计算机房制冷系统研究.doc

一、制冷剂介绍（一）制冷剂的概述制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。由于制冷剂的沸点一般比较低，在-20-50摄氏度之间，所以由压缩机将它压缩成为高温高压的液体，经冷凝器后将它冷凝成为常温高压的液体，然后在蒸发器内与外界常温气体产生热交换，制冷剂会吸收外界气体的热量而汽化，从而达到制冷的目的。（二）制冷剂的发展史19世纪中期出现了机械制冷。雅各布.帕金斯（Jacob Perkins）在1834年建造了首台实用机器。它用乙醚作制冷剂，是一种蒸气压缩系统。二氧化碳(CO2) 和氨(NH3)分别在1866年和1873年首次被用作制冷剂。其他化学制品包括化学氰（石油醚和石脑油）、二氧化硫(R-764)和甲醚，曾被作为蒸气压缩用制冷剂。其应用限于工业过程。多数食物仍用冬天收集或工业制备的冰块来保存。20世纪初，制冷系统开始作为大型建筑的空气调节手段。位于德克萨斯圣安东尼奥的梅兰大厦是第一个全空调高层办公楼. 1926年, 托马斯.米奇尼（Thomas Midgely）开发了首台CFC（氯氟碳）机器，使用R-12. CFC族（氯氟碳）不可燃、无毒（和二氧化硫相比时）并且能效高。该机器于1931年开始商业生产并很快进入家用。威利斯.开利（Willis Carrier）开发了第一台商用离心式制冷机，开创了制冷和空调的纪元。 20世纪30年代，一系列卤代烃制冷剂相继出现，杜邦公司将其命名为氟利昂（Freon）。这些物质性能优良、无毒、不燃，能适应不同的温度区域，显著地改善了制冷机的性能。几种制冷剂在空调中变得很普遍，包括CFC-11、CFC-12、 CFC-113、CFC-114和HCFC-22.20世纪50年代，开始使用共沸制冷剂。60年代开始使用非共沸制冷剂。 空调工业从幼小成长为几十亿美元的产业，使用的都是以上几种制冷剂。到1963年,这些制冷剂占到整个有机氟工业产量的98%。到1970年代中期, 对臭氧层变薄的关注浮出水面，CFC族物质可能要承担部分责任。这导致了1987年蒙特利尔议定书的通过，议定书要求淘汰CFC和HCFC族。新的解决方案是开发HFC族，来担当制冷剂的主要角色。HCFC族作为过渡方案继续使用并将逐渐淘汰。 在19世纪90年代，全球变暖对地球生命构成了新的威胁。虽然全球变暖的因素很多，但因为空调冷柜制冷耗能巨大（美国建筑物耗能约占总能耗的1/3），且许多制冷剂本身就是温室气体，制冷剂又被列入了讨论范围。虽然ASHRAE标准34把许多物质分类为制冷剂，但只有少部分用于商业空调。（三）制冷剂的性质要求1、热力学的要求 （1）在大气压力下，制冷剂的蒸发温度(沸点)Ts要低。这是一个很重要的性能指标。Ts愈低，则不仅可以制取较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度To下，使其蒸发压力Po高于大气压力。以避免空气进入制冷系统，发生泄漏时较容易发现。（2）要求制冷剂在常温下的冷凝压力Pc应尽量低些，以免处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排气管道等设备的强度要求过高。并且，冷凝压力过高也有导致制冷剂向外渗漏的可能和引起消耗功的增大。 （3）对于大型活塞式压缩机来说，制冷剂的单位容积制冷量qv要求尽可能大，这样可以缩小压缩机尺寸和减少制冷工质的循环量；而对于小型或微型压缩机，单位容积制冷量可小一些；对于小型离心式压缩机亦要求制冷剂qv要小，以扩大离心式压缩机的使用范围，并避免小尺寸叶轮制造之困难。（4）制冷剂的临界温度要高些、冷凝温度要低些。临界温度的高低确定了制冷剂在常温或普通低温范围内能否液化。2、物理化学的要求 （1）制冷剂的粘度应尽可能小，以减少管道流动阻力、热交换设备的传热强度。 （2）制冷剂的导热系数应当高，以提高换热设备的效率，减少传热面积。 （3）制冷剂与油的互溶性质：制冷剂溶解于润滑油的性质应从两个方面来分析。3、安全性的要求 由于制冷剂在运行中可能泄漏，故要求工质对人身健康无损害、无毒性、无刺激作用。（四）制冷剂的命名目前世界上通用的是美国供暖制冷工程协会于1967年制定的标准(ashrae standard 34-67)中的规定。