Trong thiết kế và vận hành hệ thống điều hòa không khí của trung tâm dữ liệu, việc tính toán chính xác công suất làm mát là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định. Bài viết này đi sâu vào các phương pháp tính toán công suất làm mát và ứng dụng của nó trong các loại trung tâm dữ liệu khác nhau.

1. Các phương pháp tính công suất làm mát

Tính toán công suất làm mát là cơ sở để đánh giá nhu cầu điều hòa không khí của trung tâm dữ liệu. Các phương pháp chính bao gồm phương pháp công suất và diện tích, có tính đến nhiệt lượng do thiết bị tạo ra và tải nhiệt môi trường.

Công thức: Tổng công suất làm mát (Qt) = Tải thiết bị trong nhà (Q1) + Tải nhiệt môi trường (Q2)

Q1 = Công suất thiết bị × 1,0

Q2 = 0,12~0,18 kW/m2 × Diện tích trung tâm dữ liệu

2. Ước tính chính xác điều hòa không khí và tải lạnh

Đối với các không gian được điều hòa không khí chính xác như trung tâm dữ liệu, việc ước tính tải lạnh cần xem xét các yếu tố như tải nhiệt của thiết bị, tải nhiệt môi trường, chiếu sáng và tản nhiệt của con người.

Ví dụ ước tính: Ví dụ, trong một căn phòng rộng 100 mét vuông với tổng công suất thiết bị là 20 kW, độ dẫn nhiệt trên tường và trần là 5 kW và bức xạ cửa sổ là 2 kW, tổng tải lạnh là khoảng 27 kW. Nếu phòng thường có năm người thì tải tản nhiệt cho mỗi người là khoảng 500W.

Để minh họa mức độ dẫn truyền của các cấu trúc tòa nhà ảnh hưởng đến tải lạnh của trung tâm dữ liệu, hãy xem xét ví dụ sau:

Ví dụ ước tính: Giả sử một trung tâm dữ liệu có các đặc điểm sau:

Tường: Tường gạch hai lớp có tổng độ dày 30cm.

Sàn: Bê tông dày 10cm.

Trần nhà: Tấm thạch cao, dày 5cm.

Diện tích trung tâm dữ liệu: 100 mét vuông, cao 3 mét.

Hệ số dẫn nhiệt (λ) cho từng loại vật liệu thường có thể lấy được từ sổ tay vật liệu xây dựng. Ví dụ: giả sử hệ số dẫn nhiệt của tường gạch là 0,6 W/m·K, bê tông là 1,4 W/m·K và tấm thạch cao là 0,25 W/m·K.

Tiếp theo, chúng tôi sử dụng công thức dẫn nhiệt Q = U * A * ΔT để tính độ dẫn nhiệt cho từng phần, trong đó:

Q là độ dẫn nhiệt (W),

U là hệ số truyền nhiệt của vật liệu (W/m²·K),

A là hệ số truyền nhiệt của vật liệu diện tích bề mặt (m2),

ΔT là chênh lệch nhiệt độ trong nhà và ngoài trời (K).

Công thức tính U là U = 1 / (d / λ), trong đó d là độ dày vật liệu (m), và λ là độ dẫn nhiệt.

Bằng cách tính toán độ dẫn cho từng phần và tổng hợp lại, chúng ta có thể xác định tổng độ dẫn cho toàn bộ trung tâm dữ liệu, từ đó ước tính được tải lạnh cần thiết. Phương pháp này cung cấp một cách chính xác hơn để đánh giá nhu cầu làm mát của trung tâm dữ liệu."

3. Tính toán các tùy chọn điều hòa không khí trong phòng UPS

Đối với các phòng UPS, việc lựa chọn điều hòa không khí bao gồm các tính toán dựa trên các điều kiện tải nhiệt cụ thể, bao gồm mức tiêu thụ điện của thiết bị, diện tích phòng và mật độ tải nhiệt.

Ví dụ ước tính:

Giả sử tổng mức tiêu thụ điện của thiết bị cho một phòng UPS là 50 kW và diện tích phòng là 100 mét vuông. Xét mật độ tải nhiệt là 20 W/mét vuông, giả sử tải nhiệt từ khu vực này là 100 mét vuông * 20 W/mét vuông = 2000 W hoặc 2 kW.

Có tính đến cả công suất thiết bị và tải nhiệt do khu vực tạo ra, tổng tải nhiệt là 50 kW + 2 kW = 52 kW. Vì vậy, cần phải lựa chọn hệ thống điều hòa không khí có thể cung cấp công suất làm lạnh tối thiểu 52 kW. Để dự phòng và tin cậy, có thể xem xét công suất làm mát bổ sung hoặc hệ thống điều hòa không khí có cấu hình N+1.

