計算機機房專用空調(diào)的特點及設(shè)計方法

1、計算機機房專用空調(diào)的特點及設(shè)計方法能夠充分滿足計算機房環(huán)境條件要求的計算機房專用空調(diào)機是在近30年中逐漸發(fā)展起來的一個新機種。早期的機房使用舒適性空調(diào)機時，常常出現(xiàn)由于環(huán)境溫濕度參數(shù)控制不當而造成計算機運算過程受干擾、打印機紙張卡住或粘連、磁頭損壞、出現(xiàn)靜電等問題。而使用通用的恒溫恒濕空調(diào)機，雖然可以獲得比較穩(wěn)定的適宜環(huán)境，但是運行費用偏高，同時也存在安全性、可靠性以及操作方面的一系列不足。為了適應(yīng)計算機事業(yè)的發(fā)展，計算機和空調(diào)設(shè)計人員相互合作，針對計算機房空調(diào)環(huán)境特點，專門開發(fā)了計算機房專用空調(diào)機。美國DATAAIRE公司在30多年前與IBM公司合作，成功地開發(fā)了世界上第一臺計算機房專用空調(diào)

2、機。在我國，計算機行業(yè)的發(fā)展也是近30年的事，隨著計算機在各行業(yè)的普遍應(yīng)用。金密空調(diào)例如：下送風利用活動地板作為風道把冷風直接送入計算機機柜內(nèi)、大風量、低焓差、較高的空氣過濾效率、配置相互獨立的雙制冷系統(tǒng)。以及加熱、加濕等功能。計算機房專用空調(diào)機發(fā)展至今，無論從制冷能量調(diào)節(jié)到各種故障報警監(jiān)測等都有了相當大的提高。計算機房專用空調(diào)機，通常具有如下一些性能特點：3.1大風量、小焓差與相同制冷量的舒適空調(diào)機相比，機房專用空調(diào)機的循環(huán)風量約大一倍，相應(yīng)的焓差只有一半，機房專用空調(diào)機運行時通常不需要除濕，循環(huán)風量較大將使得機組在空氣露點以上運行，不必要象舒適性空調(diào)機那樣為應(yīng)付濕負荷而不得不使空氣冷卻到露

3、點以下，故機組可以通過提高制冷劑的蒸發(fā)溫度提高機組運行的熱力效率，從而提高運行的經(jīng)濟性。根據(jù)經(jīng)驗，顯熱比為1.0的機組單位制冷量的能耗僅為顯熱比為0.6機組的60%左右。同樣，機房要求溫濕度指標相對穩(wěn)定，較大的循環(huán)風量將有利于穩(wěn)定機房的溫、濕度指標，顯然，在制冷量一定的情況下，風量的增大將導(dǎo)致焓差的減小，因而通常機組只能在顯熱比相當高的工況下運行，這恰恰與機房的負荷特點相適應(yīng)。此外，在過濾系統(tǒng)效率一定的情況下，較大的風量有利于提高機房的潔凈度?？照{(diào)機按其性能不同，大體可分為三種類型。第一類型為舒適型空調(diào)機，如柜式空調(diào)機、壁桂式、吸頂式等，它們主要是給人們提供一個舒適的環(huán)境條件。第二類為恒溫恒濕

4、型空調(diào)機，這種空調(diào)是為試驗室或工作間提供相應(yīng)的溫度和濕度要求，這種空調(diào)機夏季制冷、冬季加熱和加濕，屬于工業(yè)用空調(diào)機之一。第三類為機房專用空調(diào)機，它是為計算機機房(包括程控交換機房)專門設(shè)計的特殊空調(diào)機，這種空調(diào)機全年制冷運行。通常舒適空調(diào)冷負荷中有30是為了消除潛熱負荷，有70是為了消除顯熱負荷。對計算機房來講，其情況卻大不相同，計算機房內(nèi)主要是設(shè)備散出的顯熱，室內(nèi)工作人員散出的熱負荷及夏季進入房間的新鮮空氣的熱濕負荷(僅占總負荷的5)。并且冬季是需要加濕而不是減濕，即使在冬季計算機房仍需要消除熱負荷，特別是程控機房更是如此。鑒于以上特點，如將一般舒適空調(diào)機組用于計算機房，則會造成能量浪費。例

