精密空调技术特点及其在机房的应用Word文档格式.docx
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附表18
附表29
1机房对空调系统的要求
根据国家标准《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008)规定,计算机机房的环境要求如下:
●保持温度恒定(A、B级机房23±
1℃,C级机房18~28℃);
●保持湿度恒定(A、B级机房40%~55%,C级机房35%~75%);
●每升空气中≥0.5μm的颗粒应少于18000个;
●换气次数>
30次/小时;
●机房与室外正压>
9.8Pa,无外窗时相对相邻房间正压>
4.9Pa;
●空调设备具备远程监控及来电自启动功能。
上述要求主要是从服务器等设备的工作环境需求出发来确定的,具体分类解释探讨如下:
1.1温度要求
温度是确保计算机正常运行的基础条件,对计算机设备电子元器件、绝缘材料以及记录介质都由较大的影响。
如对半导体元器件而言,室温在规定范围内每增加10℃,其可靠性就会降低约25%;
对电容器,其使用寿命将下降50%;
温度过高,印刷电路板的结构强度会减弱。
当环境温度过高时,芯片中非常容易出现电子漂移现象,服务器就有可能宕机甚至烧毁。
空调的冷风并非直接冷却计算机内部,而是需要几次间接冷却接力,因此,保持适当的环境温度对于设备的正常运行十分必要。
1.2相对湿度要求
相对湿度对计算机设备的影响也同样明显。
当相对湿度较高时,水蒸汽在电子元器件或电介质材料表面形成水膜,容易引起电子元器件之间形成通路;
当相对湿度过低时,容易产生较高的静电电压。
1.3机房洁净度和正压要求
在洁净度要求中,有两个方面的问题:
一是灰尘粒子不能导电、导磁且不能有腐蚀性;
另一个问题是粒子的浓度,<
0.5μm的灰尘粒子危害较小,因为越大的粒子越容易在线路板上堆积,浸水分后形成电桥,产生短路。
因此机房精密空调多采用亚高效的过滤器,能够对灰尘进行过滤。
机房灰尘的来源主要是室外空气,因此为防止室外空气携带来灰尘等颗粒,机房需要保持正压,以抵制外界空气从门缝等处无序进入。
1.4机房温度变化率与不结露要求
机房温度变化率应小于5℃/h,如果变化率太大,由于部分机架或设备的热惰性大,还处于较低的温度,遇到热空气可能会结露,后果非常严重。
如果温度是向下偏离,机架或设备将被过度冷却,一旦环境温度迅速回归标准值也将在机架或设备上产生凝露。
因此,控制机房内环境温度变化率,尽量使其保持恒温,对于机房保持稳定的环境温度和控制结露是非常有效的。
1.5机房内温度梯度控制要求
温度梯度即温度在机房内的分布情况。
精密空调的温度是取机房回风温度作为标准,忽略了温度在机房分布不均的实际情况。
由于机房内结构、布局、发热量不均等因素的影响,肯定存在死角,会出现局部温度过低或过高的情况。
温度梯度是无法完全消除的,经合理组织气流,使每个机架的送风量与实际发热量基本匹配,可将温度梯度控制在3℃以内,即温度最高点与最低点相差3℃以下。
1.6机房专用空调送风压力与送风距离的要求
空调出风压力对送风有决定性作用。
一般机房多呈长方形,无论空调是双侧布置在短边还是单侧布置在长边,送风距离都要求在10~15m。
对于上送侧回的送风方式,即使出口风压达到100Pa以上,都很难保证末端送风量;
对于下送上回的送风方式,空调出风压力要保证在75Pa以上,而且防静电地板的高度要在400mm以上,确保无线缆遮挡的情况下,可以保证10~15m处的送风。
2机房空调系统的特点
2.1设备散热量大且热密度集中
计算机设备目前的运算速度越来越快,体积越来越小,而服务器作为一种特殊类型的计算机,其运算能力更强,体积更小,散热也更大且集中。
单台1U的服务器可达400W的功率,单台2U的服务器可达600W,一个标准19英寸机架可以达到4kW以上,而独立的塔式服务器甚至可以达到8~10kW。
2.2设备散湿量很小
计算机设备虽然散热量大,但无散湿量。
机房内的湿量主要来自工作人员及渗入的室外空气,散湿量平均只有8~16g/m2h。
2.3空调送风焓差小
