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浅谈机房空调系统负荷计算和气流组织
时间:2010-07-22       分享:

 

浅谈机房空调系统负荷计算和气流组织
文/河北省电子产品监督检验院 王新月

     电子信息系统机房与其他功能用房共建于统一建筑内时,应设立独立空调系统其因:1.因为机房环境要求与其他功能用房的环境要求不同;2.空调运行时间不同;3.避免建筑物内其他部分发生事故(如火灾)时影响机房安全。
     通常情况下,主机房的空调参数较高,而支持区和辅助区的空调参数较低,根据不同的空调参数,可分别设置不同的空调系统。但是否将主机房、支持区和辅助区的空调系统分开设置,还应根据机房规模大小、各房间所处位置、气流组织形式等综合考虑。
一、负荷计算
     机房空调系统的冷负荷主要是服务器等电子信息设备的散热。电子信息设备发热量大(耗电量的97%都转化为热量),热密度高,因此电子信息系统机房的空调设计主要考虑夏季冷负荷。
     机房空调系统夏季冷负荷应包括:机房内设备的散热、建筑围护结构得热、通过外窗进入的太阳辐射热、人体散热、照明装置散热、新风负荷、伴随各种散湿过程产生的潜热。1. 机房内设备的散热
a. 外部设备发热量计算
Q=860N¢(Kcal/h)式中,
N:用电量(KW); 
¢:同时使用系数(0.2~0.5); 
860:功的热当量,即lkW电能全部转化为热能所产生的热量。
b. 主机发热量计算 
Q=860P×h1×h2×h3式中,
P:总功率(KW);
h1:同时使用系数;
h2:利用系数; 
h3:负荷工作均匀系数。
      机房内各种设备的总功率,应以机房内设备的最大功耗为准,但这些功耗并未全部转换成热量,因此,必须用以上三种系数来修正,这些系数又与计算机的系统结构、功能、用途、工作状态及所用电子元件有关。总系数一般取0.6~0.8之间为好。
2.围护结构的传导热
      通过机房屋顶、墙壁、隔断等围护结构进入机房的传导热是一个与季节、时间、地理位置和太阳的照射角度等有关的量。因此,要准确地求出这样的量是很复杂
的问题。
      当室内外空气温度保持一定的稳定状态时,由平面形状墙壁传入机房的热量可按下式计算:
Q=KF(t1-t2)Kcal/h式中,
K:围护结构的导热系数(Kcal/m2h℃);
F:围护结构面积(m2); 
t1:机房内温度(℃);
t2:机房外的计算温度(℃)。 
当计算不与室外空气直接接触的围护结构如隔断等时,室内外计算温度差应乘以修正系数,其值通常取
0.4~0.7。常用材料导热系数如下表所示:


3. 从玻璃透入的太阳辐射热 
      当玻璃受阳光照射时,一部分被反射、一部分被玻璃吸收,剩下透过玻璃射入机房转化为热。被玻璃吸收的热使玻璃温度升高,其中一部分通过对流进入机房也成为热负荷。
透过玻璃进入室内的热量可按下式计算:
Q=KFq(kcal/h)式中, 
K:太阳辐射热的透入系数;
F:玻璃窗的面积(m2); 
q : 透过玻璃窗进入的太阳辐射热强度( k c a l/ m 2 h ) 。透入系数K 值取决于窗户的种类, 通常取0.36~0.4。 
      太阳辐射热强度q随纬度、季节和时间而不同,又随太阳照射角度而变化。具体数值应参考当地气象资料。
4. 人体发热量
      人体内的热是通过皮肤和呼吸器官放出来的,这种热因含有水蒸汽,其热负荷应是显热和潜热负荷之和。人体发出的热随工作状态而异。机房中工作人员可按轻体力工作理。当室温为24℃时,其显热负荷为56cal,潜热负荷为46cal;当室温为21℃时,其显热负荷为65cal,潜热负荷为37ca1。在两种情况下,其总热负荷均为102cal。 
5.照明设备热负荷计算 
      机房照明设备的耗电量,一部分变成光,一部分变成热。变成光的部分也因被建筑物和设备等所吸收而变成热。照明设备的热负荷计算如下:
Q=CP kcal/h式中,P:照明设备的标称额定输出功率(W);
C:每输出lW的热量(kcal/h.W),通常自炽灯为0.86,日光灯为1.0。
6. 新风负荷
      为了给在计算机房内工作人员不断补充新鲜空气,以及用换气来维持机房的正压,需要通过空调设备的新风口向机房送入室外的新鲜空气,这些新鲜空气也将成为热负荷。通过门、窗缝隙和开关而侵入的室外空气量,随机房的密封程度,人的出入次数和室外的风速而改变。这种热负荷通常都很小,如需要,可将其拆算为房间的换气量来确定热负荷。
      机房热负荷应由上述各项热负荷之和确定后,可以初步确定对空调机制冷能力的要求。


二、气流组织
      气流组织形式选用的原则是:有利于电子信息设备的散热,建筑条件能够满足设备安装要求。影响气流组织形式的因素还有建筑条件。包括高层、面积、室外机的安装条件等。因此,气流组织形式应根据设备对空调系统的要求,结合建筑条件综合考虑。
      机房空调系统常用的气流组织一种是上送下回气流组织,另一种是下送上回气流组织,较少用到侧送下回。气流组织的选用和机房空调送风量有关,也关系到机房内的机柜冷却效果。
      上送下回的气流组织,送风经顶棚上的空调风口往下送冷空气,通过设备自带的风机进入设备,工作区空气流速小且均匀,人有良好的舒适感,但大多数机柜的进风口设在机柜的底下侧,排风口设在机柜的顶上,顶棚风口送下的冷空气与机柜顶上排出的热空气逆向混合,导致进入机柜的空气温度偏高,机柜内往往得不到良好的冷却效果。
      下送上回的气流组织,地板下空间常被空调用作送风的通道。空气经过地板上的风口进入机房机柜,把机房空调与机柜的设备冷却合二为一,送出的低温空气只在瞬间与机房内的热空气混合即进入机柜,有效地提高了机柜的冷却效果,同时也减少了送入的洁净空气与机房内含有悬浮尘埃空气相混合的污染,提高了机柜内的空气洁净度,机柜内的热空气通过机房顶棚上的风口送到空调装置重新循环。
      因此,中大型的计算机机房内采用机房专用空调,一般均采用下送上回的气流组织形式,除了可以减少机柜对气流的影响,机柜冷却效果好之外,活动地板下和顶棚内可兼做送风静压箱和回风静压箱,机房内设备更新或增减时,还可以方便地根据需要改变地板风口的位置及数量。
      为了保证机房内操作人员身体健康,在有人操作的机房内,送风气流不宜直对工作人员。

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