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1、第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-1 目录第 4 章 计算机机房空调与新风系统.34.1.空调基础知识介绍.34.1.1.空调基础知识.34.1.2.空气热力学常用术语介绍.44.2.制冷原理介绍.84.2.1.制冷原理.84.2.2.制冷循环简单介绍.94.2.3.制冷剂压焓图简单介绍.94.2.4.制冷剂.104.3.计算机机房专用空调与舒适性空调的区别.114.4.计算机机房专用空调的基本组成.134.4.1.控制部分.134.4.2.送风系统.144.4.3.制冷循环系统.154.4.4.加湿系统.164.4.5.与加湿系统配套的水处理.174.4.6.除湿系统.184.4.7
2、.加热系统.184.5.计算机机房专用空调的选型.194.5.1.冷量核算.194.5.2.机房的用电负荷，核算冷量.194.5.3.按经验核算机房冷量需求.194.5.4.送风方式选择.194.6.计算机机房专用空调不同冷却/冷源方式的选择.214.7.计算机机房专用空调的放置.214.7.1.机组的放置.214.7.2.机房专用空调的就位通道.214.7.3.水冷型室外机选择和放置.224.8.计算机机房专用空调的安装.224.8.1.机组底座.224.8.2.风冷机组管道的选择、制作、安装.224.8.3.机组防漏水的处理.25第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-2 4.9.计算机机
3、房专用空调维护.254.10.新风对计算机机房的意义.264.10.1.计算机机房内新风处理的要求.264.10.2.计算机机房的新风设计标准.274.10.3.排风、余压问题.274.10.4.如何确定方案.274.10.5.计算机机房新风处理需要考虑的因素.274.10.6.新风引进的做法、不同做法的优缺点.284.10.7.新风系统应注意的问题.28第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-3 第4章 计算机机房空调与新风系统4.1.空调基础知识介绍4.1.1.空调基础知识空气调节的任务是创造一个生产、科研及人们生活所需要的空气环境，为此，就要对空气进行各种处理，如加热、冷却、加湿、除湿
4、等。因而，首先要简单介绍一下空气的组成成份及空气的物理性质。1）大气的成份环绕地球周围的空气称为大气。大气中会有多种气体、水蒸汽和污染物质。从大气中除去全部水蒸汽和污染物质时，所剩即为干空气。而干空气与水蒸汽的混合气体称为湿空气。在空气中，水蒸汽所占的百分比是不稳定的，常随季节、气候、湿源等各种条件的变化而改变，湿空气中水蒸汽的含量虽少，但其变化会引起湿空气干、湿程度的改变，进而对人体感觉、产品质量、工艺过程和设备维护等都有直接影响。广泛的测定结果表明，干空气的组成还是比较稳定的。在热力学中，常温常压下的干空气视为理想气体。存在于湿空气中的水蒸汽由于处在过热状态，也可当作理想气体。因此，由于空
5、气和水蒸汽组成的湿空气可用下列方程式表示：Pv=RT 或 PVmRT 式中，P气体的压力（Pa）；V 气体的总容积（m3）；v 气体的比容（m3kg）；m 气体的总质量（kg）；R 气体常数（Jkgk）；T 气体的热力学温度（k）；对于干空气 Rg287J kgk（g 表示干空气）；对水蒸汽 Rq461J kgk（q 表示水蒸汽）。2）水蒸汽分压力所谓气体分压力，就是混合气体中各组成气体单独占有混合气体容积，并具有与混合气体相同的温度时所产生的压力。道尔顿定律指出：混合气体总压力等于各组成气体压力之和。湿空气压力必然是于空气分压力和水蒸汽分压力之和，即：PPg Pq式中，P湿空气压力，即大气压
6、力；Pg干空气分压力；Pq水蒸汽分压力。第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-4 4.1.2.空气热力学常用术语介绍常用空调术语有以下几种：1）温度温度是分子动能的宏观结果，当空气受热后其内部分子动能增大，则表现为温度升高，目前国际上实用的是摄氏温标，符号为t，单位以表示。2）含湿量湿空气中每 kg 干空气所含有的水蒸汽量称为含湿量d，即：d=mqmg式中：mq湿空气中水蒸汽质量，kg；mg湿空气中干空气质量，kg。若湿空气中含有1kg 干空气及 dkg 水蒸汽，则湿空气质量应为（1d）kg，由于干空气和水蒸汽在常温、常压下可当作理想气体，因此可分别应用理想气体状态方程式：对于水蒸汽PqVq