这一标准的编号方法是将制冷剂的英文单词“refrigerant”的第一个字母“R”和化学分子式的结构联系起来，只要知道它的化学分子式，就可以写出它的代号。代号是由“R”和其后边的数字组成的。以前用“F”代表氟里昂“Freon”，目前都用国际公认的R命名丁烷气成分。（五）制冷剂的分类根据制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力Pk和正常蒸发温度T0的高低，一般分为三大类： 、低压高温制冷剂 冷凝压力PkKg/cm2（绝对），T0 如11（CFCl3），其T023.7。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常时，Pk3.06Kg/cm2。 .中压中温制冷剂 冷凝压力Pk20Kg/cm2（绝对），-60。 如717、12、22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。 .高压低温制冷剂 冷凝压力Pk20Kg/cm2（绝对），T070。 如13（CF3Cl）、14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或70以下的低温装置中。随着计算机事业的发展和计算机技术的广泛应用，怎样确保计算机设备的正常运行，怎样给从事计算机操作的工作人员创造良好的工作环境，这个问题越来越被人们所重视。计算机设备不同于其它的机器设备，不同的计算机系统对运行环境有不同的要求。机房环境除必须满足计算机设备对温度、湿度和空气洁净度，供电电源的质量（电压、频率和稳定性等），接地地线，电磁场和振动等项的技术要求外，还必须满足在机房中工作的人员对照明度、空气的新鲜度和流动速度、噪声的要求。机房对消防、安全保密也有较高的要求空调系统有四大件:压缩机、冷凝器、蒸发器和节流部件。1.压缩机压缩机是整个空调系统的核心，也是系统动力的源泉。整个空调的动力，全部由压缩机来提供，压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去，在空调中它的目的就是把低温的气体通过压缩机压缩成高温的气体，最后气体在换热器中和其他的介质进行换热。所以说压缩机的好坏会直接影响到整个空调的效果。根据蒸气的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。容积型压缩机通过对运动机构作功，以减少压缩室容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。速度型压缩机则由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。根据压缩方式，容积型压缩机可分为活塞式和回转式两大类。回转式又可分为滚动活塞式、滑片式、单螺杆式、双螺杆式、涡旋式。速度型压缩机有离心式。从压缩机结构上来看，又可将压缩机分为开启式、半封闭式和全封闭式。开启式压缩机的主轴伸出机体外，通过传动装置（传动带或联轴节）与原动机相连接。在伸出部分必须有轴封装置，使主轴和机体间密封来防止制冷剂泄露。封闭式压缩机的结构是将电动机和压缩机连成整体，装在同一机体内，因而可以取消轴封装置，避免了泄漏制冷剂的可能。这样，电动机便处于四周是制冷剂的环境中，称为内装式电动机。封闭式压缩机又可分为半封闭和全封闭两种型式。半封闭式的机体用螺栓连接，因此和开启式一样可以拆开维修。全封闭式的机体则装在一个焊接起来的外壳中，无法拆开维修。2.换热器根据在空调上的作用不同，可分为冷凝器和蒸发器。现在就冷凝器和蒸发器的分类和区别述说一下。（1）冷凝器：冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽冷却成液体或气液混合物。制冷剂在冷凝器种放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。冷凝器按其冷却介质和冷却的方式，可以分为水冷式、空气冷却式、水和空气混合冷却式三种类型。、 水冷式冷凝器：冷凝器中制冷剂的热量被冷却水带走。冷却水可以一次流过，也可以循环使用。当循环使用时，需设置冷却塔或冷却水池。水冷式冷凝器分为壳管式、套管式、板式、螺旋板式等几种类型。、空气冷却式冷凝器：冷凝器中制冷剂放出的热量被空气带走，制冷剂在管内冷凝。