精密空调技术特点及其在机房的应用

1、精密空调技术特点及其在机房的应用二o年十二月01 机房对空调系统的要求11温度要求11.2 相对湿度要求11.3机房洁净度和正压要求21.4机房温度变化率与不结露要求21.5机房内温度梯度控制要求21.6机房专用空调送风压力与送风距离的要求32 机房空调系统的特点32设备散热量大且热密度集中32.2设备散湿量很小32.3 空调送风焙差小32.4空调送风量大42.5空调送风方式42.6空调咼稳定性和咼可靠性53 精密空调与普通空调的区别53应用对象不同53.2 风量不同53.3 出风温度不同53.4精度不同63.5 使用环境不同63.6 对电源要求不同63.7 可靠性不同73.8能耗不同74 结

2、论7附表18附表29I1机房对空调系统的要求根据国家标准电子信息系统机房设计规范（GB 50174-2008） 规定，计算机机房的环境要求如下：保持温度恒定（A、B级机房231C, C级机房1828C）；保持湿度恒定（A、B级机房40%55%, C级机房35%75%）；每升空气中$0.5 u m的颗粒应少于18000个；换气次数30次/小时；机房与室外正压9.8Pa,无外窗时相对相邻房间正压4.9Pa；空调设备具备远程监控及来电自启动功能。上述要求主要是从服务器等设备的工作环境需求出发来确定的， 具体分类解释探讨如下：1.1温度要求温度是确保计算机正常运行的基础条件，对计算机设备电子元器 件、

3、绝缘材料以及记录介质都由较大的影响。如对半导体元器件而言, 室温在规定范围内每增加10C,其可靠性就会降低约25%；对电容器, 其使用寿命将下降50%；温度过高，印刷电路板的结构强度会减弱。 当环境温度过高时，芯片中非常容易出现电子漂移现象，服务器就有 可能宕机甚至烧毁。空调的冷风并非直接冷却计算机内部，而是需要几次间接冷却接 力，因此，保持适当的环境温度对于设备的正常运行十分必要。1.2相对湿度要求相对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 件之间形成通路；当相对湿度过低时，容易产生较高的静电电压。1.3机房洁净度和正

4、压要求在洁净度要求中，有两个方而的问题：一是灰尘粒子不能导电、 导磁且不能有腐蚀性；另一个问题是粒子的浓度，0.5 n m的灰尘粒 子危害较小，因为越大的粒子越容易在线路板上堆积，浸水分后形成 电桥，产生短路。因此机房精密空调多采用亚高效的过滤器，能够对 灰尘进行过滤。机房灰尘的来源主要是室外空气，因此为防止室外空气携带来灰 尘等颗粒，机房需要保持正压，以抵制外界空气从门缝等处无序进入。 1.4机房温度变化率与不结露要求机房温度变化率应小于5C/h,如果变化率太大，由于部分机架或 设备的热惰性大，还处于较低的温度，遇到热空气可能会结露，后果 非常严重。如果温度是向下偏离，机架或设备将被过度冷却

5、，一旦环 境温度迅速回归标准值也将在机架或设备上产生凝露。因此，控制机 房内环境温度变化率，尽量使其保持恒温，对于机房保持稳定的环境 温度和控制结露是非常有效的。1.5机房内温度梯度控制要求温度梯度即温度在机房内的分布情况。精密空调的温度是取机房 回风温度作为标准，忽略了温度在机房分布不均的实际情况。由于机 房内结构、布局、发热量不均等因素的影响，肯定存在死角，会出现 局部温度过低或过高的情况。温度梯度是无法完全消除的，经合理组 织气流，使每个机架的送风量与实际发热量基木匹配，可将温度梯度 控制在3C以内，即温度最高点与最低点相差3C以下。1.6机房专用空调送风压力与送风距离的要求空调出风压力

6、对送风有决定性作用。一般机房多呈长方形，无论 空调是双侧布置在短边还是单侧布置在长边，送风距离都要求在 1015m。对于上送侧回的送风方式，即使出口风压达到lOOPa以上， 都很难保证末端送风量；对于下送上回的送风方式，空调出风压力要 保证在75Pa以上，而且防静电地板的高度要在400mm以上，确保无 线缆遮挡的情况下，可以保证1015m处的送风。2机房空调系统的特点2.1设备散热量大且热密度集中计算机设备目前的运算速度越来越快，体积越来越小，而服务器 作为一种特殊类型的计算机，其运算能力更强，体积更小，散热也更 大且集中。单台1U的服务器可达400W的功率，单台2U的服务器可 达600W,

7、个标准19英寸机架可以达到4kW以上，而独立的塔式服 务器甚至可以达到810kW。2.2设备散湿量很小计算机设备虽然散热量大，但无散湿量。机房内的湿量主要来自 工作人员及渗入的室外空气，散湿量平均只有816g/n?h。2.3空调送风焙差小因为机房的高热量、小散湿量，所以精密空调在处理空气过程中 以制冷为主，除湿为辅，空气处理过程可以近似为一个等湿降温过程。 考虑到设备的凝露问题，精密空调的送风温度较普通空调偏高，因此 显热比很高，焙差明显小能效比也相对较高。显热比是指显冷量与总冷量的比，即空调用于降温与除湿、降温 冷量和的比值。通常情况下，一台空调的总制冷量有两部分：一部分 用于降温，称为显热

8、制冷量；还有一部分用于除湿，称为潜热制冷量。 普通空调60%以上的制冷量用于降温，剩下不足40%的制冷量是在除 湿。普通空调为了保证低噪声、低风量、舒适度，当条件合适时，往 往处于除湿的工作状态，夏季空气湿度大时特别明显。精密空调的显 热比一般在90%以上。2.4空调送风量大在小焙差的情况下，要消除设备的大热量，增大通风量是必然的。 大风量在有限空间内循环，换气次数明显大于普通空调。在采用精密 空调的机房中，一般的换气次数为3060次/h,如此高的换气次数使 得机房内的温度分布更趋于均匀。2.5空调送风方式送风方式直接关系空调的最终效果。精密空调一般采用下送上回、 上送侧回方式，普通空调一般采

