(高清版)GBT 40815.4-2021 电气和电子设备机械结构　符合英制系列和公制系列机柜的热管理　第4部分：电子机柜中供水热交换器的冷却性能试验

ICS31.240GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013电气和电子设备机械结构符合英制系列和公制系列机柜的热管理第4部分：电子机柜中供水热交换器的冷却性能试验国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013 Ⅲ 1 1 13.1术语和定义 13.2符号和单位 2 24.1总体要求 24.2试验配置 34.2.1试验室 34.2.2试样中设备热负载模拟 34.2.3冷水流量和温度 44.2.4空气温度测量 44.2.5水冷系统的供水温度与设备进气温度之间的温差 44.3热交换器性能评估 44.3.1用简化试验确定冷却能力 44.3.2通过扩展试验确定冷却能力 64.3.3冷却能力的完全识别 74.4电功率 84.5水回路耐压性 8附录A(规范性)试验条件 附录B(规范性)试验结果 图1热交换器性能试验原理 3图2简化试验的试验配置 5图3扩展试验的试验配置 7 8图5电功率与冷却能力关系图 8图6水压力损失与水流量关系图 9图B.1系统冷却能力和水流量 表B.1试验结果记录模板 表B.2用于IT设备和服务器冷却的空气-水密闭式热交换器的封闭空气环路试验 ⅢGB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/T40815《电气和电子设备机械结构符合英制系列和公制系列机柜的热管理》的第4部分。GB/T40815已经发布了以下部分：——第2部分：强迫风冷的确定方法；——第4部分：电子机柜中供水热交换器的冷却性能试验。本文件使用翻译法等同采用IEC62610-4:2013《电子设备机械结构符合IEC60297和IEC60917系列机柜的热管理第4部分：电子机柜中供水热交换器的冷却性能试验》。与本文件中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：——GB/T19290(所有部分)发展中的电子设备构体机械结构模数序列[IEC60917(所有部分)]——GB/T19520(所有部分)电子设备机械结构482.6mm(19in)系列机械结构尺寸[IEC60297(所有部分)]本文件做了下列编辑性修改：列机柜的热管理第4部分：电子机柜中供水热交换器的冷却性能试验》。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国电工电子设备结构综合标准化技术委员会(SAC/TC34)提出并归口。GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013英制系列和公制系列机柜广泛应用于数据中心机房和各类通讯设备机房，用于安装各类信息和通讯设备。为了提高机柜内设备的散热效率，保证设备安全有效的运行，降低机房能耗，GB/T40815《电气和电子设备机械结构符合英制系列和公制系列机柜的热管理》阐述了对英制系列和公制系列机——规定户内电子机柜的热电冷却系统通用性安装接口规范和要求；——规定户内电子机柜中供水热交换器的性能试验规范和要求；GB/T40815《电气和电子设备机械结构符合英制系列和公制系列机柜的热管理》拟由六部分构成。--—第1部分：设计指南热电冷却系统(珀耳帖效应)的接口尺寸及规定。旨在规范热电冷却系统具有通用性的安装接口尺寸和要求。——第2部分：强迫风冷的确定方法。旨在规定户内电子机柜和插箱、机箱的优选风道形式及设计——第3部分：设计指南热电冷却系统(珀耳帖效应)的评价方法。旨在规范热电冷却系统的性——第4部分：电子机柜中供水热交换器的冷却性能试验。旨在规定供水热交换器的性能试验规—-—第5部分：户内机柜的冷却性能评估。旨在规定户内电子机柜空气冷——第6部分：户内机柜的空气再循环和旁路。旨在规定户内电子机柜空气再循环和旁路的试验其中第1部分和第3部分设计指南所对应的国际文件因技术内容尚不成熟，暂未转化为我国文件。本文件通过规范单个电子机柜配置的供水热交换器的冷却性能试验，为特定的机柜尺寸和换热器的冷却要求提供了一种标准化的计算方法。本文件试验方法提出的冷却能力超过12kW,还考虑了部分热负载小于12kW的场景。1GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013电气和电子设备机械结构符合英制系列和公制系列机柜的热管理第4部分：电子机柜中供水热交换器的冷却性能试验本文件描述了单个电子机柜配置中供水热交换器的试验配置和试验参数。试验主要针对安装高功耗电子设备的机柜。所涉及的机柜来自IEC60297(19in)[所有部分]和IEC60917(25mm)[所有部分]系列。本文件的目的是根据规定的试验配置和冷却参数，为机柜的冷却性能提供可比较的数据。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。