試談機房專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境要求的特點，從空調設備的技術特性，使用可靠性，應用效能等方面進行分析比較，指出機房專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，并闡明了機房專用空調在通信機房建設中更具有重要的應用價值。

　　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，同時安裝加濕器；二是采用機房專用空調。目的都是為了及時排出計算機或通信設備所散發的熱量，維持機房內的恒溫、恒濕狀態，將經過空調機組處理過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境。但是實際使用中，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、產品技術和應用效果等方面對兩種空調設備進行簡要的分析和比較。

　　二、通信機房配置和使用空調的現狀

　　目前許多電信企業在通信機房的環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、接入網等局站，多采用老式配置，即使用常見的舒適性空調。

　　該種空調屬辦公場所及一般場所使用，有一定的工作時間，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，通信網絡容易造成癱瘓，通信安全得不到保障，這種情況是十分危險的，在全程全網的通信領域也是不能允許的。

　　三、通信機房的環境特點及要求

　　1、通信設備散熱特點及對環境的要求

　　（1）通信機房內各種類型的電子設備，除少數部分由機械傳動裝置外，約80%以上都是由高密度的集成電路及電子組件、部分和聯結線路組成。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產生大量的熱量，同時，隨著電子和計算機技術及工藝水平的高速發展，功能越來越強的電子設備，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，所以通信機房內熱密度遠大于一般辦公環境，這就要求通信機房的空調機組無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。

　　（2）由于較大的穩定變化率，即在單位時間內空氣的溫度變化較大，會使電子元器件產生內應力，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絡工作的穩定性，所有進、出設備的空氣溫差應該越小越好，因此要求機房內的空調系統送、回溫差要小，送風量要大。

　　（3）由于機房通信設備的95％是顯濕，如不及時排出散熱，就會使電子組件自身和周圍環境溫度逐步升高，電子組件長期處于高溫狀態，會導致電力工作不正常，造成使用壽命縮短，嚴重時該組件會被燒毀；另外，為保證電路工作絕緣安全，通信機房內任何情況下均不得出現結露狀態，因此，機房空調制冷系統必須具有高顯熱比特性，而且送風溫度要高，保證進端設備不出現結露現象。

　　（4）有數據表明，相對濕度為20％時，靜電壓為1000V，相對濕度為5％時，靜電壓可高達2000V，足以造成對電子設備的運行故障。為防止機房內由于過于干燥，而產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行加濕，使機房內的相對溫度保持在30-70％RH。對于新疆典型干燥的大陸性氣候來說，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。作為通信企業的建設和運行維護部門，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境，保證通信設備和通信網絡系統安全、可靠、正常運行。

　　四、機房專用空調于舒適性空調技術的特性差別

　　1.技術參數

　　一般來說，機房專用空調是為保證機房內的各種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，通信機房內的溫濕度和一般辦公、生活環境要求也有很大不同，因此兩種空調設備在技術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，最大區別是一個能連續工作和恒溫加濕，一個只能階段性工作，不能加濕。

　　2、對關鍵技術參數的進一步分析比較

　　（1）風量和進出風溫差

　　出風口溫度隨風量的增加而提高，以減少進、出風之間的溫差。根據公式Q＝PV×（h1－h2），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為空調的風量，h1為回風的焓值，h2為出風的焓值）。當冷量Q固定時，風量V越大，h1－h2差值就越小，即大風量小焓值。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，那么進出風的溫差與焓差（h1-h2）近似正比，所以隨風量V的增大，進出風溫差減小，由于回風溫度為定值，故出風口溫度會隨空調風量的增加而提高。

　　（2）除濕量與顯熱比

　　查濕空氣含濕圖（大氣壓＝1013.25mbra）可得出空氣狀態參數。

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

　　而舒適性空調在室內溫度為22-24℃運行時，出風溫度為9-11℃，其出風溫度明顯低于24℃/50%環境條件下的露點溫度值（13.2℃），很容易引起除濕。一方面，除濕消耗了部分冷量，同時，長期除濕會造成室內溫度過低，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。

　　（3）機房專用空調在大風量、高出風溫度、高顯熱比方面有明顯的優勢

　　空調大風量可以提供每小時幾十次的空氣循環次數，使機房內溫度場均勻，避免局部溫度過熱，同時由于空氣過濾器對機房內空氣的過濾作用，保證了機房環境的潔凈度，較高的出風溫度可以避免出風時攜帶霧滴和過度除濕，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用功。同時可以穩定機房的濕度，防止過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

　　（1）舒適性空調在技術上采用的是比例控制法，易造成溫度的波動，控制精度低，當某些機房內的溫度較低時，舒適性空調需人工改變空調的工作模式，否則，機房內就會達不到規定的溫度。而機房專用空調采用的是PID（比例、微分、積分）回路控制法，控制精度高，能自動使機房保持恒溫。

