精密空调讲解及制冷量计算方法.docx

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精密空调讲解及制冷量计算方法

精密空调选型步骤

1精密空调概述

精密空调是针对现代电子设备机房设计的专用空调，广泛适用于计算机机房、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、精密电子仪器生产车间等高精密环境,这样的环境对空气的温度、湿度、洁净度、气流分布等各项指标有很高的要求。

因为，计算机设备及精密仪器等产品，由大量密集电子元件组成。

要提高这些设备使用的稳定及可靠性，需将环境的温度湿度严格控制在特定范围。

精密空调可将机房温度及相对湿度控制于正负1摄氏度及5%之内，从而大大提高了设备的寿命及可靠性。

所以，以上环境必须由每年365天、每天24小时安全可靠运行的专用精密空调设备来保障。

精密空调与普通空调的主要区别是精密空调的工作精度和可靠性都要比普通空调高得多。

2精密空调一般规格参数说明

目前市面上的精密空调主要参数包括：

制冷量、显冷量、显热比、风量、加热量、加湿量等。

另外，精密空调电源根据规格不同分为单相（220V）供电及三相（380V）供电。

送回风方式比较常用的有：

风帽上送风、风道上送风、地板下送风等。

2.1主要参数说明

以下为精密空调主要参数及其含义，在选型过程中用以解了精密空调的主要性能，在精密空调选型中做到心中有数。

2.1.1制冷量

定义：

制冷量是指空调器进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热量总和。

单位：

KW、匹，冷吨（一般民用空调的中小型机组制冷量单位是“匹”，大型空调制冷机组冷量常用“冷吨”（美国冷吨）表示；机房空调的制冷量单位为“KW”，KW为制冷量的国际单位；）

PS：

为分清一般大众民用空调“匹”数与精密空调“KW”的联系，特展开以下内容阐述。

冷量单位换算

1Kcal/h（大卡/小时）=1.163W1W=0.8598Kal/h

1But/h（英热单位/小时）=0.2931W1W=3.412But/h

1USRT（美国冷吨）=3.517KW1KW=0.2843USRT

“匹”用于动力单位时用Hp（英制匹）或Ps（公制匹）表示，也称“马力”1英制匹=0.7457KW，1公制匹=0.735KW；但是，所谓的空调“匹”数，原指输入功率，包括压缩机、风扇电机及电控部分，制冷量以输出功率计算。

一般来说。

1匹的制冷量大致为2000大卡，套用公式1Kcal/h（大卡/小时）=1.163W即得2000*1.163=2324W（制冷量国际单位）；因为各厂商及各时期产品性能系数不尽相同，“匹”数与制冷量关系一般如下

匹（马力数）

制冷量（W）

0.5

1600-2000

0.75

1800-2400

1

2200-2800

1.5

3200-4000

2

4000-5000

2.1.2显冷量

定义：

显冷量又称显热，指的是在物体吸热或者放热的过程中，仅使物体分子的动能增加或减少，即使物质的温度升高或降低，并没有物质形态的变化，它所吸收或放出的热量称之为显热。

例如，水吸热后温度由20℃上升至35℃，其温度变化所吸收的热即为显热。

显热可以用触摸而感觉出来，也可以用温度计测出来。

PS：

总冷量包括显冷量（显热）和潜冷量（潜热），潜冷量指的是空气中的水分因为温度低，以冷凝水的形式结露了。

因为发生了相变，即从气态到液态，所以这部分冷量我们称为潜冷量。

所以在空调应用中，热负荷分为两部分：

显冷量和潜冷量。

显热的消除或增加会导致干球温度计的温度发生相应变化。

潜热与空气湿度的增加或减少有关。

空调系统的总制冷量为调节处理潜热和显热能力的总和。

通过以上，就得出了空调器的另一个指标：

“显热比”。

2.1.3显热比

定义：

空气的温度及湿度变化时,针对全热量（热函）变化的显热量比率。

即，显热比为显冷量（显热）在总制冷量中所占的比例。

在空调应用中显热比的高低由蒸发器的蒸发温度决定。

调整蒸发器的蒸发温度即可实现高显热比，高显热比蒸发温度会在空气的露点以上。

因此，显热制冷是用来降温的，而潜冷是用来除湿的。

比如在计算机机房，由于机房内没有散湿设备,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人机分离的管理模式，机房围护结构密封较好，新风一般也是经过温湿度预处理后进人机房，所以机房潜热量较小。

从而使用显热比较高的恒温恒湿精密空调，精密空调的显热比一般在0.9以上（普通舒适型空调只有0.6左右）。

2.1.4风量

大风量也是恒温恒湿精密空调与其他空调的区别。

比如计算机机房设备的热量是通过传导、辐射的方式传递到机房内，设备密集的区域发热量集中，为使机房内各区域温湿度均匀，而且控制在允许的基数及波动范围内，就需要有较大的风量将余热星带走。

