試談機(jī)房專用空調(diào)與舒適性空調(diào)在機(jī)房應(yīng)用上的性能差異

試談機(jī)房專用空調(diào)與舒適性空調(diào)在機(jī)房應(yīng)用上的性能差異

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

　　一、引言

　　當(dāng)前通信機(jī)房有兩種配置：一是使用多臺(tái)舒適性空調(diào)，同時(shí)安裝加濕器；二是采用機(jī)房專用空調(diào)。目的都是為了及時(shí)排出計(jì)算機(jī)或通信設(shè)備所散發(fā)的熱量，維持機(jī)房?jī)?nèi)的恒溫、恒濕狀態(tài)，將經(jīng)過(guò)空調(diào)機(jī)組處理過(guò)的新鮮冷空氣送往通信設(shè)備，并保證機(jī)房的空氣潔凈度達(dá)到要求，使通信設(shè)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(diào)機(jī)組在應(yīng)用上，顯示出了一定的差異性。以下僅從機(jī)房特點(diǎn)、產(chǎn)品技術(shù)和應(yīng)用效果等方面對(duì)兩種空調(diào)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和比較。

　　二、通信機(jī)房配置和使用空調(diào)的現(xiàn)狀

　　目前許多電信企業(yè)在通信機(jī)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(jī)房，采用的多是機(jī)房專用空調(diào)，配置容量充裕；而在容量較小的交換機(jī)房、傳輸機(jī)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(diào)。

　　該種空調(diào)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(diào)節(jié)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(dá)不到通信機(jī)房要求恒溫恒濕、持續(xù)工作的要求。

　　這種老式配置，弊端有二：一是舒適性空調(diào)連續(xù)工作，容易損壞、故障多、壽命短；二是通信設(shè)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(wěn)定，通信設(shè)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(xiǎn)的，在全程全網(wǎng)的通信領(lǐng)域也是不能允許的。

　　三、通信機(jī)房的環(huán)境特點(diǎn)及要求

　　1、通信設(shè)備散熱特點(diǎn)及對(duì)環(huán)境的要求

　?。?）通信機(jī)房?jī)?nèi)各種類型的電子設(shè)備，除少數(shù)部分由機(jī)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(jié)線路組成。內(nèi)部電子元器件主要采用IC、LSI等半導(dǎo)體組成，密集電路中的電流會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)，隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)及工藝水平的高速發(fā)展，功能越來(lái)越強(qiáng)的電子設(shè)備，其運(yùn)行速度也就越快，而機(jī)柜的體積又日益趨向小型化，這樣就造成設(shè)備內(nèi)的電子原件異常密集，設(shè)備的散熱量很大且異常集中，所以通信機(jī)房?jī)?nèi)熱密度遠(yuǎn)大于一般辦公環(huán)境，這就要求通信機(jī)房的空調(diào)機(jī)組無(wú)論是炎熱的夏天還是寒冷的冬季都必須能夠持續(xù)、穩(wěn)定地降溫或加溫運(yùn)行。

　?。?）由于較大的穩(wěn)定變化率，即在單位時(shí)間內(nèi)空氣的溫度變化較大，會(huì)使電子元器件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，加速電子元器件及其他材料的機(jī)械損傷和電氣參數(shù)的變化，影響到通信設(shè)備或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作的穩(wěn)定性，所有進(jìn)、出設(shè)備的空氣溫差應(yīng)該越小越好，因此要求機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)系統(tǒng)送、回溫差要小，送風(fēng)量要大。

　　（3）由于機(jī)房通信設(shè)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圍環(huán)境溫度逐步升高，電子組件長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致電力工作不正常，造成使用壽命縮短，嚴(yán)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(jī)房?jī)?nèi)任何情況下均不得出現(xiàn)結(jié)露狀態(tài)，因此，機(jī)房空調(diào)制冷系統(tǒng)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(shè)備不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

