機(jī)房空調(diào)選型設(shè)計(jì)

在對自控新風(fēng)冷氣機(jī)設(shè)備進(jìn)行選型過程中，機(jī)房的熱負(fù)荷和換氣次數(shù)是最為重要的參數(shù)依據(jù)，因?yàn)檫@兩項(xiàng)參數(shù)決定了機(jī)房的溫濕度能否得到恒定以及機(jī)房的潔凈度能否得到滿足。所以我們在機(jī)房專用空調(diào)設(shè)備選型時(shí)先選定這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，然后再對選定的新風(fēng)設(shè)備型號進(jìn)行其它次要數(shù)據(jù)項(xiàng)的驗(yàn)證。根據(jù)機(jī)房熱負(fù)荷及換氣次數(shù)的計(jì)算，可以對機(jī)房專用空調(diào)設(shè)備的設(shè)備型號進(jìn)行選定 。

混合制冷

混合制冷方式是傳統(tǒng)機(jī)房常用的方式(俗稱冰柜式制冷方式)，傳統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)很少考慮機(jī)柜內(nèi)部的溫度，它僅僅能保證機(jī)房內(nèi)溫度符合要求。傳統(tǒng)混合制冷方式布局以整個(gè)房間作為冷卻對象，造成冷、熱氣流混流運(yùn)行，即前面的機(jī)柜排出的熱風(fēng)很容易進(jìn)入后排機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)口，由于冷、熱風(fēng)氣流混合，從而造成精密空調(diào)制冷及機(jī)柜熱交換效率降低。

垂直送風(fēng)

垂直送風(fēng)方式一般指下送（上送）風(fēng)上回（側(cè)回）風(fēng)方式，一般是通過送風(fēng)管道或地板靜壓箱開口方式送風(fēng)，垂直送風(fēng)方式空調(diào)的可減少冷熱氣流混流，大大提高空調(diào)效率，降低工程造價(jià)，這種方式是機(jī)房經(jīng)濟(jì)實(shí)用的送風(fēng)方式。

水平送風(fēng)

水平送風(fēng)方式一般指靠近機(jī)柜，沿機(jī)柜面均勻水平送出冷風(fēng)，把冷氣均勻地送入機(jī)柜內(nèi)，采用這種送風(fēng)形式可大大縮短熱交換距離，提高空調(diào)效率，這是機(jī)柜較理想的送風(fēng)方式。

機(jī)房空調(diào)主要由六部分組成：

1、控制監(jiān)測系統(tǒng)

控制系統(tǒng)通過控制器顯示空氣的溫、濕度，空調(diào)機(jī)組的工作狀態(tài)，分析各傳感器反饋回來的信號，對機(jī)組各功能項(xiàng)發(fā)出工作指令，達(dá)到控制空氣溫、濕度的目的。

2、通風(fēng)系統(tǒng)

機(jī)組內(nèi)的各項(xiàng)功能(制冷、除濕、加熱、加濕等)對機(jī)房內(nèi)空氣進(jìn)行處理時(shí)，均需要空氣流動來完成熱、濕的交換，機(jī)房內(nèi)氣體還需保持一定流速，防止塵埃沉積，并及時(shí)將懸浮于空氣中的塵埃濾除掉。

3、制冷循環(huán)及除濕系統(tǒng)

采用蒸發(fā)壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)，它是利用制冷劑蒸發(fā)時(shí)吸收汽化潛熱來制冷的，制冷劑是空調(diào)制冷系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的工作介質(zhì)，它的臨界溫度會隨著壓力的增加而升高，利用這個(gè)特點(diǎn)，先將制冷劑氣體利用壓縮機(jī)作功壓縮成高溫高壓氣體，再送到冷凝器里，在高壓下冷卻，氣體會在較高的溫度下散熱冷凝成液體，高壓的制冷劑液體通過一個(gè)節(jié)流裝置，使壓力迅速下降后到達(dá)蒸發(fā)器內(nèi)在較低的壓力溫度下沸騰。

構(gòu)成基本的制冷系統(tǒng)主要有四大部件，壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥。

除濕系統(tǒng)一般利用其本身的制冷循環(huán)系統(tǒng)，采用在相同制冷量情況下減。

4、加濕系統(tǒng)