7、mqRqTq对于干空气PgVgmgRgTg由于空气中气体分子的自由度很大，因此空气中干空气和水蒸汽是均匀混合的，两者具有相同的容积和相等的温度，即：VqVg，TqTg又知气体常数 Rq461J kg.k，Rq=287J kgk，经整理得：dRgPqRgPg0.622PgPg kg/kg干空气或d0.622Pq（BPg）kg/kg干空气公式表明，当大气压力一定时，水蒸汽分压力和含湿量近似为直线关系。3）相对湿度在一定的温度下，湿空气所含的水蒸汽量有一个最大限度，超过这一限度，多余的水蒸汽就会从湿空气中凝结出来。这种含有最大限度水蒸汽量的湿空气称为饱和空气，饱和空气所具有的水蒸汽分压力和含湿量，称
8、做该温度下湿空气的饱和水蒸汽分压力和饱和含湿量。相对湿度，即是空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽分压力之比，PqPq.b100式中：=相对湿度；Pq=空气的水蒸汽分压力；Pq.b=同温度下空气的饱和水蒸汽分压力。第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-5 也可近似表达为：=ddb100式中，db空气的饱和含湿量。4）焓焓，简单讲即表示单位质量的物质所含有的热量。用符号 i 表示，单位是kJkg。在空调工程中，对空气进行处理时，常需要确定空气所吸收或放出的热量。在压力不变的情况下，焓差值等于热交换量。在空调过程里，湿空气的状态变化过程，可看成是在定压下进行的，可用变化前后的焓差值来计算空气
9、得到或失去的热量。1kg 干空气的焓和dkg 水蒸汽的焓的总和，称为（1+d）公斤湿空气的焓。（热力学取0的干空气和0的水的焓值为零）则湿空气的焓表示如下：iigdiq kJkg干空气式中 i对应 1kg 干空气的湿空气之焓，kJkg 干空气 ig，iq分别为1kg 干空气和 1kg 水蒸汽的焓，kJkg 而 igCpgt iq2500 Cpqt 式中 Cpg空气的定压比热，在常温下Cpg1005 101kJ kgoc Cpq水蒸汽的定压比热，在常温下Cpq184kJ kgoc 2500 0时水的汽化潜热 kJ kg 将比热值代入，得湿空气焓计算式：i=1.01td（25001.84t）kJk
10、g干空气i=（1.011.84d）t2500d kJkg干空气由式中可看出（1.01 1.84d）t是随温度而变化的热量，称之为“显热”，而（2500d）是 0时 dkg 水的汽化热，它仅随含湿量变化，而与温度无关，故称为“潜热”。由此可见，湿空气的热量（焓）是由湿空气本身的温度（显热）和含湿量（潜热）两部分组成的。（潜热通俗的讲，即是水份吸收热量汽化，将热量带到了空气中）5）焓湿图第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-6 图 4-1 湿空气 i-d 图（P=760mmHg）湿空气的焓湿图见图41，图 42。第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-7 图 4-2 湿空气 i-d 图（P=7
11、40mmHg）第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-8 在热力学定义的焓湿图里，横座标轴为含湿量d，纵座标为焓i，为使图面开阔、线条清晰，两座标轴之间的夹角大于或等于135，等温线是根据公式 i1.01d（2500 1.84t）制作成的，等相对湿度线是根据公式d0.622 Pqb（BPqb）绘制。0的相对湿度线即是纵轴线，=100即是饱和湿度线。以100 的相对湿度线为界，曲线以上为湿空气区（未饱和区），在湿空气区，水蒸汽处于过热状态；以下为过他和区，由于过饱和状态是不稳定的，通常有凝结现象，所以又称为有雾区。还有水蒸汽分压力及热湿比线在这里用处不大，不再讨论。6）露点温度在当前空气含湿量不
12、变的状态下，温度下降，相对湿度增加，到达100 相对湿度时，当前空气达到饱和状态，此时的温度即称为当前空气的露点温度。此时温度继续下降，含湿量将会沿等相对湿度饱合曲线减少，此时空气将会产生结露，空气中部分水蒸汽凝结成水，同时放出热量，这种现象称做除湿，除湿量即是d（参见图 43）。4.2.制冷原理介绍4.2.1.制冷原理根据热力学第一定律（能量守衡定律）及热力学第二定律（热量不可能自发的不付任何代价从低温物体流向高温物体），制冷循环并不是真正地“制造冷量”，使热量消失，而是通过消耗一定的能量（电能或者其它能量），使热能从低温热源（蒸发器中的制冷剂蒸发吸收的汽化潜热）转移到高温热源（冷凝器中的制
