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精密空调  

2010-04-15 15:07:11|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  第一章 机房专用精密空调特点
  能够充分满足机房环境条件要求的机房专用精密空调机(也称恒温恒湿空调) 是在近30年中逐渐发展起来的一个新机种。早期的机房使用舒适性空调机时,常常出现由于环境温湿度参数控制不当而造成机房设备运行不稳定,数据传输受干 扰,出现静电等问题。
  精密空调机,通常具有如下一些性能特点:
  1.1 大风量、小焓差
  与相同制冷量的舒适性空调机相比,机房专用精密空调机的循环风量约大一倍,相应的焓差只有一 半,机房专用精密空调机运行时通常不需要除湿,循环风量较大将使得机组在空气露点以上运行,不必要像舒适性空调机那样为应付湿负荷而不得不使空气冷却到露 点以下,故机组可以通过提高制冷剂的蒸发温度提高机组运行的热效率,从而提高运行的经济性。根据经验,显热比为1.0的机组的单位制冷量的能耗仅是显热比 为0.6的机组的60%左右。同样,机房要求温湿度指标相对稳定,较大的循环风量将有利于稳定机房的温湿度指标,显然,在制冷量一定的情况下,风量的增大 将导致焓差的减少,因而通常机组只能在显热比相当高的工况下运行,这恰恰与机房的负荷特点相适应。
  通常舒适性空调冷负荷中有30%是为了消除潜热负荷,有70%是为了消除显热负荷。对机房来 讲,其情况却大不相同,机房主要是设备散出的显热,室内工作人员散出的热负荷及夏季进入房间的新鲜空气的热湿负荷(仅占总负荷的5%)。并且冬季是需要加 湿而不是减湿,即使在冬季机房仍需要消除热负荷,特别是程控机房更是如此。鉴于以上特点,如将一般舒适性空调机组用于机房,则会造成能量浪费。例如一个热 负荷为 7056kcal/h的机房,若使用机房专用空调机组,则总耗电量为2.7kw,而舒适性空调机组则需耗电8.1kw,即多耗电两倍。同样制冷量的空调机 其风量各异,舒适性空调机的风量与冷量比为1:5,而恒温恒湿机风量与冷量比为1:3.5,机房专用精密空调机具有大风量、小焓差、高显热 比的特点,通常焓差为2kcal/kg左右。也就是说,机房的热负荷90%~95%是显热负荷,同样的热负荷显热比越高要求送风量越大。这就要求机房的空 调系统能够提供较大的送风量,所以一般机房送风量要比通常舒适性空调房间所需的送风量大1.6~2倍。
  1.2 机房的热负荷变化幅度较大
  通常要在10%~20%之间变动,这是由于主机设备所处的工作状态不同,消耗的功耗不同所造成 的。因此,机房精密空调系统必须能够适应这种负荷的变化,以使电子元器件工作在所要求的环境条件之中,保证电路性能的可靠性。
  1.3 送回风方式多样
  由于要与电子通信设备的冷却方式相适应,机房的空调系统的送风回风方式是多种多样的:有上送 风、下送风,有上回风、下回风、侧回风等,生产企业一般是利用标准化手段开发一系列机型,以满足用户的不同需要。
  机房专用精密空调机送风形式多为上送下回和下送上回式。机房中铺设防静电活动地板,机房专用精 密空调采用下送上回式送风,使冷气直接进入活动地板下,这样使地板下形成静压箱,然后通过地板送风口,把冷气均匀地送入机房内,送入设备机柜内。为此,机 房专用精密空调应有足够的风量把机房中的热量带走。采用这种送风形式可大大提高空调效率,同时还可以大幅度节省过去习惯的管道送风的工程费用,降低工程造 价,使室内布局美观。这是机房理想的送风方式。当然,机房送风形式要与设备散热形式一致。
  1.4 过滤
  通常标准型机组中,空气过滤器均采用粗、中效过滤,而在一些进口的特型机组中,从结构设计上采 用预留亚高效过滤器或高效过滤器的安装位置,根据用户需求选用(如净化手术室等就选用亚高效过滤器)。只要用户要求,过滤系统可以很方便地以更换过滤器或 者增加过滤器的方式进行升级。一般A级洁净要求使用高效或亚高效过滤器,B级洁净要求使用亚高效或中效过滤器,即使是C级洁净要求也应该使用中效过滤器。 然而,舒适性空调机一般只有初效过滤器,如果需要提高过滤效率,也只能是改装,而且往往还需增加风机、加大风压,以免空调机因安装了高效或亚高效过滤器而 使送风能力大幅度下降。
