计算机房使用机房专用空调机的必要性

计算机房使用机房专用空调机的必要性中国科学院计算技术研究所唐玛琍摘要：本文从几个方面论述了计算机机房使用机房专用空调机的必要性。关键词：显热潜热空调机的焓差结露舒适性空调机房专用空调一、空调系统按服务对象分类1、舒适性空调（或称民用空调）：满足人们舒适要求的空调；如剧院、宾馆、办公楼、住宅等的空调。2、工艺性空调（或称工业空调）：满足工艺生产、运行设备或存储部件不同要求的空调；计算机房及磁介质库等属于此类空调。二、计算机房空调系统的特点1、温、湿度要求比舒适性空调严格，夏季基准温度（一般23ºC）比舒适性空调低，并且全年均对湿度有较严格的要求（45%～65%）。2、总热负荷中设备散热量所占比重大,并有逐年增长的趋势。热负荷分为显热和潜热两部分。显热引起空气温度升高，而空气含湿量不变，即空气中水蒸汽含量不变；潜热引起空气含湿量升高，即空气中水蒸汽含量提高，而空气温度不变。在空调使用过程中，显热和潜热同时改变的情况较多。计算机房的总热负荷包括：1、设备散热量；2、照明散热量；3、人体散热量；4、围护结构（含窗）的热负荷；5、新风热负荷。1、2、4项热负荷只有显热，3、5项热负荷含有显热和潜热。前三项热负荷全年基本不变，后两项热负荷随室外环境温度和湿度改变，有的季节（如冬季）为负值。机器的功率密度有逐年提高的趋势（见图1），因此机房总热负荷全年变化较小，并且显热所占比重越来越大。图1显示机柜功率密度的发展趋势。例如：服务器机柜2005年将达到14.4～18.7kW/m²（机柜投影面积）。图1YearofProductAnnouncement图2为国内某数据中心机房平面布局图。在约140m²的机房内安装约50个服务器机柜，每个机柜的功率为7.0kW，相当于10.6kW/m²（机柜投影面积），整个机房总热负荷约为360kW，平均2.57kW/m²。图2数据中心平面图过去在机房建设的初期，通常设备发热量等无准确资料，往往按300～400W/m²的热负荷来设计机房空调系统。从目前发展趋势看来，按该数值设计的空调系统，有时距离实际需求相差甚远。因此，在设计时应了解机房安装的设备情况，尽可能估算出设备的发热量，才能确定机房空调系统的总负荷。3、要求全年不间断运行。由于全年总热负荷变化小，因此常需全年制冷运行。在室外温度较低时，机房总热负荷中的围护结构的热负荷和新风的热负荷为负值，使总热负荷比室外温度高时有多降低。但当设备散热量所占比重大时（如图2所示数据中心机房的情况），总热负荷全年变化不大，造成机房空调系统全年制冷运行。4、对机房的洁净度和正压值的要求比舒适性空调高。5、常需采用下送风系统，以便将冷空气直接送至机柜下部或其附近。下送风系统也便于根据机柜的发热量，调节机房各处活动地板送风口的风量。6、要求设置一定的监控、防护设备，如漏水传感器及报警装置、空调机的远程监控装置等。三、计算机房使用专用空调机的必要性1、由于机房显热在总热负荷中所占比重大，需采用小焓差的机房专用空调机，以防结露。1、湿空气的焓：由显热和潜热两部分组成。h=1.01t+0.001d(2500+1.84t)1.01t为显热0.001d(2500+1.84t)为潜热h：空气的焓（kJ/kg）t：空气的温度（ºC）d:空气的含湿度（g/kg）2、空调机的焓差：△h=1.01△t+0.001△d(2500+1.84△t)△h：空调机送回风之间的焓差（kJ/kg）△t:空调机送回风之间的平均温差（ºC）△d:空调机送回风之间的平均含湿量之差（g/kg）若△h不变，△d减小则△t增加，△d增加则△t减小。3、舒适性空调系统夏季人体散热量和新风热负荷在总热负荷中所占比重较大，而这两部分热负荷均有较大的潜热量，由于△d的增加使空调系统的△t减小。计算机房由于潜热量很小，若采用与舒适性空调系统相同的焓差，由于△d小使△t增大；并且机房夏季基准温度比舒适性空调低，使得送风温度较低；当送风温度低于机房露点温度时，在机柜表面甚至机柜内部产生结露现象。例如：当机房温度23ºC、相对湿度60%时，假设大气压力为1013.25hPa（760mmHg），此时的露点温度为15ºC。4、为防止计算机房结露，需采用小焓差的空调机，减小空调机送回风之间的温差，保证送风温度高于机房露点温度。只有机房专用空调机为小焓差空调机，其焓差约为舒适性空调机焓差的二分之一。2、计算机房要求空调系统全年工作，冬季常需制冷运行，只有机房专用空调才能满足此项要求。一般风冷式舒适性空调机的制冷运转范围为室外温度21～46ºC，大金PF型空调机可在较宽的室外温度下制冷运转（-5～46ºC）。而机房专用空调机一般均可保证不同室外温度下全年制冷运转（订货时应说明安装地点）3、机房专用空调机有较完善的监控、防护设备，对温湿度的控制精度较高，尤其具有良好的加湿装置，以保证机房全年的温湿度满足规范的要求。而一般舒适性空调机不具备这些功能。4、机房专用空调机有下送风和上送风两种形式可供选择，下送风形式往往更适合计算机使用，多数机房只能采用下送风形式；而舒适性空调机通常均为上送风形式。四、空调机焓差的估算在选购机房空调机时，需对其焓差进行估算，以确定是否满足计算机房的要求。空调机的制冷量：Q=△h×L×ρQ：空调机的总冷量（kJ/h）△h：空调机送回风口之间的焓差（kJ/kg）L：空调机的送风量（m³/h）ρ：空气密度（kg/m²）ρ与大气压力和温度有关，在21ºC、一个大气压的条件下ρ≈1.2（kg/m³）空调机的样本中总冷量单位一般采用kW，1.0kW=3.6×10³kJ/h单位换算后：△h=Q×3000/L△h的单位为kJ/kgQ的单位为kWL的单位为m³/h统计资料显示：机房专用空调机△h=8.5～12.5(kJ/kg)舒适性空调机△h=17.0～22.0(kJ/kg)