機房精密空調

在許多重要的工作中信息處理是不可或缺的一個環節，因此，公司的正常運轉離不開恆溫恆濕的數據機房。IT硬體產生不尋常的集中熱負荷，同時對溫度或濕度的變化又非常敏感。溫度或濕度的波動可能會產生一些問題，例如，處理時出現亂碼，嚴重時甚至系統徹底停機。這會給公司帶來巨大的損失，具體數額取決於系統中斷時間以及所損失數據和時間的價值。標準舒適型空調的設計並非為了處理數據機房的熱負荷集中和熱負荷組成，也不是為了向這些應用提供所需的精確的溫度和濕度設定點。精密空調系統的設計是為了進行精確的溫度和濕度控制，精密空調系統具有高可靠性，保證系統終年連續運行，並且具有可維修性、組裝靈活性和冗餘性，可以保證數據機房四季空調正常運行。

機房溫度和濕度設計條件

保持溫度和濕度設計條件對於數據機房的平穩運行至關重要。設計條件應在22℃~24℃(72℉～75℉)和35%~50%的相對濕度(R.H.)。與環境條件不合適可能造成損壞一樣，溫度的快速波動也可能會對硬體運行產生負面影響，這就是即便硬體末在處理數據也要使其保持運行狀態的一個原因。相反，舒適型空調系統的設計只是為了在夏天35℃(95℉)的氣溫和48%R.H.的外界條件下，使室內的溫度和濕度分別保持27℃(80℉)和50%R.H.的水平。相對而言，舒適空調沒有專用的加濕及控制系統，簡單的控制器無法保持溫度所需的設定點

(23士2℃)，因此，可能會出現高溫、高濕而導致環境溫濕度較大範圍的波動。

機房環境不適合所造成的問題

如果數據機房的環境不適合，將對數據處理和存儲工作產生負面影響，可能使數據運行出錯、宕機，甚至使系統故障頻繁而徹底關機。

1.高溫和低溫

高溫、低溫或溫度快速波動都有可能會破壞數據處理並關閉整個系統。溫度波動可能會改變電子晶元和其它板卡元件的電子和物理特性，造成運行出錯或故障。這些問題可能是暫時的，也可能會持續多天。即使是暫時的問題，也可能很難診斷和解決。

2.高濕度

高濕度可能會造成磁帶物理變形、磁碟划傷、機架結露、紙張粘連、MOS電路擊穿等故障發生。

3.低濕度

低濕度不僅產生靜電，同時還加大了靜電的釋放，此類靜電釋放將會導致系統運行不穩定甚至數據出錯。

機房專用空調與普通舒適空調的區別

計算機機房對溫度、濕度及潔凈度均有較嚴格的要求，因此，計算機機房專用空調在設計上與傳統的舒適性空調有著很大區別，表現在以下5個方面：

1．傳統的舒適性空調主要是針對於人員設計，送風量小，送風焓差大，降溫和除濕同時進行；而機房內顯熱量佔全部熱量的90%以上，它包括設備本身發熱、照明發熱量、通過牆壁、天花、窗戶、地板的導熱量，以及陽光輻射熱，通過縫隙的滲透風和新風熱量等。這些發熱量產生的濕量很小，因此採用舒適性空調勢必造成機房內相對濕度過低，而使設備內部電路元器件表面積累靜電，產生放電從而損壞設備、干擾數據傳輸和存儲。同時，由於製冷量的（40%～60%）消耗在除濕上，使得實際冷卻設備的冷量減少很多，大大增加了能量的消耗。

機房專用空調在設計上採用嚴格控制蒸發器內蒸發壓力，增大送風量使蒸發器表面溫度高於空氣露點溫度而不除濕，產生的冷量全部用來降溫，提高了工作效率，降低了濕量損失（送風量大，送風焓差減小）。

2．舒適性空調風量小，風速低，只能在送風方向局部氣流循環，不能在機房形成整體的氣流循環，機房冷卻不均勻，使得機房內存在區域溫差，送風方向區域溫度低，其他區域溫度高，發熱設備因擺放位置不同而產生局部熱量積累，導致設備過熱損壞。

而機房專用空調送風量大，機房換氣次數高（通常在30～60次/小時），整個機房內能形成整體的氣流循環，使機房內的所有設備均能平均得到冷卻。

3．傳統的舒適性空調，由於送風量小，換氣次數少，機房內空氣不能保證有足夠高的流速將塵埃帶回到過濾器上，而在機房設備內部產生沉積，對設備本身產生不良影響。且一般舒適性空調機組的過濾性能較差，不能滿足計算機的凈化要求。

採用機房專用空調送風量大，空氣循環好，同時因具有專用的空氣過濾器，能及時高效的濾掉空氣中的塵挨，保持機房的潔凈度。

4．因大多數機房內的電子設備均是連續運行的，工作時間長，因此要求機房專用空調在設計上可大負荷常年連續運轉，並要保持極高的可靠性。舒適性空調較難滿足要求，尤其是在冬季，計算機機房因其密封性好而發熱設備又多，仍需空調機組正常製冷工作，此時，一般舒適性空調由於室外冷凝壓力過低已很難正常工作，機房專用空調通過可控的室外冷凝器，仍能正常保證製冷循環工作。