  1.5 可靠性较高
  针对机房精密空调系统高可靠性的要求,机房专用精密空调机在结构与控制系统设计和制造以及空调 系统组成等方面都必须相应采取一系列措施,例如设置后备机组或后备控制单元,微机控制系统自动对机组运行状态进行诊断,实时对已经出现或将要出现的故障发 出报警,自动用后备机组或后备控制单元切换故障机组或故障单元。众所周知,机房专用精密空调的控制系统功能比舒适性空调完善得多。
  控制系统的性能与空调系统技术经济性能密切相关。不少机房专用精密空调机生产企业专门开发一系 列的控制器作为空调系统的组成部分。采用电子控制器或微机控制已经十分普遍,有些企业已经把模糊控制技术应用在计算机房专用空调系统中。
  机房专用精密空调机组均采用先进可靠的微电脑控制系统。控制系统由两大部件组成,即智能控制器 I2-manager和操作显示器组件Tmaster。控制器提供强大的模拟和数字控制能力,可以满足广泛的监测和控制功能,包括实时钟、 RS232/RS485通信接口以及标准的网络连接。大屏幕液晶多制式显示器,可显示地道的中文,更加适合中国用户需求。操作人员可通过键盘/显示器组件 查询设备运行状态及各种故障记录,调整设定参数,保证最高的运行效率。
  控制系统可以控制同一机组内各台压缩机分时启动,降低启动电流,均衡同一机组内各台压缩机的工 作时间,防止压缩机频繁启动。多台机组可互相串联,互为备份。多台机组可自动分时启动,降低启动电流,均衡不同机组的工作时间。这样,有利于提高专用空调 机组的寿命和运行的可靠性。
  1.6 全年制冷运行
  无论是大、中型计算机,还是程控交换机,都要求空调机全年制冷运行。而冬季的制冷运行要解决稳 定冷凝压力和其它相关的问题。多数机房专用空调机能在室外气温降至-15℃时仍能制冷运行,而采用乙二醇制冷机组,可在室外气温降至-45℃时仍能制冷运 行。与此形成鲜明对比的是舒适性空调机或常规恒温恒湿机,在此种条件下,根本无法工作。
  1.7 设计点对应运行点
  如果把舒适性空调机用作机房精密空调系统,由于机房要求其运行点为:冬季:20±2℃,夏 季:23±2℃,而舒适性空调机的设计点温度一般为27℃,所以机组的实际供冷能力一般比样本标明的额定值低10%~25%。此外,运行点偏离设计点时, 在一定程度上机组的部分机件性能由于偏离了最佳运行点,从而影响了机组整体的匹配状态,不利于机组性能的充分发挥和高效率运行。然而机房专用精密空调机, 由于把运行点作为设计点,因而机组始终处于最佳运行点,这就从根本上避免了这些问题。
  综上所述,根据机房负荷特性及特点,就需要设计出一种将这些要求综合于一体的空调机,实现以处 理干冷却工况为主的空气处理过程。
  1.8 使用寿命
  一般机房专用精密空调厂家的设计寿命是最低是10年,连续运行时间是86400小时,平均无故 率达到25000小时,实际运用过程中, 机房专用精密空调可运行15年。
  根据国家家电行业标准,舒适性空调机的基础设计寿命每年按运行半年计算,为3年时间,无连续运 行时间指标,平均无故障时间5000小时,只适合于间断运行,在实际使用过程中,舒适性空调机可连续运行的时间为3~5年,比机房专用精密空调相差3倍。
  1.9 机房专用精密空调机与舒适性空调机的区别
  表1-1 机房专用精密空调机组与一般舒适性空调机组的对比
  序号 比较内容 一般空调 专用空调
  1 冷风比(kcal/m3) 5 2.2~3
  2 显热比(显冷量/总冷量%) 0.65~0.7 0.85~1.0
  3 焓差(kcal/kg) 3~5 2~2.5
  4 控制精度 3℃ ±1℃,±3%RH
  5 温度控制 通常没有 有加湿和去湿功能
  6 空气过滤 一般性过滤 要求过滤0.2~0.5的粒子,10~30万级
  7 蒸发温度 较低 ﹥5℃~11℃
  8 蒸发器排数 4、6、8 2~4排