　　（4）有數(shù)據(jù)表明，相對(duì)濕度為20％時(shí)，靜電壓為1000V，相對(duì)濕度為5％時(shí)，靜電壓可高達(dá)2000V，足以造成對(duì)電子設(shè)備的運(yùn)行故障。為防止機(jī)房?jī)?nèi)由于過(guò)于干燥，而產(chǎn)生對(duì)通信設(shè)備極為有害的靜電，這就要求空調(diào)機(jī)組必須對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行加濕，使機(jī)房?jī)?nèi)的相對(duì)溫度保持在30-70％RH。對(duì)于新疆典型干燥的大陸性氣候來(lái)說(shuō)，通信機(jī)房在冬季尤其需要加濕。

　　2、空調(diào)維護(hù)規(guī)程對(duì)機(jī)房溫度、濕度的要求

　　中國(guó)電信集團(tuán)公司頒發(fā)的電源、空調(diào)維護(hù)規(guī)程對(duì)各種機(jī)房的溫度、濕度指標(biāo)都作了明確規(guī)定。作為通信企業(yè)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)部門(mén)，就應(yīng)針對(duì)“維護(hù)規(guī)程”規(guī)定不同要求在通信機(jī)房配置合適的空調(diào)設(shè)備，嚴(yán)格制定科學(xué)合理的運(yùn)行參數(shù)，加強(qiáng)檢測(cè)和巡檢，給機(jī)房提供適宜和符合要求的工作環(huán)境，保證通信設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全、可靠、正常運(yùn)行。

　　四、機(jī)房專用空調(diào)于舒適性空調(diào)技術(shù)的特性差別

　　1.技術(shù)參數(shù)

　　一般來(lái)說(shuō)，機(jī)房專用空調(diào)是為保證機(jī)房?jī)?nèi)的各種計(jì)算機(jī)或通信設(shè)備能工作在恒定的溫度和濕度及潔凈的環(huán)境中而設(shè)計(jì)的精密空調(diào)設(shè)備。舒適性空調(diào)主要針對(duì)辦公室及生活環(huán)境，對(duì)象是人，保證人的舒適度。根據(jù)上面我們對(duì)通信機(jī)房工作條件的分析，可以看出，通信機(jī)房?jī)?nèi)的溫濕度和一般辦公、生活環(huán)境要求也有很大不同，因此兩種空調(diào)設(shè)備在技術(shù)參數(shù)上也有很大的區(qū)別，性能也有所不同。

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

　　2、對(duì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)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(jù)公式Q＝PV×（h1－h(huán)2），其中Q為空調(diào)吸收的制冷量，P為濕空氣的密度，設(shè)為常數(shù)，V為空調(diào)的風(fēng)量，h1為回風(fēng)的焓值，h2為出風(fēng)的焓值）。當(dāng)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(diào)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(diào)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(shù)。

　　由于機(jī)房專用空調(diào)風(fēng)量大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的蒸發(fā)盤(pán)管面積大，只是實(shí)現(xiàn)高顯熱比的重要途徑。通過(guò)表二和表三的對(duì)比可以看到，如機(jī)房專用空調(diào)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(jī)房專用空調(diào)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(diào)在室內(nèi)溫度為22-24℃運(yùn)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(zhǎng)期除濕會(huì)造成室內(nèi)溫度過(guò)低，對(duì)通信設(shè)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(diào)對(duì)機(jī)房高顯熱負(fù)荷是不適宜的。

　?。?）機(jī)房專用空調(diào)在大風(fēng)量、高出風(fēng)溫度、高顯熱比方面有明顯的優(yōu)勢(shì)

　　空調(diào)大風(fēng)量可以提供每小時(shí)幾十次的空氣循環(huán)次數(shù)，使機(jī)房?jī)?nèi)溫度場(chǎng)均勻，避免局部溫度過(guò)熱，同時(shí)由于空氣過(guò)濾器對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)空氣的過(guò)濾作用，保證了機(jī)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(duì)近端設(shè)備造成影響。

　　高顯熱比可以降低空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用，即空調(diào)提供的冷量全部用在降低機(jī)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(wěn)定機(jī)房的濕度，防止過(guò)度除濕又加濕情況的出現(xiàn)，避免能源的浪費(fèi)。

　　3、溫濕度的控制功能

　　（1）舒適性空調(diào)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(dāng)某些機(jī)房?jī)?nèi)的溫度較低時(shí)，舒適性空調(diào)需人工改變空調(diào)的工作模式，否則，機(jī)房?jī)?nèi)就會(huì)達(dá)不到規(guī)定的溫度。而機(jī)房專用空調(diào)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(jī)房保持恒溫。