13、冷剂凝结时散发出的热量），即制冷循环实际上起的是能量泵的作用。在蒸发压缩式制冷循环里，压缩机所做的功，即是完成热量转移所需要消耗的能量，所完成转移的能量与它的比值即制冷量与压缩机消耗功的比值称为制冷系数，也叫性能系数：?=QcW式中，?制冷系数；W 压缩机消耗功；Qc制冷量。制冷系数越高，说明制冷循环的效率越高，理论制冷系数的范围，大约从2.5 到 5 或者更高。一般机房专用空调的制冷系数可达到3.04.0，相当于制冷量是压缩机消耗功率的34 倍。图 4-3 露点温度第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-9 4.2.2.制冷循环简单介绍空调采用的制冷形式有很多种，但机房专用空调一般采用的均
14、是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。这样制冷剂液体能在较低的温度下吸收汽化潜热蒸发制冷了，蒸发后的低温、低压汽体被压缩机吸入后进入下一个循环过程。这就是蒸发压缩式制冷循环的主要过程，即压缩机冷凝器节流阀蒸发器压缩机。见图44 所示。4.2.3.制冷剂压焓图简单介绍在制冷
15、领域里常用压焓图来表示这一循环过程。下面对压焓图做简单介绍：在图 45 所示的压焓图上，绝对压力作为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精度，纵坐标取对数坐标），焓值作为横坐标。K 表示为临界点。K 左边的实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，X0。K 右边的实线为干饱和蒸汽线，线上任何一点代表一个饱和蒸汽状态，X=1。这两条线将图分为三个区域：过冷液区：在饱和液体线的左边。该区内的液体为过冷液体，过冷液体的温度低于同一压力下饱和液体的温度。过热蒸汽区：在饱和线的右边。该区域的蒸汽为过热蒸汽，它的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度。两相区：在两条线之间的区。制冷剂在该区域内处
16、于汽、液混合状态，即湿蒸汽状态。等压线：水平线。等焓线：垂直线。图 4-4 制冷物质循环图 4-5 制冷物质循环第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-10 等温线：在液体区，几乎是垂直线（在压力不变时，焓减小，温度下降）。在两相区制冷剂的焓等压变化时，温度不变，只是湿蒸汽的干度发生变化。故等温线与等压线相重合，是水平线。在过热蒸汽区是向下弯曲的倾斜线。等温线用t 表示（图中细实线）。等干度线：只有在湿蒸汽区内，其大致方向与饱和液体线或饱和汽体线相近，用X 表示（图中虚线）。还有等熵线 S 及等熔线 V 在这里不再介绍。图中从状态 1 点到状态 2 点，即是压缩机对制冷剂汽体做功，将其压缩成为
17、高压高温汽体的过程，这一过程制冷剂汽体的压力及焓均增加了，因此在图中是一条处在过热蒸汽区的斜直线。温度也同时增加了。从2 点到 2点，是过热汽体冷却到冷凝温度的过程；从2点到 3点，是制冷剂在冷凝压力不变状态下，不断散热由汽态凝结成液态的过程，此时的温度是不变的。3点到 3 点，是制冷剂被完全冷凝成液体后继续散热使液体冷却的过程，这一过程被称为液体过冷。从3 点到 4 点，是制冷剂液体迅速通过节流装置节流降压的过程，在这一过程里，由于没有热交换，焓值并不发生变化，只是压力下降，因此是一条垂直向下的直线，从 4 点到 1点是制冷剂经节流装置降压后，在蒸发器内，处于低压下吸收热量沸腾蒸发的过程。这
18、一过程温度也是不变的，从1点到 1 点，是在压力不变情况下对制冷剂汽体再加热过程，简称蒸汽过热，经过过热的制冷剂蒸汽将被压缩机吸入开始下一个循环过程。以上是制冷循环的主要过程。制冷机组实际工作时的状况要比这一理论循环过程复杂，这里不再赘叙。制冷机组所采用的制冷剂有很多种，下面对制冷剂的情况加以简单介绍。4.2.4.制冷剂空调采用的制冷剂一般要满足以下要求：不燃烧、不爆炸、对人体无害。汽化潜热要大，以减少系统中的制冷剂循环量。临界温度要高，在常温下应能液化。冷凝压力不宜过高，否则对机器和冷凝器的强度要求高；蒸发压力最好不低于大气压力，否则空气有可能向系统内泄漏。化学稳定性要好，不与金属化合，不与
