試談機房專(zhuān)用空調與舒適性空調在機房應用上的性能差異

試談機房專(zhuān)用空調與舒適性空調在機房應用上的性能差異

　　摘要：針對通信機房對工作環(huán)境要求的特點(diǎn)，從空調設備的技術(shù)特性，使用可靠性，應用效能等方面進(jìn)行分析比較，指出機房專(zhuān)用空調與舒適性空調在應用上存在較大的差異性，提出正確合理配置空調機組的重要性，并闡明了機房專(zhuān)用空調在通信機房建設中更具有重要的應用價(jià)值。

　　一、引言

　　當前通信機房有兩種配置：一是使用多臺舒適性空調，同時(shí)安裝加濕器；二是采用機房專(zhuān)用空調。目的都是為了及時(shí)排出計算機或通信設備所散發(fā)的熱量，維持機房?jì)鹊暮銣?、恒濕狀態(tài)，將經(jīng)過(guò)空調機組處理過(guò)的新鮮冷空氣送往通信設備，并保證機房的空氣潔凈度達到要求，使通信設備及工作人員具備正常的符合要求的工作環(huán)境。但是實(shí)際使用中，這兩種空調機組在應用上，顯示出了一定的差異性。以下僅從機房特點(diǎn)、產(chǎn)品技術(shù)和應用效果等方面對兩種空調設備進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和比較。

　　二、通信機房配置和使用空調的現狀

　　目前許多電信企業(yè)在通信機房的環(huán)境配置上存在兩種情況：一是在大容量、重要的程控交換機房，采用的多是機房專(zhuān)用空調，配置容量充裕；而在容量較小的交換機房、傳輸機房、模塊局、接入網(wǎng)等局站，多采用老式配置，即使用常見(jiàn)的舒適性空調。

　　該種空調屬辦公場(chǎng)所及一般場(chǎng)所使用，有一定的工作時(shí)間，主要起調節空氣溫度的作用，而且部分能量用作了保濕，濕環(huán)境更加干燥，這顯然是達不到通信機房要求恒溫恒濕、持續工作的要求。

　　這種老式配置，弊端有二：一是舒適性空調連續工作，容易損壞、故障多、壽命短；二是通信設備得不到符合要求的恒溫恒濕工作環(huán)境，電子元器件及絕緣容易老化，工作不穩定，通信設備容易損壞或不能正常工作，通信網(wǎng)絡(luò )容易造成癱瘓，通信安全得不到保障，這種情況是十分危險的，在全程全網(wǎng)的通信領(lǐng)域也是不能允許的。

　　三、通信機房的環(huán)境特點(diǎn)及要求

　　1、通信設備散熱特點(diǎn)及對環(huán)境的要求

　?。?）通信機房?jì)雀鞣N類(lèi)型的電子設備，除少數部分由機械傳動(dòng)裝置外，約80%以上都是由高密度的集成電路及電子組件、部分和聯(lián)結線(xiàn)路組成。內部電子元器件主要采用IC、LSI等半導體組成，密集電路中的電流會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)，隨著(zhù)電子和計算機技術(shù)及工藝水平的高速發(fā)展，功能越來(lái)越強的電子設備，其運行速度也就越快，而機柜的體積又日益趨向小型化，這樣就造成設備內的電子原件異常密集，設備的散熱量很大且異常集中，所以通信機房?jì)葻崦芏冗h大于一般辦公環(huán)境，這就要求通信機房的空調機組無(wú)論是炎熱的夏天還是寒冷的冬季都必須能夠持續、穩定地降溫或加溫運行。

　?。?）由于較大的穩定變化率，即在單位時(shí)間內空氣的溫度變化較大，會(huì )使電子元器件產(chǎn)生內應力，加速電子元器件及其他材料的機械損傷和電氣參數的變化，影響到通信設備或計算機網(wǎng)絡(luò )工作的穩定性，所有進(jìn)、出設備的空氣溫差應該越小越好，因此要求機房?jì)鹊目照{系統送、回溫差要小，送風(fēng)量要大。