通過電極加濕罐或紅外加濕燈管等設(shè)備，通過對水加熱形成水蒸氣的方式來實(shí)現(xiàn)。

5、加熱系統(tǒng)

加熱做為熱量補(bǔ)償，大多采用電熱管形式。

6、水冷機(jī)組水(乙二醇)循環(huán)系統(tǒng)

水冷機(jī)組的冷凝器設(shè)在機(jī)組內(nèi)部，循環(huán)水通過熱交換器，將制冷劑汽體冷卻凝結(jié)成液體，因水的比熱容很大，所以冷凝熱交換器體積不大，可根據(jù)不同的回水溫度調(diào)節(jié)壓力控制三通閥(或電動控制閥控制通過熱交換器的水量來控制冷凝壓力。循環(huán)水的動力是由水泵提供的，被加熱后的水，有幾種冷卻方式較常用的是干冷器冷卻，即將水送到密閉的干冷器盤管內(nèi)，靠風(fēng)機(jī)冷卻后返回，干冷器工作穩(wěn)定、可靠性高，但需要有--個(gè)較大體積的冷卻盤管和風(fēng)機(jī)。還有一種是開放的冷卻方式，即將水送到冷卻水塔噴淋「靠水份本身蒸發(fā)散熱后返回，這種方式需不斷向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充水，并要求對水進(jìn)行軟化，空氣中的塵土等雜物也會進(jìn)入系統(tǒng)中，嚴(yán)重時(shí)會堵塞管路，影響傳熱效果，因此還需定期除污。

機(jī)房空調(diào)應(yīng)具有的功能獨(dú)立的制冷系統(tǒng)獨(dú)立的加熱系統(tǒng)獨(dú)立的加濕系統(tǒng)

獨(dú)立的除濕系統(tǒng)

高要求機(jī)房空氣過濾系統(tǒng)

監(jiān)控功能

MTBF(平均無故障時(shí)間)>10萬小時(shí)

具體特點(diǎn)：

1、 全年制冷

由于機(jī)房的發(fā)熱量很大，發(fā)熱量過高會導(dǎo)致一系列問題。有的IDC機(jī)房發(fā)熱量更是達(dá)到300w/㎡以上,所以全年都是制冷。

這里需要提到的一點(diǎn)是機(jī)房空調(diào)也有加熱器，只不過是在除濕的時(shí)候啟動的。應(yīng)為除濕時(shí)出風(fēng)溫度要相對較低，避免房間溫度降低得太快（機(jī)房要求溫度變化每10分鐘不超過1℃，濕度每小時(shí)不超過5%）。

2、高顯熱比

顯熱比是顯冷量與總冷量的比值。空調(diào)的總冷量是顯冷量和潛冷量之和，其中顯熱制冷是用來降溫的，而潛冷是用來除濕的。機(jī)房的熱量主要是顯熱，所以機(jī)房空調(diào)的顯熱比較高，一般在0.9以上（普通舒適型空調(diào)只有0.6左右）。 大風(fēng)量、小焓差是機(jī)房空調(diào)與其他空調(diào)的本質(zhì)區(qū)別。采用大風(fēng)量，可以使出風(fēng)溫度不至于太低，并加大機(jī)房的換氣次數(shù)，這對服務(wù)器和計(jì)算機(jī)的運(yùn)算都是有利的。機(jī)房的短時(shí)間內(nèi)溫度變化太大會造成服務(wù)器運(yùn)算錯(cuò)誤，機(jī)房濕度太低會造成靜電（濕度在20%的時(shí)候靜電可以達(dá)到1萬伏）。

3、高能效比

能效比（COP）即使能量與熱量之間的轉(zhuǎn)換比率，1單位的能量，轉(zhuǎn)換為3單位的熱量，COP=3。由于大部分機(jī)房空調(diào)采用渦旋式壓縮機(jī)（最小的功率也有2.75KW），COP最大可以達(dá)到5.6。整機(jī)的能效比達(dá)到3.0以上。

4、高精度設(shè)計(jì)

