恒温恒湿机精密空调的结构及工作原理(lǐ)

机房精密空调是针对现代電(diàn)子设备机房设计的专用(yòng)空调，它的工作精度和可(kě)靠性都要比普通空调高得多(duō)。大家都知道，计算机机房中摆放计算机设备及程控交换机产品等。

由大量密集電(diàn)子元件组成。要提高这些设备使用(yòng)的稳定及可(kě)靠性，需将环境的温度湿度严格控制在特定范围。机房精密空调可(kě)将机房温度及相对湿度控制于正负1摄氏度，从而大大提高了设备的寿命及可(kě)靠性。

在许多(duō)重要的工作中信息处理(lǐ)是不可(kě)或缺的一个环节，因此，公司的正常运转离不开恒温恒湿的数据机房。IT硬件产生不寻常的集中热负荷，同时对温度或湿度的变化又(yòu)非常敏感。温度或湿度的波动可(kě)能(néng)会产生一些问题，例如，处理(lǐ)时出现乱码，严重时甚至系统彻底停机。这会给公司带来巨大的损失，具體(tǐ)数额取决于系统中断时间以及所损失数据和时间的价值。标准舒适型空调的设计并非為(wèi)了处理(lǐ)数据机房的热负荷集中和热负荷组成，也不是為(wèi)了向这些应用(yòng)提供所需的的温度和湿度设定点。精密空调系统的设计是為(wèi)了进行的温度和湿度控制，精密空调系统具有(yǒu)高可(kě)靠性，保证系统终年连续运行，并且具有(yǒu)可(kě)维修性、组装灵活性和冗余性，可(kě)以保证数据机房四季空调正常运行。

机房温度和湿度设计条件

保持温度和湿度设计条件对于数据机房的平稳运行至关重要。设计条件应在22℃~24℃(72℉～75℉)和35%~50%的相对湿度(R.H.)。与环境条件不合适可(kě)能(néng)造成损坏一样，温度的快速波动也可(kě)能(néng)会对硬件运行产生负面影响，这就是即便硬件末在处理(lǐ)数据也要使其保持运行状态的一个原因。相反，舒适型空调系统的设计只是為(wèi)了在夏天35℃(95℉)的气温和48%R.H.的外界条件下，使室内的温度和湿度分(fēn)别保持27℃(80℉)和50%R.H.的水平。相对而言，舒适空调没有(yǒu)专用(yòng)的加湿及控制系统，简单的控制器无法保持温度所需的设定点

(23士2℃)，因此，可(kě)能(néng)会出现高温、高湿而导致环境温湿度较大范围的波动。

机房环境不适合所造成的问题

如果数据机房的环境不适合，将对数据处理(lǐ)和存储工作产生负面影响，可(kě)能(néng)使数据运行出错、宕机，甚至使系统故障频繁而彻底关机。

1.高温和低温

高温、低温或温度快速波动都有(yǒu)可(kě)能(néng)会破坏数据处理(lǐ)并关闭整个系统。温度波动可(kě)能(néng)会改变電(diàn)子芯片和其它板卡元件的電(diàn)子和物(wù)理(lǐ)特性，造成运行出错或故障。这些问题可(kě)能(néng)是暂时的，也可(kě)能(néng)会持续多(duō)天。即使是暂时的问题，也可(kě)能(néng)很(hěn)难诊断和解决。

2.高湿度

高湿度可(kě)能(néng)会造成磁带物(wù)理(lǐ)变形、磁盘划伤、机架结露、纸张粘连、MOS電(diàn)路击穿等故障发生。

3.低湿度

低湿度不仅产生静電(diàn)，同时还加大了静電(diàn)的释放，此类静電(diàn)释放将会导致系统运行不稳定甚至数据出错。

机房专用(yòng)空调与普通舒适空调的區(qū)别

计算机机房对温度、湿度及洁净度均有(yǒu)较严格的要求，因此，计算机机房专用(yòng)空调在设计上与传统的舒适性空调有(yǒu)着很(hěn)大區(qū)别，表现在以下5个方面：