因为机房的高热量、小散湿量,所以精密空调在处理空气过程中以制冷为主,除湿为辅,空气处理过程可以近似为一个等湿降温过程。
考虑到设备的凝露问题,精密空调的送风温度较普通空调偏高,因此显热比很高,焓差明显小能效比也相对较高。
显热比是指显冷量与总冷量的比,即空调用于降温与除湿、降温冷量和的比值。
通常情况下,一台空调的总制冷量有两部分:
一部分用于降温,称为显热制冷量;
还有一部分用于除湿,称为潜热制冷量。
普通空调60%以上的制冷量用于降温,剩下不足40%的制冷量是在除湿。
普通空调为了保证低噪声、低风量、舒适度,当条件合适时,往往处于除湿的工作状态,夏季空气湿度大时特别明显。
精密空调的显热比一般在90%以上。
2.4空调送风量大
在小焓差的情况下,要消除设备的大热量,增大通风量是必然的。
大风量在有限空间内循环,换气次数明显大于普通空调。
在采用精密空调的机房中,一般的换气次数为30~60次/h,如此高的换气次数使得机房内的温度分布更趋于均匀。
2.5空调送风方式
送风方式直接关系空调的最终效果。
精密空调一般采用下送上回、上送侧回方式,普通空调一般采用上送下回方式(柜式空调)。
上送侧回方式比较适合发热量大约250W/m2的情况,当机房发热量超过500W/m2时,冷空气下沉效果很差,基本不适用。
当机房内平均耗电功率达到1kW/m2以上时,必须采用下送风方式的空调系统。
2.6空调高稳定性和高可靠性
空调设备的故障将直接影响机房的环境,进而影响服务器的正常工作。
机房建设时,选择空调会考虑n+1的冗余备份,但如果空调的故障率高还是会将余量备份消耗殆尽,因此要保证高可靠性。
3精密空调与普通空调的区别
3.1应用对象不同
精密空调是为机房设备提供恒温恒湿的运行环境的,而普通空调都是直接服务于人的,它们的设计理念和功能都完全不同,最大的区别在于:
精密空调是大风量、小焓差、高显热比;
普通空调刚好相反,是小风量、大焓差、低显热比。
普通空调不适合在机房使用的原因之一就是机房没有湿气来源,普通空调持续的除湿工作会导致机房湿度过低,使设备容易产生静电。
3.2风量不同
精密空调的风量很大,一般大于30次/h,即每两分钟机房的全部空气会被处理一次;
普通空调的风量则很小,一般为5~10次/h。
精密空调的大风量迅速带走了设备的高热量,而且保持机房内空气指标的一致性,降低室内空气的参数梯度。
普通空调的小风量设计是考虑了人的舒适度,但无法保持机房温度均匀,局部环境容易过热,导致电子设备故障增多。
3.3出风温度不同
精密空调的出风温度比普通空调高,一般在13~15℃,可以避免凝露造成的冷量损失,有效避免室内湿度降低。
普通空调出风温度一般为6~8℃,容易在蒸发器上造成凝露,相比之下蒸发器的腐蚀情况也会更严重。
3.4精度不同
精密空调温度控制可以达到温度±
1℃、相对湿度±
3%RH的高精度,其亚高效过滤器可保证机房内空气达到0.5μm/L<
18000粒(B级)标准,再配以大风量循环,性能上完全能保障机房洁净。
普通空调的温度调节精度为±
3℃,机房内的温度场不均匀,仅能保证空调近端设备处的温度;
无湿度控制,只能除湿,没有加湿功能,对湿度几乎是完全失控的;
只具备简单的过滤功能,其过滤效果根本无法达到机房的要求。
3.5使用环境不同
机房的特点是发热量大,冬天、夏天没有本质的区别,即使在冬季也需要制冷。
精密空调能够适应室外温度变化的要求,在-35~+42℃区间保证空调24h正常工作,包括降温和升温;
而普通空调在-5℃的环境中就没办法正常制冷了。
3.6对电源要求不同
普通空调一般只能适应正常电压范围的±
10%;
采用单相供电的精密空调可以适应±
15%、三相供电的可以适应±
20%的波动。
而且精密空调有延时启动功能,有效地避免了机房所有设备(包括空调)同时启动可能对前端开关造成的冲击。
3.7可靠性不同
普通空调设计选材可靠性差,空调维护量大,寿命短,若全年不间断运行,寿命一般不超过三年,故障率高。
精密空调则是根据机房要求设计的,自身有多重保护系统,设备的故障率很低,隐患少,可全年8760小时连续运行,寿命不低于8年。
3.8能耗不同.