5、如一個熱負荷為7056kcalh的計算機房，若使用計算機房專用空調(diào)機組，則總耗電量為2.7kW，而舒適型空調(diào)機組則需耗電8.1kW，即多耗電兩倍。同樣制冷量的空調(diào)機其風量各異、舒適型空調(diào)機的風量與冷量比為1:5，而恒濕恒溫機風量與冷量比為1:3.5，機房專用空調(diào)機的風量與冷量比為1:2.3(kca1m3)。所以機房專用空調(diào)機具有大風量、小焓差、高顯熱比的特點，通常焓差為2kca1kg左右。也就是說，機房的熱負荷90-95%是顯熱負荷，同樣的熱負荷顯熱比越高要求送風量越大。這就是要求機房的空調(diào)系統(tǒng)能夠提供較大的送風量，所以要求機房送風量要比通常舒適性空調(diào)房間所需的送風量大1.6-2倍。3.2機房

6、的熱負荷變化的幅度較大通常要在1020之間變動，這是由于主機設(shè)備所處的工作狀態(tài)不同，消耗的功耗不同所造成的。因此，機房空調(diào)系統(tǒng)必須能夠適應(yīng)這種負荷的變化，以使元、器件工作在所要求的環(huán)境條件之中，保證電路性能的可靠性。3.3送回風方式多樣由于要與計算機的冷卻方式相適應(yīng)，計算機房的空調(diào)系統(tǒng)的送風回風方式是多種多樣的、有上送風、下送風等、有下回風、上回風、側(cè)回風等，生產(chǎn)企業(yè)一般是利用標準化手段開發(fā)一系列機型，以滿足用戶的不同需要。機房專用空調(diào)機送風形式多為上送下回式和上回下送式。機房中鋪設(shè)防靜電活動地板，機房專用空調(diào)機采用下送上回式送風，使冷氣直接送入活動地板下，這樣使地板下形成靜壓箱，然后通過地板

7、送風口，把冷氣均勻地送入機房內(nèi)，送入計算機柜內(nèi)。為此，機房專用空調(diào)機應(yīng)有足夠的風量把機房中的熱量帶走。采用這種送風形式可大大提高空調(diào)效率，同時還可以大幅度節(jié)省過去習慣管道送風的工程費用，降低工程造價，使室內(nèi)布局美觀。這是計算機房理想的送風形式。當然，機房送風形式要與計算機主機散熱形式相一致。3.4兩級過濾機房專用空調(diào)機內(nèi)設(shè)有初、中效兩級過濾器，使機組送出的冷氣達到一定的凈化能力，以滿足潔凈度要求。例如日本機房專用空調(diào)機就是采用AFl重量法，其集塵效率可達93，用這一指標來標稱機組空氣過濾效果。當機組過濾器容塵量超過設(shè)定值時，過濾器堵塞報警器動作，以示操作人員清掃過濾器。通常標準型機組中、空氣過

8、濾器均采用粗、中效過濾，而在一些進口的特殊型機組中，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用預(yù)留亞高效過濾器或高效過濾器的安裝位置，可根據(jù)用戶需求選用(如凈化手術(shù)室等機組就選用帶亞高過濾器)。只要用戶提出，過濾系統(tǒng)可以很方便地以更換過濾器或者增加過濾器的方式進行升級。一般A級過濾器要求使用高效或亞高效過濾器，B級潔凈要求使用亞高效或中效過濾器，即使是使用C級潔凈要求也座該使用中效過濾器。然而，舒適性空調(diào)機以及常規(guī)的恒濕恒溫空調(diào)機一般只有初效過濾器，如果需要提高過濾效率，也只能是改裝，而且往往還需增加風機、加大風壓，以免空調(diào)機因安裝了中效過濾或亞高效過濾而使送風能力大幅度下降。3.5可靠性較高針對機房空調(diào)系統(tǒng)高可靠性的