1．传统的舒适性空调主要是针对于人员设计，送风量小(xiǎo)，送风焓差大，降温和除湿同时进行；而机房内显热量占全部热量的90%以上，它包括设备本身发热、照明发热量、通过墙壁、天花(huā)、窗户、地板的导热量，以及阳光辐射热，通过缝隙的渗透风和新(xīn)风热量等。这些发热量产生的湿量很(hěn)小(xiǎo)，因此采用(yòng)舒适性空调势必造成机房内相对湿度过低，而使设备内部電(diàn)路元器件表面积累静電(diàn)，产生放電(diàn)从而损坏设备、干扰数据传输和存储。同时，由于制冷量的（40%～60%）消耗在除湿上，使得实际冷却设备的冷量减少很(hěn)多(duō)，大大增加了能(néng)量的消耗。

机房专用(yòng)空调在设计上采用(yòng)严格控制蒸发器内蒸发压力，增大送风量使蒸发器表面温度高于空气露点温度而不除湿，产生的冷量全部用(yòng)来降温，提高了工作效率，降低了湿量损失（送风量大，送风焓差减小(xiǎo)）。

2．舒适性空调风量小(xiǎo)，风速低，只能(néng)在送风方向局部气流循环，不能(néng)在机房形成整體(tǐ)的气流循环，机房冷却不均匀，使得机房内存在區(qū)域温差，送风方向區(qū)域温度低，其他(tā)區(qū)域温度高，发热设备因摆放位置不同而产生局部热量积累，导致设备过热损坏。

而机房专用(yòng)空调送风量大，机房换气次数高（通常在30～60次/小(xiǎo)时），整个机房内能(néng)形成整體(tǐ)的气流循环，使机房内的所有(yǒu)设备均能(néng)平均得到冷却。

3．传统的舒适性空调，由于送风量小(xiǎo)，换气次数少，机房内空气不能(néng)保证有(yǒu)足够高的流速将尘埃带回到过滤器上，而在机房设备内部产生沉积，对设备本身产生不良影响。且一般舒适性空调机组的过滤性能(néng)较差，不能(néng)满足计算机的净化要求。

采用(yòng)机房专用(yòng)空调送风量大，空气循环好，同时因具有(yǒu)专用(yòng)的空气过滤器，能(néng)及时高效的滤掉空气中的尘挨，保持机房的洁净度。

4．因大多(duō)数机房内的電(diàn)子设备均是连续运行的，工作时间長(cháng)，因此要求机房专用(yòng)空调在设计上可(kě)大负荷常年连续运转，并要保持极高的可(kě)靠性。舒适性空调较难满足要求，尤其是在冬季，计算机机房因其密封性好而发热设备又(yòu)多(duō)，仍需空调机组正常制冷工作，此时，一般舒适性空调由于室外冷凝压力过低已很(hěn)难正常工作，机房专用(yòng)空调通过可(kě)控的室外冷凝器，仍能(néng)正常保证制冷循环工作。

5．机房专用(yòng)空调一般还配备了专用(yòng)加湿系统，高效率的除湿系统及電(diàn)加热补偿系统，通过微处理(lǐ)器，根据各传感器返馈回来的数据能(néng)够的控制机房内的温度和湿度，而舒适性空调一般不配备加湿系统，只能(néng)控制温度且精度较低，湿度则较难控制，不能(néng)满足机房设备的需要。

综上所述，机房专用(yòng)空调与舒适型空调在产品设计方面存在显著差别，二者為(wèi)不同的目的而设计，无法互换使用(yòng)。计算机机房内必须使用(yòng)机房专用(yòng)空调。目前，國(guó)内许多(duō)行业，如金融、邮電(diàn)通信、電(diàn)视台、石油勘探、印刷、科(kē)研、電(diàn)力等已经广泛采用(yòng)，提高了机房内计算机、网络、通信系统的可(kě)靠性和运行的经济性。