9、用上送下回方式（柜式空调）。上送侧 回方式比较适合发热量大约250W/m2的情况，当机房发热量超过 500W/m2时，冷空气下沉效果很差，基本不适用。当机房内平均耗电 功率达到lkW/m2以上时，必须采用下送风方式的空调系统。2.6空调高稳定性和高可靠性空调设备的故障将直接影响机房的环境，进而影响服务器的正常 工作。机房建设时，选择空调会考虑n+1的冗余备份，但如果空调的 故障率高还是会将余量备份消耗殆尽，因此要保证高可靠性。3精密空调与普通空调的区别3.1应用对象不同精密空调是为机房设备提供恒温恒湿的运行环境的，而普通空调 都是直接服务于人的，它们的设计理念和功能都完全不同，最大的区 别在于

10、：精密空调是大风量、小焙差、高显热比；普通空调刚好相反, 是小风量、大焙差、低显热比。普通空调不适合在机房使用的原因之 一就是机房没有湿气来源，普通空调持续的除湿工作会导致机房湿度 过低，使设备容易产生静电。3.2风量不同精密空调的风量很大，一般大于30次/h,即每两分钟机房的全部 空气会被处理一次；普通空调的风量则很小，一般为510次/h。精密 空调的大风量迅速带走了设备的高热量，而且保持机房内空气指标的 一致性，降低室内空气的参数梯度。普通空调的小风量设计是考虑了 人的舒适度，但无法保持机房温度均匀，局部环境容易过热，导致电 子设备故障增多。3.3出风温度不同精密空调的出风温度比普通空调高

11、，一般在1315C,可以避免凝 露造成的冷量损失，有效避免室内湿度降低。普通空调出风温度一般 为6-8C,容易在蒸发器上造成凝露，相比之下蒸发器的腐蚀情况也 会更严重。3.4精度不同精密空调温度控制可以达到温度1C、相对湿度土3%RH的高精 度，其亚高效过滤器可保证机房内空气达到0.5gni/L18000粒（B级） 标准，再配以大风量循环，性能上完全能保障机房洁净。普通空调的 温度调节精度为3C,机房内的温度场不均匀，仅能保证空调近端设 备处的温度；无湿度控制，只能除湿，没有加湿功能，对湿度几乎是 完全失控的；只具备简单的过滤功能，其过滤效果根本无法达到机房 的要求。3.5使用环境不同机房的特

12、点是发热量大，冬天、夏天没有木质的区别，即使在冬 季也需要制冷。精密空调能够适应室外温度变化的要求，在-35+42C 区间保证空调24h正常工作，包括降温和升温；而普通空调在-5C的 环境中就没办法正常制冷了。3.6对电源要求不同普通空调一般只能适应正常电压范围的10%；采用单相供电的 精密空调可以适应15%、三相供电的可以适应20%的波动。而且精 密空调有延时启动功能，有效地避免了机房所有设备（包括空调）同 时启动可能对前端廿关造成的冲击。3.7可靠性不同普通空调设计选材可靠性差，空调维护量大，寿命短，若全年不 间断运行，寿命一般不超过三年，故障率高。精密空调则是根据机房 要求设计的，自身有

13、多重保护系统，设备的故障率很低，隐患少，可 全年8760小时连续运行，寿命不低于8年。3.8能耗不同.在发挥同样制冷效果的前提下，普通空调的耗电量是精密空调的 1.5 倍。4结论综上所述，相对于普通空调而言，由于设计理念和工作原理的不 同，精密空调可将机房内的温度、湿度、洁净度等关键运行指标控制 在适宜电子元器件长期运行的范围内，从而保证计算机设备稳定、连 续、可靠地运行。同时，精密空调还具有环境适应性强、可靠性高、 能耗低等优点，是机房必不可少的重要基础设施。附表1普通空调与精密空调性能的对比序号比较内容普通空调精密空调1热密度（W/n?）100-150300-1000或更大2冷风比（kJ/

14、m?）219.2-12.63显热比（）60-7090-1004焙差(Kj/kg)17.0-22.08.5-12.55能效比2.9左右高于3.36换气次数/小时一般510次30次以上7控制精度3Crc, 3%RH8湿度控制没有，只能除湿有加湿和除湿功能9空气过滤一般性过滤达到 0.5 u nVL 1800010蒸发温度35C或更低711C11出风温度6七C1315C12迎风而积较小1.3-2.7m213迎而风速较大8年21维护性故障较多故障少，维护量相对少22控制一般控制微电脑PID回路逻辑控制， 控制精度高23停电自动复位功能-般无具备24监控无或非常简单一般具备本机或远程监控附表2普通空调与精密空调设备部件组成方而的对比序号比较内容普通空调精密空调1室内结构件塑料件为主，易老化和破损变色框架钢结构，经过耐腐蚀处理2室外结构件钢板喷涂件，易老化生锈耐腐蚀铝合金，适应各种环境3压缩机一般采用旋转式压缩机一般采用涡旋压缩机，柔性设计， 工业标准，能效比髙达3.44蒸发器蒸发器紧凑、重量轻，换热效率 较低大而积蒸发器，较同功率普通空 调大25%,管径大，压损少，高 效换热翅铝片5冷凝器对室外环境要求较髙，设计寿命、 防腐蚀性能较低节能、防腐，长寿命设计6膨胀阀一般为毛细管，无法自动调节制 冷