机房空调作用

在计算机机房中的设备是由大量的微电子、精密机械设备等组成，而这些设备使用了大量的易受温度、湿度影响的电子元器件、机械构件及材料。

温度对计算机机房设备的电子元器件、绝缘材料以及记录介质都有较大的影响;如对半导体元器件而言，室温在规定范围内每增加10℃，其可靠性就会降低约25%;而对电容器，温度每增加10℃，其使用时间将下降50%;绝缘材料对温度同样敏感，温度过高，印刷电路板的结构强度会变弱，温度过低，绝缘材料会变脆，同样会使结构强度变弱;对记录介质而言，温度过高或过低都会导致数据的丢失或存取故障。

湿度对计算机设备的影响也同样明显，当相对湿度较高时，水蒸汽在电子元器件或电介质材料表面形成水膜，容易引起电子元器件之间出现形成通路;当相对湿度过低时;容易产生较高的静电电压，试验表明：在计算机机房中，如相对湿度为30%，静电电压可达5000V，相对湿度为20%，静电电压可达10000V，相对湿度为5%时，静电电压可达20000V，而高达上万伏的静电电压对计算机设备的影响是显而易见的。机房精密空调是针对现代电子设备机房设计的专用空调，它的工作精度和可靠性都要比普通空调高得多。要提高这些机房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。机房精密空调可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靠性。

机房空调应具有的功能独立的制冷系统独立的加热系统独立的加湿系统

独立的除湿系统

高要求机房空气过滤系统

监控功能

MTBF(平均无故障时间)>10万小时

具体特点：

1、 全年制冷

由于机房的发热量很大，发热量过高会导致一系列问题。有的IDC机房发热量更是达到300w/㎡以上,所以全年都是制冷。

这里需要提到的一点是机房空调也有加热器，只不过是在除湿的时候启动的。应为除湿时出风温度要相对较低，避免房间温度降低得太快（机房要求温度变化每10分钟不超过1℃，湿度每小时不超过5%）。

2、高显热比

显热比是显冷量与总冷量的比值。空调的总冷量是显冷量和潜冷量之和，其中显热制冷是用来降温的，而潜冷是用来除湿的。机房的热量主要是显热，所以机房空调的显热比较高，一般在0.9以上（普通舒适型空调只有0.6左右）。 大风量、小焓差是机房空调与其他空调的本质区别。采用大风量，可以使出风温度不至于太低，并加大机房的换气次数，这对服务器和计算机的运算都是有利的。机房的短时间内温度变化太大会造成服务器运算错误，机房湿度太低会造成静电（湿度在20%的时候静电可以达到1万伏）。

3、高能效比

能效比（COP）即使能量与热量之间的转换比率，1单位的能量，转换为3单位的热量，COP=3。由于大部分机房空调采用涡旋式压缩机（最小的功率也有2.75KW），COP最大可以达到5.6。整机的能效比达到3.0以上。

4、高精度设计

机房空调不仅对温度可以调节，也可以对湿度可以调节，并且精度都是很高的。计算机特别是服务器对温度和湿度都有特别高的要求，如果变化太大，计算机的计算就可能出现差错，对服务商是是很不利的特别是银行和通讯行业。机房空调要求一般在温度精度达±2℃，湿度精度±5%，高精度机房空调可以温度精度达到±0.5℃，湿度精度达到±2% 。

5、高可靠性

一个机房最注重的就是可靠性。全年8760小时要无故障运行，就需要机房空调可靠的零部件和优秀的控制系统。一般机房多是N 1备份，一台空调出了问题，其他空调就可以马上接管整个系统。

机房空调主要由六部分组成：

1、控制监测系统

控制系统通过控制器显示空气的温、湿度，空调机组的工作状态，分析各传感器反馈回来的信号，对机组各功能项发出工作指令，达到控制空气温、湿度的目的。

2、通风系统

机组内的各项功能(制冷、除湿、加热、加湿等)对机房内空气进行处理时，均需要空气流动来完成热、湿的交换，机房内气体还需保持一定流速，防止尘埃沉积，并及时将悬浮于空气中的尘埃滤除掉。

3、制冷循环及除湿系统

采用蒸发压缩式制冷循环系统，它是利用制冷剂蒸发时吸收汽化潜热来制冷的，制冷剂是空调制冷系统中实现制冷循环的工作介质，它的临界温度会随着压力的增加而升高，利用这个特点，先将制冷剂气体利用压缩机作功压缩成高温高压气体，再送到冷凝器里，在高压下冷却，气体会在较高的温度下散热冷凝成液体，高压的制冷剂液体通过一个节流装置，使压力迅速下降后到达蒸发器内在较低的压力温度下沸腾。