9、要求，計算機房專用空調(diào)機在結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計和制造以及空調(diào)系統(tǒng)組成等方面都必須相應(yīng)采取一系列措施，例如設(shè)置后備機組或后備控制單元，微機控制系統(tǒng)自動對機組運行狀態(tài)進行診斷，及時對已經(jīng)出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)的故障發(fā)生警報，自動用后備機組或后備控制單元切換故障機組或故障單元。眾所周知，機房專用機的控制系統(tǒng)功能比舒適機要完善得多?？刂葡到y(tǒng)的性能與空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性能密切相關(guān)。不少計算機房專用空調(diào)機生產(chǎn)企業(yè)專門開發(fā)一系列的控制器作為空調(diào)系統(tǒng)的組成部分，采用電子控制器或微機控制已經(jīng)十分普遍，有些企業(yè)已經(jīng)把模糊控制技術(shù)應(yīng)用在計算機房專用空調(diào)系統(tǒng)中。控制器具有自診斷功能，可以按照程序自動地對機組以及控制器本身各部分的

10、狀態(tài)進行診斷，診斷也可以由操作人員采用手動方式進行。自診斷將及時對出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的部件或者出現(xiàn)故障的類型和發(fā)生部位作出判斷。控制器遠程監(jiān)控功能在機組控制器上加入通信接口插板后，該控制即可與網(wǎng)絡(luò)控制器聯(lián)機，機組的運行將可以利用網(wǎng)絡(luò)控制器進行集中控制?？刂破鞯暮髠錂C組管理功能，可把同一區(qū)域內(nèi)的機組分別在不同的時間內(nèi)作為運行機組和后備機組。即當某臺運行機組發(fā)生故障時，在控制器的控制下可把該機組的負荷自動地切換到后備機組。正常情況下，每臺機組均按一定的時間輪流作為運行機組和后備機組，從而均衡各機組的運行時間。這樣，有利于提高專用空調(diào)機組的壽命和運行的可靠性。3.6全年制冷運行無論是大、中型計算機，還是程

11、控交換機，都要求空調(diào)機全年制冷運行。而冬季的制冷運行要解決穩(wěn)定冷凝壓力和其它相關(guān)的問題。多數(shù)機房專用空調(diào)機能在室外氣溫降至15時仍能制冷運行。與此形成明顯對比的舒適性空調(diào)機或常規(guī)恒溫、恒濕機，在此種條件下，根本無法工作。3.7設(shè)計點對應(yīng)運行點如果把舒適空調(diào)機用于計算機房空調(diào)系統(tǒng)時，由于機房要求其運行點為：冬季20土2，夏季23土2，而舒適空調(diào)機的設(shè)計點溫度一般為27，所以機組的實際供冷能力一般比樣本標明的額定值低1025。此外，運行點偏離設(shè)計點時，在一定程度上機組的部分機件性能由于偏離了最佳運行點，從而影響了機組整體的匹配狀態(tài)，不利于機組性能的充分發(fā)揮和高效率運行。然而計算機房專用空調(diào)機，由于

12、把運行點作為設(shè)計點，因而機組始終處于最佳運行點，這就從根本上避免了這些問題。3.8機房專用空調(diào)機與舒適空調(diào)機的區(qū)別機房專用空調(diào)機組與一般舒適空調(diào)機組的對比如下。序號比較內(nèi)容一般空調(diào)專業(yè)空調(diào)1冷風比kcal/m352.232顯熱比（顯冷量/總冷量%）0.650.70.851.03焓差kcal/kg3522.54控制精度31，1%RH5濕度控制通常沒有有加濕和去濕功能6空氣過濾一般性過濾要求過濾0.20.5m的粒子，10-30級7蒸發(fā)溫度較低5-118蒸發(fā)器排數(shù)4、6、8排2-4排9迎風面積m2較小1.32.710迎面風速m/s較大2.711備用單制冷回路雙制冷回路12運行時間h8102413全年

