IDC機(jī)房空調(diào)制冷量計算

1、淺淡IDC機(jī)房溫度控制與計算北京電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 陳洪寶 100044【摘要】討論IDC機(jī)房溫度變化的原因以及配置空調(diào)的計算。細(xì)述IDC機(jī)房溫度產(chǎn)生的原由。提出控制IDC機(jī)房溫度的幾個措施?！娟P(guān)鍵詞】IDC 機(jī)房溫度 機(jī)房空調(diào) 熱傳導(dǎo) 對流 輻射 溫度計算?！拘蜓浴吭谕ㄐ胚\(yùn)營商的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中最重要的當(dāng)屬機(jī)房建設(shè)，在現(xiàn)階段，隨著3G業(yè)務(wù)的快速推動，后面緊隨的IDC（Internet Data Center互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）建設(shè)將是重中之重，對此，機(jī)房的溫度控制將是IDC機(jī)房環(huán)境中的難點。本章將對機(jī)房的溫度控制進(jìn)行細(xì)化闡述?！菊摹繜釓臏囟雀叩奈矬w傳到溫度低的物體，或者從物體的高溫部分傳到低

2、溫部分，這種現(xiàn)象叫做熱傳遞。熱傳遞是自然界普遍存在的一種自然現(xiàn)象。在熱傳遞過程中，物質(zhì)并未發(fā)生遷移，只是高溫物體放出熱量，溫度降低，內(nèi)能減少（確切地說是物體里的分子做無規(guī)則運(yùn)動的平均動能減?。?，低溫物體吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加。因此，熱傳遞的實質(zhì)就是內(nèi)能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移的過程，這是能量轉(zhuǎn)移的一種方式。熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。（1）傳導(dǎo)：熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分。熱的傳導(dǎo)在固體熱傳遞的主要方式。（2）對流：靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流。熱的對流在氣體以及液體的熱傳導(dǎo)的主要方式。利用對流加熱或降溫時，必須同時滿足兩個條件：一是物質(zhì)可以流動，

3、二是加熱方式必須能促使物質(zhì)流動。對流可分自然對流和強(qiáng)迫對流兩種。自然對流是由于流體溫度不均勻引起流體內(nèi)部密度或壓強(qiáng)變化而形成的自然流動。例如：氣壓的變化，風(fēng)的形成等；而強(qiáng)制對流是因受外力作用或與高溫物體接觸，受迫而流動的，叫強(qiáng)制對流。例如：由于人工的攪拌或機(jī)械力的作用（如機(jī)房空調(diào)等），完全受外界因素的促使而形成對流的。輻射：熱由物體沿直線向外射出，叫做輻射。用輻射方式傳遞熱，不需要任何介質(zhì)，因此，輻射可以在真空中進(jìn)行。地球上得到太陽的熱，就是太陽通過輻射的方式傳來的，這也就是機(jī)房對向陽側(cè)的機(jī)房做隔熱處理的原因。我們通過以下幾個章節(jié)來深入探討機(jī)房溫度的產(chǎn)生、溫度過高的危害以及溫度控制措施等。1.

4、    機(jī)房高溫的產(chǎn)生根據(jù)機(jī)房高溫的產(chǎn)生，從實踐中歸納總結(jié)幾點如下：（1）網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜排列不合理；（2）網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜發(fā)熱密度過高，散熱不良，造成局部過熱；（3）機(jī)房空調(diào)制冷量不夠；（4）空調(diào)等制冷設(shè)備異常故障停機(jī)；（5）空調(diào)在市電斷電再來電不能自啟動，而其它設(shè)備因有UPS不間斷電源供電，正常運(yùn)行持續(xù)發(fā)熱；（6）電纜排列過密，電纜布放區(qū)域溫度過熱而導(dǎo)致電纜變軟；（7）機(jī)房側(cè)向陽面無隔熱處理（針對南方機(jī)房）。2.    機(jī)房高溫的危害在基準(zhǔn)溫度情況下，溫度每升高10計算機(jī)的可靠性就下降25，如超過設(shè)備的警戒溫度會造成以下危害：（1）磁盤磁帶會因熱