機(jī)房空調(diào)不僅對溫度可以調(diào)節(jié)，也可以對濕度可以調(diào)節(jié)，并且精度都是很高的。計(jì)算機(jī)特別是服務(wù)器對溫度和濕度都有特別高的要求，如果變化太大，計(jì)算機(jī)的計(jì)算就可能出現(xiàn)差錯(cuò)，對服務(wù)商是是很不利的特別是銀行和通訊行業(yè)。機(jī)房空調(diào)要求一般在溫度精度達(dá)±2℃，濕度精度±5%，高精度機(jī)房空調(diào)可以溫度精度達(dá)到±0.5℃，濕度精度達(dá)到±2% 。

5、高可靠性

一個(gè)機(jī)房最注重的就是可靠性。全年8760小時(shí)要無故障運(yùn)行，就需要機(jī)房空調(diào)可靠的零部件和優(yōu)秀的控制系統(tǒng)。一般機(jī)房多是N 1備份，一臺空調(diào)出了問題，其他空調(diào)就可以馬上接管整個(gè)系統(tǒng)。

在計(jì)算機(jī)機(jī)房中的設(shè)備是由大量的微電子、精密機(jī)械設(shè)備等組成，而這些設(shè)備使用了大量的易受溫度、濕度影響的電子元器件、機(jī)械構(gòu)件及材料。

溫度對計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)備的電子元器件、絕緣材料以及記錄介質(zhì)都有較大的影響;如對半導(dǎo)體元器件而言，室溫在規(guī)定范圍內(nèi)每增加10℃，其可靠性就會降低約25%;而對電容器，溫度每增加10℃，其使用時(shí)間將下降50%;絕緣材料對溫度同樣敏感，溫度過高，印刷電路板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會變?nèi)?，溫度過低，絕緣材料會變脆，同樣會使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變?nèi)?對記錄介質(zhì)而言，溫度過高或過低都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失或存取故障。

濕度對計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響也同樣明顯，當(dāng)相對濕度較高時(shí)，水蒸汽在電子元器件或電介質(zhì)材料表面形成水膜，容易引起電子元器件之間出現(xiàn)形成通路;當(dāng)相對濕度過低時(shí);容易產(chǎn)生較高的靜電電壓，試驗(yàn)表明：在計(jì)算機(jī)機(jī)房中，如相對濕度為30%，靜電電壓可達(dá)5000V，相對濕度為20%，靜電電壓可達(dá)10000V，相對濕度為5%時(shí)，靜電電壓可達(dá)20000V，而高達(dá)上萬伏的靜電電壓對計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響是顯而易見的。機(jī)房精密空調(diào)是針對現(xiàn)代電子設(shè)備機(jī)房設(shè)計(jì)的專用空調(diào)，它的工作精度和可靠性都要比普通空調(diào)高得多。要提高這些機(jī)房設(shè)備使用的穩(wěn)定及可靠性，需將環(huán)境的溫度濕度嚴(yán)格控制在特定范圍。機(jī)房精密空調(diào)可將機(jī)房溫度及相對濕度控制于正負(fù)1攝氏度，從而大大提高了設(shè)備的壽命及可靠性。

計(jì)算機(jī)房、電信機(jī)房、服務(wù)器機(jī)房、實(shí)驗(yàn)室、電力試驗(yàn)室、精密儀器室、銀行、醫(yī)院磁共振室、手術(shù)室、恒溫恒濕車間等對環(huán)境要求較高的場合。

計(jì)算機(jī)機(jī)房對溫度、濕度及潔凈度均有較嚴(yán)格的要求，因此，計(jì)算機(jī)機(jī)房專用空調(diào)在設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)的舒適性空調(diào)有著很大區(qū)別，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

普通空調(diào)用于機(jī)房造成的故障結(jié)果

1.普通空調(diào)無法保持機(jī)房溫度恒定-會造成電子元?dú)饧膲勖蟠蠼档汀?