13、運行可靠性不設(shè)計冬季運行全天候運行14控制一般控制微機控制15監(jiān)控無能進行本機或遠程監(jiān)控計算機機房熱負荷計算為了確定空調(diào)機的容量，以滿足機房溫度、濕度、潔凈度和送風速度的要求(簡稱四度要求)。必須首先計算機房的熱負荷。機房的熱負荷主要來自兩個方面，其一是機房內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，它包括：室內(nèi)計算機及外部設(shè)備的發(fā)熱量，機房輔助設(shè)施和機房設(shè)備的發(fā)熱量(電熱、蒸氣水溫及其它發(fā)熱體)。這些發(fā)熱量顯熱大、潛熱??；照明發(fā)熱(顯熱)；工作人員的發(fā)熱(顯熱小、潛熱大)；由于水分蒸發(fā)、凝結(jié)產(chǎn)生的熱量(潛熱)。其二是機房外部產(chǎn)生的熱量，它包括：傳導(dǎo)熱。通過建筑物本體侵入的熱量，如從墻壁、屋頂、隔斷和地面?zhèn)魅霗C房的熱量(

14、顯熱)；放射熱(也稱輻射熱)。由于太陽照射從玻璃窗直接進入房間的熱量(顯熱)；對流產(chǎn)生的熱量。從門窗等縫隙侵入的高溫室外空氣(也包含水蒸氣)所產(chǎn)生的熱量(顯熱、潛熱)；為了使室內(nèi)工作人員減少疲勞和有利于人體健康而引入的新鮮空氣所產(chǎn)生的熱量(包括顯熱和潛熱)?？傊?，人體放出的熱量、縫隙風侵入的熱量和換氣帶進的熱量，不僅使室溫升高，也會增加室內(nèi)的含濕量，因此需要除濕。這部分熱負荷稱為潛熱負荷，而機房內(nèi)所有設(shè)備散發(fā)的熱量只是室內(nèi)的溫度升高，這種熱負荷稱為顯熱負荷。與一般賓館、辦公室、會議室等潛熱占有相當大比例所不同的是，計算機、程控機機房內(nèi)的熱負荷是以顯熱負荷為主。因此對于熱負荷狀況不同的場合應(yīng)選用

15、不同類型的空調(diào)機。通常用顯熱比(SFH)作為空調(diào)機的重要指標。各種空調(diào)機的顯熱比如下表所示：機型舒適空調(diào)恒溫恒濕空調(diào)專用空調(diào)顯熱比70%80%9095%4.1概略計算(也稱為估算)在機房初始設(shè)計階段，為了較快的選定空調(diào)機的容量，可采用此方法，即以單位面積所需冷量進行估算。計算機房（包括程控交換機房）：樓層較高時，250300kcal/m2h樓層較低時，150250kcal/m2h（根據(jù)設(shè)備的密度作適當?shù)脑鰷p）辦公室（值班室）：90kcal/m2h4.2簡易熱負荷計算計算機房空調(diào)負荷，主要來自計算機設(shè)備、外部設(shè)備及機房設(shè)備的發(fā)熱量，大約占總熱量的80%以上，其次是照明熱、傳導(dǎo)熱、輻射熱等，這幾項

16、計算方法與一般空調(diào)房間負荷計算相同。計算機制造商，一般能提供設(shè)備發(fā)熱量的具體數(shù)值。而有些計算機制造商，不能提出這方面的數(shù)據(jù)，因此，只能根據(jù)計算機的耗電量計算其發(fā)熱量。a.外部設(shè)備發(fā)熱量計算Q860N(kcalh)式中：N：用電量(kW)；：同時使用系數(shù)(0.20.5)；860：功的熱當量，即lkW電能全部轉(zhuǎn)化為熱能所產(chǎn)生的熱量。b.主機發(fā)熱量計算Q860P*h1h2h3式中，P：總功率(kW)；h1：同時使用系數(shù)；h2：利用系數(shù)；h3：負荷工作均勻系數(shù)。機房內(nèi)各種設(shè)備的總功率，應(yīng)以機房內(nèi)設(shè)備的最大功耗為準，但這些功耗并未全部轉(zhuǎn)換成熱量，因此，必須用以上三種系數(shù)來修正，這些系數(shù)又與計算機的系統(tǒng)結(jié)

