Dans la conception et l’exploitation des systèmes de climatisation des centres de données, le calcul précis de la capacité de refroidissement est un facteur clé pour garantir un fonctionnement efficace et stable. Cet article examine les méthodes de calcul de la capacité de refroidissement et son application dans différents types de centres de données.

1. Méthodes de calcul de la capacité de refroidissement

Le calcul de la capacité de refroidissement constitue la base de l'évaluation des besoins en climatisation d'un centre de données. Les principales méthodes incluent les méthodes de puissance et de surface, prenant en compte la chaleur générée par les équipements et la charge thermique environnementale.

Formule : Capacité de refroidissement totale (Qt) = Charge de l'équipement intérieur (Q1) + Charge thermique environnementale (Q2)

Q1 = Puissance de l'équipement × 1,0

Q2 = 0,12~0,18 kW/m² × Surface du centre de données

2. Climatisation de précision et estimation de la charge de froid

Pour les espaces climatisés de précision tels que les centres de données, l'estimation de la charge de froid doit prendre en compte des facteurs tels que la charge thermique de l'équipement, la charge thermique ambiante, l'éclairage et la dissipation thermique du personnel.

Exemple d'estimation : Par exemple, dans une pièce de 100 mètres carrés avec une puissance totale d'équipement de 20 kW, la conduction des murs et du plafond est de 5 kW et le rayonnement des fenêtres est de 2 kW, la charge froide totale est d'environ 27 kW. Si la salle compte généralement cinq personnes, la charge de dissipation thermique du personnel est d'environ 500 W.

Pour illustrer comment la conduction des structures du bâtiment affecte la charge de froid du centre de données, considérons l'exemple suivant :

Exemple d'estimation : Supposons qu'un centre de données présente les caractéristiques suivantes :

Murs : murs en briques à double couche d'une épaisseur totale de 30 cm.

Sol : Béton, épaisseur de 10cm.

Plafond : Plaque de plâtre, épaisseur 5 cm.

Superficie du centre de données : 100 mètres carrés, hauteur de 3 mètres.

Les coefficients de conductivité thermique (λ) pour chaque matériau peuvent généralement être obtenus à partir des manuels des matériaux de construction. Par exemple, en supposant que le coefficient de conductivité thermique des murs en briques est de 0,6 W/m·K, celui du béton est de 1,4 W/m·K et celui des plaques de plâtre est de 0,25 W/m·K.

Ensuite, nous utilisons la formule de conduction Q = U * A * ΔT pour calculer la conduction pour chaque section, où :

Q est la conduction (W),

U est le coefficient de transfert thermique du matériau (W/m²·K),

A est le superficie (m²),

ΔT est la différence de température intérieure-extérieure (K).

La formule de calcul pour U est U = 1 / (d / λ), où d est l'épaisseur du matériau (m) et λ est la conductivité thermique.

En calculant la conduction pour chaque section et en les additionnant, nous pouvons déterminer la conduction totale pour l'ensemble du centre de données, estimant ainsi la charge de froid requise. Cette méthode offre un moyen plus précis d'évaluer les besoins en refroidissement d'un centre de données. »

3. Calcul des options de climatisation des chambres UPS

Pour les salles UPS, la sélection de la climatisation implique des calculs basés sur des conditions de charge thermique spécifiques, notamment la consommation électrique de l'équipement, la superficie de la pièce et la densité de charge thermique.

Exemple d'estimation :

Supposons que la consommation électrique totale de l'équipement d'une salle UPS soit de 50 kW et que la superficie de la pièce soit de 100 mètres carrés. Considérant une densité de charge thermique de 20 W/mètre carré, en supposant que la charge thermique de la zone est de 100 mètres carrés * 20 W/mètre carré = 2 000 W ou 2 kW.

En tenant compte à la fois de la puissance des équipements et de la charge thermique générée par la zone, la charge thermique totale est de 50 kW + 2 kW = 52 kW. Par conséquent, un système de climatisation pouvant fournir au moins 52 kW de capacité de refroidissement doit être sélectionné. Pour des raisons de redondance et de fiabilité, une capacité de refroidissement supplémentaire ou un système de climatisation avec une configuration N+1 pourraient être envisagés.

4. Calcul des options de climatisation ambiante IDC

Le calcul pour sélectionner la climatisation dans les salles IDC (Internet Data Center) est plus complexe, impliquant le nombre d'armoires de serveurs, l'encombrement de chaque appareil et le coefficient de charge thermique environnementale.

Q : Comment équilibrer redondance et efficacité dans le système de climatisation ambiante IDC ?
R : Des configurations de redondance N+1 ou supérieures peuvent être adoptées, tout en tenant également compte du taux d'efficacité énergétique (EER) ou du taux d'efficacité énergétique saisonnière (SEER) du système de climatisation.

Exemple d'estimation :

Supposons qu'une pièce IDC nécessite une capacité de refroidissement totale de 100 kW. Pour assurer la redondance, une configuration N+1 peut être adoptée, c'est-à-dire installer des unités de climatisation d'une capacité totale supérieure à la capacité frigorifique requise. Par exemple, installer trois unités, chacune avec une capacité de refroidissement de 40 kW, ce qui donne une capacité de refroidissement totale de 120 kW, avec 20 kW de redondance.

Simultanément, pour des raisons d'efficacité, des systèmes de climatisation avec des ratios d'efficacité énergétique (EER) ou des ratios d'efficacité énergétique saisonniers (SEER) élevés doivent être choisis. Si l'EER de chaque climatiseur est de 3,0, il consommerait moins d'énergie par rapport à un système avec un EER de 2,5 pour la même capacité de refroidissement. Cela garantit à la fois la fiabilité du système (grâce à la redondance) et améliore l'efficacité (en sélectionnant des climatiseurs à EER élevé).

Cette approche garantit que le système de climatisation de la salle IDC peut maintenir un fonctionnement normal même en cas de panne d'une unité et optimise l'efficacité énergétique dans des conditions de fonctionnement normales.

5. Calcul de la charge de climatisation des salles blanches pour les ateliers de fabrication

Lors du calcul de la charge de climatisation d'un atelier de fabrication, divers facteurs doivent être pris en compte, notamment la chaleur générée par l'équipement, la chaleur du personnel, l'éclairage, la charge thermique environnementale externe et la pureté de l'air requise dans l'atelier. Voici un exemple de calcul spécifique :

Exemple d'estimation :

Supposons qu'un atelier de fabrication ait une superficie de 200 mètres carrés et une hauteur de 3 mètres. L'atelier dispose d'équipements de production de chaleur d'une puissance totale de 30 kW. En moyenne, il y a 10 ouvriers dans l'atelier, chacun générant environ 100 W de chaleur. La puissance totale du matériel d'éclairage de l'atelier est de 5 kW. En supposant une charge thermique environnementale externe de 10 kW et une charge supplémentaire de 5 kW pour maintenir la propreté de l'air, la charge thermique totale est calculée comme suit :

Charge thermique de l'équipement : 30 kW
Charge thermique du personnel : 10 personnes × 100 W/personne = 1 kW
Chaleur d'éclairage : 5 kW
Charge thermique environnementale externe : 10 kW
Maintien de la propreté de l'air : 5 kW
Charge thermique totale = 30 kW + 1 kW + 5 kW + 10 kW + 5 kW = 51 kW

L'atelier de fabrication nécessite donc un système de climatisation avec un capacité de refroidissement minimale de 51 kW. En fonction des besoins réels, il peut être nécessaire d'envisager une certaine redondance pour garantir un environnement de travail adapté lors de périodes de forte charge ou de panne d'équipement.

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