构成基本的制冷系统主要有四大部件，压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀。

除湿系统一般利用其本身的制冷循环系统，采用在相同制冷量情况下减。

4、加湿系统

通过电极加湿罐或红外加湿灯管等设备，通过对水加热形成水蒸气的方式来实现。

5、加热系统

加热做为热量补偿，大多采用电热管形式。

6、水冷机组水(乙二醇)循环系统

水冷机组的冷凝器设在机组内部，循环水通过热交换器，将制冷剂汽体冷却凝结成液体，因水的比热容很大，所以冷凝热交换器体积不大，可根据不同的回水温度调节压力控制三通阀(或电动控制阀控制通过热交换器的水量来控制冷凝压力。循环水的动力是由水泵提供的，被加热后的水，有几种冷却方式较常用的是干冷器冷却，即将水送到密闭的干冷器盘管内，靠风机冷却后返回，干冷器工作稳定、可靠性高，但需要有--个较大体积的冷却盘管和风机。还有一种是开放的冷却方式，即将水送到冷却水塔喷淋「靠水份本身蒸发散热后返回，这种方式需不断向系统内补充水，并要求对水进行软化，空气中的尘土等杂物也会进入系统中，严重时会堵塞管路，影响传热效果，因此还需定期除污。

在对自控新风冷气机设备进行选型过程中，机房的热负荷和换气次数是最为重要的参数依据，因为这两项参数决定了机房的温湿度能否得到恒定以及机房的洁净度能否得到满足。所以我们在机房专用空调设备选型时先选定这两项数据，然后再对选定的新风设备型号进行其它次要数据项的验证。根据机房热负荷及换气次数的计算，可以对机房专用空调设备的设备型号进行选定 。

混合制冷

混合制冷方式是传统机房常用的方式(俗称冰柜式制冷方式)，传统的机房空调很少考虑机柜内部的温度，它仅仅能保证机房内温度符合要求。传统混合制冷方式布局以整个房间作为冷却对象，造成冷、热气流混流运行，即前面的机柜排出的热风很容易进入后排机柜的进风口，由于冷、热风气流混合，从而造成精密空调制冷及机柜热交换效率降低。

垂直送风

垂直送风方式一般指下送（上送）风上回（侧回）风方式，一般是通过送风管道或地板静压箱开口方式送风，垂直送风方式空调的可减少冷热气流混流，大大提高空调效率，降低工程造价，这种方式是机房经济实用的送风方式。

水平送风

水平送风方式一般指靠近机柜，沿机柜面均匀水平送出冷风，把冷气均匀地送入机柜内，采用这种送风形式可大大缩短热交换距离，提高空调效率，这是机柜较理想的送风方式。

计算机房、电信机房、服务器机房、实验室、电力试验室、精密仪器室、银行、医院磁共振室、手术室、恒温恒湿车间等对环境要求较高的场合。

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，表现在以下几个方面：

普通空调用于机房造成的故障结果

1.普通空调无法保持机房温度恒定-会造成电子元气件的寿命大大降低。

2.无法保持机房温度均匀，局部环境容易过热–导致机房电子设备突然关机。

3.无法控制机房湿度，机房湿度过高-会产生冷凝水，导致微电路局部短路。

4.无法控制机房湿度，机房湿度过低-会产生有破坏性的静电，导致设备运行失常。

5.风量不足和过滤器效果差，机房洁净度不够–灰尘的聚集造成电子设备散热困难，容易过热和腐蚀。

6.普通空调设计选材可靠性差–空调维护量大，寿命短。

机房空调对于机房的作用

1、保持温度恒定(温度波动控制在24±1～2oC之内)。

2、保持湿度恒定(相对湿度波动控制在50%±5%RH之内)。

3、空气洁净度0.5微米/升

4、换气次数/小时>30。即在给定的机房内，空调的风量和机房容积的比值大于30。

5、机房正压>10Pa。

6、机房空调设备具备远程监控及来电自启动功能。

对于机房来讲，要保证机房的环境稳定可靠，需要机房专用空调来实现，使用普通空调机组仅仅是减少了初投资，但无法保证机房要求的温湿度环境，总的费用也高于机房专用空调；只有机房精密空调才能解决机房可靠地运行。