在发挥同样制冷效果的前提下,普通空调的耗电量是精密空调的1.5倍。
4结论
综上所述,相对于普通空调而言,由于设计理念和工作原理的不同,精密空调可将机房内的温度、湿度、洁净度等关键运行指标控制在适宜电子元器件长期运行的范围内,从而保证计算机设备稳定、连续、可靠地运行。
同时,精密空调还具有环境适应性强、可靠性高、能耗低等优点,是机房必不可少的重要基础设施。
附表1
普通空调与精密空调性能的对比
序号
比较内容
普通空调
精密空调
1
热密度(W/m2)
100~150
300~1000或更大
2
冷风比(kJ/m3)
21
9.2~12.6
3
显热比(%)
60~70
90~100
4
焓差(Kj/kg)
17.0~22.0
8.5~12.5
5
能效比
2.9左右
高于3.3
6
换气次数/小时
一般5~10次
30次以上
7
控制精度
±
3℃
1℃,±
3%RH
8
湿度控制
没有,只能除湿
有加湿和除湿功能
9
空气过滤
一般性过滤
达到0.5μm/L<
18000
10
蒸发温度
3~5℃或更低
7~11℃
11
出风温度
6~8℃
13~15℃
12
迎风面积
较小
1.3~2.7m2
13
迎面风速
较大
<
2.7m/s
14
蒸发器排数
4、6、8
2~4
15
冷凝方式
风冷
风冷、水冷、自由冷却、双冷源等
16
保证工作的室外环境温度
-5~+35℃
-35~+42℃
17
对电源要求
单相±
10%
15%,三相±
20%
18
连续运行时间(每年)
2000h
8760h
19
全年运行可靠性
夏季制冷,冬季制热,间歇性运行,可靠性差
基本全年365天制冷运行,可靠性高
20
使用寿命
3~5年
≥8年
维护性
故障较多
故障少,维护量相对少
22
控制
一般控制
微电脑PID回路逻辑控制,控制精度高
23
停电自动复位功能
一般无
具备
24
监控
无或非常简单
一般具备本机或远程监控
附表2
普通空调与精密空调设备部件组成方面的对比
室内结构件
塑料件为主,易老化和破损变色
框架钢结构,经过耐腐蚀处理
室外结构件
钢板喷涂件,易老化生锈
耐腐蚀铝合金,适应各种环境
压缩机
一般采用旋转式压缩机
一般采用涡旋压缩机,柔性设计,工业标准,能效比高达3.4
蒸发器
蒸发器紧凑、重量轻,换热效率较低
大面积蒸发器,较同功率普通空调大25%,管径大,压损少,高效换热翅铝片
冷凝器
对室外环境要求较高,设计寿命、防腐蚀性能较低
节能、防腐,长寿命设计
膨胀阀
一般为毛细管,无法自动调节制冷系统的过冷度与过热度
外平衡式膨胀阀,热平衡膨胀阀,电子膨胀阀
风机
采用泡沫外壳,塑料叶轮,风量小,效率低,寿命短
风量比普通空调高35%以上,能效比高,运行经济性好,全金属外壳,全金属叶轮
加热器
普通加热器
PTC陶瓷加热器
控制与显示屏
只有字符显示代码告警,没有记录功能
智能化微电脑控制系统,全中文大屏幕LCD背光显示,人性化界面
其他
整机体积小、美观但不耐用,风机、压缩机易烧毁,室外机噪声大
压缩机一般装在室内,增加制冷系统稳定性,室外机噪声小
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