No projeto e operação de sistemas de ar condicionado de data centers, o cálculo preciso da capacidade de refrigeração é um fator chave para garantir uma operação eficiente e estável. Este artigo aprofunda os métodos de cálculo da capacidade de refrigeração e sua aplicação em diferentes tipos de data centers.

1. Métodos para calcular a capacidade de resfriamento

O cálculo da capacidade de refrigeração é a base para avaliar as necessidades de ar condicionado de um data center. Os principais métodos incluem os métodos de potência e área, levando em consideração o calor gerado pelos equipamentos e a carga térmica ambiental.

Fórmula: Capacidade total de resfriamento (Qt) = Carga do equipamento interno (Q1) + Carga de calor ambiental (Q2)

Q1 = Potência do equipamento × 1,0

Q2 = 0,12~0,18 kW/m² × Área do data center

2. Ar condicionado de precisão e estimativa de carga fria

Para espaços climatizados de precisão, como data centers, a estimativa de carga fria precisa considerar fatores como carga térmica do equipamento, carga térmica ambiental, iluminação e dissipação de calor do pessoal.

Exemplo de estimativa: Por exemplo, em uma sala de 100 metros quadrados com uma potência total do equipamento de 20 kW, a condução na parede e no teto é de 5 kW e a radiação da janela é de 2 kW, a carga fria total é de aproximadamente 27 kW. Se a sala normalmente tiver cinco pessoas, a carga de dissipação de calor pessoal será de cerca de 500W.

Para ilustrar como a condução das estruturas do edifício afeta a carga de frio do data center, considere o seguinte exemplo:

Exemplo de estimativa: Suponha que um data center tenha as seguintes características:

Paredes: Paredes de tijolos de camada dupla com espessura total de 30 cm.

Piso: Concreto, espessura de 10cm.

Teto: Placa de gesso, espessura de 5cm.

Área do Data Center: 100 metros quadrados, altura de 3 metros.

Os coeficientes de condutividade térmica (λ) para cada material geralmente podem ser obtidos em manuais de materiais de construção. Por exemplo, assumindo que o coeficiente de condutividade térmica para paredes de tijolo é de 0,6 W/m·K, o concreto é de 1,4 W/m·K e a placa de gesso é de 0,25 W/m·K.

A seguir, utilizamos a fórmula de condução Q = U * A * ΔT para calcular a condução de cada seção, onde:

Q é a condução (W),

U é o coeficiente de transferência térmica do material (W/m²·K),

A é o área de superfície (m²),

ΔT é a diferença de temperatura interna-externa (K).

A fórmula de cálculo para U é U = 1 / (d / λ), onde d é a espessura do material (m) e λ é a condutividade térmica.

Calculando a condução de cada seção e somando-as, podemos determinar a condução total para todo o data center, estimando assim a carga fria necessária. Este método fornece uma maneira mais precisa de avaliar as necessidades de refrigeração de um data center."

3. Cálculo das opções de ar condicionado da sala UPS

Para salas UPS, a seleção do ar condicionado envolve cálculos baseados em condições específicas de carga térmica, incluindo consumo de energia do equipamento, área da sala e densidade de carga térmica.

Exemplo de estimativa:

suponha que o consumo total de energia do equipamento para uma sala de UPS seja de 50 kW e a área da sala seja de 100 metros quadrados. Considerando uma densidade de carga térmica de 20 W/metro quadrado, assumindo que a carga térmica da área é de 100 metros quadrados * 20 W/metro quadrado = 2.000 W ou 2 kW.

Tendo em conta tanto a potência do equipamento como a carga térmica gerada pela área, a carga térmica total é de 50 kW + 2 kW = 52 kW. Portanto, é necessário selecionar um sistema de ar condicionado que possa fornecer pelo menos 52 kW de capacidade de refrigeração. Para redundância e fiabilidade, poderia ser considerada uma capacidade de refrigeração adicional ou um sistema de ar condicionado com configuração N+1.

4. Cálculo das opções de ar condicionado da sala IDC

O cálculo para seleção de ar condicionado em salas IDC (Internet Data Center) é mais complexo, envolvendo o número de gabinetes de servidores, a pegada de cada dispositivo e o coeficiente de carga térmica ambiental.

P: Como equilibrar redundância e eficiência no sistema de ar condicionado ambiente IDC?
R: Podem ser adotadas configurações de redundância N+1 ou superior, considerando também o Índice de Eficiência Energética (EER) ou Índice de Eficiência Energética Sazonal (SEER) do sistema de ar condicionado.

Exemplo de estimativa:

Suponha que uma sala IDC exija uma capacidade total de refrigeração de 100 kW. Para garantir a redundância, pode-se adotar uma configuração N+1, ou seja, instalar unidades de ar condicionado com capacidade total superior à capacidade de refrigeração necessária. Por exemplo, a instalação de três unidades, cada uma com capacidade de refrigeração de 40 kW, resulta numa capacidade total de refrigeração de 120 kW, com 20 kW como redundância.

Simultaneamente, por questões de eficiência, devem ser escolhidos sistemas de ar condicionado com elevados Índices de Eficiência Energética (EER) ou Índices de Eficiência Energética Sazonal (SEER). Se o EER de cada ar condicionado fosse 3,0, consumiria menos energia em comparação com um sistema com um EER de 2,5 com a mesma capacidade de refrigeração. Isto garante a confiabilidade do sistema (através de redundância) e melhora a eficiência (selecionando aparelhos de ar condicionado com EER elevado).

Esta abordagem garante que o sistema de ar condicionado da sala IDC possa manter a operação normal mesmo se uma unidade falhar e otimiza a eficiência energética em condições normais de operação.

5. Cálculo de carga de ar condicionado de sala limpa para oficina de fabricação

Ao calcular a carga de ar condicionado para uma oficina de produção, vários fatores precisam ser considerados, incluindo o calor gerado pelo equipamento, o calor do pessoal, a iluminação, a carga de calor ambiental externa e a limpeza do ar necessária na oficina. Aqui está um exemplo de cálculo específico:

Exemplo de estimativa:

suponha que uma oficina de fabricação tenha uma área de 200 metros quadrados e uma altura de 3 metros. A oficina dispõe de equipamentos geradores de calor com potência total de 30 kW. Em média, existem 10 trabalhadores na oficina, cada um gerando aproximadamente 100W de calor. A potência total do equipamento de iluminação da oficina é de 5 kW. Assumindo uma carga de calor ambiental externa de 10 kW e uma carga adicional de 5 kW para manter a limpeza do ar, a carga de calor total é calculada da seguinte forma:

Carga de calor do equipamento: 30 kW
Carga de calor do pessoal: 10 pessoas × 100 W/pessoa = 1 kW
Calor de iluminação carga: 5 kW
Carga de calor ambiental externa: 10 kW
Manutenção da limpeza do ar: 5 kW
Carga térmica total = 30 kW + 1 kW + 5 kW + 10 kW + 5 kW = 51 kW

Portanto, a oficina de fabricação requer um sistema de ar condicionado com um capacidade mínima de refrigeração de 51 kW. Dependendo das necessidades reais, poderá ser necessário considerar alguma redundância para garantir um ambiente de trabalho adequado durante períodos de carga elevada ou falhas de equipamento.

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