　?。?）由于機房通信設備的95％是顯濕，如不及時(shí)排出散熱，就會(huì )使電子組件自身和周?chē)h(huán)境溫度逐步升高，電子組件長(cháng)期處于高溫狀態(tài)，會(huì )導致電力工作不正常，造成使用壽命縮短，嚴重時(shí)該組件會(huì )被燒毀；另外，為保證電路工作絕緣安全，通信機房?jì)热魏吻闆r下均不得出現結露狀態(tài)，因此，機房空調制冷系統必須具有高顯熱比特性，而且送風(fēng)溫度要高，保證進(jìn)端設備不出現結露現象。

　?。?）有數據表明，相對濕度為20％時(shí)，靜電壓為1000V，相對濕度為5％時(shí)，靜電壓可高達2000V，足以造成對電子設備的運行故障。為防止機房?jì)扔捎谶^(guò)于干燥，而產(chǎn)生對通信設備極為有害的靜電，這就要求空調機組必須對室內空氣進(jìn)行加濕，使機房?jì)鹊南鄬囟缺３衷?0-70％RH。對于新疆典型干燥的大陸性氣候來(lái)說(shuō)，通信機房在冬季尤其需要加濕。

　　2、空調維護規程對機房溫度、濕度的要求

　　中國電信集團公司頒發(fā)的電源、空調維護規程對各種機房的溫度、濕度指標都作了明確規定。作為通信企業(yè)的建設和運行維護部門(mén)，就應針對“維護規程”規定不同要求在通信機房配置合適的空調設備，嚴格制定科學(xué)合理的運行參數，加強檢測和巡檢，給機房提供適宜和符合要求的工作環(huán)境，保證通信設備和通信網(wǎng)絡(luò )系統安全、可靠、正常運行。

　　四、機房專(zhuān)用空調于舒適性空調技術(shù)的特性差別

　　1.技術(shù)參數

　　一般來(lái)說(shuō)，機房專(zhuān)用空調是為保證機房?jì)鹊母鞣N計算機或通信設備能工作在恒定的溫度和濕度及潔凈的環(huán)境中而設計的精密空調設備。舒適性空調主要針對辦公室及生活環(huán)境，對象是人，保證人的舒適度。根據上面我們對通信機房工作條件的分析，可以看出，通信機房?jì)鹊臏貪穸群鸵话戕k公、生活環(huán)境要求也有很大不同，因此兩種空調設備在技術(shù)參數上也有很大的區別，性能也有所不同。

　　從比較可以看出機房專(zhuān)用空調和舒適性空調特性主要區別在于兩者的顯熱比、焓差、蒸發(fā)溫度等參數不同，性能及功能也有明顯區別，最大區別是一個(gè)能連續工作和恒溫加濕，一個(gè)只能階段性工作，不能加濕。

　　2、對關(guān)鍵技術(shù)參數的進(jìn)一步分析比較

　?。?）風(fēng)量和進(jìn)出風(fēng)溫差

　　出風(fēng)口溫度隨風(fēng)量的增加而提高，以減少進(jìn)、出風(fēng)之間的溫差。根據公式Q＝PV×（h1－h(huán)2），其中Q為空調吸收的制冷量，P為濕空氣的密度，設為常數，V為空調的風(fēng)量，h1為回風(fēng)的焓值，h2為出風(fēng)的焓值）。當冷量Q固定時(shí)，風(fēng)量V越大，h1－h(huán)2差值就越小，即大風(fēng)量小焓值。由于濕空氣焓h＝（1.01＋1.84d）t+2500d,（其中d為濕空氣的含濕量）。如果空調未除濕，即含濕量d不變，那么進(jìn)出風(fēng)的溫差與焓差（h1-h2）近似正比，所以隨風(fēng)量V的增大，進(jìn)出風(fēng)溫差減小，由于回風(fēng)溫度為定值，故出風(fēng)口溫度會(huì )隨空調風(fēng)量的增加而提高。