19、润滑油起化学反应，一般高温下不易分解。导热系数要大，以提高换热器的传热系数，减小传热面积，节省冷凝器及蒸发器的金属消耗量。粘度要小，以减少流动阻力。液体比热要小，以减少节流损失循环的热力完善度尽可能大。价格便宜，容易获得。对于不同的使用场合，对制冷剂要求的侧重点也不同。目前空调制冷比较常用的制冷剂有：R11，分子式 CFCL3，分子量 137.39，大气压下沸点+23.7 R12，分子式 CF2CL2，分子量 120.92，大气压下沸点-29.8 R22，分子式 CHF2CL，分子量 86.84，大气压下沸点-40.8还有 R113、R114 等。第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-11
20、 机房专用空调主要采用R22 做为制冷剂，它的特点是分子量小汽化潜能大（达到55.81卡克），单位容积制冷量比R12 约大 62。R22 属中温制冷剂，它无色、无味、不燃烧、不爆炸，传热性及流动性好。R22 不溶于水，当R22 中含有水份而蒸发温度低于0时，会在节流装置中产生冰堵。另外系统中的水份还会与R22 发生水解反应，产生酸性物质，不但会腐蚀金属材料，而且还会降低电绝缘性能，因此系统中不允许有水存在（含水量应小于0.0025），并且要求装设干燥过滤器。R22 能够部分地与润滑油相互溶解，其溶解度随着润滑油种类及温度而变。R22 一般对金属不腐蚀，对天然橡胶和塑料有膨润作用。R22 制冷系
21、统使用的密封材料应该用耐腐蚀的丁睛橡胶或氯醇橡胶，全封闭压缩机中的电机绕组导线要用耐氟绝缘漆，电机采用B 级或 E级绝缘。R22 很容易通过机器不严密的结合面，铸件中的小孔及螺纹接合处泄漏，所以铸件要求质量高，对机器的密封要求较严。近年来，越来越多的研究证明，大量地、无节制地生产和使用氯氟碳化合物（CFC），是造成臭氧层破坏的主要原因。臭氧层的减薄或消失就不能有效地吸收太阳辐射到地球表面的紫外线；到达地表面的紫外线的增加，将导致人类皮肤癌、白内障等疾病的发病率增加，并抑制人体免疫系统功能，破坏生态平衡、农作物减产、加速全球变暖等危害。联合国于1985 年通过了保护臭氧层的维也纳公约，1987
22、年又通过了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，1990 年在伦敦举行了蒙特利尔议定书缔约国第二次会议，通过了议定书的修正案，将控制物质从2 类 8 种扩大到 7 类上百种，到2000 年之前，发达国家要完全禁用CFC。破坏力最强的几种CFC，包括 R-11、R-12、R-113、R-114 已全面禁止。R-22 因其消耗臭氧潜能值（ODP）较低仅为0.05（R-11 为 0.1），近期在我国还可继续使用。要选择替代物质，除要求对环境安全外，还必须满足物理、化学及热力学性质的要求，且要具有实际的可行性，使原装置不作根本性改动。采用新制冷剂即能达到或接近原制冷循环的制冷效果，目前可替代R-22 的
23、制冷剂有R134a，R407c。4.3.计算机机房专用空调与舒适性空调的区别我们知道，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。1）冷量分配（显冷与总冷的比例）不同传统的舒适性空调主要是针对人员设计，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；这些发热量产生余湿量很小，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，产生放电损坏设备，干扰数据传输
24、和存储。同时，由于舒适性空调制冷量的（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，由于送风量大，送风焓差减小，产生的冷量全部用来降温，提高了工作效率，降低了机房内的湿量损失。第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-12 2）风量不同舒适性空调风量小，风速低，只能使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
25、空调送风量大，机房换气次数高（通常在3050 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。参见图4-6。3）洁净度不同传统的舒适性空调，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）可靠性不同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