  9 迎风面积 较小 1.3~2.7
  10 迎面风速(m/s) 较大 ≤2.7
  11 备用 单制冷回路 双制冷回路或能够双机热备
  12 运行时间(h) 8~10 24
  13 全年运行可靠性 不设计冬季运行 全天候运行
  14 控制 一般控制 微机控制
  15 监控 - 能进行本机或远程监视温湿度、
  空气处理状态和各种报警等
  第二章 气流组织方式
  空调的气流组织方式一般分为两种:上送风和下送风。
  下送风形式的气流从空调机的底部送出,在机房地板下流动,比较容易分布到房间的各个角落。通过 活动地板开口进入机房内冷却设备,并从空调机的上部回风。这种送风方式是绝大部分机房所采用的气流组织方式。
  上送风形式分为上送风、正面回风、上送风、背部回风和上送风、底部回风三种方式。
  第三章 机房专用精密空调机选型指南
  3.1 估算空调机的制冷量,选定设备型号时通常要考虑以下主要因素
  3.1.1 机房内设备发热量
  3.1.2 机房面积
  3.1.3 机房条件(包括层高,密封,装修,室外机安装位置等)
  3.1.4 当地气候条件
  3.1.5 型号规格圆整统一
  3.2 程控交换机房
  按交换机“门”或“线”数概算:2.4~3.5kcal/h?门或线
  按交换机房“面积”校核:165~222w/m2[150~200kcal/h?m2]
  *.交换机散热量随话务量的增减而变化,但其变化量不大;
  *.在室外环境温度特别高的地区如50℃,可按每100m2约8.2kw考虑机房本身的散热 量;其它气候条件则无须考虑。
  3.3 计算机房
  3.3.1 按单位面积估算冷量:
  中国 机房在单层建筑内 290~350w/m2 [250~300kcal/h?m2]
  机房在多层建筑内 175~290w/m2 [150~250kcal/h?m2]
  前苏联 450~565w/m2 [390~485kcal/h?m2]
  美国 350~405w/m2 [300~350kcal/h?m2]
  日本 407~525w/m2 [350~450kcal/h?m2]
  备注:1、随着计算机集成电路、超大规模集成电路及芯片技术的发展,计算机体积越来越小,散热 量也较以前大为降低,相应地估算指标也需要作一定的调整;但随着网络技术的发展,要求计算机的可靠性更高,运行速度更快,相应地散热量又有所增加,因此, 冷量的估算应当结合实际情况综合考虑。
  2、对于绝大多数机房(设备发热量一般),在无法准确计算机房内的设备发热量的情况下,在进行 精密空调选型时可直接按照290~350w/m2即0.29-0.35KW/m2(等同于250~300kcal/h?m2)的标准进行设计,而为了安全 起见,大多数情况下都按照0.35KW/m2(即300kcal/h?m2)的标准进行设计。
  3.3.2 按计算机房内设备的散热量估算冷量:
  在国外有的公司往往以整套计算机设备安装电功率进行计算,在国内还应乘以一定值的系数
  ① 主机设备的散热量 Q=1000NK
  Q──散热量 w
  N──主机设备安装功率 kw
  K──总系数,国产设备取0.4~0.5;进口设备取0.6~0.8
  ② 外部设备的散热量 Q=1000NK
  Q──散热量 w
  N──外部设备安装功率 kw
  K──总系数,国产设备取0.2~0.3;进口设备取0.5
  3.3.3 照明灯具散热量 Q=1000n1n2n3N
  3.3.4 人体散热量和散湿量 Q=nq W=nw
  备注:
  1. 由于实际选型时往往按空调机的系列型号规格向上取整,这样就留有一定的安全系数,因此3,4项的散热量可以忽略不计;
  2. 其它电讯机房的选型可参照计算机房的参数进行。
  3.4 机房精密空调系统新风量
  按下述三项中取其中的最大一项:
  3.4.1 按机房人员取40m3/h?p
  3.4.2 维持机房室内正压所需的风量
  3.4.3 取机房空调总风量的5%
  地板送风口风速:1.5~2.0m/s
  地板送风口总开孔面积占地板面积的0.6%