17、構(gòu)、功能、用途、工作狀態(tài)及所用電子組件有關(guān)。總系數(shù)一般取0.60.8之間為好。c.照明設(shè)備熱負荷計算機房照明設(shè)備的耗電量，一部分變成光，一部分變成熱。變成光的部分也因被建筑物和設(shè)備等所吸收而變成熱。照明設(shè)備的熱負荷計算如下：QCPkcalh式中，P：照明設(shè)備的標稱額定輸出功率(W)；C：每輸出lW的熱量(kcalhW)，通常自熾燈為0.86，日光燈為1.0。d.人體發(fā)熱量人體內(nèi)的熱是通過皮膚和呼吸器官放出來的，這種熱因含有水蒸汽，其熱負荷應(yīng)是顯熱和潛熱負荷之和。人體發(fā)出的熱隨工作狀態(tài)而異。機房中工作人員可按輕體力工作處理。當室溫為24時，其顯熱負荷為56cal，潛熱負荷為46cal；當室溫為2

18、1時，其顯熱負荷為65cal，潛熱負荷為37ca1。在兩種情況下，其總熱負荷均為102cal。e.圍護結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)熱通過機房屋頂、墻壁、隔斷等圍護結(jié)構(gòu)進入機房的傳導(dǎo)熱是一個與季節(jié)、時間、地理位置和太陽的照射角度等有關(guān)的量。因此，要準確地求出這樣的量是很復(fù)雜的問題。當室內(nèi)外空氣溫度保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)時，由平面形狀墻壁傳入機房的熱量可按下式計算：QKF(t1-t2)kcalh式中，K：圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)(kcalm2h)；F：圍護結(jié)構(gòu)面積(m2)；t1：機房內(nèi)溫度()；t2：機房外的計算溫度()。當計算不與室外空氣直接接觸的圍護結(jié)構(gòu)如隔斷等時，室內(nèi)外計算溫度差應(yīng)乘以修正系數(shù)，其值通常取0.40.7。

19、常用材料導(dǎo)熱系數(shù)如下表所示：常用材料導(dǎo)熱系數(shù)材料導(dǎo)熱系數(shù)(kcal/m2h)材料導(dǎo)熱系數(shù)(kcal/m2h)普通混凝土1.41.5石膏板0.2輕型混凝土0.50.7石棉水泥板1砂漿1.3軟質(zhì)纖維板0.15熟石膏0.5玻璃纖維0.03磚1.1鍍鋅鋼板38玻璃0.7鋁板180木材0.10.25f.從玻璃透入的太陽輻射熱當玻璃受陽光照射時，一部分被反射、一部分被玻璃吸收，剩下透過玻璃射入機房轉(zhuǎn)化為熱。被玻璃吸收的熱使玻璃溫度升高，其中一部分通過對流進入機房也成為熱負荷。透過玻璃進入室內(nèi)的熱量可按下式計算：QKFq(kcalh)式中，K：太陽輻射熱的透入系數(shù)；F：玻璃窗的面積(m2)；q：透過玻璃窗進

20、入的太陽輻射熱強度(kcalm2h)。透入系數(shù)K值取決于窗戶的種類，通常取0.360.4。太陽輻射熱強度q隨緯度、季節(jié)和時間而不同，又隨太陽照射角度而變化。具體數(shù)值請參考當?shù)貧庀筚Y料。g.換氣及室外侵入的熱負荷為了給在計算機房內(nèi)工作人員不斷補充新鮮空氣，以及用換氣來維持機房的正壓，需要通過空調(diào)設(shè)備的新風口向機房送入室外的新鮮空氣，這些新鮮空氣也將成為熱負荷。通過門、窗縫隙和開關(guān)而侵入的室外空氣量，隨機房的密封程度，人的出入次數(shù)和室外的風速而改變。這種熱負荷通常都很小，如需要，可將其拆算為房間的換氣量來確定熱負荷。h.其它熱負荷在機房中，除上述熱負荷外，在工作中使用示被器、電烙鐵、吸塵器等都將成