5．機房專用空調一般還配備了專用加濕系統，高效率的除濕系統及電加熱補償系統，通過微處理器，根據各感測器返饋回來的數據能夠精確的控制機房內的溫度和濕度，而舒適性空調一般不配備加濕系統，只能控制溫度且精度較低，濕度則較難控制，不能滿足機房設備的需要。

綜上所述，機房專用空調與舒適型空調在產品設計方面存在顯著差別，二者為不同的目的而設計，無法互換使用。計算機機房內必須使用機房專用空調。目前，國內許多行業，如金融、郵電通信、電視台、石油勘探、印刷、科研、電力等已經廣泛採用，提高了機房內計算機、網路、通信系統的可靠性和運行的經濟性。

機房精密空調機廣泛適用於計算機機房、程式控制交換機機房、衛星移動通訊站、大型醫療設備室、實驗室、測試室、精密電子儀器生產車間等高精密環境，這樣的環境對空氣的溫度、濕度、潔凈度、氣流分佈等各項指標有很高的要求，必須由每年365天、每天24 小時安全可靠運行的專用機房精密空調設備來保障

顯熱量大

機房內安裝的主機及外設、伺服器、交換機、光端機等計算機設備以及動力保障設備，如UPS電源，均會以傳熱、對流、輻射的方式向機房內散發熱量，這些熱量僅造成機房內溫度的升高，屬於顯熱。一個伺服器機櫃散熱量在每小時幾千瓦到十幾千瓦，如果是安裝刀片式伺服器，散熱量會高一些。大中型計算機房設備散熱量在400W/m2左右，裝機密度較高的數據中心可能會到600W/m2以上。機房內顯熱比可高達95%。

潛熱量小

不改變機房內的溫度，而只改變機房內空氣含濕量，這部分熱量稱為潛熱。機房內沒有散濕設備，潛熱主要來自工作人員及室外空氣，而大中型計算機機房一般採用人機分離的管理模式，機房圍護結構密封較好，新風一般也是經過溫濕度預處理後進人機房，所以機房潛熱量較小。

風量大、焓差小

設備的熱量是通過傳導、輻射的方式傳遞到機房內，設備密集的區域發熱量集中，為使機房內各區域溫濕度均勻，而且控制在允許的基數及波動範圍內，就需要有較大的風量將餘熱量帶走。另外，機房內潛熱量較少，一般不需要除濕，空氣經過空調機蒸發器時不需要降至零點溫度以下，所以送風溫差及焓差要求較小，為將機房內餘熱帶走，就需要較大送風量。

不間斷運行、常年製冷

機房內設備散熱屬於穩態熱源，全年不間斷運行，這就需要有一套不間斷的空調保障系統，在空調設備的電源供給方面也有較高的要求，不僅需要有雙路市電互投，而且對於保障重要計算機設備的空調系統還應有發電機組做後備電源。長期穩態熱源造成即便在冬季機房內也需要製冷，尤其是在南方地區，更為突出。在北方地區，如果冬季仍需製冷，在選擇空調機組時，需要考慮機組的冷凝壓力和其他相關問題，另外可增加室外冷空氣進風比例，以達到節能的目的。

送迴風方式較多

空調房間的送風方式取決於房間內熱量的發源及分佈特點，針對機房內設備密集式排列，線纜、橋架較多以及走線方式等特點，空調的送風方式分為下送上回、上送上回、上送側回、側送側回。

靜壓箱送風

機房內空調送迴風通常不採用管道，而是利用高架地板下部或天花板上部的空間作為靜壓箱送迴風，靜壓箱內形成的穩壓層可使送風均勻，使空間內各點靜壓相等。

潔凈度要求高

電子計算機機房有嚴格的空氣潔凈度要求。空氣中的塵埃、腐蝕性氣體等會嚴重損壞電子元器件的壽命，引起接觸不良和短路等，因此要求機房專用空調能按相關標準對流通空氣進行除塵、過濾。另外，要向機房內補充新風，保持機房內的正壓。根據《電子計算機機房設計規範》規定，主機房內的空氣含塵濃度，在靜態條件下測試，每升空氣中大於或等於0.5m的塵粒數，應小於18000粒。主機房與其他房間、走廊間壓差不應小於4.9Pa，與室外靜壓差不應小於9.8Pa。

機房精密空調系統的主要部件，控制器、包括壓縮機、蒸發器、加熱器、風冷冷凝器、控制器、加濕罐、

熱力膨脹閥、視液鏡、乾燥過濾器、過濾網、等部件。對於水冷系列，室內機還包括板式換熱器、水流量調節閥、上水電磁閥。

為了確定機房精密空調機的容量，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：

其一是機房內部產生的熱量

它包括：室內計算機及外部設備的發熱量，機房輔助設施和機房設備的發熱量(電熱、蒸氣水溫及其它發熱體)。這些發熱量顯熱大、潛熱小；照明發熱(顯熱)；工作人員的發熱(顯熱小、潛熱大)；由於水分蒸發、凝結產生的熱量(潛熱)。

