En el diseño y operación de sistemas de aire acondicionado de centros de datos, calcular con precisión la capacidad de enfriamiento es un factor clave para garantizar un funcionamiento eficiente y estable. Este artículo profundiza en los métodos de cálculo de la capacidad de refrigeración y su aplicación en diferentes tipos de centros de datos.

1. Métodos para calcular la capacidad de refrigeración

Calcular la capacidad de refrigeración es la base para evaluar las necesidades de aire acondicionado de un centro de datos. Los métodos principales incluyen los métodos de potencia y área, teniendo en cuenta el calor generado por el equipo y la carga de calor ambiental.

Fórmula: Capacidad de refrigeración total (Qt) = Carga del equipo interior (Q1) + Carga de calor ambiental (Q2)

Q1 = Potencia del equipo × 1,0

Q2 = 0,12~0,18 kW/m² × Área del centro de datos

2. Estimación de carga de frío y aire acondicionado de precisión

Para espacios con aire acondicionado de precisión, como centros de datos, la estimación de la carga de frío debe considerar factores como la carga de calor del equipo, la carga de calor ambiental, la iluminación y la disipación de calor del personal.

Ejemplo de estimación: por ejemplo, en una habitación de 100 metros cuadrados con una potencia total del equipo de 20 kW, la conducción de paredes y techos es de 5 kW y la radiación de la ventana es de 2 kW, la carga de frío total es de aproximadamente 27 kW. Si la sala suele tener cinco personas, la carga de disipación de calor del personal es de alrededor de 500 W.

Para ilustrar cómo la conducción de las estructuras del edificio afecta la carga fría del centro de datos, considere el siguiente ejemplo:

Ejemplo de estimación: Suponga que un centro de datos tiene las siguientes características:

Paredes: Paredes de ladrillo de doble capa con un espesor total de 30 cm.

Suelo: Hormigón de 10cm de espesor.

Techo: Placa de yeso de 5cm de espesor.

Área del Centro de Datos: 100 metros cuadrados, altura de 3 metros.

Los coeficientes de conductividad térmica (λ) para cada material generalmente se pueden obtener de los manuales de materiales de construcción. Por ejemplo, suponiendo que el coeficiente de conductividad térmica de las paredes de ladrillo es de 0,6 W/m·K, el del hormigón es de 1,4 W/m·K y el de los paneles de yeso es de 0,25 W/m·K.

A continuación utilizamos la fórmula de conducción Q = U * A * ΔT para calcular la conducción para cada sección, donde:

Q es la conducción (W),

U es el coeficiente de transferencia térmica del material (W/m²·K),

A es el superficie (m²),

ΔT es la diferencia de temperatura interior-exterior (K).

La fórmula de cálculo para U es U = 1 / (d / λ), donde d es el espesor del material (m) y λ es la conductividad térmica.

Al calcular la conducción para cada sección y resumirlas, podemos determinar la conducción total para todo el centro de datos, estimando así la carga fría requerida. Este método proporciona una forma más precisa de evaluar las necesidades de refrigeración de un centro de datos".

3. Cálculo de las opciones de aire acondicionado de la habitación UPS

Para las salas UPS, la selección del aire acondicionado implica cálculos basados ​​en condiciones específicas de carga de calor, incluido el consumo de energía del equipo, el área de la habitación y la densidad de la carga de calor.

Ejemplo de estimación:

supongamos que el consumo total de energía del equipo para una sala UPS es de 50 kW y el área de la sala es de 100 metros cuadrados. Considerando una densidad de carga de calor de 20 W/metro cuadrado, suponiendo que la carga de calor del área es de 100 metros cuadrados * 20 W/metro cuadrado = 2000 W o 2 kW.

Teniendo en cuenta tanto la potencia del equipo como la carga de calor generada por el área, la carga de calor total es 50 kW + 2 kW = 52 kW. Por lo tanto, es necesario seleccionar un sistema de aire acondicionado que pueda proporcionar al menos 52 kW de capacidad de refrigeración. Para redundancia y confiabilidad, se podría considerar capacidad de enfriamiento adicional o un sistema de aire acondicionado con una configuración N+1.

4. Cálculo de opciones de aire acondicionado de habitaciones IDC

El cálculo para seleccionar aire acondicionado en salas IDC (Centro de datos de Internet) es más complejo e involucra la cantidad de gabinetes de servidores, el tamaño de cada dispositivo y el coeficiente de carga de calor ambiental.

P: ¿Cómo equilibrar la redundancia y la eficiencia en el sistema de aire acondicionado de la habitación IDC?
R: Se pueden adoptar configuraciones de redundancia N+1 o superiores, considerando también el índice de eficiencia energética (EER) o el índice de eficiencia energética estacional (SEER) del sistema de aire acondicionado.

Ejemplo de estimación:

Supongamos que una sala IDC requiere una capacidad de refrigeración total de 100 kW. Para garantizar la redundancia, se puede adoptar una configuración N+1, es decir, instalar unidades de aire acondicionado con una capacidad total superior a la capacidad de refrigeración requerida. Por ejemplo, instalar tres unidades, cada una con una capacidad de refrigeración de 40 kW, da como resultado una capacidad de refrigeración total de 120 kW, con 20 kW como redundancia.

Al mismo tiempo, por consideraciones de eficiencia, se deben elegir sistemas de aire acondicionado con altos índices de eficiencia energética (EER) o índices de eficiencia energética estacionales (SEER). Si el EER de cada aire acondicionado es 3,0, consumiría menos energía en comparación con un sistema con un EER de 2,5 con la misma capacidad de refrigeración. Esto garantiza la confiabilidad del sistema (a través de la redundancia) y mejora la eficiencia (al seleccionar acondicionadores de aire de alto EER).

Este enfoque garantiza que el sistema de aire acondicionado de la sala IDC pueda mantener un funcionamiento normal incluso si falla una unidad y optimiza la eficiencia energética en condiciones normales de funcionamiento.

5. Cálculo de carga de aire acondicionado de sala limpia para taller de fabricación

Al calcular la carga de aire acondicionado para un taller de fabricación, se deben considerar varios factores, incluido el calor generado por el equipo, el calor del personal, la iluminación, la carga de calor ambiental externa y la limpieza del aire requerida en el taller. Aquí hay un ejemplo de cálculo específico:

Ejemplo de estimación:

Supongamos que un taller de fabricación tiene un área de 200 metros cuadrados y una altura de 3 metros. El taller cuenta con equipos generadores de calor con una potencia total de 30 kW. En promedio, hay 10 trabajadores en el taller, cada uno de los cuales genera aproximadamente 100 W de calor. La potencia total del equipo de iluminación del taller es de 5 kW. Suponiendo una carga de calor ambiental externa de 10 kW y una carga adicional de 5 kW para mantener la limpieza del aire, la carga de calor total se calcula de la siguiente manera:

Carga de calor del equipo: 30 kW
Carga de calor del personal: 10 personas × 100 W/persona = 1 kW
Calor de iluminación carga: 5 kW
Carga de calor ambiental externa: 10 kW
Mantenimiento de la limpieza del aire: 5 kW
Carga de calor total = 30 kW + 1 kW + 5 kW + 10 kW + 5 kW = 51 kW

Por lo tanto, el taller de fabricación requiere un sistema de aire acondicionado con Capacidad frigorífica mínima de 51 kW. Dependiendo de las necesidades reales, podría ser necesario considerar cierta redundancia para garantizar un entorno de trabajo adecuado durante períodos de alta carga o fallas del equipo.

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