26、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，但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）可控制的湿度处理图 4-6 第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-13 机房专用空调一般还配备了专用加湿系统，高效率的除湿系统及电加热补偿系统，通过微处理器，根据各传感器反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。参见图46。6）制作成本不同舒适性空调在设计
27、上考虑到实际使用时的季节性和时段性,每一年的实际工作时间核算成连续工作时间并不会太长,另外，舒适性空调是民用产品，设计合生产工艺均需要尽量简单，并要大批量的生产以降低成本。因此,一台设计使用寿命10 年的舒适性空调机组,如果在机房内 24 小时 x365 天的运行，在2-3 年后就达到的它的使用寿命，出现故障的可能性会迅速增加。机房专用空调是工业产品，是针对于机房设备设计和制造的，可靠性最为重要。并要求能够 24 小时 x 365 天不间断的运行。因此，一台设计使用寿命10 年的机房专用空调的制造成本会远大于相同制冷量的舒适性空调机组。综上所述，机房专用空调应用在机房里有着传统舒适性空调无法比
28、拟的优点，现已在国内广泛地应用于金融、邮电通信、电视台、石油勘探、印刷、科研、电力等领域。4.4.计算机机房专用空调的基本组成4.4.1.控制部分1）控制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。当任一功能项出现故障时，控制器会发出报警，并保护该功能项停止工作，直至报警复位。操作员可通过控制器设定控制机房的温度值、湿度值及温、湿度控制范围（控制精度），设定各功能项的起停时间等。目前，市场上大部分机房专用空调厂家采用了大屏幕图文显示控制器，带有事故记录、分级启动等多种功能，并带有计算机通信接口
29、，可直接由计算机控制一台或多台空调机组的运行。模块化的机房专用空调机组控制系统还具备有互为备份，自动轮换工作的功能。2）主控制器是控制系统的中心部分，负责采集各传感器的数据进行分析处理，并将处理指令输出到各个功能系统。3）温湿度传感器负责取样、采集空气的温湿度数据并传输到控制器。4）输入、输出单元负责将各种传感器数据采集并传输到控制器，同时执行控制器的指令（通过继电器输出）。第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-14 5）功能传感器系统包括压缩机排气压力传感器（高压保护），吸气传感器（吸气压力过低保护），气流传感器，水温传感器（水冷机组）等。6）监控器（主控器备份单元）实时监视主控制器的运行
30、状态，当主控制器出现故障时第一时间接替其工作。7）报警输出及远程监控系统机房专用空调机组设备时常会处于无人值守工作状态，为了更安全、更可靠的工作，机房专用空调通常都会带有智能监控用通讯接口，便于客户进行近程或远程的监控。4.4.2.送风系统1）送风机及驱动电机机房专用空调机组均自带一套送风系统。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。因此，送风机必不可少。一般机房专用空调采用前径向曲线叶轮离心式风机，参见图4-7，优点是较小的体积可以产生较大的风量。送风机主
31、要有两种驱动方式：一种是采用风机由电机直接驱动，风机与电机在同一轮上，此种风机体积较小，但如要改变风压，只能改变风机的电机转速，调节风压、风量的能力小；另一种是风机与电机之间采用皮带传动，它的优点是风压和风量可通过改变电机与风机主、从动皮带轮轮径比来进行调整，缺点是体积较大，长期运行时传动皮带会有磨损，需注意及时调整松紧度。2001 年前后，有些机房专用空调厂家采用了后径向曲线叶轮风机，参见图4-8。此种送风机在较大型的送风系统中有广泛的应用，优点是效率高，噪声低；缺点是受大尺寸叶轮影响，风机的体积大，会占用过多的机组内空间，提高转速并不能显著提高风机的风量，此种风机增大风量、风压的最好方法是