应用(yòng)范围编辑 播报

机房精密空调机广泛适用(yòng)于计算机机房、程控交换机机房、卫星移动通讯站、大型医疗设备室、实验室、测试室、精密電(diàn)子仪器生产車(chē)间等高精密环境，这样的环境对空气的温度、湿度、洁净度、气流分(fēn)布等各项指标有(yǒu)很(hěn)高的要求，必须由每年365天、每天24 小(xiǎo)时安全可(kě)靠运行的专用(yòng)机房精密空调设备来保障

产品特点编辑 播报

显热量大

机房内安装的主机及外设、服務(wù)器、交换机、光端机等计算机设备以及动力保障设备，如UPS電(diàn)源，均会以传热、对流、辐射的方式向机房内散发热量，这些热量仅造成机房内温度的升高，属于显热。一个服務(wù)器机柜散热量在每小(xiǎo)时几千瓦到十几千瓦，如果是安装刀(dāo)片式服務(wù)器，散热量会高一些。大中型计算机房设备散热量在400W/m2左右，装机密度较高的数据中心可(kě)能(néng)会到600W/m2以上。机房内显热比可(kě)高达95%。

潜热量小(xiǎo)

不改变机房内的温度，而只改变机房内空气含湿量，这部分(fēn)热量称為(wèi)潜热。机房内没有(yǒu)散湿设备，潜热主要来自工作人员及室外空气，而大中型计算机机房一般采用(yòng)人机分(fēn)离的管理(lǐ)模式，机房围护结构密封较好，新(xīn)风一般也是经过温湿度预处理(lǐ)后进人机房，所以机房潜热量较小(xiǎo)。

风量大、焓差小(xiǎo)

设备的热量是通过传导、辐射的方式传递到机房内，设备密集的區(qū)域发热量集中，為(wèi)使机房内各區(qū)域温湿度均匀，而且控制在允许的基数及波动范围内，就需要有(yǒu)较大的风量将余热量带走。另外，机房内潜热量较少，一般不需要除湿，空气经过空调机蒸发器时不需要降至零点温度以下，所以送风温差及焓差要求较小(xiǎo)，為(wèi)将机房内余热带走，就需要较大送风量。

不间断运行、常年制冷

机房内设备散热属于稳态热源，全年不间断运行，这就需要有(yǒu)一套不间断的空调保障系统，在空调设备的電(diàn)源供给方面也有(yǒu)较高的要求，不仅需要有(yǒu)双路市電(diàn)互投，而且对于保障重要计算机设备的空调系统还应有(yǒu)发電(diàn)机组做后备電(diàn)源。長(cháng)期稳态热源造成即便在冬季机房内也需要制冷，尤其是在南方地區(qū)，更為(wèi)突出。在北方地區(qū)，如果冬季仍需制冷，在选择空调机组时，需要考虑机组的冷凝压力和其他(tā)相关问题，另外可(kě)增加室外冷空气进风比例，以达到节能(néng)的目的。

送回风方式较多(duō)

空调房间的送风方式取决于房间内热量的发源及分(fēn)布特点，针对机房内设备密集式排列，線(xiàn)缆、桥架较多(duō)以及走線(xiàn)方式等特点，空调的送风方式分(fēn)為(wèi)下送上回、上送上回、上送侧回、侧送侧回。

静压箱送风

机房内空调送回风通常不采用(yòng)管道，而是利用(yòng)高架地板下部或天花(huā)板上部的空间作為(wèi)静压箱送回风，静压箱内形成的稳压层可(kě)使送风均匀，使空间内各点静压相等。

洁净度要求高

電(diàn)子计算机机房有(yǒu)严格的空气洁净度要求。空气中的尘埃、腐蚀性气體(tǐ)等会严重损坏電(diàn)子元器件的寿命，引起接触不良和短路等，因此要求机房专用(yòng)空调能(néng)按相关标准对流通空气进行除尘、过滤。另外，要向机房内补充新(xīn)风，保持机房内的正压。根据《電(diàn)子计算机机房设计规范》规定，主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5m的尘粒数，应小(xiǎo)于18000粒。主机房与其他(tā)房间、走廊间压差不应小(xiǎo)于4.9Pa，与室外静压差不应小(xiǎo)于9.8Pa。