这种冷凝器中有自然对流空气冷却式冷凝器和强制对流空气冷却式冷凝器。通常，空气冷却式冷凝器也叫风冷冷凝器。、水和空气联合冷却式冷凝器：冷凝器中制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气带走，冷却水在管外喷淋蒸发时，吸收气化潜热，使管内制冷剂冷却和冷凝，因此耗水量少。这类冷凝器中有淋水式冷凝器和蒸发式冷凝器两种类型。2）蒸发器：蒸发器的作用是利用液态低温制冷剂在低压下易蒸发，转变为蒸气并吸收被冷却介质的热量，达到制冷目的。蒸发器的种类：蒸发器按冷却介质的不同，分为冷却液体载冷剂、冷却空气或其他气体的两大类型。在冷却液体载冷剂的蒸发器中，有水箱式（沉浸式）蒸发器（包括立管式、螺旋管式、蛇型式）、板式蒸发器、螺旋板式蒸发器、壳管式蒸发器（包括卧式蒸发器、干式蒸发器）等。在冷却空气蒸发器中，有空调用翅片蒸发器、冷冻冷藏用空气空气冷却器（冷风机）及排管蒸发器等。小型别墅式及模块化风冷热泵冷热水机组的水侧换热器的型式有：套管式，板式及立式盘管式。整体式机组一般使用干式壳管式换热器。套管式换热器的特点为结构简单，价格低，传热性能好，问题是阻力损失大，水垢不易清除，加工时特别注意不应使内管破裂或损伤，否则，水进入制冷系统，导致系统故障和压缩机损坏。立式盘管式换热器结构简单，价格便宜，但要特别注意制冷时的回油问题。板式换热器传热效率高，一般为壳管式的3倍，所以体积小，结构紧凑，使用中要注意的问题是，板间间隙小，容易结垢，对水质要求高，若水阻塞，会造成蒸发器温度下降，板间结冰，冻裂，由于板壁薄，也容易产生机械损伤，在水质差的地方，板实换热器的问题较多，其价格也比较高。中大型整体式机组使用的干式壳管式换热器，管内走制冷剂，管外走水，夏季运行时水冻结的危险性小，结构紧凑，腐蚀缓慢，但冬季作为冷凝器使用时，制冷剂在管内冷凝，其传热系数比制冷剂在管外冷凝小。热泵型冷水机组中的制冷剂一水换热器以采用波纹状的内螺纹管比较合适。各种水侧换热器各有其特点，对于套管式和立式盘管式换热器，要注意在设计与制造时要解决其主要问题，使用板式换热器还应使用户了解其特点，重视水质问题。水侧换热器要有有效防冻保护。3.节流部件节流部件是制冷系统不可缺少的四大部件之一。它的作用是使冷凝器出来的高压液体节流降压，使液态制冷剂在低压（低温）下汽化吸热。所以，它是维持冷凝器中为高压、蒸发器为低压的重要部件。节流部件按形式，可分为毛细管和节流阀，前者，用在较小的制冷设备中，如电冰箱中装在冷凝器和蒸发器之间的毛细管即是节流机构的一种。后者用在较大的制冷设备中。在大、中型装置中应用的节流机构为节流阀，常用的节流阀有三种，即手动膨胀阀、浮球调节阀和热力膨胀阀，后两种为自动调节的节流阀。膨胀阀按膨胀的类型可分为电磁膨胀阀和热力膨胀阀等。小型风冷型热泵冷水机组用一个热力膨胀阀，由4个单向阀控制制冷，制热走向，也有用毛细管做制热时辅助节流用，中大型机组由于制冷，制热不同工况制冷剂循环量变化大，需两个或多个热力膨胀阀以适应工况要求，在液态管路阻力大的场合，如分液头阻力大，要注意适当极大相应膨胀阀的容量，以免出现供液不足的情况。使用双向膨胀阀的机组，可使管路简化，降低流动阻力。但系统中设置储液器时，管路走向比较困难。如制热时，高压液体出储液器进入膨胀阀，而制冷时，节流后的气液混合物进入储液器，在进蒸发器时难以保证以液体为主。要解决这个问题又要在管路上增加单向阀等元件，故对于不使用储液器的系统使用双向膨胀阀较为有利。气液分离器在蒸发器中，由于液体在蒸发器中蒸发，由液体变为气体的过程，由于考虑负荷的变化，可能会有一部分的制冷剂未全部蒸发，而会直接进入到压缩机。由于液体的不可压缩性，所以在未进入压缩机之前，首先要通过气液分离器，以确保进入压缩机全部为汽体，保证压缩机能正常的运转。气液分离器安装与压缩机的进口端，主要是防止返回压缩机的低压低温蒸汽携带过多的液滴，防止液体制冷剂进入压缩机气缸，分离器同时具有过滤、回油、贮液等功能。气液分离器使用时应注意：、尽可能*近压缩机；、在换向系统中，气液分离器应该安装在换向阀和压缩机之间；、正确的安装进口（从蒸发器来）出口（去压缩机吸气口）； 、必须向上安装； 、合适大小的气液分离器的接口不一定和压缩机的吸气口一致。5.风机风机是交流单、三相感应电动机与叶轮组合而成。 风机分为轴流风机和离心风机。 风机包括定速和变速两大系列。 