IEC60297(所有部分)电子设备机械结构482.6mm(19in)系列机械结构尺寸[Mechanicalstruc-turesforelectronicequipment—Dimensionsofmechanicalstructuresofthe482.6mm(19in)series]IEC60917(所有部分)发展中的电子设备构体机械结构模数序列(Modularorderforthedevel-opmentofmechanicalstructuresforelectronicequipmentpractices)3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1冷却能力coolingcapacityQ移除电子机柜内电子设备所产生的热负载。3.1.2绝对湿度absolutehumidity每一定质量的干空气(千克空气)中所含水的质量(克水)。3.1.3模拟负载dummy产生热负载的装置，类似于信息技术中最常见的电子设备：水平气流在设备的前侧有进气口，在设备的后部有出风口。2GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:20133.1.4显冷却sensiblecooling仅提供空气温度变化的冷却能力。显冷过程中空气的绝对湿度不变。3.1.5简化试验simplifiedtest3.1.6扩展试验extendedtest不考虑电子设备外壳进出漏气传热的试验。下列符号和单位适用于本文件。T--温度，单位为摄氏度(℃);Pan——空气密度(对应于101.325kPa大气压),单位为千克每立方米(kg/m³);4热交换器的性能试验表B.1作为试验的主要结果记录在试验报告中。热负载热耗的确定应根据电功率进行测量。电子设备前面(在其面板和门之间)的空气温度应在附录A规定的范围内，在不同的温度传感器上的最大公差为±1K。模拟热负载的进风口与出风口之间的温差应等于或小于附录A规定的温差。试验期间所测得的温差应记录在试验报告中。试验报告中空气温度的温差应控制在0.2K的精度以内。水冷系统的供水温度与模拟设备的进气温度之间的最大温差应等于或小于附录A中规定的温差。试验期间的这一温差应在所有温度稳定后进行测量并取平均值。作为试验结果所测得的温差应按表B.1所述记录。在试验过程中，水冷系统的供水温度能在1K范围内波动。试验报告中空气温度的3GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013水流量的关系应记录在附录B的表格和图表中。进出热交换器之间的水温升高是试验的结果，应根据附录B的表格记录在试验报告中。冷水流量应按照附录B的表格和图表作为试验结果记录在试验报告中。流量的选择应使试验时的压差不超过附录A规定的最大压差。流量应在±2%的公差范围内进行测量。所测量的压差应根据附录B的表格和图表记录在试验报告中。试验室的空气温度应与机柜内电子设备前面的温度在同一范围内。为了试验的确定性，可不考虑实验室的湿度变化条件。冷却能力视为100%显冷却。这意味着，根据4.2.1中所述的试验室条件和水冷系统的供水温度公差为±1K,水冷系统的供水温度应高于12℃。见图1。水冷系统回水温度水冷系统温差水冷系统温差水冷系统水冷系统的供水温度冷却空气冷却空气温差冷却设备送风温度冷却能力(kW)进气温度试样(带有内置空气-水热交换器的电子设备的密闭机柜)安装在精确规定温度和湿度的环境(即实验室)中。此试验室要在试验过程中将试验条件保持在所要求的试验条件范围内。●试验室的空气温度等于模拟设备的进口空气温度(℃±2K),按附录A要求；●绝对湿度为每千克干空气的水含量8g±0.5g(露点温度为10.5℃)。试验应在标准气压101.325kPa下进行。如果无法实现，则所有气流均宜根据随气压而改变的空气密度进行重新计算。试验的关键在于气压为101.325kPa时产生的空气质量流量。空气的焓需要按标准大气压条件计算。4GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013安装到符合IEC60297(所有部分)和IEC60917(所有部分)机柜所规定的安装点。进气口位于模拟设备的前面板，排气口位于模拟设备的后部。这些模拟设备的设计使得热量损失变化能测量。热负载的机械设计应避免任何向外的热辐射(泄漏)。模拟设备的电功率通过测量进行记录。电功率应按照附录B的表格记录在试验报告中。假定试样的供电全部用于热负载。模拟设备所产生的气流应是可调节的。在试验过程中，气流的选择方式应使模拟设备的正面和后部之间的气压升高值小于附录A中规定的限值。模拟设备安装应将冷风区和暖风区分开。热交换器前后之间的压差应按照附录B的表格记录在试验报告中。水冷系统的供水温度、回水温度以及这两者之间的温升，应根据附录B的表格记录在试验报告中。水冷系统的供水温度应在附录A所界定的温度范围内。在试验期间，空气-水热交换器水冷系统的供水与回水之间的压力损失不应超过附录A所界定的热交换器入口和出口之间水的温升是试验的结果，应记录在试验报告中。冷水流量应作为试验结果记录在试验报告中。流量的选择应使试验时的压差不超过附录A规定的最大压差。试验过程中的压差应根据附录B的表格作为试验结果记录在试验报告中。空气温度在模拟设备和热交换器的进风口和排风口都应进行测量。应放置足够数量的传感器以保证测量精度。首先，应在4个区域分别放置5个空气温度传感器(见图2、图3和图4)。这4个区域是：这些传感器应放置在体积流量的核心区域上。最初至少需要5个温度传感器。如果测量精度连续足够，则能减少传感器的数量。