为什么机房里要用精密空调？机房空调负荷设计案例

 

 

发一、精密空调和舒适性空调

 

1、机房空调

机房空调是一种专供机房使用的高精度空调，因其不但可以控制机房温度，也可以同时控制湿度，因此也叫恒温恒湿空调机房专用空调机，另因其对温度、湿度控制的精度很高，亦称机房精密空调。机房空调的主要服务对象为计算机，为机房提供稳定可靠的IDC与检测机房工作温度、相对湿度、空气洁净度，具有高显热比、高能效比、高可靠性、高精度等特点。

 

2、舒适性空调

舒适性空调是控制温度以使人体感觉舒适的空气调节设备，目的是创造一个舒适的工作或生活环境，以利于提高工作效率或维持良好的健康水平。家庭、宾馆、办公室、影剧院、商场及会议室等人员集中的地方经常使用。是专门为人而设计的空调，与其它专门为控制设备温度而设计的空调（精密空调、专用空调）不同，它风量小、降温快、除湿能力强，可以使闷热室内环境很快达到人们感觉舒适的状态。

 

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能造成损坏一样，温度的快速波动也可能会对硬件运行产生负面影响，这就是即便硬件未在处理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为了在夏天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别保持27℃(80℉)和50%R.H.的水平。相对而言，舒适空调没有专用的加湿及控制系统，简单的控制器无法保持温度所需的设定点(23士2℃)，因此，可能会出现高温、高湿而导致环境温湿度较大范围的波动。

 

二、机房环境对空调的要求

 

如果数据机房的环境不适合，将对数据处理和存储工作产生负面影响，可能使数据运行出错、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可能会破坏数据处理并关闭整个系统。温度波动可能会改变电子芯片和其它板卡元件的电子和物理特性，造成运行出错或故障。这些问题可能是暂时的，也可能会持续多天。即使是暂时的问题，也可能很难诊断和解决。

 

2、高湿度

高湿度可能会造成磁带物理变形、磁盘划伤、机架结露、纸张粘连、MOS电路击穿等故障发生。

 

3、低湿度

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

在许多重要的工作中信息处理是不可或缺的一个环节，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非常敏感。温度或湿度的波动可能会产生一些问题，例如，处理时出现乱码，严重时甚至系统彻底停机。这会给公司带来巨大的损失，具体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为了处理数据机房的热负荷集中和热负荷组成，也不是为了向这些应用提供所需的精确的温度和湿度设定点。精密空调系统的设计是为了进行精确的温度和湿度控制，精密空调系统具有高可靠性，保证系统终年连续运行，并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性，可以保证数据机房四季空调正常运行。

 

三、精密空调和舒适空调区别

 

计算机机房对温度、湿度及洁净度均有较严格的要求，因此，计算机机房专用空调在设计上与传统的舒适性空调有着很大区别，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

舒适性空调送风量小，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、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风热量等。这些发热量产生的湿量很小，因此采用舒适性空调势必造成机房内相对湿度过低，而使设备内部电路元器件表面积累静电，产生放电从而损坏设备、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多，大大增加了能量的消耗。

 

机房专用空调在设计上采用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）。

 

2、舒适性空调风量小，风速低

舒适性空调只能在送风方向局部气流循环，不能在机房形成整体的气流循环，机房冷却不均匀，使得机房内存在区域温差，送风方向区域温度低，其他区域温度高，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。

而机房专用空调送风量大，机房换气次数高（通常在30～60次／小时），整个机房内能形成整体的气流循环，使机房内的所有设备均能平均得到冷却。

 

3、舒适性空调送风量小，换热次数少

传统的舒适性空调，由于送风量小，换气次数少，机房内空气不能保证有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较差，不能满足计算机的净化要求。

采用机房专用空调送风量大，空气循环好，同时因具有专用的空气过滤器，能及时高效的滤掉空气中的尘挨，保持机房的洁净度。

 