组成部件编辑 播报

机房精密空调系统的主要部件，控制器、包括压缩机、蒸发器、加热器、风冷冷凝器、控制器、加湿罐、

热力膨胀阀、视液镜、干燥过滤器、过滤网、等部件。对于水冷系列，室内机还包括板式换热器、水流量调节阀、上水電(diàn)磁阀 [1]  。

冷量要求编辑 播报

為(wèi)了确定机房精密空调机的容量，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(電(diàn)热、蒸气水温及其它发热體(tǐ))。这些发热量显热大、潜热小(xiǎo)； 照明发热(显热)； 工作人员的发热(显热小(xiǎo)、潜热大)； 由于水分(fēn)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(wù)本體(tǐ)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)；

為(wèi)了使室内工作人员减少疲劳和有(yǒu)利于人體(tǐ)健康而引入的新(xīn)鲜空气所产生的热量(包括显热和潜热)。

总之，人體(tǐ)放出的热量、缝隙风侵入的热量和换气带进的热量，不仅使室温升高，也会增加室内的含湿量，因此需要除湿。这部分(fēn)热负荷称為(wèi)潜热负荷，而机房内所有(yǒu)设备散发的热量只是室内的温度升高，这种热负荷称為(wèi)显热负荷。与一般宾馆、办公室、会议室等潜热占有(yǒu)相当大比例所不同的是，计算机、程控机机房内的热负荷是以显热负荷為(wèi)主。因此对于热负荷状况不同的场合应选用(yòng)不同类型的空调机。通常用(yòng)显热比(SFH)作為(wèi)空调机的重要指标。

概略计算(也称為(wèi)估算)

在机房初始设计阶段，為(wèi)了较快的选定空调机的容量，可(kě)采用(yòng)此方法，即以单位面积所需冷量进行估算。

计算机房（包括程控交换机房）：

楼层较高时，250～300kcal/m2h

楼层较低时，150～250kcal/m2h （根据设备的密度作适当的增减）

办公室（值班室）：90kcal/m2h

简易热负荷计算

计算机房空调负荷，主要来自计算机设备、外部设备及机房设备的发热量，大约占总热量的80%以上，其次是照明热、传导热、辐射热等，这几项计算方法与一般空调房间负荷计算相同。计算机制造商(shāng)，一般能(néng)提供设备发热量的具體(tǐ)数值。否则根据计算机的耗電(diàn)量计算其发热量。

a.外部设备发热量计算

Q=860N¢(kcal/h)

式中：N：用(yòng)電(diàn)量(kW)； ¢：同时使用(yòng)系数(0.2～0.5)； 860：功的热当量，即l kW電(diàn)能(néng)全部转化為(wèi)热能(néng)所产生的热量。

b.主机发热量计算 Q=860× P× h 1×h 2 ×h 3

式中，P：总功率(kW)；

h 1：同时使用(yòng)系数；

h 2：利用(yòng)系数；

h 3：负荷工作均匀系数。

机房内各种设备的总功率，应以机房内设备的更大功耗為(wèi)准，但这些功耗并未全部转换成热量，因此，必须用(yòng)以上三种系数来修正，这些系数又(yòu)与计算机的系统结构、功能(néng)、用(yòng)途、工作状态及所用(yòng)電(diàn)子元件有(yǒu)关。总系数一般取0.6～0.8之间為(wèi)好

c.照明设备热负荷计算

机房照明设备的耗電(diàn)量，一部分(fēn)变成光，一部分(fēn)变成热。变成光的部分(fēn)也因被建筑物(wù)和设备等所吸收而变成热。照明设备的热负荷计算如下：

