机房专用空调培训教材.doc

机房专用空调培训教材

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空调机是在近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。而使用通用的恒温恒湿空调机，虽然可以获得比较稳定的适宜环境，但是运行费用偏高，同时也存在也存在安全性、可靠性以及操作方面的一系列的不足。为了适应通信事业的发展，针对机房空调环境的特点，JOTON公司成功地开发了一系列独具特色，品质卓越的机房专用空调机。
机房专用空调机，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，舒适性空调机以及常规的恒温恒湿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
      针对机房空调系统高可靠性的要求，机房专用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，比机房专用空调相差3倍。

1.9 机房专用空调机与舒适性空调机的区别
表1-1    机房专用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。图2-1是将下送风形式的专用空调机直接设置在机房内的下送上回的气流组织方式。
      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。如图2-2所示。

图2-1  下送上回

图2-2  机房气流组织示意图

第三章   机房专用空调机选型指南

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空调机的价格时
机房设备的价格
≥15时，建议采用机房专用空调机
专用空调机价格
 4.4 机房专用空调机的适用场所
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。