5、漲效應(yīng)造成記錄錯誤；（2）計算機(jī)的時鐘主頻在溫度過高都會降低；（3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸誤碼率增高甚至失效；（4）服務(wù)器自動保護(hù)停止工作、服務(wù)器硬盤損壞。（5）鉛酸密封免維護(hù)電池在高溫情況下，使用壽命會急劇下降；上述情況如果不能及時處理，將會可能造成機(jī)器損壞、數(shù)據(jù)丟失甚至引起電源短路、火災(zāi)等事故。3.    機(jī)房溫度的控制機(jī)房溫度控制的是把前期建設(shè)的規(guī)劃好，如供電保障、隔熱措施，送風(fēng)方式以及動力環(huán)境監(jiān)控等。3.1供電保障供電的保障將是整個通信系統(tǒng)的根本，外電斷電要UPS保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在油機(jī)啟動后保證空調(diào)，但這中間的時間差要控制住，這是機(jī)房溫度控制的一個根據(jù)點，這將在后節(jié)（

6、機(jī)房溫度計算）有細(xì)化說明，將對外市電斷電后至機(jī)房空調(diào)（油機(jī)供電）開始制冷這個時間段內(nèi)的通信設(shè)備發(fā)熱的計算過程。3.2隔熱措施隔熱措施在機(jī)房建設(shè)中往往容易忽略是的機(jī)房頂部的隔熱處理。機(jī)房隔熱措施包括：機(jī)房墻體隔熱、樓板隔熱以及機(jī)房局房隔熱（局部房間隔熱、設(shè)備局部隔熱處理等）等隔熱方式，能有效地對機(jī)房冷熱區(qū)的分區(qū)進(jìn)行控制。3.3機(jī)房送風(fēng)方式從機(jī)房建設(shè)的這幾年來看，通過多種嘗試，機(jī)房送風(fēng)方式主要有為下幾種：（1）獨(dú)立風(fēng)管式上送風(fēng)下回風(fēng)式通過風(fēng)管送冷風(fēng)至設(shè)備區(qū)，這種方式制冷效果不理想，容易產(chǎn)生容易產(chǎn)生頭冷腳熱現(xiàn)象，如圖。圖-1獨(dú)立風(fēng)管上送風(fēng)下回風(fēng)式（1）圖-2獨(dú)立風(fēng)管上送風(fēng)下回風(fēng)式（2）還有一種上送風(fēng)

7、方式 ，但沒有風(fēng)管，直接從空調(diào)上部送風(fēng)散流器沒有經(jīng)過引導(dǎo)直接吹風(fēng)，效果不如風(fēng)管式制冷效果理想，此種送風(fēng)方式不值得推薦。圖-3送風(fēng)散流器上送風(fēng)下回風(fēng)式（2）獨(dú)立式下送風(fēng)上回風(fēng)式這種方式是帶活動地板的，使活動地板與樓板形成一個大的靜壓箱，從空調(diào)器的送風(fēng)散流器由導(dǎo)流板至機(jī)房內(nèi)各個制冷區(qū)，此種下送風(fēng)方式又可分為幾種，如圖所示：圖-4獨(dú)立式列間下送風(fēng)上回風(fēng)式圖-5獨(dú)立式柜內(nèi)下送風(fēng)上回導(dǎo)流式圖-6獨(dú)立式柜內(nèi)下送風(fēng)上回導(dǎo)流式（3）上下混合送風(fēng)方式這種方式在機(jī)房內(nèi)用的比較少，氣流組織方式容易打亂，但可以補(bǔ)點，相互補(bǔ)其不足，3.3動力環(huán)境監(jiān)控目前，動力環(huán)境監(jiān)控在各大運(yùn)營商的使用都已經(jīng)普遍，也比較成熟，可以通過監(jiān)

8、控達(dá)到可見即所得的效果，提高對機(jī)房的管理。1.    機(jī)房溫度的計算4.1比熱容比熱容(specific heat capacity)又稱比熱容量(specific heat)，簡稱比熱容，是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，即是單位質(zhì)量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的內(nèi)能。通常用符號c表示。物質(zhì)的比熱容與所進(jìn)行的過程有關(guān)。在工程應(yīng)用上常用的有定壓比熱容Cp、定容比熱容Cv和飽和狀態(tài)比熱容三種，定壓比熱容Cp是單位質(zhì)量的物質(zhì)在比壓不變的條件下，溫度升高或下降1或1K所吸收或放出的能量；定容比熱容Cv是單位質(zhì)量的物質(zhì)在比容不變的條件下，溫度升高或下降1或1K吸收或放出的內(nèi)能，飽