　?。?）舒適性空調(diào)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(duì)溫度進(jìn)行控制。由于加濕器和舒適性空調(diào)是各自獨(dú)立的設(shè)備，所以無(wú)法很好的協(xié)調(diào)，對(duì)濕度控制精度差，必然形成空調(diào)機(jī)除濕，加濕器又加濕的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。機(jī)房專用空調(diào)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(jī)房溫度的恒定，保證溫度和濕度的統(tǒng)一穩(wěn)定。

　?。?）機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)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(jī)房許多設(shè)備的散熱要求是直接從設(shè)備底部送風(fēng)散熱，空調(diào)可以利用防靜電地板下的空間，作為靜電箱向設(shè)備機(jī)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(guī)律相吻合，形成順流，在機(jī)房的工作區(qū)可以形成比較穩(wěn)定的工作環(huán)境。同時(shí)冷空氣對(duì)敷設(shè)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(diào)送風(fēng)方式比較單一，只有上送下回方式，不能很好的滿足通信設(shè)備的要求。

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

　　4、空氣過(guò)濾器

　　機(jī)房專用空調(diào)機(jī)選用中效過(guò)濾器，在一些引進(jìn)的國(guó)外特殊型機(jī)組中，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上預(yù)留了亞高效過(guò)濾器或高效過(guò)濾器的安裝位置，可根據(jù)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(jié)灰并提高房間的潔凈度，當(dāng)機(jī)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(diào)一般只配有初效過(guò)濾器，過(guò)濾效果差，維護(hù)清潔周期由人工掌握。如果需要提高空氣過(guò)濾效率，對(duì)空調(diào)機(jī)進(jìn)行改裝，還需增加風(fēng)機(jī)、加大風(fēng)壓，避免原空調(diào)機(jī)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(yīng)用及可靠性的比較

　　1、控制系統(tǒng)

　　機(jī)房專用空調(diào)的控制系統(tǒng)功能比舒適性空調(diào)要完善的多，機(jī)房專用空調(diào)都配有后備機(jī)組或后備控制單元，微機(jī)控制系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)主機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)診斷，及時(shí)對(duì)出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)的故障發(fā)出警報(bào)，自動(dòng)用后備機(jī)組或后備控制單元切換故障機(jī)組或故障單元。

　　機(jī)房專用空調(diào)機(jī)的控制器還具有較完善的管理功能，它能把同一區(qū)域內(nèi)的各機(jī)組分別在不同的時(shí)間內(nèi)作為運(yùn)行機(jī)組和后備機(jī)組。即當(dāng)某臺(tái)運(yùn)行主機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，能把該機(jī)組的負(fù)荷自動(dòng)地切換到后備機(jī)組上。

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

　　2、設(shè)備機(jī)組

　　機(jī)房專用空調(diào)和舒適性空調(diào)所選用的零部件有明顯不同，機(jī)房專用空調(diào)機(jī)采用的是高可靠性部件和高質(zhì)量工藝，這就保證了機(jī)房專用空調(diào)設(shè)備工作運(yùn)行故障率低可靠性高，這對(duì)通信機(jī)房是極其重要的。

　　3、同環(huán)境條件下的應(yīng)用差異

　　如果把舒適性空調(diào)機(jī)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)或通信機(jī)房時(shí)，由于機(jī)房要求其工作點(diǎn)為23±2℃，而舒適性空調(diào)機(jī)設(shè)計(jì)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(duì)給定的壓縮機(jī)而言，隨著蒸發(fā)溫度的下降，制冷量將迅速下降，機(jī)組的時(shí)間供冷能力會(huì)大大低于其標(biāo)稱值。

　　此外，當(dāng)運(yùn)行工作點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)時(shí)，由于舒適性空調(diào)機(jī)的節(jié)流部件使用的是毛細(xì)管，而不是膨脹閥，無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的壓力和制冷劑的流量，從而影響機(jī)組整體的匹配狀態(tài)，不利于機(jī)組性能的充分發(fā)揮和高效率運(yùn)行，在偏離最佳設(shè)計(jì)工作點(diǎn)運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)溫度和壓力降低，對(duì)空調(diào)的工作效率和使用壽命均有較大的影響。

