计算机机房专用空调的特点与设计方法

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计算机机房专用空调的特点及设计方法

能够充分满足计算机房环境条件要求的计算机房专用空调机是在近30年中逐渐发展起来的一个新机种。早期的机房使用舒适性空调机时，常常出现由于环境温湿度参数控制不当而造成计算机运算过程受干扰、打印机纸张卡住或粘连、磁头损坏、出现静电等问题。而使用通用的恒温恒湿空调机，虽然可以获得比较稳定的适宜环境，但是运行费用偏高，同时也存在安全性、可靠性以及操作方面的一系列不足。为了适应计算机事业的发展，计算机和空调设计人员相互合作，针对计算机房空调环境特点，专门开发了计算机房专用空调机。美国DATAAIRE公司在30多年前与IBM公司合作，成功地开发了世界上第一台计算机房专用空调机。在我国，计算机行业的发展也是近30年的事，随着计算机在各行业的普遍应用。金密空调例如：下送风利用活动地板作为风道把冷风直接送入计算机机柜内、大风量、低焓差、较高的空气过滤效率、配置相互独立的双制冷系统。以及加热、加湿等功能。计算机房专用空调机发展至今，无论从制冷能量调节到各种故障报警监测等都有了相当大的提高。

计算机房专用空调机，通常具有如下一些性能特点： 3.1大风量、小焓差

与相同制冷量的舒适空调机相比，机房专用空调机的循环风量约大一倍，相应的焓差只有一半，机房专用空调机运行时通常不需要除湿，循环风量较大将使得机组在空气露点以上运行，不必要象舒适性空调机那样为应付湿负荷而不得不使空气冷却到露点以下，故机组可以通过提高制冷剂的蒸发温度提高机组运行的热力效率，从而提高运行的经济性。根据经验，显热比为1.0的机组单位制冷量的能耗仅为显热比为0.6机组的60%左右。同样，机房要求温湿度指标相对稳定，较大的循环风量将有利于稳定机房的温、湿度指标，显然，在制冷量一定的情况下，风量的增大将导致焓差的减小，因而通常机组只能在显热比相当高的工况下运行，这恰恰与机房的负荷特点相适应。此外，在过滤系统效率一定的情况下，较大的风量有利于提高机房的洁净度。空调机按其性能不同，大体可分为三种类型。第一类型为舒适型空调机，如柜式空调机、壁桂式、吸顶式等，它们主要是给人们提供一个舒适的环境条件。第二类为恒温恒湿型空调机，

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这种空调是为试验室或工作间提供相应的温度和湿度要求，这种空调机夏季制冷、冬季加热和加湿，属于工业用空调机之一。第三类为机房专用空调机，它是为计算机机房(包括程控交换机房)专门设计的特殊空调机，这种空调机全年制冷运行。通常舒适空调冷负荷中有30％是为了消除潜热负荷，有70％是为了消除显热负荷。对计算机房来讲，其情况却大不相同，计算机房内主要是设备散出的显热，室内工作人员散出的热负荷及夏季进入房间的新鲜空气的热湿负荷(仅占总负荷的5％)。并且冬季是需要加湿而不是减湿，即使在冬季计算机房仍需要消除热负荷，特别是程控机房更是如此。鉴于以上特点，如将一般舒适空调机组用于计算机房，则会造成能量浪费。例如一个热负荷为7056kcal／h的计算机房，若使用计算机房专用空调机组，则总耗电量为2.7kW，而舒适型空调机组则需耗电8.1kW，即多耗电两倍。同样制冷量的空调机其风量各异、舒适型空调机的风量与冷量比为1:5，而恒湿恒温机风量与冷量比为1:3.5，机房专用空调机的风量与冷量比为1:2.3(kca1／m3)。所以机房专用空调机具有大风量、小焓差、高显热比的特点，通常焓差为2kca1／kg左右。也就是说，机房的热负荷90-95%是显热负荷，同样的热负荷显热比越高要求送风量越大。这就是要求机房的空调系统能够提供较大的送风量，所以要求机房送风量要比通常舒适性空调房间所需的送风量大1.6-2倍。

3.2机房的热负荷变化的幅度较大

通常要在10％～20％之间变动，这是由于主机设备所处的工作状态不同，消耗的功耗不同所造成的。因此，机房空调系统必须能够适应这种负荷的变化，以使元、器件工作在所要求的环境条件之中，保证电路性能的可靠性。

3.3送回风方式多样

由于要与计算机的冷却方式相适应，计算机房的空调系统的送风回风方式是多种多样的、有上送风、下送风等、有下回风、上回风、侧回风等，生产企业一般是利用标准化手段开发一系列机型，以满足用户的不同需要。

机房专用空调机送风形式多为上送下回式和上回下送式。机房中铺设防静电活动地板，机房专用空调机采用下送上回式送风，使冷气直接送入活动地板下，这样使地板下形成静压箱，然后通过地板送风口，把冷气均匀地送入机房内，送入计算机柜内。为此，机房专用空调机应有足够的风量把机房中的热量带走。采

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用这种送风形式可大大提高空调效率，同时还可以大幅度节省过去习惯管道送风的工程费用，降低工程造价，使室内布局美观。这是计算机房理想的送风形式。当然，机房送风形式要与计算机主机散热形式相一致。