4. Tính toán các phương án điều hòa không khí trong phòng IDC

Việc tính toán lựa chọn điều hòa không khí trong các phòng IDC (Internet Data Center) phức tạp hơn, liên quan đến số lượng tủ máy chủ, diện tích chiếm chỗ của từng thiết bị và hệ số tải nhiệt môi trường.

Hỏi: Làm thế nào để cân bằng giữa tính dự phòng và hiệu quả trong hệ thống điều hòa không khí trong phòng IDC?
Đáp: Có thể áp dụng cấu hình dự phòng N+1 hoặc cao hơn, đồng thời xem xét Tỷ lệ hiệu quả năng lượng (EER) hoặc Tỷ lệ hiệu quả năng lượng theo mùa (SEER) của hệ thống điều hòa không khí.

Ví dụ ước tính:

Giả sử một phòng IDC yêu cầu tổng công suất làm mát là 100 kW. Để đảm bảo dự phòng, có thể áp dụng cấu hình N+1, nghĩa là lắp đặt các bộ điều hòa không khí có tổng công suất vượt quá công suất làm mát cần thiết. Ví dụ: lắp đặt ba tổ máy, mỗi tổ có công suất làm mát 40 kW, tạo ra tổng công suất làm mát là 120 kW, với 20 kW dự phòng.

Đồng thời, để cân nhắc về hiệu quả, nên chọn hệ thống điều hòa không khí có Tỷ lệ hiệu quả năng lượng (EER) hoặc Tỷ lệ hiệu quả năng lượng theo mùa (SEER) cao. Nếu EER cho mỗi máy điều hòa không khí là 3.0 thì nó sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn so với hệ thống có EER là 2.5 ở cùng công suất làm mát. Điều này đảm bảo cả độ tin cậy của hệ thống (thông qua dự phòng) và cải thiện hiệu quả (bằng cách chọn máy điều hòa không khí có EER cao).

Cách tiếp cận này đảm bảo rằng hệ thống điều hòa không khí của phòng IDC có thể duy trì hoạt động bình thường ngay cả khi một thiết bị hỏng và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng trong điều kiện hoạt động bình thường.

5. Tính toán phụ tải điều hòa phòng sạch cho xưởng sản xuất

Khi tính toán tải điều hòa không khí cho xưởng sản xuất, cần xem xét nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm nhiệt do thiết bị tạo ra, nhiệt từ con người, ánh sáng, tải nhiệt môi trường bên ngoài và độ sạch không khí cần thiết trong xưởng. Dưới đây là một ví dụ tính toán cụ thể:

Ví dụ ước tính:

Giả sử một xưởng sản xuất có diện tích 200 mét vuông và chiều cao 3 mét. Xưởng có thiết bị tạo nhiệt với tổng công suất 30 kW. Trung bình trong xưởng có 10 công nhân, mỗi người thải ra khoảng 100W nhiệt lượng. Tổng công suất các thiết bị chiếu sáng của nhà xưởng là 5 kW. Giả sử tải nhiệt môi trường bên ngoài là 10 kW và tải thêm 5 kW để duy trì độ sạch của không khí, tổng tải nhiệt được tính như sau:

Tải nhiệt thiết bị: 30 kW
Tải nhiệt nhân sự: 10 người × 100W/người = 1 kW
Nhiệt chiếu sáng tải: 5 kW
Tải nhiệt môi trường bên ngoài: 10 kW
Bảo trì độ sạch không khí: 5 kW
Tổng tải nhiệt = 30 kW + 1 kW + 5 kW + 10 kW + 5 kW = 51 kW

Do đó, xưởng sản xuất cần có hệ thống điều hòa không khí có công suất công suất làm lạnh tối thiểu 51 kW. Tùy thuộc vào nhu cầu thực tế, có thể cần phải xem xét một số dự phòng để đảm bảo môi trường làm việc phù hợp trong thời gian tải cao hoặc hỏng hóc thiết bị.

H.Stars Group với hơn 30 năm kinh nghiệm có thể giúp bạn với thiết bị HVAC tiên tiến của chúng tôi. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về thiết bị làm mát công nghiệp, vui lòng để lại yêu cầu trên trang web của chúng tôi và đội ngũ bán hàng của chúng tôi sẽ liên hệ với bạn trong thời gian sớm nhất.