2.無法保持機(jī)房溫度均勻，局部環(huán)境容易過熱–導(dǎo)致機(jī)房電子設(shè)備突然關(guān)機(jī)。

3.無法控制機(jī)房濕度，機(jī)房濕度過高-會產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致微電路局部短路。

4.無法控制機(jī)房濕度，機(jī)房濕度過低-會產(chǎn)生有破壞性的靜電，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行失常。

5.風(fēng)量不足和過濾器效果差，機(jī)房潔凈度不夠–灰塵的聚集造成電子設(shè)備散熱困難，容易過熱和腐蝕。

6.普通空調(diào)設(shè)計(jì)選材可靠性差–空調(diào)維護(hù)量大，壽命短。

機(jī)房空調(diào)對于機(jī)房的作用

1、保持溫度恒定(溫度波動控制在24±1～2oC之內(nèi))。

2、保持濕度恒定(相對濕度波動控制在50%±5%RH之內(nèi))。

3、空氣潔凈度0.5微米/升

4、換氣次數(shù)/小時(shí)>30。即在給定的機(jī)房內(nèi)，空調(diào)的風(fēng)量和機(jī)房容積的比值大于30。

5、機(jī)房正壓>10Pa。

6、機(jī)房空調(diào)設(shè)備具備遠(yuǎn)程監(jiān)控及來電自啟動功能。

對于機(jī)房來講，要保證機(jī)房的環(huán)境穩(wěn)定可靠，需要機(jī)房專用空調(diào)來實(shí)現(xiàn)，使用普通空調(diào)機(jī)組僅僅是減少了初投資，但無法保證機(jī)房要求的溫濕度環(huán)境，總的費(fèi)用也高于機(jī)房專用空調(diào)；只有機(jī)房精密空調(diào)才能解決機(jī)房可靠地運(yùn)行。

機(jī)房空調(diào)方法一

機(jī)房熱負(fù)荷計(jì)算，各系統(tǒng)累加法

（1）設(shè)備熱負(fù)荷：

Q1=P×η1×η2×η3（KW）

Q1：計(jì)算機(jī)設(shè)備熱負(fù)荷

P：機(jī)房內(nèi)各種設(shè)備總功耗（KW）

η1：同時(shí)使用系數(shù)

η2：利用系數(shù)

η3：負(fù)荷工作均勻系數(shù)

通常，η1、η2、η3取0.6～0.8之間，考慮制冷量的冗余，通常η1×η2×η3取值為0.8。

（2）機(jī)房照明熱負(fù)荷：

Q2=(C×S)/1000（KW）

C：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《計(jì)算站場地技術(shù)要求》要求，機(jī)房照度應(yīng)大于2001x，其功耗大約為20W/

S：機(jī)房面積

（3）建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷

Q3=K×S/1000（KW）

K：建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷系數(shù)（50W/m2機(jī)房面積）

S：機(jī)房面積

（4）人員的散熱負(fù)荷：

Q4=P×N/1000（KW）

N：機(jī)房常有人員數(shù)量

P：人體發(fā)熱量，輕體力工作人員熱負(fù)荷顯熱與潛熱之和，在室溫為21℃和24℃時(shí)均為130W/人。

（5）新風(fēng)熱負(fù)荷計(jì)算較為復(fù)雜，我們以空調(diào)本身的設(shè)備余量來平衡，不另外計(jì)算。

以上五種熱源組成了機(jī)房的總熱負(fù)荷，即機(jī)房熱負(fù)荷Qt=Q1 Q2 Q3 Q4。由于上述（3）（4）（5）計(jì)算復(fù)雜，通常是采用工程查表予以確定。但是因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段，非常難以確定，所以實(shí)際在數(shù)據(jù)中心中通常采用設(shè)計(jì)估算與事后調(diào)整法。

機(jī)房空調(diào)方法二

機(jī)房熱負(fù)荷計(jì)算方法二：設(shè)計(jì)估算與事后調(diào)整法

數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要的熱負(fù)荷來源于設(shè)備的發(fā)熱量及維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷。

因此，要了解主設(shè)備的數(shù)量及用電情況以確定機(jī)房專用空調(diào)的容量及配置。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，除主要的設(shè)備熱負(fù)荷之外的其他負(fù)荷，如機(jī)房照明負(fù)荷、建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、補(bǔ)充的新風(fēng)負(fù)荷、人員的散熱負(fù)荷等，如不具備精確計(jì)算的條件，也可根據(jù)機(jī)房設(shè)備功耗及機(jī)房面積，按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測算。