　　而機(jī)房專用空調(diào)機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出廠時(shí)，已把運(yùn)行工作點(diǎn)定為設(shè)計(jì)工作點(diǎn)，因而機(jī)組始終處于最佳運(yùn)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(jī)房要求空調(diào)設(shè)備能全年制冷運(yùn)行。舒適性空調(diào)在設(shè)計(jì)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(diào)可以正常制冷運(yùn)行，隨著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(hù)，同時(shí)空氣處理時(shí)過(guò)度除濕，蒸發(fā)器容易結(jié)霜，導(dǎo)致空調(diào)機(jī)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(jī)房的特點(diǎn)是設(shè)備多，排列密集，發(fā)熱量大，要求空調(diào)機(jī)即使在冬季也要制冷降溫，因而舒適性空調(diào)在冬季不能適應(yīng)通信機(jī)房的要求。

　　機(jī)房專用空調(diào)采用可調(diào)速冷凝風(fēng)扇或加裝冷凝壓力調(diào)節(jié)閥等方法，來(lái)保持制冷系統(tǒng)的冷凝壓力，適應(yīng)各種室外溫度變化的要求，能在-15℃至＋44℃條件下保證空調(diào)24小時(shí)連續(xù)正常工作，采用乙二醇作制冷劑的空調(diào)機(jī)組，可在室外氣溫降到-45℃時(shí)，仍能正常工作。

　?。?）機(jī)組的故障率及壽命

　　機(jī)房專用空調(diào)設(shè)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(shè)計(jì)壽命可達(dá)到10年。舒適性空調(diào)一般設(shè)計(jì)壽命為5-8年，每年只允許運(yùn)行6-7個(gè)月，按每天平均運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，即一年只能運(yùn)行2000小時(shí)左右，而且長(zhǎng)期不在其最佳工作點(diǎn)運(yùn)行，對(duì)其壽命也有極不利的影響。

　?。?）節(jié)能及建議

　　由于程控交換機(jī)房?jī)?nèi)的熱負(fù)荷分配與普通辦公及生活場(chǎng)所不同，如將舒適性空調(diào)用于高顯熱負(fù)荷的程控交換機(jī)房就會(huì)造成很大的能源和投資浪費(fèi)。

　　如一臺(tái)總制冷量為3萬(wàn)大卡的舒適性空調(diào)，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(tái)總制冷量為3萬(wàn)大卡的機(jī)房專用空調(diào)，由于其顯熱比高達(dá)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(tái)空調(diào)同樣用于需制冷量為3萬(wàn)大卡的程控交換機(jī)房?jī)?nèi)，由于室內(nèi)的熱負(fù)荷分配為0.9，即顯熱負(fù)荷設(shè)備發(fā)熱量為2.7萬(wàn)大卡，潛熱負(fù)荷為0.3萬(wàn)大卡，制冷量為3萬(wàn)大卡的機(jī)房專用空調(diào)則能完全滿足室內(nèi)熱負(fù)荷的需求；而制冷量為3萬(wàn)大卡的舒適性空調(diào)所提供的顯冷量?jī)H為1.8萬(wàn)大卡，顯熱不能滿足室內(nèi)的顯熱負(fù)荷要求。

　　其結(jié)果是溫度不能很快達(dá)到設(shè)計(jì)要求，空調(diào)壓縮機(jī)會(huì)增加工作時(shí)間。同時(shí)，相對(duì)濕度也會(huì)相應(yīng)降低，增加了耗電量。為達(dá)到機(jī)房和設(shè)計(jì)要求，只有選大制冷量的空調(diào)機(jī)組才能滿足室內(nèi)的顯熱負(fù)荷，按以上機(jī)房要求，舒適性空調(diào)需選用總制冷量為：2.7/0.6＝4.5萬(wàn)大卡方可滿足機(jī)房溫度要求，這就從依次建設(shè)投資上造成了浪費(fèi)。

　　也可以從運(yùn)行費(fèi)用上對(duì)比兩種空調(diào)的用電量消耗。由此可見(jiàn)，如用在高顯熱負(fù)荷的程控交換機(jī)房?jī)?nèi)，舒適性空調(diào)比機(jī)房專用空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用高。

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