如果出于精度控制考虑而需要更多的传感器，则其将被添电子设备前面(面板与门之间)的空气温度应在附录A规定的范围内。模拟热负载的进风口和出风口的温差应等于或小于附录A规定的温差。试验期间所测得的温差应记录在试验报告中。试验报选择模拟设备的冷却能力时，应使水冷系统的供水温度与模拟设备进气温度之间的温差保持在附录A规定的温度范围内。试验过程中水冷系统的供水温度与模拟设备进气温度之间的温差应根据附录B的表格记录在试验报告中。在假定热交换器的冷却能力大于机柜面板吸热量的基础上，提出了一种确定被冷却电子设备密闭5GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013机柜冷却能力的简化试验方法。简化试验方法能应用于大于12kW的冷却能力的测试。作为试验条件，机柜板的吸热量宜小于600W(<5%)。对于所有其他试验条件(特别是小于12kW的热负载),适用的试验在4.2.2和4.2.3中作了说明。的冷却能力现在能通过热负载模拟来进行测量。被测样品机柜中使用的风扇应按制造商规定的正常转速运行。风扇冗余概念不应影响测试，本文件不涉及风扇冗余概念。应满足4.2中所述的试验配置条件。见公式(1)。 (1)样品中的风扇应以额定速度运行。如果样品设计为风扇提供试验室条件露点温度10.5℃±0.5℃试验配置机柜底部安装热交换器回风模拟设备回风模拟设备电功率OPa试验室条件试验室空气温度=模拟设备进气温度(℃±2℃)露点温度10.5℃±0.5℃试验配置机柜侧面安装热交换器冷却设备送风Pe冷却设备送风Pe回风模拟设备电功率空气-水空气-水水冷系统回水供水水冷系统回水供水O温度传感器6GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:24.3.2通过扩展试验确定冷却能力根据扩展的试验方法，记录了试验样品借助水冷系统排出的热流量。这样就可以计算所施加的热负载和水冷系统释放的热流之间的差值，从而得到通过外壳排出的热流量。这个热流量通常是由样品机柜覆件的对流引起的。此外，从样品中漏出的空气会引起材料传热。作为一个附加的信息结果，这种试验方法允许测试结果低于12kW。根据扩展的试验方法，记录了试验样品的水冷系统回水的实际温升。相应地，能计算水冷系统所吸收的散热量与机柜外壳所吸收的热量之间的差值。需要注意的是，机柜不必要的漏风会对计算产生负面影响。为了确定水冷系统回水的温升，有必要对水冷系统的流量进行测量。水冷系统的流量测量精度应控制在士2%以内。(加热的)水冷系统回水应按照下述公式(2)进行计算：Qs=P-Qcw (2)通过水冷系统排出样品的热流量的确定需对水流量进行测量。流量的测量精度应为±2%。要确定的热流按照下述公式(3)进行计算：Qcw(kW)中Qcw×Vcw×f×8 基于给定的流量测量单位，f因子为公式(3)设定了比热容系数，如下所示：4.1所述的试验条件以及4.2.1中所述的试验方法适用于确定冷却能力。通过水冷系统排出样品的热流量用于确定冷却能力。见公式(4)。Q=Qcw (4)7GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013试验室条件试验室条件试验室空气温度=模拟设备进气温度(℃±2℃)露点温度10.5℃±0.5℃试验配置机柜侧面安装热交换器俯视电功率空气-水热交换器冷却设备送风离开设备回风除了通过水冷系统确定排出样品的热流外，还能确定进入热交换器以及冷却空气的热流量。这个热流量宜与通过水冷系统排出样品作为冷却能力的热流量一致。在同一样品中检测到的两种气流之间的差值是由于空气泄漏造成的。如果两种热流之间的差值大于5%,则应检查样品的配置，特别是其内部漏气量。漏气量应减少到最大5%以内。要确定冷却空气的热流，应测量进入热交换器的进气口或热交换器出气口的气流量。利用合适的响样品中的气流量。(测量)结果是单位时间增量内冷却空气通过热交换的体积。由于气流速率的测量是用来测量给定截面面积内的风速的，因此公式(5)将流量输入作为截面和风法允许试验结果低于12kW作为附加的信息结果。Q=vm×A×pa×cp.m×8Tm……………(5)8露点温度10.5℃±0.5℃空气-水回风冷却设备送风GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013侧视空气-水热交换器风扇温度传感器流量计/流速计水冷系统回水供水离开设备回风送风C在冷却系统的试验过程中应测量电功率。作为试验结果，应提供电功率与冷却能力的关系图(见图5)。试验应提供水冷系统回路中的压力损失图表(见图6)。9GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013水流量/(m³/h)GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013(规范性)A.1用于IT设备和服务器冷却的空气-水密闭式热交换器的封闭空气环路模拟设备的进气温度：18℃至27℃。水冷系统供水温度应保持在12℃至25℃之间。模拟设备的前侧和后侧之间的压差应介于0Pa和10Pa±1Pa之间。A.2用于工业/电信设备冷却的空气-水热交换器的封闭空气环路冷却系统模拟设备的进气温度：35℃至55℃。水冷系统供水温度应保持在12℃至25℃之间。模拟设备的前侧和