采用“功率及面積法”計(jì)算機(jī)房熱負(fù)荷。

Qt=Q1 Q2

其中，Qt總制冷量（KW）

Q1室內(nèi)設(shè)備負(fù)荷（=設(shè)備功率×1.0）

Q2環(huán)境熱負(fù)荷（=0.12～0.18KW/m2×機(jī)房面積），南方地區(qū)可選0.18，而北方地區(qū)通常選擇0.12

方法二是對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的工程簡化計(jì)算方法。這種計(jì)算方法下，通常容易出現(xiàn)計(jì)算熱量大于實(shí)際熱量的情況，因?yàn)闄C(jī)房專用空調(diào)自動控制溫度并決定運(yùn)行時(shí)間，所以多余的配置可以作為冗余配置，對機(jī)房專用空調(diào)的效率與耗電量不大。本文以方法二推導(dǎo)數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用空調(diào)配置與能效計(jì)算。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用空調(diào)配置

設(shè)定數(shù)據(jù)中心的IT類設(shè)備為100kW，并且固定不變。根據(jù)上述方法二，還需要確定機(jī)房的面積。

再假定數(shù)據(jù)中心的熱負(fù)荷密度為平均熱負(fù)荷密度，即4kW/機(jī)柜。也就是說平均每個(gè)機(jī)柜為4kW的熱負(fù)荷。

數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜數(shù)量為：100kW/4kW=25臺機(jī)柜

按國家標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》 有關(guān)機(jī)柜占地面積計(jì)算方法，當(dāng)電子信息設(shè)備尚未選形時(shí)，可按下式計(jì)算：

A=FN

式中 F——單臺設(shè)備占用面積，可取3.5~4.5（m/臺）

N——計(jì)算機(jī)主機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備的總臺數(shù)。

取每個(gè)機(jī)柜的占地面積為中間值4m/臺，那么數(shù)據(jù)中心的面積為：

25臺機(jī)柜×4m/臺=100m2

假定環(huán)境熱負(fù)荷系數(shù)取0.15kW/m2，則數(shù)據(jù)中心機(jī)房總熱負(fù)荷為：

Qt=Q1 Q2=100kW 100×0.15=115kW

數(shù)據(jù)中心送風(fēng)方式選擇：按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，采用地板下送風(fēng)，機(jī)柜按冷熱通道布置。

機(jī)房專用空調(diào)選擇：機(jī)房空調(diào)通常分為DX（直接制冷）與非直接制冷（包括各類水制冷系統(tǒng)等），先討論直接制冷系統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)。不同廠家有不同型號的機(jī)房專用空調(diào)，以某品牌的機(jī)房空調(diào)為例，應(yīng)配置的機(jī)房空調(diào)為：

兩臺某系列機(jī)房空調(diào)，在24℃相對濕度50%工況下，每臺制冷量為60.6kW，兩臺空調(diào)的總制冷量為121.2kW，略大于115kW的計(jì)算熱負(fù)荷。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》 的數(shù)據(jù)中心空調(diào)配置建議，數(shù)據(jù)中心通常建議采用N M（M=1，2，…）配置形式，提供工作可靠性與安全性。

假設(shè)本數(shù)據(jù)中心采用N 1方式配置，即為2 1方式配置3臺該系列的機(jī)房空調(diào)，實(shí)現(xiàn)兩用一備工作 。

機(jī)房空調(diào)可通過控制器鏈接到集中監(jiān)控系統(tǒng)，在局域網(wǎng)的溫度采樣中，有本地取樣和平均值取樣兩種方式：本地取樣即每臺機(jī)房空調(diào)根據(jù)自身的溫濕度傳感器作為控制基準(zhǔn)點(diǎn)而控制，平均取樣方式是將所有機(jī)房空調(diào)的溫濕度采樣值的平均值作為控制基準(zhǔn)點(diǎn)，所有機(jī)房空調(diào)都是根據(jù)同一平均值來控制。采用平均值取樣的控制方式，可避免機(jī)組之間的反向功能運(yùn)行，如一臺機(jī)組運(yùn)行加濕功能，另一臺機(jī)房空調(diào)機(jī)組運(yùn)行除濕功能，保證了局域網(wǎng)中所有機(jī)組都按同一模式運(yùn)行，消除了能源浪費(fèi)的潛在可能，可以將機(jī)房空調(diào)用微處理控制器選擇N 1或N 2的群控設(shè)置 。

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