Q=C×P kcal/h

式中， P：照明设备的标称额定输出功率(W)；

C：每输出l W的热量(kcal/h W)，通常自炽灯0.86，日光灯1.0。

d.人體(tǐ)发热量

人體(tǐ)内的热是通过皮肤和呼吸器官放出来的，这种热因含有(yǒu)水蒸汽，其热负荷应是显热和潜热负荷之和。

人體(tǐ)发出的热随工作状态而异。机房中工作人员可(kě)按轻體(tǐ)力工作处理(lǐ)。当室温為(wèi)24℃时，其显热负荷為(wèi)56cal，潜热负荷為(wèi)46cal；当室温為(wèi)21℃时，其显热负荷為(wèi)65cal，潜热负荷為(wèi)37ca1。在两种情况下，其总热负荷均為(wèi)102cal。

e.围护结构的传导热

通过机房屋顶、墙壁、隔断等围护结构进入机房的传导热是一个与季节、时间、地理(lǐ)位置和太阳的照射角度等有(yǒu)关的量。因此，要准确地求出这样的量是很(hěn)复杂的问题。

当室内外空气温度保持一定的稳定状态时，由平面形状墙壁传入机房的热量可(kě)按下式计算：

Q=KF(t1-t2) kcal/h

式中， K：围护结构的导热系数(kcal/m2h℃)；

F：围护结构面积(m2)；

t1：机房内温度(℃)；

t2：机房外的计算温度(℃)。

当计算不与室外空气直接接触的围护结构如隔断等时，室内外计算温度差应乘以修正系数，其值通常取0.4～0.7。常用(yòng)材料导热系数如下表所示：

材料 导热系数 (kcal/m2h℃) 材料 导热系数 (kcal/m2h℃)

普通混凝土 1.4～1.5 石膏板 0.2

轻型混凝土 0.5～0.7 石棉水泥板 1

砂浆 1.3 软质纤维板 0.15

熟石膏 0.5 玻璃纤维 0.03

砖 1.1 镀锌钢板 38

玻璃 0.7 铝板 180

木(mù)材 0.1~0.25

f.从玻璃透入的太阳辐射热

当玻璃受阳光照射时，一部分(fēn)被反射、一部分(fēn)被玻璃吸收，剩下透过玻璃射入机房转化為(wèi)热。被玻璃吸收的热使玻璃温度升高，其中一部分(fēn)通过对流进入机房也成為(wèi)热负荷。

透过玻璃进入室内的热量可(kě)按下式计算：

Q=KFq (kcal/h )

式中， K：太阳辐射热的透入系数；

F：玻璃窗的面积(m2)；

q：透过玻璃窗进入的太阳辐射热强度(kcal/m2h)。

透入系数K值取决于窗户的种类，通常取0.36～0.4。

太阳辐射热强度q随纬度、季节和时间而不同，又(yòu)随太阳照射角度而变化。具體(tǐ)数值请参考当地气象资料。

g.换气及室外侵入的热负荷

為(wèi)了给在计算机房内工作人员不断补充新(xīn)鲜空气，以及用(yòng)换气来维持机房的正压，需要通过空调设备的新(xīn)风口向机房送入室外的新(xīn)鲜空气，这些新(xīn)鲜空气也将成為(wèi)热负荷。 通过门、窗缝隙和开关而侵入的室外空气量，随机房的密封程度，人的出入次数和室外的风速而改变。这种热负荷通常都很(hěn)小(xiǎo)，如需要，可(kě)将其拆算為(wèi)房间的换气量来确定热负荷。

h.其它热负荷

在机房中，除上述热负荷外，在工作中使用(yòng)示被器、電(diàn)烙铁、吸尘器等都将成為(wèi)热负荷。由于这些设备的功耗一般都较小(xiǎo)，可(kě)粗略按其额定输入功率与功的热当量之积来计算。 此外，机房内使用(yòng)大量的传输電(diàn)缆，也是发热體(tǐ)。其计算如下：

Q=860 Pl (kcal/h)

式中， 860：功的热当量(kca1/h)；

P：每米電(diàn)缆的功耗(W)； l：電(diàn)缆的長(cháng)度(m)。

总之，机房热负荷应由上述a—h各项热负荷之和来确定。