32、增大叶轮或增加风机数量，这将使得压缩机部分放置空间减小，甚至要减少蒸发器放置空间；同时增加了制造成本。风机电机至于叶轮中间，一旦电机出现故障需更换整个风机，维修成本高2）空气过滤器为保证机房内的洁净度，机房专用空调单位冷量所配备的风量远大于普通舒适性空调，以保证机房内的空气在整体流动，使得尘埃颗粒随空气一同流动，不会下降到机房的设备内，通常在机房专用空调的回气端设置专用的中高效空气过滤器。图 4-8 离心式风机驱动电机图 4-7 第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-15 3）气流传感器当风机电机或传动系统出现故障时，气流突然减少时，或空气过滤器过脏，阻塞气流通过时，气流传感器会给控制器一
33、个气流故障的信号，同时切断风机电源，控制器也会停止本系统的其他所有功能系统的工作。4.4.3.制冷循环系统1）压缩机及控制、保护系统压缩机及控制、保护系统为整个制冷系统提供动力，使得制冷剂能在系统内循环。为保证压缩机不会过载，在压缩机排气管处均设有排气压力过高保护，通常在使用R22 制冷剂的系统里，当排气压力大于23-24bar 时，高压开关会切断压缩机工作电源；机房专用空调通常采用的是全封闭压缩机（如美国考普兰或法国美优乐，只有美国力伯特公司采用的是开利的半封闭压缩机），压缩机电机靠制冷剂回汽冷却，当压缩机回汽不足时（吸气压力小于1-1.5bar 时），会造成电机过热，低压开关将切断压缩机工
34、作电源。2）冷凝器系统及控制和保护机房专用空调系统的冷凝器的设计冷凝功率往往会大于制冷功率和压缩机输入功率的总和。为保证室内蒸发压力的稳定，冷凝压力要求要稳定在一定的范围内（R22 制冷剂为 15 18bar），一般通过控制冷凝器散热风机的起停（多个风机多级控制，由冷凝压力控制）或转速（变频控制，由冷凝压力控制）来控制。当室外温度过低（低于15oC）时，室外冷凝器风机即使不工作，实际冷凝功率也有可能大于冷凝需求功率，为避免冷凝压力降的过低，可使一部分热汽不经过冷凝器直接旁通到回液端，与已过冷的回液混合，以提高回液压力，保证蒸发压力稳定。水冷型冷凝器冷凝压力可通过电动三通阀调节（由冷凝压力控制）
35、通过冷凝器的水流量来控制冷凝压力。3）膨胀阀及蒸发器的作用和控制、保护机房专用空调机组的蒸发器单位制冷量所占蒸发面积比舒适性空调机组要大，同时，通过蒸发器表面的气流也会比舒适性空调机组多，这可保证制冷剂在蒸发器内充分蒸发并过热，并使得蒸发压力稳定在一定的范围内（R22 制冷剂蒸发压力为4.5-4.8bar），以确保蒸发器表面温度大于机房内的露点温度。膨胀阀可根据蒸发器回气温度对制冷剂供应量做适量调节，这是由于室内温度的变化，空气过滤器的脏堵，都会影响制冷剂在蒸发器内的蒸发速度。4）水冷却系统当机房附近没有合适放置风冷冷凝器的位置时，或机房规模庞大需大量制冷剂管道连接时，可考虑采用水冷却冷凝器系
36、统的机房专用空调。5）水冷却系统与风冷系统的区别与应用水冷却冷凝器内置于室内机组内部，制冷循环的距离短，制冷效率高冷却水循环靠水泵驱动，室外干冷器的位置不受限制第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-16 多台机房专用空调机组可共用一条冷却水管道，共用一个大型干冷器，机房规模庞大时，工程成本降低，共用干冷器，无需太多冗余对于船用机房或有充足冷却水源的用户经济实用6）水冷却系统冷凝器分类板式冷凝器：热交换效率高，体积小但不易清洗，仅适用于封闭的冷却水系统（配干冷器的机组）。管壳式冷凝器：便于清洗，维修方便，更可适用于开放冷却水系统（冷却水塔），或直排水系统。4.4.4.加湿系统机房的热量来源主要
37、是计算机等设备工作时产生的热量，而潜热则较少会有增加，但在较炎热的季节，室外空气中的含湿度会很大，在空气中能产生较大的水蒸汽分压力（例如，28，90时水蒸汽分压力约为34102 Pa）。机房内空气由于要保持恒温恒湿，空气中的含湿量就会较少，水蒸汽分压力亦比较低（例如，一般机房在温湿度在24，50时，水蒸汽分压力约有15102 Pa），此时，由于机房内、外所存在的水蒸汽分压力差，水蒸汽会在即使是没有空气直接流动的情况下，通过机房的各种缝隙、门窗以及随着新风等向机房内不断渗透。因此，在此期间机房内一般不需加湿即可保持相当湿度，甚至需经常除湿（根据机房的密封性来决定）。但是在每年的秋季以后，随着室外