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，为将机房内余热带走，就需要较大送风量，这对服务器和计算机的运行都是有利的。

2.2精密空调送风方式

根据使用场景的不同精密空调送回风方式也不尽相同，一般在精密空调送风方式的选用中应综合考虑资金、场地空间及换热效率等几方面的因素。

以下为比较常用的三种建设方式的比较。

送风方式

换热效率

建设成本

应用场合

风帽上送风

较低

较低

送风距离＜15m的小型机房

风道上送风

较高

较高

1、无下送风地板

2、送风距离较远

3、房间楼层净高≥4m

地板下送风

较高

较高

1、地板净高大于300mm

2、单侧送风距离＜20米

3、机房热密度＞500W/平米

2.2.1风帽上送风

风帽上送风方式的安装较为简单、整体早教较低，对机房的要求也较低，所以在中小行机房中采用较多。

风帽上送风机组的有效送风距离较近，有效距离约为15m,两台对吹也只达到30m左右，而且送回风容易受到机房各种条件的影响（如走线架、机柜摆放、空调摆放、机房形状等），所以机房内的温度场相对不是很均匀。

此种送风方式还要求设计考虑机组回风通畅，距离回风口前1.5m以内无遮挡物。

风帽上送风存在明显的冷热空气短路现象，制冷效率低，仅应用于小型数据中心机房、热密度较低场合。

2.2.2风道上送风

风道上送风方式与舒适性空调送风方式类似，必须按照国家标准《供热通风与空调工程设计规范》（CB50019-2003）进行空调风道设计，在安装风道时也必须按照国标《供热通风与空调工程施工及验收规范》（GB50243-2002）进行安装和验收。

可根据工艺的要求在合适的地点开设送风风口，使得整体空调送风效果较好。

风道上送风工程造价高于风帽送风方式，安装及维护也较为复杂，对机房的层高也有较高的要求。

在风帽上送风无法满足送风距离，空调房间又要求各处空调效果均匀的场所，一般推荐采用此种送风方式机型，风道和风机设计匹配合理时，送风距离可以达到近百米。

为了让风道安装后房间仍有较为合适的高度，房间楼层净高一般要求≥4m。

风道上送风需要对风道系统结合机房情况具体设计。

送风的风道可分为主风道和支风道，主风道一般从空调机组或静压箱直接引出，支风道引自主风道。

机房内的风道系统宜采用低速送风系统，主风道送风风速可取8m/s左右,支风道送风风速可取6.5m/s左右，风道的宽和高的比尽量不要大于4。

机房内的静压箱一般安装在空调上部，由空调送风口从下面送入静压箱，静压箱宽度大于2-3倍空调送风口尺寸。

静压箱高度一般为1m左右。

风道送风口的风速一般为5m/s左右。

以上数据为根据规范精选的常用数据，有可能风道系统设计与此有差异。

常见的风道上送风系统有两种方式：

一种为每台空调机组接风道向外送风，另一种为多太空调机组送风到静压箱，由静压箱向外引风道送风。

第二种送风方式的优势是容易实现备份冗余，空调中有一台停机后，剩余空调机组的冷量仍可以经由静压箱送到机房的每个区域，劣势是需要做较大的静压箱，需要较大的空间，费用也较高。

早期建设的运营商机房在热负荷较小的情况下，多采用风道上送风方式送风，随着服务器数量与密度的提高，风道上送风方式存在制冷效率低、建成后不易调整、噪声高等缺陷。

2.2.3地板下送风

地板下送风方式是目前数据中心空调制冷送风方式的主要形式，在金融信息中心、企业数据中心、运营商IDC等数据中心中广泛使用。

在数据中心机房内铺设静电地板，静电地板高度为30-100cm，甚至高达2m。

将机房专用空调的冷风送到静电地板下方，形成一个很大的静压箱体，静压箱可减少送风系统动压、增加静压、稳定气流、减少气流振动等，使送风效果更理想。

再通过带孔地板将冷空气送到服务器机架上。

回风可通过机房内地板上空间或专用回风风道（天花板以上空间）回风。

地板下送风方式的优点很多，包括制冷效率较高、安装简单、安装整洁等。

需要注意的是，如果地板下方同时作为电缆走线空间,使用中容易出现的问题是，地板下走线拥堵，送风不畅导致空调耗能增加。

实践证明，很多机房采用地板下送风、地板下走线方式，由于在应用过程中地板下的电缆不断增加，导致地板下送风不畅，送风气流组织不合理，甚至出现风短路等严重问题，例如导致距离空调机较近的区域温度/湿度控制正常，而距离空调机较远的区域温度偏高，无法得到有效控制。