3.4两级过滤

机房专用空调机内设有初、中效两级过滤器，使机组送出的冷气达到一定的净化能力，以满足洁净度要求。例如日本机房专用空调机就是采用AFl重量法，其集尘效率可达93％，用这一指标来标称机组空气过滤效果。当机组过滤器容尘量超过设定值时，过滤器堵塞报警器动作，以示操作人员清扫过滤器。通常标准型机组中、空气过滤器均采用粗、中效过滤，而在一些进口的特殊型机组中，从结构设计上采用预留亚高效过滤器或高效过滤器的安装位置，可根据用户需求选用(如净化手术室等机组就选用带亚高过滤器)。只要用户提出，过滤系统可以很方便地以更换过滤器或者增加过滤器的方式进行升级。一般A级过滤器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中效过滤器，即使是使用C级洁净要求也座该使用中效过滤器。然而，舒适性空调机以及常规的恒湿恒温空调机一般只有初效过滤器，如果需要提高过滤效率，也只能是改装，而且往往还需增加风机、加大风压，以免空调机因安装了中效过滤或亚高效过滤而使送风能力大幅度下降。

3.5可靠性较高

针对机房空调系统高可靠性的要求，计算机房专用空调机在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，微机控制系统自动对机组运行状态进行诊断，及时对已经出现或将要出现的故障发生警报，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。众所周知，机房专用机的控制系统功能比舒适机要完善得多。控制系统的性能与空调系统技术经济性能密切相关。不少计算机房专用空调机生产企业专门开发一系列的控制器作为空调系统的组成部分，采用电子控制器或微机控制已经十分普遍，有些企业已经把模糊控制技术应用在计算机房专用空调系统中。控制器具有自诊断功能，可以按照程序自动地对机组以及控制器本身各部分的状态进行诊断，诊断也可以由操作人员采用手动方式进行。自诊断将及时对出现异常现象的部件或者出现故障的类型和发生部位作出判断。控制器远程监控功

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能在机组控制器上加入通信接口插板后，该控制即可与网络控制器联机，机组的运行将可以利用网络控制器进行集中控制。

控制器的后备机组管理功能，可把同一区域内的机组分别在不同的时间内作为运行机组和后备机组。即当某台运行机组发生故障时，在控制器的控制下可把该机组的负荷自动地切换到后备机组。正常情况下，每台机组均按一定的时间轮流作为运行机组和后备机组，从而均衡各机组的运行时间。这样，有利于提高专用空调机组的寿命和运行的可靠性。

3.6全年制冷运行

无论是大、中型计算机，还是程控交换机，都要求空调机全年制冷运行。而冬季的制冷运行要解决稳定冷凝压力和其它相关的问题。多数机房专用空调机能在室外气温降至15℃时仍能制冷运行。与此形成明显对比的舒适性空调机或常规恒温、恒湿机，在此种条件下，根本无法工作。

3.7设计点对应运行点

如果把舒适空调机用于计算机房空调系统时，由于机房要求其运行点为：冬季20土2℃，夏季23土2℃，而舒适空调机的设计点温度一般为27℃，所以机组的实际供冷能力一般比样本标明的额定值低10％～25％。此外，运行点偏离设计点时，在一定程度上机组的部分机件性能由于偏离了最佳运行点，从而影响了机组整体的匹配状态，不利于机组性能的充分发挥和高效率运行。然而计算机房专用空调机，由于把运行点作为设计点，因而机组始终处于最佳运行点，这就从根本上避免了这些问题。

3.8机房专用空调机与舒适空调机的区别

机房专用空调机组与一般舒适空调机组的对比如下。 序号比较内容一般空调专业空调 1冷风比kcal/m352.2～3

2显热比（显冷量/总冷量%）0.65～0.70.85～1.0 3焓差kcal/kg3~52~2.5 4控制精度±3℃±1℃，±1%RH 5湿度控制通常没有有加湿和去湿功能 6空气过滤一般性过滤

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要求过滤0.2～0.5m的粒 子，10-30级

7蒸发温度℃较低>5℃-11℃ 8蒸发器排数4、6、8排2-4排 9迎风面积m2较小1.3～2.7 10迎面风速m/s较大<2.7 11备用单制冷回路双制冷回路 12运行时间h8～1024

13全年运行可靠性不设计冬季运行全天候运行 14控制一般控制微机控制 15监控无能进行本机或远程监控 计算机机房热负荷计算

为了确定空调机的容量，以满足机房温度、湿度、洁净度和送风速度的要求(简称四度要求)。

必须首先计算机房的热负荷。

机房的热负荷主要来自两个方面，其一是机房内部产生的热量，它包括： ·室内计算机及外部设备的发热量，机房辅助设施和机房设备的发热量(电 热、蒸气水温及其它发热体)。这些发热量显热大、潜热小； ·照明发热(显热)；

·工作人员的发热(显热小、潜热大)； ·由于水分蒸发、凝结产生的热量(潜热)。 其二是机房外部产生的热量，它包括：

·传导热。通过建筑物本体侵入的热量，如从墙壁、屋顶、隔断和地面传入机房的热量(显热)；

·放射热(也称辐射热)。由于太阳照射从玻璃窗直接进入房间的热量(显 热)；

·对流产生的热量。从门窗等缝隙侵入的高温室外空气(也包含水蒸气)所产 生的热量(显热、潜热)；

·为了使室内工作人员减少疲劳和有利于人体健康而引入的新鲜空气所产

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