机房空调方法一

机房热负荷计算，各系统累加法

（1）设备热负荷：

Q1=P×η1×η2×η3（KW）

Q1：计算机设备热负荷

P：机房内各种设备总功耗（KW）

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，考虑制冷量的冗余，通常η1×η2×η3取值为0.8。

（2）机房照明热负荷：

Q2=(C×S)/1000（KW）

C：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/

S：机房面积

（3）建筑维护结构热负荷

Q3=K×S/1000（KW）

K：建筑维护结构热负荷系数（50W/m2机房面积）

S：机房面积

（4）人员的散热负荷：

Q4=P×N/1000（KW）

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130W/人。

（5）新风热负荷计算较为复杂，我们以空调本身的设备余量来平衡，不另外计算。

以上五种热源组成了机房的总热负荷，即机房热负荷Qt=Q1 Q2 Q3 Q4。由于上述（3）（4）（5）计算复杂，通常是采用工程查表予以确定。但是因为数据中心的规划与设计阶段，非常难以确定，所以实际在数据中心中通常采用设计估算与事后调整法。

机房空调方法二

机房热负荷计算方法二：设计估算与事后调整法

数据中心机房主要的热负荷来源于设备的发热量及维护结构的热负荷。

因此，要了解主设备的数量及用电情况以确定机房专用空调的容量及配置。根据以往经验，除主要的设备热负荷之外的其他负荷，如机房照明负荷、建筑维护结构负荷、补充的新风负荷、人员的散热负荷等，如不具备精确计算的条件，也可根据机房设备功耗及机房面积，按经验进行测算。

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×1.0）

Q2环境热负荷（=0.12～0.18KW/m2×机房面积），南方地区可选0.18，而北方地区通常选择0.12

方法二是对复杂科学计算的工程简化计算方法。这种计算方法下，通常容易出现计算热量大于实际热量的情况，因为机房专用空调自动控制温度并决定运行时间，所以多余的配置可以作为冗余配置，对机房专用空调的效率与耗电量不大。本文以方法二推导数据中心机房专用空调配置与能效计算。

数据中心机房专用空调配置

设定数据中心的IT类设备为100kW，并且固定不变。根据上述方法二，还需要确定机房的面积。

再假定数据中心的热负荷密度为平均热负荷密度，即4kW/机柜。也就是说平均每个机柜为4kW的热负荷。

数据中心的机柜数量为：100kW/4kW=25台机柜

按国家标准GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》 有关机柜占地面积计算方法，当电子信息设备尚未选形时，可按下式计算：

A=FN

式中 F——单台设备占用面积，可取3.5~4.5（m/台）

N——计算机主机房内所有设备的总台数。

取每个机柜的占地面积为中间值4m/台，那么数据中心的面积为：

25台机柜×4m/台=100m2

假定环境热负荷系数取0.15kW/m2，则数据中心机房总热负荷为：

Qt=Q1 Q2=100kW 100×0.15=115kW

数据中心送风方式选择：按国家标准要求，采用地板下送风，机柜按冷热通道布置。

机房专用空调选择：机房空调通常分为DX（直接制冷）与非直接制冷（包括各类水制冷系统等），先讨论直接制冷系统的机房空调。不同厂家有不同型号的机房专用空调，以某品牌的机房空调为例，应配置的机房空调为：

两台某系列机房空调，在24℃相对湿度50%工况下，每台制冷量为60.6kW，两台空调的总制冷量为121.2kW，略大于115kW的计算热负荷。

根据国家标准GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》 的数据中心空调配置建议，数据中心通常建议采用N M（M=1，2，…）配置形式，提供工作可靠性与安全性。

假设本数据中心采用N 1方式配置，即为2 1方式配置3台该系列的机房空调，实现两用一备工作 。

机房空调可通过控制器链接到集中监控系统，在局域网的温度采样中，有本地取样和平均值取样两种方式：本地取样即每台机房空调根据自身的温湿度传感器作为控制基准点而控制，平均取样方式是将所有机房空调的温湿度采样值的平均值作为控制基准点，所有机房空调都是根据同一平均值来控制。采用平均值取样的控制方式，可避免机组之间的反向功能运行，如一台机组运行加湿功能，另一台机房空调机组运行除湿功能，保证了局域网中所有机组都按同一模式运行，消除了能源浪费的潜在可能，可以将机房空调用微处理控制器选择N 1或N 2的群控设置 。

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