在这种情况下，为了保障远端的设备得到合适的温度控制，不得不调低温度设定点。

例如将温度设定点调低到18℃，才能保障距离空调机远端的设备周围的温度达到24℃以下。

很显然这将增加很多能耗。

此外，很多机房因业务特点（如无法暂停设备运行进行调整）无法改变走线，只能增加空调设备,通过增加风量的方式来保障机房温度/湿度，而原有空调设备的制冷量已经足够,这有在很大程度上增加了机房能耗。

3机房总制冷量的计算方法

精密空调的负荷一般要根据机房实际余热余温以及状态的变化进行准确计算，但在条件不允许时也可进行简便计算，以下为几种方法的介绍。

3.1机房制冷量精确计算

到达用户机房场地情况了解机房面积多少，机房各类设备数量及功率，设备摆放位置等条件。

然后按照空调设计中负荷计算的要求，按下列步骤确定精密空调的负荷。

3.1.1确定主要热量的来源

1、设备负荷（设备及机柜热负荷）；

2、机房照明负荷；

3、人体热负荷；

4、建筑围护结构传导热负荷；

5、补充的新风负荷；

6、其他。

3.1.2热负荷分析

1、设备热负荷：

Q1=（860*P*η1*η2*η3）Kcal/h（1KW≈860Kcal/h）

式中：

Q1——机房设备热负荷

P——机房内各种设备总功耗

η1——同时使用系数

η2——利用系数

η3——负荷工作均匀系数

通常η1、η2、η3取0.6—0.8之间，一般考虑容量变化要求较小，取值为0.6。

2、照明设备热负荷：

Q2=（C*P）Kcal/h

式中：

P——照明设备标定输出功率

C——照明设备每输出1W的放热量Kcal/hW（白炽灯0.86，日光灯1），根据国家标准《计算站场地技术要求》要求，机房照度应大于200Lx，其功耗大约为20W/m2，照明功耗以20W/m2为依据计算。

3、人体热负荷：

Q3=（PxN）Kcal/h

式中：

N——机房常有人员数量

P——人体发热量，轻体力工作人员热负荷显热与潜热之和，在室温为21℃和24℃时均为102Kcal。

4、围护结构传导热

Q4=[K*F*（t1-t2）]Kcal/h

式中：

K——转护结构导热系统普通混凝土为1.4-1.5

F——转护结构面积

t1——机房内内温度°C

t2——机房外的计算温度°C

一般屋顶与地板根据修正系数0.4计算。

5、其它的热负荷

除上述热负荷外，在工作中使用的示波器、新风、吸尘器等也将成为热负荷，由于这些设备或因素功耗小，可粗略根据其输入功率与热功当量之积计算。

Q5=（860xP）Kcal/h（1KW≈860Kcal/h）

因此，机房总的热负荷Q＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5

3.2机房制冷量简便计算方法

除上述计算方法外，在工程上往往采用计算较快捷的简便算法，而简便算法中使用最多的为：

已知设备功率和机房面积的“功率及面积法”，和未知设备功率，只知道机房功能和面积的“面积法”。

3.2.1方法一：

功率及面积法

Qt=Q1+Q2

式中：

Qt——总制冷量（单位kw）

Q1——室内设备负荷=设备功率*0.8

Q2——环境热负荷=环境热负荷系数*机房面积

（环境热负荷系数：

0.12~0.18KW/m2，根据机房具南方、北方地理位置，机房南、北朝向，人员流动频率等综合情况取值）

3.2.2方法二：

面积法

Qt=S*P

式中：

Qt——总制冷量（kw）

S——机房面积（m²）

P——冷量估算指标

冷量估算指标：

电信交换机、移动基站（350-450W/m²）

金融机房（500-600W/m²）

数据中心（600-800W/m²）

计算机房、计费中心、控制中心、培训中心（350-450W/m²）

电子产品及仪表车间、精密加工车间（300-350W/m²）

保准检测室、校准中心（250-300W/m²）

Ups和电池室、动力机房（300-500W/m²）

医院和检测室、生活培养室、洁净室、实验室（200-250W/m²）

仓储室（博物馆、图书馆、档案馆、烟草、食品）（150-200W/m²）

4精密空调风量的计算

根据标准机房精密空调选型中风量的计算是：

风量除以房间体积等于每小时送风循环次数，一般选循环次数为30—40次最好，这就是机房要求的大风量小焓差特殊性。

需要注意的是，在以地板作为静压箱的下送风机组中，选用循环次数时应注意考虑线槽等阻碍送风速度的因素，如果设计时没有考虑上述因素，往往实际循环次数比算得循环值偏小。

在机组风量选用中，循环次数多了不容易出现局部过热而对散热有好处，但相应的风机功耗就会增加，近年随着机房的要求更高，为了节能也有地板下采用风道送风，或者不采用风道，但可以加一个封闭件同样也能达到节能效果。