  3.5 常用热功单位换算
  3.5.1 压力换算
  1巴(bar)≈1公斤力/厘米2(at)≈1标准大气压(atm)≈105帕斯卡(pa)
  3.5.2 冷量换算
  1匹(PS)=2500大卡(kcal/h)
  1千瓦(kw)=860大卡(kcal/h)
  1匹(PS)=2.9千瓦(kw)
  1冷吨=3024大卡(kcal/h)
  1BTU/h=0.2519大卡(kcal/h)
  备注:以上数据均来源于国内外各种设计手册、技术标准和统计报告,并经本公司多年的销售选型经 验检验、认可。
  第四章 机房专用精密空调机的适用条件
  4.1 机房内设备有明确的工艺参数要求
  如温度22±1℃,湿度60±5%
  4.2 机房内设备特别重要时,必须有良好的机房环境保证其安全可靠的运行
  4.3 机房内设备的价格远远高于专用精密空调机的价格时
  机房设备的价格 ≥15时,建议采用机房专用精密空调机
  专用空调机价格
  4.4 机房专用精密空调机的适用场所
  4.4.1 通信行业
  中国电信: 长途/市话程控交换机房、计费中心计算机房、数据局计算机房、卫星通信中心机房、地面站中心机房
  中国移动: 移动程控交换机房、计费中心计算机房、移动通信基站
  中国联通: 长途/市话程控交换机房、计费中心计算机房、数据局计算机房移动程控交换机房、计费中心计算机房、移动通信基站
  中国网通: 骨干网络机房、城域网机房、网络计费中心计算机房
  中国邮政: 绿卡工程、综合网工程计算机机房
  4.4.2 银行\证券\保险公司
  各商业银行大区域信息中心计算机房、省级计算中心机房、地市级计算中心机房
  股票\证券所交易中心计算机房、保险公司结算中心计算机房
  4.4.3 医院
  核磁共振室、贵重仪器室
  4.4.4 其它行业
  民航、电力、石油、海关、铁路、军队、税务、高速公路、公安、高等院校等的通信中心机房和计算 中心机房
  4.4.5 大企业
  航空航天、设计院、汽车制造厂、飞机制造厂、造船厂、铁道机车厂、炼油厂/化工厂、钢铁公司总 控制中心机房、通信中心机房、计算机中心机房
  4.4.6 跨国公司
  摩托罗拉、爱立信、西门子、北方电信、朗讯科技、宝洁、IBM、HP、SUN、DEC康柏、戴 尔电脑等跨国公司中国总部和生产基地的计算机中心机房
  4.4.7 政府机构\共用事业
  国务院各大部委计算机信息中心、各省/市/区级人民政府信息决策中心计算机房、自来水/煤气公 司计算机调度中心机房、地铁控制中心机房、电力调度中心机房、核电站、日报社/新闻出版机构计算机房
  4.4.8 特殊用途
  精密贵重设备间、博物馆文物仓库、图书馆、档案馆、印钞厂、大型造纸厂检验室、实验室、有温湿 度要求的其它场所
  第五章 机房专用精密空调机的安装条件
  5.1 设备搬运就位条件
  电梯(货梯)尺寸和载重,楼梯楼道,设备间通道、标准门需要吊运机组时,如果可能应连同包装箱 一起吊运,确保机箱不受损坏设备就位应使用滚轴或滑块,不允许使用撬杠,防止局部受力损坏设备
  5.2 室内外机的放置
  设备应固定在稳定而平整的基础或支架上,该基础或支架必须保证水平室外机应放置在通风、避光、 散热良好,周围无障碍物处
  5.3 安装工艺要求
  室内外机垂直位差≤22m,管道水平距离≤40m,若位差过大,则应每隔6m设置存油弯,增大 管径以减少阻力
  5.4 供水、排水、供电
  供水管、排水管规格,供电电缆规格按技术规范,引到实际安装位置处
  5.5 安装维护专用工具
  压力表,真空泵,割刀,扩管器,焊接工具(氧气、乙炔、氮气瓶)等
  5.6 安装维护常用工具
  扳手,螺丝刀,万用表,电流表等
  附件一:名词解释