38、空气的温度、相对湿度的不断下降，空气中的水蒸汽分压力不断降低，当降低到低于机房内保持的较稳定温湿度时的水蒸汽分压力时，机房内水蒸汽将会在压力差的作用下向室外渗透，造成机房相对湿度下降，此时就需要机房专用空调的加湿系统工作，向机房内的空气补充水蒸汽，维持机房内的相对湿度（水蒸汽分压力概念请参见本章第一节）。机房专用空调的加湿系统主要有电极式加湿器，超声波加湿器及红外线加湿器等几种形式：电极式加湿系统主要原理是将电极伸入到加湿罐里的水中，在电极上通入交流电，以水做电阻将水加热至沸腾，产生的水蒸汽随送风系统送入机房内。它的特点是加湿速度快，安全可靠，控制简单。采用此系统最好使用软化水，以免产生水垢，
39、如使用非软化水，需定期清洗罐内的水垢；另外，当加湿用水的电解质含量不足，导电率较低时，由于电流小，加湿罐中的水可能无法加热至沸腾，此时可加入少量盐以增加水的导电率；而当加湿用水的导电率过高时，由于电流过大，会在罐中产生电火花（放电）现象，此时做除盐处理后可消除此现象。超声波加湿器耗电量小，效率高，但加湿速度慢，且当使用非纯净水时，会产生电解质粉尘，对计算机设备危害较大，因此在机房内较少采用。红外线加湿器的工作原理是，由电热管产生红外线热源，加热水盘中的水，使其沸腾或接近沸腾，从而产生水蒸汽。它的特点是结构简单，但也会产生水垢。当加湿器不工作时，由于水温适宜，极易造成细菌和藻类微生物的生长，有可
40、能对机房产生污染，水垢和微生物严重时甚至会堵塞下水道，造成机房漏水。因此，必须注意保持下水畅通；在有高架地板的第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-17 机房，应考率加装漏水报警系统。由于在红外加湿系统的局部（红外发热管）有较高温度，在消防安全要求较高的机房选用时需慎重考虑。4.4.5.与加湿系统配套的水处理我国长江流域及珠江流域大部分地区自来水使用的是地表水，水中的矿物质含量低，尤其是水的硬度低，同时，一年中大部分时间里空气的含湿量普遍偏高，加湿系统实际工作时间不长，加湿系统的维护工作量不大，水质并不需要太多处理。但有可能因为加湿用水含盐量过低导致加湿罐内的电流不足，即使水位很高，也无法
41、将水加热直沸腾，此时可在加湿器内加入少量盐水。我国华北、东北、及西北等地大部分地区的自来水是使用地下水源，水的硬度高（水中的钙、镁离子含量高），加湿器在工作时，随着水份的沸腾蒸发，原来溶解在水中的钙、镁离子就会以碳酸钙、碳酸镁的形式附着在加湿器的电极表面和加湿罐内壁上，影响电极间的正常导电，并使加湿罐内的存水量减少，严重时会阻塞加湿系统的排水甚至于整个机房空调系统的排水管，并有可能造成机组排水溢出，形成漏水。因此加湿罐在秋、冬、春季工作时，需要定期清洗。以华北地区为例：在冬季、春季室外含湿量极低的时候，加湿器每周都需要进行清洗。为了减少清洗加湿器的工作量，可考虑对加湿上水的水质做软化处理。软化
42、水处理的方法主要有：1）电子或磁力软化这种方法理论上讲是靠加湿用自来水通过一个电磁场或强磁场，使溶解在水中的钙、镁离子带有磁性，从而不易与碳酸根结合形成水垢。但由于实际使用效果并不理想，目前已很少有用户采用。2）离子交换软化水这是一种在暖通行业里应用非常广泛且技术成熟的软化水方法。工作方法是自来水先通过环氧树脂过滤，环氧树脂会吸附水中的钙、镁离子，同时置换出相对较活跃的钠、钾离子。在导电率变化不大的情况下，上水中能够形成水垢的钙、镁离子已经被除去，而钠、钾离子即使与碳酸根结合也不会形成水垢。这样，加湿器在工作的时候就不需要再去定期清洗了。当吸附了钙、镁离子的环氧树脂接近饱和时，采用高浓度的氯化
43、钠盐水对其进行冲洗，可做再生，并能重复使用。对其的维护量只局限于每一年向盐箱内加些盐就可以了。环氧树脂通常可使用35 年更换一次。对于机房专用空调来讲，此种软化水方法效果明显，维护工作量小，运行成本也不高。但是也有缺点，就是含有氯化钠盐的加湿用水会对加湿器电极有轻微的腐蚀作用，电极会逐渐被腐蚀，直至消失。通常加湿罐在工作两年左右的时间就需要更换了。考虑到如果不做软化，加湿罐也需要每隔12 年进行更换，同时软化水系统的运行成本并不高，为了减少机房工作人员的维护工作量，当机房规模较大，机房专用空调的数量较多时还是可以采用此种软化水系统的。3）反渗透纯净水处理这种方法是将水中的离子全部除掉，进入加湿
44、器的就是纯净水。为使加湿用水导电，可向加湿罐中滴入几滴盐水，因为使用的是纯净水，加湿器不需要冲洗；因为水中的含盐量及其他杂质不会增加，同时为保持住加湿罐内水的导电率，加湿器也不需要排水了。理论上第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-18 讲，这种方法在加湿系统第一次加好盐后，关闭排水阀，就终身不需要维护了。此种方法的缺点是反渗透纯净水处理设备造价昂贵，运行维护费用高。4.4.6.除湿系统机房专用空调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小部分蒸发器的面积（原理见图4-9），当机组正常制冷循环工作时，电磁液阀和除湿电磁阀均处于开启状态，当机组进行除湿工作时，电磁液阀仍正