　?。?）除濕量與顯熱比

　　查濕空氣含濕圖（大氣壓＝1013.25mbra）可得出空氣狀態(tài)參數。

　　由于機房專(zhuān)用空調風(fēng)量大，結構設計的蒸發(fā)盤(pán)管面積大，只是實(shí)現高顯熱比的重要途徑。通過(guò)表二和表三的對比可以看到，如機房專(zhuān)用空調的出風(fēng)溫度為13-15℃是，高于22-24℃/50%環(huán)境下的露點(diǎn)溫度值（11.2-13.2℃）。在此情況下，機房專(zhuān)用空調除濕量很小，基本無(wú)除濕功能，顯熱比在95％以上。

　　而舒適性空調在室內溫度為22-24℃運行時(shí)，出風(fēng)溫度為9-11℃，其出風(fēng)溫度明顯低于24℃/50%環(huán)境條件下的露點(diǎn)溫度值（13.2℃），很容易引起除濕。一方面，除濕消耗了部分冷量，同時(shí)，長(cháng)期除濕會(huì )造成室內溫度過(guò)低，對通信設備不利，另外，加濕器要投入工作，能量消耗也要增加。由此看出，舒適性空調對機房高顯熱負荷是不適宜的。

　?。?）機房專(zhuān)用空調在大風(fēng)量、高出風(fēng)溫度、高顯熱比方面有明顯的優(yōu)勢

　　空調大風(fēng)量可以提供每小時(shí)幾十次的空氣循環(huán)次數，使機房?jì)葴囟葓?chǎng)均勻，避免局部溫度過(guò)熱，同時(shí)由于空氣過(guò)濾器對機房?jì)瓤諝獾倪^(guò)濾作用，保證了機房環(huán)境的潔凈度，較高的出風(fēng)溫度可以避免出風(fēng)時(shí)攜帶霧滴和過(guò)度除濕，而對近端設備造成影響。

　　高顯熱比可以降低空調的運行費用，即空調提供的冷量全部用在降低機房的溫度上，而不是用作空氣除濕的無(wú)用功。同時(shí)可以穩定機房的濕度，防止過(guò)度除濕又加濕情況的出現，避免能源的浪費。

　　3、溫濕度的控制功能

　?。?）舒適性空調在技術(shù)上采用的是比例控制法，易造成溫度的波動(dòng)，控制精度低，當某些機房?jì)鹊臏囟容^低時(shí)，舒適性空調需人工改變空調的工作模式，否則，機房?jì)染蜁?huì )達不到規定的溫度。而機房專(zhuān)用空調采用的是PID（比例、微分、積分）回路控制法，控制精度高，能自動(dòng)使機房保持恒溫。

　?。?）舒適性空調只能在制冷的同時(shí)除濕，不能加濕。在除濕的同時(shí)又無(wú)法對溫度進(jìn)行控制。由于加濕器和舒適性空調是各自獨立的設備，所以無(wú)法很好的協(xié)調，對濕度控制精度差，必然形成空調機除濕，加濕器又加濕的能源浪費現象。機房專(zhuān)用空調本身配有加濕裝置，不但能加濕，而且在加濕的同時(shí)控制機房溫度的恒定，保證溫度和濕度的統一穩定。

　?。?）機房空調系統的送風(fēng)有下送風(fēng)上回風(fēng)、上送風(fēng)下回風(fēng)等多種方式。因機房許多設備的散熱要求是直接從設備底部送風(fēng)散熱，空調可以利用防靜電地板下的空間，作為靜電箱向設備機柜底部直接送風(fēng)，自頂部回風(fēng)。這種循環(huán)方式與熱空氣上升的自然規律相吻合，形成順流，在機房的工作區可以形成比較穩定的工作環(huán)境。同時(shí)冷空氣對敷設在防靜電地板下的電纜也起到了很好的散熱作用，而舒適性空調送風(fēng)方式比較單一，只有上送下回方式，不能很好的滿(mǎn)足通信設備的要求。