  1、显热与潜热显热:物体在加热或冷却过程中,温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放 出的热量,称为“显热”。它能使人们有明显的冷热变化感觉,通常可用温度计测量出来。(如将水从20℃的升高到80℃所吸收到的热量,就叫显热。潜热:物 质发生相变(物态变化),在温度不发生变化时吸收或放出的热量叫作“潜热”。物质由低能状态转变为高能状态时吸收潜热,反之则放出潜热。例如,液体沸腾时 吸收的潜热一部分用来克服分子间的引力,另一部分用来在膨胀过程中反抗大气压强做功。熔解热、汽化热、升华热都是潜热。潜热的量值常常用每单位质量的物质 或用每摩尔物质在相变时所吸收或放出的热量来表示。
  2、显热比(SHR)
  热负荷分为两部分:显热和潜热。显热的消除或增加会导致干球温度计的温度发生相应变化。潜热与 空气湿度的增加或减少有关。空调系统的总制冷量为调节处理潜热和显热能力的总和。显热比为显冷量在总制冷量中所占的比例。即显热比(SHR)=显冷量/总 制冷量
  3、能效比(EER/COP)
  空调好不好,关键看"能效"。现在空调市场上"能效比"呼声高涨,那么,什么是空调的"能效 比"?能效比就是一台空调用一千瓦的电能产生多少千瓦的制冷/热量。分为制冷能效比EER和制热能效比COP。
  例如,一台空调的制冷量是4800W,制冷功率是1860W,制冷能效比(EER) 是:4800/1860≈2.6;制热量5500W,制热功率是1800W,制热能效比COP(辅助加热不开)是:5500/1800≈3.1。显然,能 效比越大,空调效率就越高,空调也就越省电。从学术上说,能效比是一个相对值,它随空调运行的具体条件而变化。一般地说,环境温度越高,空调的能效比就越 低。但从产品标准上说,能效比又是一个绝对值。
  据了解,目前,我国市场上空调平均能效比较低,仅为2.6。中国空调去年产量3165万台,已 占全球总产量的50%以上。据估计,去年全球所销售的空调,能效比低于2.8的约4000万台中有3 000万台以上是中国生产的。国内市场上销售的空调,平均每销售100台,仅有3台能效比可以达到3.0。美国现行的空调能效标准颁发于2000年。根据 该标准,输出功率介于2300W到4100W,即小1匹到1.5匹的空调,能效比达2.8即为合格品;能效比达3.2即达到能源之星标准;而能效比低于 2.8,不准在美国市场销售。欧洲的能效标准,空调能效水平分为A、B、C、D、E、F、G共7个级别。其中A级最高,能效比为3. 2以上;D级居中,介于2.8~2.6之间;E 级以下属于低能效空调。目前我国绝大多数空调处于欧洲E级水平。而在日本国内的空调器的能效比现在一般都在4.0~5.0左右。
  目前,我国家用空调年耗电量已逾400亿千瓦时,即使只将现有空调的能效比提高10%,全国每 年至少也可节省37亿千瓦时的电量,相当于一个中等省份城镇居民全年的用电量。提高空调能效比的任务迫在眉睫。即将出台的空调能效国家标准,空调将按能效 等级分为五级,一级为最高标准,能效指标3.4,五级为最低标准,能效指标2.6。以1.5匹壁挂式空调为例,其每小时最高耗电量不能超过1.35千瓦 时,否则将不允许上市。在这种情势下,空调行业将面临洗牌。
  简单归纳如下:
  (1) 空调器的能效比,就是名义制冷量(制热量)与运行功率之比,即EER和COP。
  (2)EER是空调器的制冷性能系数,也称能效比,表示空调器的单位功率制冷量。
  (3)COP是空调器的制热性能系数,表示空调器的单位功率制热量。
  (4)数学表达式为:EER=制冷量/制冷消耗功率;COP=制热量/制热消耗功率
  (5)EER和COP越高,空调器能耗越小,性能比越高。
  4、风量与焓差
  风量指室内机送风量,焓差指经过室内机蒸发器前后的空气焓值的差。
  机房精密空调与一般的舒适性空调相比的一个最大特点是:大风量小焓差。
  一般情况下,表冷器处理空气的焓差大,也就是送回风温差增大,即出风温度越低,对于要求温湿度 精度比较高的房间,送回风温差过大,会导致温湿度控制精度的下降。在空气湿度比较大的环境,送风温度若低于空气露点,易使送风带雾(空气中水汽凝结)这些 都是不利影响。当然焓差增大也有利于减少系统的风机、表冷器配置,节约设备投资和运行费用。
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