机房空调设计

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1、电子计算机(包括程控机)是由许多电子及机电设备组成的。这些设备中，使用了大量的集 成电路和电子元件，对使用环境条件有各自的特定要求，否则会影响使用 寿命和可靠性。 同时，也应兼顾人体的舒适要求。所以机房空调的目的是保证一定要求的温度、湿度、洁 净度等环境条件。它包括机房环境空调和机器空调 两部分。机房环境空调和机器空调可以 合二为一，也可以各自独立。在实际工程上，应根据具体条件而定。 1计算机房的环境设计条件(1) 温、湿度的影响 计算机系统的主机在运行过程中需要大量散热，这是因为计算机内 不少器件是大规模或超大规模集成电路，这些集成度相当高，的电路器件，在 运行时局部 发热量很大，如果不能及

2、时排除、将导致机柜或机房内温度迅速提高。过高的温度将使电 子元器件性能劣化，降低使用寿命；磁盘机，磁带机等由于受热 膨胀的影响，往往会出现 故障；会加速绝缘材料老化、变形、脱裂，从而降低绝缘性能；促使热塑性绝缘材料和润 滑油脂软化而引起故障。过低的 温度将使电容、电感、电阻器的参数改变，直接影响到计算机的稳定工作。如果 室内空气温度变化较激烈，会使元件系统产生内应力，会引起电气参数的变化，且会 加快 这些元器件的机械损伤。机房内过高的空气湿度，将影响电路系统的电学性能，使外围设备如磁盘、磁带等出现 读写错误，造成打印机卡低等 故障。湿度高会使金属材料易于氧化腐蚀，促进非金属材料 的元件或绝缘材

3、料的绝缘强度减弱和材料的老化变形。过低的空气湿度会使纸带、磁带 等记录介质卷曲变形，从而造成计算机读写错误，甚至 丢失数据，还会使磁盘、磁带等缩短使用寿命。湿度过低容易产生静电，静电容易吸收灰 尘，如被粘在磁盘、 磁带的读、写头上，轻则会出现数据误差，重则损坏磁头。(2)机房内尘埃的影响 机房内空气洁净度不良，将导致一些记录设备如磁盘机、 磁带机 等的磁头、磁盘、磁带的损坏，影响计算机允许的精度，以及造成短路或元器件接触不良 等问题。(3)噪声的影响 机房内环境噪声过 大，将使机房工作人员注意力不能集中、头晕发胀、 产生厌烦心理和容易疲倦，影响身心健康和降低工作效率。(4)主机房环境设计条件1

4、) 机房温湿度。机房空调温度以保证计算机中各类元器件工作环境和冷却介质热容量 要求而确定。机房空调湿度，除了考虑操作人员的舒适感 好，主要应符合各类设备性能和可靠性对 湿度的要求。我国在 1993 年编制的电子计算机房设计规范(GB 501741993)中，按等级规定了电子 计算机房空调设计参数，见以下表2)电子计算机房空气洁净度。在电子计 算机房设计规范 GB 501741993 中规定，主机 房内在静态条件下，空气含尘量为每升空气中大于或等于 05um 的尘埃粒子少于 18000 粒。(5) 计算机辅助房间环境设计条件(表 6、表 7)(6)程控交换机房环境设计条件(表 8)2计算机房空调

5、特点计 算机房空调不同于舒适性空调和常规恒温恒湿空调，主要有以下特点：1)热负荷强度高，设备散热量大，散湿量小。电子计算机在运行过程中， 机柜的散热量 大且集中。热负荷强度在中小型计算机房一般 250400Wm2 左右；大型计算机房的热负荷强度会超过 400Wm2；程控交换机房的热负 荷强度约在 165222Wm2 左右。 机房的散湿量较小，主要来自工作人员和渗入的室外空气。总散湿量约在 816gm2。2) 显热比高。机房得热量中，主要来自设备运行所产生的热量，显热约占总热量的 95左右，故显热比(SHR)通常高达 085095，甚至更高(舒适性 空调系统的显热比 约在 0607 之间)，空气