　?。?）機房專(zhuān)用空調的主要服務(wù)對象是機房設備，所以一般采用大風(fēng)量小焓差。大風(fēng)量主要有利于機房溫度場(chǎng)的分布，防止局部過(guò)熱情況的出現，以保證精確的溫濕度控制，而舒適性空調在這方面是無(wú)法做到的。

　　4、空氣過(guò)濾器

　　機房專(zhuān)用空調機選用中效過(guò)濾器，在一些引進(jìn)的國外特殊型機組中，在結構設計上預留了亞高效過(guò)濾器或高效過(guò)濾器的安裝位置，可根據需求選用（如凈化手術(shù)室等場(chǎng)地均選用亞高效過(guò)濾器），以防止蒸發(fā)器結灰并提高房間的潔凈度，當機組過(guò)濾器進(jìn)出口風(fēng)壓差超過(guò)一定值時(shí)，過(guò)濾器堵塞開(kāi)關(guān)自動(dòng)動(dòng)作，提示操作人員清掃或更換過(guò)濾器。

　　而舒適性空調一般只配有初效過(guò)濾器，過(guò)濾效果差，維護清潔周期由人工掌握。如果需要提高空氣過(guò)濾效率，對空調機進(jìn)行改裝，還需增加風(fēng)機、加大風(fēng)壓，避免原空調機因安裝了中效或亞高效過(guò)濾器而使送風(fēng)能力大幅度下降。

　　五、應用及可靠性的比較

　　1、控制系統

　　機房專(zhuān)用空調的控制系統功能比舒適性空調要完善的多，機房專(zhuān)用空調都配有后備機組或后備控制單元，微機控制系統能自動(dòng)對主機組運行狀態(tài)進(jìn)行檢測診斷，及時(shí)對出現或將要出現的故障發(fā)出警報，自動(dòng)用后備機組或后備控制單元切換故障機組或故障單元。

　　機房專(zhuān)用空調機的控制器還具有較完善的管理功能，它能把同一區域內的各機組分別在不同的時(shí)間內作為運行機組和后備機組。即當某臺運行主機組發(fā)生故障時(shí)，能把該機組的負荷自動(dòng)地切換到后備機組上。

　　正常情況下，每臺機組可按一定的時(shí)間輪流作為運行機組和后備機組，從而均衡各機組的運行時(shí)間，有利于提高空調機組的使用壽命和運行可靠性，而舒適性空調機則無(wú)此項功能，因而工作可靠性較低。

　　2、設備機組

　　機房專(zhuān)用空調和舒適性空調所選用的零部件有明顯不同，機房專(zhuān)用空調機采用的是高可靠性部件和高質(zhì)量工藝，這就保證了機房專(zhuān)用空調設備工作運行故障率低可靠性高，這對通信機房是極其重要的。

　　3、同環(huán)境條件下的應用差異

　　如果把舒適性空調機應用于計算機或通信機房時(shí)，由于機房要求其工作點(diǎn)為23±2℃，而舒適性空調機設計工作點(diǎn)一般為27℃，濕度50％，室外溫度35℃，所以造成其蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度下降，對給定的壓縮機而言，隨著(zhù)蒸發(fā)溫度的下降，制冷量將迅速下降，機組的時(shí)間供冷能力會(huì )大大低于其標稱(chēng)值。

　　此外，當運行工作點(diǎn)偏離設計工作點(diǎn)時(shí)，由于舒適性空調機的節流部件使用的是毛細管，而不是膨脹閥，無(wú)法自動(dòng)調節制冷系統的壓力和制冷劑的流量，從而影響機組整體的匹配狀態(tài)，不利于機組性能的充分發(fā)揮和高效率運行，在偏離最佳設計工作點(diǎn)運行時(shí)蒸發(fā)溫度和壓力降低，對空調的工作效率和使用壽命均有較大的影響。

　　而機房專(zhuān)用空調機在產(chǎn)品設計出廠(chǎng)時(shí)，已把運行工作點(diǎn)定為設計工作點(diǎn)，因而機組始終處于最佳運行狀態(tài)，這就從根本上避免了以上問(wèn)題。