9、和狀態(tài)比熱容是單位質(zhì)量的物質(zhì)在某飽和狀態(tài)時，溫度升高或下降1或1K所吸收或放出的熱量。設(shè)有一質(zhì)量為m的物體，在某一過程中吸收（或放出）熱量Q時，溫度升高（或降低）T，則Q/T稱為物體在此過程中的熱容量（簡稱熱容），用Cv表示，即Cv=Q/T。4.2機(jī)房溫度計算實例某通信數(shù)據(jù)IDC機(jī)房，面積302.96平方米，板下凈高4米，放置網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜150架（單臺功耗2kW）。計算：（1）按機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)計算空調(diào)配置臺數(shù)。（2）外市電斷電后（20秒油機(jī)啟動）機(jī)房最高溫度。 解題如下：按機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)計算空調(diào)配置臺數(shù)按如下公式計算出空調(diào)配置數(shù)：QtQ1+Q2 (1)Qt 總制冷量（kW）。Q1 室內(nèi)設(shè)備總負(fù)荷。Q

10、2 環(huán)境熱負(fù)荷（=0.10.18kW/m2*機(jī)房面積，南方取大值，北方取小值計算）。計算得出Qt150臺×2千瓦302.96平方×0.18千瓦每平方300千瓦54.53千瓦354.53千瓦。按單臺制冷量70kW計算需要5.4臺，即6臺空調(diào)，按3+1配置（3臺主用1臺備用，四臺空調(diào)互為主備即輪流作為備機(jī)）空調(diào)需要配置8臺制冷量70kW空調(diào)。外市電斷電后（20秒油機(jī)啟動）機(jī)房最高溫度(1)計算步驟首先是斷電至油機(jī)啟動這段時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)熱量引起機(jī)房的溫度變化。其次是空調(diào)啟動后網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍繼續(xù)發(fā)熱，計算出空調(diào)制冷量超過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)熱量時的溫度，這也就是機(jī)房的最高溫度。最后計算空調(diào)啟

11、動后需要多久能到達(dá)規(guī)范要求的控制溫度， 20±2，計算機(jī)房溫度回到20時的時間。(2)取值標(biāo)準(zhǔn)Ø  空調(diào)按某國內(nèi)廠家生產(chǎn)的機(jī)房專用空調(diào)，70kW機(jī)房專用空調(diào)在濕度50%時，(24 DB,17.1 WB, 50%RH)時制冷量為65.6kW，空調(diào)開電后25秒內(nèi)制冷量為標(biāo)稱制冷量的50%，25秒后能達(dá)到標(biāo)稱制冷量，即此空調(diào)為兩系統(tǒng)，來電時啟動第一臺壓縮機(jī)，25秒后啟動第二臺壓縮機(jī)。Ø           由于啟動電流影響上次油機(jī)以及開關(guān)，在設(shè)置空調(diào)啟動時盡量不

12、要設(shè)置成同時啟動多臺空調(diào)，在本題中設(shè)置每同時啟動2臺空調(diào)后間隔5秒啟動2臺。表-1 空調(diào)啟動順序配置表序號空調(diào)編號斷電后啟動時間設(shè)置（秒）1空調(diào)-1252空調(diào)-53空調(diào)-2304空調(diào)-65空調(diào)-3356空調(diào)-77空調(diào)-4備8空調(diào)-8備注：時間為斷電時開始計起，前提是在油機(jī)正常啟動下。Ø           根據(jù)公式Cv=Q/T轉(zhuǎn)換成比熱容公式Q = Cv·cH（t1t0 ）（2） t1 = Q/（Cv·cH）+t0 (3)Q吸收的熱量（單位焦耳）。Cv定容比熱（單位

13、焦耳每千克攝氏度）cH 濕空氣的濕比熱（單位焦耳每千克攝氏度）t1 未溫（單位）t0機(jī)房溫度在20 時的初溫，即0=20 （3）計算過程表-2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算表序號名稱單位值1機(jī)房面積平方米302.9602機(jī)房內(nèi)空氣層高米4.0003空氣密度千克每立方1.2934重量千克1566.9095設(shè)備數(shù)數(shù)量臺150.0006單臺功耗千瓦/時2.0007總功耗千瓦/時300.0008其他散熱量千瓦/時54.5339總熱量千瓦/時354.53310總熱量（換算）千焦耳1276318.080表-3 第一組空調(diào)重啟前的機(jī)房溫度計算表序號名稱表-4 機(jī)房溫度變化計算表序號名稱計算數(shù)據(jù)1空調(diào)啟動0-25秒內(nèi)空調(diào)制冷量（千瓦）65.665.665.665.665.665.665.62啟動25秒后空調(diào)制冷量（千瓦）32.832.832.832.832.832.832.83第一組空調(diào)運(yùn)行時間(秒）05 10 15 20 25 30 4第一組空調(diào)-1制冷累計（千瓦