6、处理过程接近于等湿冷却的干式降温过程。3)空调送风的焓差小、风量大。由于显热量大， 热湿比近似无穷大，送风相对湿度较小， 故送风焓差小，风量大。 机房空调的换气次数，电子计算机房约 2040 次儿；程控交换机房约 30 60 次h。4)湿度要求稳定。计算机房不仅要求温度的波动幅度不得超过规定的范围，而且对温度 变化的梯度有明确的要求，一般小于 500Ch，这是以计算机内电子器 件的物理特性决 定的，否则将直接影响到计算机的正常运行。5)气流组织特殊。大中型电子计算机和程 控交换机散热量大而集中，故不仅要对机房进 行空调，还需对机柜进行送风冷却。要求冷风从机柜的底部进人，吸热后的空气从顶部排 出

7、。通常冷空气通过架空的活 动地板上的风口进人计算机机柜或程控机机架，使自下而上 的冷空气迅速有效地冷却设备。6)空气洁净度高。计算机房应保持一种洁净的空调环 境，以有利于计算机系统的安全运 行和延长设备 的使用寿命。7)全年供冷运行。由于计算机房的热负荷强度高，当围护结构传递的冷量明显低 于机房 内的发热量时，机房在冬季仍然需要空调系统进行供冷运行，这一现象在大型计算机系统 比较多见。8)可靠性高。许多计算机系统，尤其 是大型计算机系统和程控交换机，每天连续运行 24h，每年连续运行 365d，因此要求计算机系统具有很高的可靠性，而且也要求其他辅助 设备如空调系统等的 可靠性具有相应的水平。

8、3计算机房的空调负荷计算机房的空调负荷来源：围护结构传热负荷和太阳辐射热负荷；计算机房内主机 和外部设备或程控交换机设备的散热量；照明，人体和新风负荷。其中机房内设备散热 量是主要的。设备散热量通常由生产厂家提供安装功率进 行计算或直接提供有关设备的各种散热量； 当有些设备资料不全时，也可以根据该设备实际工作时的指示电流、电压进行计算。(1) 由设备安装功率计算散热量1)电子计算机房Q1000Pn1n2n3n41000PK (1) 式 中 P设备安装功率(kW)；n1安装系数，是设备最大实耗功率与安装功率之比，n1：0.70.9；n2 同时使用系数，是室内同时使用的设备安装功率与总安装功率之比

9、，n20.40.8。n3负荷系数，平均实耗 功率与设计最大实耗功率之比，n301505；n4蓄热系数；K系 数，Kn1n2n3n4。通常系数 K 可取值如下：电子计算机主机：国内设备 K0405，国外设备 K060。8；电子 计算机外部设备：国内设备 0203，国外设备 05；2)程控交换机房散热量 Q(kW)Q1000Pn4 (2) 式中 P程控交换机消耗功率(kW)；n4蓄热系数，程控交换机房，n41.0，机电式市话交换机 n409， 长机室、载波 室取 095。(2)根据指示电流电压计算散热量 Q(kW)(3) 式中 I电网指示电 流(A)；V电网指示电压(V)；功率因素，电子计算机的

10、082085，程控交换机可取 =lK系数，电子计算机见上述；程控交换机可取 K1。(3)计算机房空调耗冷量的概算指标 在规划计算机房空调方案时，一般可以利 用概算指 标对机房空调耗冷量进行估算。机房空调耗冷量指标可在下列范围内取用：机房在单层 建筑物内时，空调耗冷量为 290350Wm2；机房在多 层建筑物内时，空调耗冷量为 175290Wm2。具体数值可根据机房的建筑布置(单层或多层)，以及机房内计算机设备数量的多少采用 上限或下限。 4计算机房专用空调机(1)计算机房专用空调机特点 计算机房专用空调机是专门为电子计算机房空调和程控自 动交 换机房空调设计的。这种空调机的特点是：1)空调空气

11、处理的焓差小，风量大。与相同制冷量的空调机相比，计算机专用空调机的 循环风量约大 一倍，相应的处理焓差只有一半，国产水冷式机房专用 空调机的处理焓差为 8597kJkg；冷风比为 2832W(m3h)。下表 列出一 些机房专用水冷式空调机组主要性能指标。国产风冷式机房专用空调机处理空气的焓差为 89kJkg。冷风比在 2530W(m3h)之间。下表列出一些风冷式机房专用空调机组主要性能指标。2)机房的得热量中，显热量比例大，可达 95 左右，空调机组空气处理过程较接近于 干式冷却过程。3)大型的机房空调机，一般为空调机下送风、顶部回风方式。小型号的空调机也有下回 风、顶上或顶侧 送风；4)过滤