　　（2）舒適性空調只能在制冷的同時除濕，不能加濕。在除濕的同時又無法對溫度進行控制。由于加濕器和舒適性空調是各自獨立的設備，所以無法很好的協調，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。機房專用空調本身配有加濕裝置，不但能加濕，而且在加濕的同時控制機房溫度的恒定，保證溫度和濕度的統一穩定。

　　（3）機房空調系統的送風有下送風上回風、上送風下回風等多種方式。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，自頂部回風。這種循環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境。同時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，而舒適性空調送風方式比較單一，只有上送下回方式，不能很好的滿足通信設備的要求。

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

　　4、空氣過濾器

　　機房專用空調機選用中效過濾器，在一些引進的國外特殊型機組中，在結構設計上預留了亞高效過濾器或高效過濾器的安裝位置，可根據需求選用（如凈化手術室等場地均選用亞高效過濾器），以防止蒸發器結灰并提高房間的潔凈度，當機組過濾器進出口風壓差超過一定值時，過濾器堵塞開關自動動作，提示操作人員清掃或更換過濾器。

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

　　五、應用及可靠性的比較

　　1、控制系統

　　機房專用空調的控制系統功能比舒適性空調要完善的多，機房專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對主機組運行狀態進行檢測診斷，及時對出現或將要出現的故障發出警報，自動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間內作為運行機組和后備機組。即當某臺運行主機組發生故障時，能把該機組的負荷自動地切換到后備機組上。

　　正常情況下，每臺機組可按一定的時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此項功能，因而工作可靠性較低。

　　2、設備機組

　　機房專用空調和舒適性空調所選用的零部件有明顯不同，機房專用空調機采用的是高可靠性部件和高質量工藝，這就保證了機房專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，由于機房要求其工作點為23±2℃，而舒適性空調機設計工作點一般為27℃，濕度50％，室外溫度35℃，所以造成其蒸發壓力和蒸發溫度下降，對給定的壓縮機而言，隨著蒸發溫度的下降，制冷量將迅速下降，機組的時間供冷能力會大大低于其標稱值。

　　此外，當運行工作點偏離設計工作點時，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，無法自動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，不利于機組性能的充分發揮和高效率運行，在偏離最佳設計工作點運行時蒸發溫度和壓力降低，對空調的工作效率和使用壽命均有較大的影響。

　　而機房專用空調機在產品設計出廠時，已把運行工作點定為設計工作點，因而機組始終處于最佳運行狀態，這就從根本上避免了以上問題。

　　（1）冬季制冷特點

　　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揮降溫功能，室外溫度在-5℃以下時，即無法進行正常制冷。因夏季室外環境溫度較高，舒適性空調可以正常制冷運行，隨著冬季室外溫度的下降，冷凝壓力降低，蒸發壓力也隨之下降，蒸發溫度低，產生蒸發器低溫保護，同時空氣處理時過度除濕，蒸發器容易結霜，導致空調機組不能正常工作，而且制冷劑循環量減少，制冷量下降。通信機房的特點是設備多，排列密集，發熱量大，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。

　　機房專用空調采用可調速冷凝風扇或加裝冷凝壓力調節閥等方法，來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，仍能正常工作。

　　（2）機組的故障率及壽命

　　機房專用空調設備的可靠性高，平均無故障率MTBF一般都在10萬小時以上，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個月，按每天平均運行10小時計算，即一年只能運行2000小時左右，而且長期不在其最佳工作點運行，對其壽命也有極不利的影響。

　　（3）節能及建議

　　由于程控交換機房內的熱負荷分配與普通辦公及生活場所不同，如將舒適性空調用于高顯熱負荷的程控交換機房就會造成很大的能源和投資浪費。

　　如一臺總制冷量為3萬大卡的舒適性空調，由于其顯熱比為0.6，則其顯冷量為1.8萬大卡，潛冷量為1.2萬大卡。

　　同樣一臺總制冷量為3萬大卡的機房專用空調，由于其顯熱比高達0.9，則總制冷量為2.7萬大卡，潛冷量為0.3萬大卡。

　　如將兩臺空調同樣用于需制冷量為3萬大卡的程控交換機房內，由于室內的熱負荷分配為0.9，即顯熱負荷設備發熱量為2.7萬大卡，潛熱負荷為0.3萬大卡，制冷量為3萬大卡的機房專用空調則能完全滿足室內熱負荷的需求；而制冷量為3萬大卡的舒適性空調所提供的顯冷量僅為1.8萬大卡，顯熱不能滿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，空調壓縮機會增加工作時間。同時，相對濕度也會相應降低，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＝4.5萬大卡方可滿足機房溫度要求，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，如用在高顯熱負荷的程控交換機房內，舒適性空調比機房專用空調的運行費用高。

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