45、常开启，除湿电磁阀关闭，使实际蒸发面积减小。单位面积蒸发器内的制冷剂的蒸发量增大，蒸汽过热度减小，在风量不变的情况下，蒸发器表面温度下降至露点温度以下，开始除湿；或是采用降低通过蒸发器表面的风量（降低风机转速）的方法，在原制冷量不变的情况下，制冷剂蒸汽的过热度减小，蒸发器表面温度下降至露点温度以下，开始除湿。采用这两种方式，除湿速度快，效率高，无需再增加一套除湿循环系统，减少了机组体积及成本，且在除湿系统不工作时不影响正常的制冷循环工作。4.4.7.加热系统大部分机房均做了较好的密封和隔热保温处理，且机房内均是发热设备在长时间运转，如邮电局的程控交换机房，银行的计算中心等，造成即使是在冬季较冷
46、的天气里，机房内仍可能会热量过剩而需制冷。因此，标准机房专用空调，在设计时一般均以制冷为主，加热做为热量补偿，大多采用电热管形式，它的特点是结构简单、成本低，工作可靠性高（无运动部件），因是直接靠电能加热，耗电量较大，但因其在机房内使用时间有限，仍可接受。而舒适性空调较多采用的热泵式（制冷循环的逆过程）加热系统，因其增加了原制冷循环的复杂程度，降低了可靠性，且增加了制造成本而使用机会不多，所以，机房空调较少采用。图 49 减小蒸发器面积的除湿循环示意图第 4 章 计算机机房空调与新风系统 4-19 对于我国北方较寒冷的地方，机房如果密封和隔热保温做的不好，或者机房内设备不常使用（如仪器仪表生产
47、车间、医院核磁共振等机房），在定购机房专用空调时需注意增加加热器的容量或在机房内另外设置采暖设备。4.5.计算机机房专用空调的选型4.5.1.冷量核算机房专用空调在选型时，要考虑的热负荷因素很多，包括设备本身发热量，照明发热量，通过缝隙的渗透热和新风热负荷等。全部进行综合计算，有一定的难度。较简单的方法是，根据机房面积乘上单位面积所需冷量的经验数据。计算机机房所需冷量，一般可按200 250kcal/m2h 计算，程控交换机房可按250 300kcal m2h 计算。这样计算可以满足大多数机房最高热负荷时的冷量需要。但在机组选型时，还要根据具体情况，考虑是否留有一定量的冷量做为备份，以保证机组
48、一旦出现故障，在维修期间能维持机房正常的温、湿度。4.5.2.机房的用电负荷，核算冷量根据能量守恒定律，机房内用电设备包括计算机、服务器、显示器、打印机、照明灯具等所消耗的电能最后都会转变成热量，除去功率因数，机房内的电热负荷约是全部用电量的80，再加上围护结构的热负荷（约 100 150 大卡/平方米.小时），即可得出机房的全部最大需求冷量。4.5.3.按经验核算机房冷量需求如想快速得出机房的冷量需求，可以根据一般机房需冷量的经验计算：普通计算机、服务器机房可按250300 大卡/平方米.小时 计算。程控交换机机房可按280350 大卡/平方米.小时 计算机柜式服务器机房、数据中心机房可按3
49、50400 大卡/平方米.小时 计算大型计算机、超级计算机因其发热量大且集中，必须按用电负荷情况计算。4.5.4.送风方式选择1）下送上回下送风、上回风是目前普通计算机机房及程控交换机房普遍采用的一种送风方式，它是让机房专用空调机组的风机直接向机房防静电地板下面送风，在地板下形成4070Pa 的风压，再通过地板出风口和计算机、程控机等设备本身的下部开口处出风，气流由下向上流动对设备进行冷却后返回到空调机组，如图4-10 所示。这种送风方式的特点是：第 4 章 计算机机房空调与新风系统4-20 送风方式简单，机组容易安装，无需再投资和建设通风管道。在机房内送风布置均匀，并且可根据机房内设备摆放的
50、不同位置，及热负荷的位置变化，随时改变地板出风口的位置及开口大小来调节机房内的送风布置。避免机房内出现区域温差。因机组未连接通风管道，所以方便维修和日常维护。采用这种送风方式需注意防静电地板高度应保持在200mm 以上，且需避免有过多的障碍物在地板下面；地表面应铺设保温材料，以防止冷量损失，在潮湿的季节里还可避免下层天花板结露。2）上送前回对于机房无防静电地板或防静电地板高度过低（150mm 时，或机房防静电地板下部有过多障碍物（如通信线槽等）防碍通风时，可考虑选用上送风、前回风的机组。上送前回机组如直接使用，因出风阻力小，出口风速大，势必有较大的噪音，且出风的一部分会直接短路返回机组，影响机