12、器过滤效率高。计算机房专用空调机标准配置的空气过滤器，为中效过滤器。在空调机 结构上预留亚高 效或高效过滤器的安装位置或预留了安装附件。一般情况下，A 级洁净要求，使用高效或 亚高效过滤器；B 级洁净要求使用亚高效或高中效过滤 器；C 级洁净要求也应使用中效过滤器；5)可靠性较高。机房空调系统要求工作可靠，专用空调机在机械结构与控制系统设计和 制 造，以及空调系统组成等方面，都必须相应采取一系列措施。例如：设置后备机组或后 备控制单元，控制器自动对机组的运行状态进行诊断，及时对已经出现或将要 出现的故障 发出警报，自动用后备机组或后备控制单元切换故障机组或故障单元。6)控制严密。国外制造厂家对

13、专用机组的控制系统，都采用了 装备微型电子计算机的控 制器。控制器的功能相当完善，不仅能够对室内、外的环境进行监视，自动调节室内的温 湿度，而且具有自诊断功能，对机房中漏水、出现 烟雾及发生火灾等情况进行监视和报警， 同时，控制器还具有通讯功能以便进行联机和实现多 机协调运行，以及远程监控等。7)全年供冷。在 冬季进行供冷运行，需要解决好稳定冷凝压力及其它一些相应的问题。多数的专用空调机，可以在室外气温降至一 15 0C 时仍然能够完全运行。(2) 机房专用空调机的基本类型1)双回路柜式机组。这是典型的大型机房专用空调机，各生产厂家对这种专用机组的结 构布局大致相同。标准机组制 冷系统采用双回

14、路设置。两个回路可以独立运行，互不干扰， 即使其中一个回路发生故障不能正常运行，另一个回路可以照常运行，可以承担机组额定 制冷量的一半 负荷。由于空调系统在设计时已经考虑了一定的余量，所以，不会对设备正 常运行产生影响，从而提高了空调系统的可靠性。机组的蒸发器盘管采用人字形结构，可 减小蒸发器所占的空间高度，以及适应机房专用空调机大风量、小焓差的高显热比的负荷 特点。直接蒸发盘管的两个制冷回路的制冷剂管路在蒸发器中交叉布置，这 样既可使回路 之间互不干扰，又使在机组处于部分负荷运行状态时，每个回路都可以尽量利用蒸发器的 换热面积，从而有利于提高机组运行的热效率和部分负荷时的 制冷量。机组的冷凝

15、方式有空气、水、乙二醇溶液作为冷却介质。标准机组还有风机盘管型，利 用对接的冷冻水系统运行，本身设有制冷系统，冷 量由其他冷水机组提供。国外有些产品(例如美国 LIEBERT 公司)在风冷式机组上加置一个余热回收系统，可利用 机组冷凝过程中释放的热 量，提供热水给一些需要低温热源的场合使用，例如，在冬季运 行时，机组可向需要采暖的房间供热。2)单回路柜式机组单回 路柜式机组适用于大、中型机房系统，其特点 是结构紧凑、占地面积小，可以靠 墙角安装。机组额定制冷量在 5.516kW。冷凝方式有整体空冷式、分体 室内空冷式、分 体室外空冷式、整体水冷式、分体水或乙二醇溶液冷却式、整体自然冷却式，利用

16、冷凝水 供冷的风机盘管式等。3)模块式机组。 此机组采用单元组合方法构成整机。系列的整机可以由 110 个模块并 联组成，可适用于大规模的空调系统。因为模块数量可以任意增加或减少，所以用户可以 根 据机房内制冷量的增加或减小来改变空调系统的总容量。当用户机房设备需要扩容 或升级变化时，可以很方便地在现场对空调机组制冷能力进行重新调整。因 为模块的体积和重量均比整机小得多，所以运输和安装就位比较容易。4)顶置式机组。它安装在天花板上，不占用地面空间，尤其适用于空间较 小的办公室使 用。机组有整体式和分体式结构，冷凝方式在空冷、水冷或乙二醇溶液冷却和直接使用冷 冻水的风机盘管式。其中空冷式有三种冷却方式：无风道整体 空冷式是利用天花板和楼 板之间的空间作为冷凝用空气的通道；外接风道整体冷凝式是利用专用风道输送冷凝用空 气；分体式是把压