21、為熱負荷。由于這些設(shè)備的功耗一般都較小，可粗略按其額定輸入功率與功的熱當量之積來計算。此外機房內(nèi)使用大量的傳輸電纜，也是發(fā)熱體。其計算如下：Q860Pl(kcalh)式中，860：功的熱當量(kca1h)；P：每米電纜的功耗(W)；l：電纜的長度(m)?？傊瑱C房熱負荷應(yīng)由上述各項熱負荷之和來確定?？照{(diào)房間的氣流組織空調(diào)房間的氣流組織是空調(diào)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，即在相同的熱負荷下，氣流組織的方式不同，空調(diào)的效果就會有很大的差異。所謂空調(diào)房間的氣流組織就是根據(jù)機房特點，選擇合適的送回風方式及房間內(nèi)的氣流分配。5.1確定氣流組織時要考慮的問題應(yīng)使機房送回風方式和設(shè)備的通風方式與計算機或程控交換機系統(tǒng)的散

22、熱方式及發(fā)熱量相適應(yīng)。計算機設(shè)備在機房內(nèi)的布置要考慮設(shè)備的功能，同時還要盡可能縮短信號電纜連線以減少散熱量，有利于提高系統(tǒng)抗干擾能力。對于中央處理機、磁盤機等發(fā)熱量較大的設(shè)備。在鋪設(shè)地板時，要有足夠的通風量，一般選用防靜電鋁合金通風板為好。機房內(nèi)的熱負荷主要來源之一是計算機設(shè)備。由于計算機系統(tǒng)的功能、速度和容量的大幅度提高而體積卻相應(yīng)減小，這樣就使機房單位面積熱負荷增大，因此更需要機房氣流組織分配均勻。機房內(nèi)熱源應(yīng)盡量能均勻分布，使機房內(nèi)各點的溫度梯度盡可能小，機房內(nèi)各送風口的送風速度盡可能均勻，不能出現(xiàn)送風死區(qū)。機房內(nèi)的熱源應(yīng)盡量能均勻分布。計算機房的空調(diào)可采用很多種方式，究竟采用何種方式為

23、宜，還應(yīng)考慮機房的結(jié)構(gòu)要素。特別是在原有建筑物中改建的計算機房，結(jié)構(gòu)要素對空調(diào)方式的影響更為突出。計算機房的空調(diào)除了解決計算機設(shè)備的散熱要求外，還要滿足人對工作環(huán)境的要求。計算機房操作人員的舒適程度對于提高工作效率，防止事故發(fā)生都是非常重要的。所以在確定空調(diào)氣流組織方式時，還應(yīng)從人的舒適方面去權(quán)衡。特別需要值得注意的是要給操作人員提供足夠的新風，并且不要讓冷空氣直接吹向操作人員經(jīng)常工作的地方，一般送在操作人員附近，選用旋流活動風口送風較為合理。5.2空調(diào)方式機房氣流組織主要用下述送回風方式來實現(xiàn)：室內(nèi)直吹式室內(nèi)直吹式就是把舒適型普通立柜式空調(diào)機安裝在機房內(nèi)，通常又稱為上側(cè)送風下側(cè)回風式，從上側(cè)送出的空氣先與室內(nèi)空氣相混合，再進入計算機柜。顯然，從空調(diào)機上側(cè)送出的空氣溫度低于室內(nèi)空氣溫度。這種送風方式適用于微機房，也就是機房狹小、計算機設(shè)備臺數(shù)少、設(shè)備發(fā)熱量小的微型計算機房，如30m2左右的微機房。采用這種送風形式，其空氣流很可能被機房內(nèi)的設(shè)備阻擋，會出現(xiàn)小區(qū)域的渦流、特別是在空氣流經(jīng)的室內(nèi)工作區(qū)會有吹風感。因此在布置設(shè)備時防止設(shè)備間空氣短路、在空氣流路上，設(shè)備應(yīng)先低后高排列，發(fā)熱量大的設(shè)備優(yōu)先得到足夠的冷風。室內(nèi)直吹式送風方式采用這種空調(diào)方式，只能滿足機房內(nèi)溫度要求