایش دهد.
6. تعداد افراد حاضر
کارکنان و تکنسینهای حاضر در دیتاسنتر نیز گرمای محسوس و نهان تولید میکنند؛ هر چند سهم آنها معمولاً در مقایسه با تجهیزات IT کمتر است.
7. نحوه توزیع و مدیریت هوا
چیدمان رکها، مسیر جریان هوا و جداسازی راهروهای سرد و گرم بر نحوه انتقال حرارت و عملکرد سیستم سرمایش تأثیر مستقیم دارند. مدیریت صحیح جریان هوا میتواند از اختلاط هوای سرد و گرم و ایجاد نقاط داغ در رکها جلوگیری کند.
نکته مهم: در دیتاسنترهای پر تراکم، معمولاً توان تجهیزات IT و تراکم حرارتی رکها از مهمترین عوامل تعیین کننده بار سرمایشی هستند.
اشتباهات رایج در محاسبه بار سرمایشی دیتاسنتر
محاسبه بار سرمایشی فقط جمع کردن توان نامی تجهیزات نیست. برخی خطاهای رایج میتوانند باعث انتخاب ظرفیت نامناسب یا برآورد غیر واقعی نیاز سرمایشی شوند:
|
اشتباه در محاسبه |
نتیجه احتمالی |
|---|---|
|
فقط محاسبه توان سرورها |
کم برآوردی بار سرمایشی |
|
استفاده بدون بررسی از توان نامی |
برآورد بیش ازحد بار |
|
حذف تلفات UPS و برق |
محاسبه ناقص بار حرارتی |
|
نادیده گرفتن هوای تازه |
کم برآوردی بار تهویه |
|
یکی دانستن بار و ظرفیت دستگاه |
انتخاب نادرست ظرفیت سرمایش |
|
نادیده گرفتن تراکم رکها |
ایجاد Hot Spot در رکها |
در محاسبه بار سرمایشی دیتاسنتر، حتی خطاهای کوچک در برآورد بار IT، تلفات تجهیزات و جریان هوا میتوانند روی ظرفیت موردنیاز اثر بگذارند. بنابراین پس از محاسبه بار حرارتی، باید شرایط واقعی پروژه و ظرفیت مناسب سیستم سرمایش نیز بررسی شود.
بر اساس معیارهای مدیریت و بهرهبرداری دیتاسنتر Uptime Institute، مدیریت ظرفیت برق و سرمایش و پایش مداوم شرایط عملیاتی دیتاسنتر به استفاده بهینه از زیرساخت و جلوگیری از عبور بار از ظرفیتهای مجاز کمک میکند.
چگونه ظرفیت سیستم سرمایش دیتاسنتر را انتخاب کنیم؟
محاسبه بار حرارتی، نقطه شروع انتخاب سیستم سرمایش است؛ اما ظرفیت نهایی دستگاه فقط بر اساس عدد به دست آمده تعیین نمیشود. برای انتخاب ظرفیت مناسب، معمولاً این موارد بررسی میشوند:
- شرایط دما و رطوبت محیط
- ظرفیت و تراکم حرارتی رکها
- ظرفیت موردنیاز برای توسعه آینده
- بار حرارتی فعلی و بار پیک دیتاسنتر
- نحوه توزیع هوای سرد و برگشت هوای گرم
- افزونگی و سطح اطمینان سیستم سرمایش
نکته مهم: افزایش ظرفیت سرمایش با یک درصد ثابت، جایگزین طراحی افزونه مانند N+1 نیست. ظرفیت اضافه برای توسعه آینده یا پوشش عدم قطعیت بار با افزونگی سیستم تفاوت دارد و باید متناسب با الزامات بهرهبرداری و سطح اطمینان موردنیاز پروژه طراحی شود.
بنابراین ظرفیت سیستم سرمایش نباید صرفاً با گرد کردن عدد بار حرارتی انتخاب شود؛ انتخاب نهایی باید بر اساس شرایط واقعی پروژه و الزامات طراحی انجام میگیرد.
بنابراین ظرفیت سیستم سرمایش نباید صرفاً با گرد کردن عدد بار حرارتی انتخاب شود؛ در تجهیزات مبتنی بر چیلر، ظرفیت واقعی چیلر نیز باید متناسب با شرایط کاری پروژه بررسی شود و انتخاب نهایی بر اساس الزامات طراحی انجام گیرد.