其二是機房外部產生的熱量

它包括：

傳導熱。通過建築物本體侵入的熱量，如從牆壁、屋頂、隔斷和地面傳入機房的熱量(顯熱)；放射熱(也稱輻射熱)。由於太陽照射從玻璃窗直接進入房間的熱量(顯熱)；對流產生的熱量。從門窗等縫隙侵入的高溫室外空氣(也包含水蒸氣)所產生的熱量(顯熱、潛熱)；

為了使室內工作人員減少疲勞和有利於人體健康而引入的新鮮空氣所產生的熱量(包括顯熱和潛熱)。

總之，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，而機房內所有設備散發的熱量只是室內的溫度升高，這種熱負荷稱為顯熱負荷。與一般賓館、辦公室、會議室等潛熱佔有相當大比例所不同的是，計算機、程式控制機機房內的熱負荷是以顯熱負荷為主。因此對於熱負荷狀況不同的場合應選用不同類型的空調機。通常用顯熱比(SFH)作為空調機的重要指標。

概略計算(也稱為估算)

在機房初始設計階段，為了較快的選定空調機的容量，可採用此方法，即以單位面積所需冷量進行估算。

計算機房（包括程式控制交換機房）：

樓層較高時，250～300kcal/m2h

樓層較低時，150～250kcal/m2h （根據設備的密度作適當的增減）

辦公室（值班室）：90kcal/m2h

簡易熱負荷計算

計算機房空調負荷，主要來自計算機設備、外部設備及機房設備的發熱量，大約佔總熱量的80%以上，其次是照明熱、傳導熱、輻射熱等，這幾項計算方法與一般空調房間負荷計算相同。計算機製造商，一般能提供設備發熱量的具體數值。否則根據計算機的耗電量計算其發熱量。

a.外部設備發熱量計算

Q=860N¢(kcal/h)

式中：N：用電量(kW)； ¢：同時使用係數(0.2～0.5)； 860：功的熱當量，即l kW電能全部轉化為熱能所產生的熱量。

b.主機發熱量計算 Q=860× P× h 1×h 2 ×h 3

式中，P：總功率(kW)；

h 1：同時使用係數；

h 2：利用係數；

h 3：負荷工作均勻係數。

機房內各種設備的總功率，應以機房內設備的最大功耗為準，但這些功耗並未全部轉換成熱量，因此，必須用以上三種係數來修正，這些係數又與計算機的系統結構、功能、用途、工作狀態及所用電子元件有關。總係數一般取0.6～0.8之間為好

c.照明設備熱負荷計算

機房照明設備的耗電量，一部分變成光，一部分變成熱。變成光的部分也因被建築物和設備等所吸收而變成熱。照明設備的熱負荷計算如下：

Q=C×P kcal/h

式中， P：照明設備的標稱額定輸出功率(W)；

C：每輸出l W的熱量(kcal/h W)，通常自熾燈0.86，日光燈1.0。

d.人體發熱量

人體內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，其熱負荷應是顯熱和潛熱負荷之和。

人體發出的熱隨工作狀態而異。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21℃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.圍護結構的傳導熱

通過機房屋頂、牆壁、隔斷等圍護結構進入機房的傳導熱是一個與季節、時間、地理位置和太陽的照射角度等有關的量。因此，要準確地求出這樣的量是很複雜的問題。

當室內外空氣溫度保持一定的穩定狀態時，由平面形狀牆壁傳入機房的熱量可按下式計算：

Q=KF(t1-t2) kcal/h

式中， K：圍護結構的導熱係數(kcal/m2h℃)；

F：圍護結構面積(m2)；

t1：機房內溫度(℃)；

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構如隔斷等時，室內外計算溫度差應乘以修正係數，其值通常取0.4～0.7。常用材料導熱係數如下表所示：

材料 導熱係數 (kcal/m2h℃) 材料 導熱係數 (kcal/m2h℃)

普通混凝土 1.4～1.5 石膏板 0.2

輕型混凝土 0.5～0.7 石棉水泥板 1

砂漿 1.3 軟質纖維板 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 0.1~0.25

f.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。

透過玻璃進入室內的熱量可按下式計算：

Q=KFq (kcal/h )

式中， K：太陽輻射熱的透入係數；

F：玻璃窗的面積(m2)；

q：透過玻璃窗進入的太陽輻射熱強度(kcal/m2h)。

透入係數K值取決於窗戶的種類，通常取0.36～0.4。

太陽輻射熱強度q隨緯度、季節和時間而不同，又隨太陽照射角度而變化。具體數值請參考當地氣象資料。

g.換氣及室外侵入的熱負荷

為了給在計算機房內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，需要通過空調設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、窗縫隙和開關而侵入的室外空氣量，隨機房的密封程度，人的出入次數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、吸塵器等都將成為熱負荷。由於這些設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，機房內使用大量的傳輸電纜，也是發熱體。其計算如下：

Q=860 Pl (kcal/h)

式中， 860：功的熱當量(kca1/h)；

P：每米電纜的功耗(W)； l：電纜的長度(m)。

總之，機房熱負荷應由上述a—h各項熱負荷之和來確定。

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