4、机房要求空调可大负荷常年持续运转

因大多数机房内的电子设备均是连续运行的，工作时间长，因此要求机房专用空调在设计上可大负荷常年连续运转，并要保持极高的可靠性。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多，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难正常工作，机房专用空调通过可控的室外冷凝器，仍能正常保证制冷循环工作。

 

5、机房专用空调一般还配备了专用加湿系统

专用加湿系统可高效率的除湿系统及电加热补偿系统，通过微处理器，根据各传感器返馈回来的数据能够精确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，只能控制温度且精度较低，湿度则较难控制，不能满足机房设备的需要。

 

综上所述，机房专用空调与舒适型空调在产品设计方面存在显著差别，二者为不同的目的而设计，无法互换使用。计算机机房内必须使用机房专用空调。目前，国内许多行业，如金融、邮电通信、电视台、石油勘探、印刷、科研、电力等已经广泛采用，提高了机房内计算机、网络、通信系统的可靠性和运行的经济性。

 

 

 

四、某机房空调负荷设计案例

 

下面我们以某一个机房为案例来讲解下机房空调负荷设计情况：

 

1、具体情况：

XXXX机房，房间面积约为142m2，机房机柜安装服务器、存储设备、核心交换机等重要设备。

 

2、机房负荷分析：

负荷构成：主机房空调负荷包括冷负荷、热负荷和湿负荷。冷负荷是指在某一时刻为保持机房具有稳定的温度、湿度，需要向机房空气中供应的冷量；热负荷是指为补偿房间失热量而需要向房间供应的热量；湿负荷是指为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量。

 

3、机房主要热量的来源：

 

热负荷分析：

（1） 计算机设备热负荷：Q1=860*P*η1*η2*η3 （Kcal/h）

Q1：计算机设备热负荷

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， 本设计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）

P：照明设备标定输出功率

C：每输出1W放热量Kcal/hw（白炽灯0.86口光灯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2001x，其功耗大约为20W/M2以后的计算中，照明功耗将以20 W/M2为依据计算。

 

（3） 人体热负荷Q3=P*N （Kcal/h）

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）

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℃

t2：机房外的计算温度℃ 在以后的计算中，t1- t2定为10℃计算。 屋顶与地板根据修正系数0.4计算。

（5） 新风热负荷计算较为复杂，在此方案中，我们以空调本身的设备余量来平衡，不另外计算。

 

（6） 其他热负荷

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

Q5=860*P

依据经验采用“功率及面积法”计算机房热负荷：

Qt=Q1+Q2

其中，Qt 总制冷量（KW）

Q1 室内设备负荷（=设备功率×0.8）

Q2 环境热负荷（=0.12～0.18kW/m2 ×机房面积）

根据目前机房内设备数量估算机房内负载约为30KW，所以室内设备热负荷为：

Q1 =30*0.8=24KW

环境热负荷为：

Q2=0.18kw/平方米×142平方米＝25.56KW

则Qt=Q1+Q2=24+25.56=49.56KW

注：电池发热量忽略不计。

此外，UPS的发热量也非常小，也可忽略不计。

 

4、实际工程热符合估算方法：

在实际工程方案设计中由于建筑物机构的复杂性，通常根据下表来选择机房单位面积的冷量需求，然后根据总面积计算出冷量需求。

 

5、主机房空调装机容量：

主机房空调装机容量应根据空调制冷负荷总量Q，预留15-20%余量。主机房空调设备配置时，可根据具体情况分期实施，分期实施时应在支持区为设备预留足够的空间。按此情况此机房空调设备应该配置不小于60 KW的总冷负荷。为了保证客户的投资回报率以及机房安全，我们建议配置两台P2040双系统的精密空调，一方面满足机房实际制冷量的需求，另一方面两台空调可以在一定程度上降低由于空调设备故障引起的机房温度短时间快速升高问题，给空调的维修预留充足的时间，从而保证机房设备的安全。

文章来源：精密空调 /emerson/