　?。?）冬季制冷特點(diǎn)

　　通信機房要求空調設備能全年制冷運行。舒適性空調在設計上只是在夏季發(fā)揮降溫功能，室外溫度在-5℃以下時(shí)，即無(wú)法進(jìn)行正常制冷。因夏季室外環(huán)境溫度較高，舒適性空調可以正常制冷運行，隨著(zhù)冬季室外溫度的下降，冷凝壓力降低，蒸發(fā)壓力也隨之下降，蒸發(fā)溫度低，產(chǎn)生蒸發(fā)器低溫保護，同時(shí)空氣處理時(shí)過(guò)度除濕，蒸發(fā)器容易結霜，導致空調機組不能正常工作，而且制冷劑循環(huán)量減少，制冷量下降。通信機房的特點(diǎn)是設備多，排列密集，發(fā)熱量大，要求空調機即使在冬季也要制冷降溫，因而舒適性空調在冬季不能適應通信機房的要求。

　　機房專(zhuān)用空調采用可調速冷凝風(fēng)扇或加裝冷凝壓力調節閥等方法，來(lái)保持制冷系統的冷凝壓力，適應各種室外溫度變化的要求，能在-15℃至＋44℃條件下保證空調24小時(shí)連續正常工作，采用乙二醇作制冷劑的空調機組，可在室外氣溫降到-45℃時(shí)，仍能正常工作。

　?。?）機組的故障率及壽命

　　機房專(zhuān)用空調設備的可靠性高，平均無(wú)故障率MTBF一般都在10萬(wàn)小時(shí)以上，設計壽命可達到10年。舒適性空調一般設計壽命為5-8年，每年只允許運行6-7個(gè)月，按每天平均運行10小時(shí)計算，即一年只能運行2000小時(shí)左右，而且長(cháng)期不在其最佳工作點(diǎn)運行，對其壽命也有極不利的影響。

　?。?）節能及建議

　　由于程控交換機房?jì)鹊臒嶝摵煞峙渑c普通辦公及生活場(chǎng)所不同，如將舒適性空調用于高顯熱負荷的程控交換機房就會(huì )造成很大的能源和投資浪費。

　　如一臺總制冷量為3萬(wàn)大卡的舒適性空調，由于其顯熱比為0.6，則其顯冷量為1.8萬(wàn)大卡，潛冷量為1.2萬(wàn)大卡。

　　同樣一臺總制冷量為3萬(wàn)大卡的機房專(zhuān)用空調，由于其顯熱比高達0.9，則總制冷量為2.7萬(wàn)大卡，潛冷量為0.3萬(wàn)大卡。

　　如將兩臺空調同樣用于需制冷量為3萬(wàn)大卡的程控交換機房?jì)?，由于室內的熱負荷分配?.9，即顯熱負荷設備發(fā)熱量為2.7萬(wàn)大卡，潛熱負荷為0.3萬(wàn)大卡，制冷量為3萬(wàn)大卡的機房專(zhuān)用空調則能完全滿(mǎn)足室內熱負荷的需求；而制冷量為3萬(wàn)大卡的舒適性空調所提供的顯冷量?jì)H為1.8萬(wàn)大卡，顯熱不能滿(mǎn)足室內的顯熱負荷要求。

　　其結果是溫度不能很快達到設計要求，空調壓縮機會(huì )增加工作時(shí)間。同時(shí)，相對濕度也會(huì )相應降低，增加了耗電量。為達到機房和設計要求，只有選大制冷量的空調機組才能滿(mǎn)足室內的顯熱負荷，按以上機房要求，舒適性空調需選用總制冷量為：2.7/0.6＝4.5萬(wàn)大卡方可滿(mǎn)足機房溫度要求，這就從依次建設投資上造成了浪費。

　　也可以從運行費用上對比兩種空調的用電量消耗。由此可見(jiàn)，如用在高顯熱負荷的程控交換機房?jì)?，舒適性空調比機房專(zhuān)用空調的運行費用高。

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