طراحی و اجرای سیستم سرمایش دیتاسنتر با تهویه نوین
تهویه نوین ایرانیان، یک مجموعه مهندسی فعال در حوزه طراحی، تولید، واردات و اجرای سیستمهای تهویه مطبوع است که با بهرهگیری از مهندسان و متخصصان این حوزه، خدمات خود را در سراسر کشور ارائه میکند. این مجموعه بر سفارشیسازی بر پایه دانش فنی و مهندسی، استفاده از قطعات اورجینال و بهینهسازی مصرف انرژی تأکید دارد.
با توجه به اهمیت محاسبه دقیق بار سرمایشی در فضاهای حساس، انتخاب تجهیزات مناسب و طراحی اصولی سیستم تهویه میتواند نقش مهمی در حفظ شرایط پایدار محیط داشته باشد.
تهویه نوین ایرانیان با تکیه بر تجربه و توان مهندسی خود، میتواند برای پروژههای مختلف تهویه و سرمایش، راهکار متناسب با نیاز پروژه ارائه دهد.
نتیجه گیری بار سرمایشی دیتاسنتر و انتخاب سیستم مناسب
برای تعیین ظرفیت مناسب سرمایش دیتاسنتر، ابتدا باید بار تجهیزات IT، تلفات UPS و تجهیزات برق، روشنایی، افراد، هوای تازه و سایر بارهای حرارتی محاسبه شود.
همچنین تراکم رکها و نحوه توزیع جریان هوا اهمیت زیادی دارند؛ زیرا یک محاسبه صرفاً بر اساس توان سرورها ممکن است به انتخاب ظرفیت نامناسب یا ایجاد نقاط داغ در رکها منجر شود.
بنابراین عدد نهایی بار سرمایشی باید در کنار شرایط واقعی پروژه، الگوی مصرف و الزامات طراحی بررسی شود تا سیستم سرمایش بتواند بار حرارتی دیتاسنتر را به صورت پایدار و قابل اطمینان کنترل کند.
برای انتخاب راهکار مناسب سرمایش دیتاسنتر، کافیست نیاز پروژه خود را با کارشناسان تهویه نوین ایرانیان مطرح کنید و برای مشاوره با ما تماس (88501212-021) بگیرید.
سوالات متداول درباره بار سرمایشی دیتاسنتر
بله، افزایش دمای هوای بیرون میتواند بار ناشی از پوسته ساختمان و هوای ورودی را افزایش دهد؛ بنابراین شرایط طراحی فصل گرم باید در محاسبات لحاظ شود.
بله، اما تلفات حرارتی UPS باید در محاسبات وارد شود؛ نه صرفاً توان نامی آن. مقدار تلفات به نوع، ظرفیت و میزان بارگذاری UPS بستگی دارد.
عدد ثابتی وجود ندارد. نیاز سرمایشی هر رک به توان مصرفی تجهیزات داخل رک و تراکم حرارتی آن بستگی دارد و باید بر اساس بار واقعی یا مورد انتظار رک تعیین شود.
در بسیاری از شرایط، بخش زیادی از انرژی الکتریکی مصرف شده تجهیزات IT در نهایت به گرما تبدیل میشود؛ اما بار سرمایشی با کل بار برق یکسان نیست و باید تلفات سایر تجهیزات و بارهای محیطی نیز بررسی شوند.
ضریب اطمینان عدد ثابتی ندارد و به سطح افزونگی، نوع دیتاسنتر، الگوی بار، شرایط پروژه و الزامات بهرهبرداری بستگی دارد. بنابراین نباید یک درصد ثابت را برای همه دیتاسنترها اعمال کرد.
بله، حتی در دیتاسنترهای کوچک نیز محاسبه بار حرارتی به انتخاب ظرفیت مناسب دستگاه و جلوگیری از سرمایش ناکافی یا بیش از حد کمک میکند.
بار محسوس باعث تغییر دمای هوا میشود، در حالی که بار نهان مربوط به تغییر رطوبت است. در دیتاسنترها بار محسوس تجهیزات IT معمولاً غالب است؛ اما هوای تازه و شرایط رطوبتی میتوانند بار نهان ایجاد کنند.
لزوماً نه، میزان افزایش بار به توان مصرفی واقعی تجهیزات، نوع سرورها، میزان استفاده و نحوه توزیع بار در رکها بستگی دارد؛ بنابراین تعداد سرورها بهتنهایی معیار دقیقی برای تعیین بار سرمایشی نیست.