风扇分为金属风叶、塑料风叶和金属浇注风叶等，叶型有多种。风机的噪声包括电动机电磁噪声、机械噪声和叶片气动噪声。轴流风机工作时，叶片周期性地承受不均匀气流的脉动作用，产生噪声；另一方面，由于叶片上压力分布的不均匀，转动时对周围气体及零件的扰动亦构成旋转噪声；此外，由于气体流经叶片时产生湍流附面层，旋涡脱离，引起叶片上压力分布的脉动而产生涡流噪声。旋转噪声和涡流噪声合成了风机的气动噪声，因此控制叶片气动噪声是减少风机噪声的根本。另外组成风机的导流罩、电机支架的结构及风机与风冷冷凝器匹配与否也在相当程度上影响到风机的性能，对此也必须作仔细的研究。 在低压力大流量轴流风机中，为了增大气体流通部分的面积，风机的轮毂比V=dD一般都取得比较小。在这种情况下，为了减少叶片的扭曲程度以及能充分利用外径处线速度较大的叶片部分来传递能量，通常采用指数更小的变环量设计，这将增大叶轮内流线由内向外的偏移程度，在叶片根部会产生一向外的径向分力，因而大大增加了叶片外径处的二次流损失，恶化了风机的工作性能。采用的前向弯掠扭曲板型叶片，叶片轴线在外段部分向旋转方向弯曲而根部为直线，因此叶片不会产生附加径向力，这将大大改善叶片外径和根部的气体流动状况，减少气体二次流损失，噪声降低，效率提高。6.储液器制冷系统中的高压储液器（也称储液筒）是装在冷凝器和膨胀阀之间的，它的功能可归纳为以几个方面A、储存冷凝器的凝液 避免凝液在冷凝器中积存过多而使传热面积变小，影响冷凝器的传热效果。 B、适应蒸发器的负荷变动对供应量的需求 在蒸发负荷增大时，供应量也增大，由储液器的存液补给；负荷变小时，需要液量也变小，多余的液体储存在储液罐里。 C、作为系统中高低压侧之间的液封 因为出液管是插在液面下，故可防止高压侧的蒸汽和不凝性的气体进入低压侧。 同时，储液器也起到过滤和消音的作用。储液器的形式有多种，有单向和双向之分；有一出口和两出口之分；有立式和卧式之分。7.油气分离器油气分离器安装在压缩机和冷凝器之间。它的工作原理为：压缩机的排气是氟里昂和润滑油的混合气体，通过油分离器的较大的腔体减速，雾状的油就会聚集在冲击的表面上，当聚集成较大的油滴后，流向油分离器的底部，并通过回油装置返回压缩机。8.干燥过滤器过滤器的作用是：为了防止制冷剂里含有水份或由于不可减少的元素等原因使系统里进入水份，当从冷凝器出来的高温液体进入膨胀阀后，液体的温度会大幅度的下降，一般都在零度以下，这时如果系统里含有水分的话，由于膨胀阀通过的截面很小，就会易出现冰堵的现象，影响系统的正常的运行。目前市场上有三种类型的干燥过滤器A、松散添充型干燥过滤器珠状干燥剂填充在带有滤网的外壳内 B、块状干燥过滤器由树脂固化在一起形成的块状干燥剂 C、压紧型珠状干燥过滤器由分子筛材料及氧化铝构成的珠状混合物被压在由钢制弹簧压紧的两个玻璃纤维之间。9.四通换向阀四通换向阀适用于中央空调、单元式空调器等热泵型空调系统，它被用来切换制冷工质的流通路径，以达到制冷和制热的目的。10.水泵水泵，是用于加速水流动的工具，以达到加强水在换热器中换热的效果。11.水流开关水流开关用作管道内流体流量的控制或断流保护，当流体流量到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路。12.压力控制器压力控制器用作压力控制和压力保护之用，机组有低压和高压控制器，用来控制系统的压力的工作范围，当系统压力到调定值时，开关自动切断（或接通）电路。13.压差控制器压差控制器用作压力差的控制，当压力差到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路14.温度控制器温度控制器用作机组的控制或保护，当温度到达调定值时，开关自动切断（或接通）电路。在我们的产品上，温度的控制常用到，用水箱温度来控制机组的开停机情况。还有些象防冻都需要用到温度控制器。15.视液镜视液镜用于指示： 1、制冷装置中液体管路的制冷剂的状况； 2、制冷剂中的含水量； 3、回油管路中来自油分离器的润滑油的流动状况。 有的视液镜带有一指示器，它通过改变其颜色来指出制冷剂中的含水量。（绿色表示干燥，黄色表示潮湿）16膨胀水箱膨胀水箱的作用： 1、因温度变化而引起水的体积变化，膨胀水箱用来贮存这部分膨胀水；2、对系统起稳压定压的作用；3、能给系统补偿部分水。17.冷却塔冷却塔的作用是将挟带热量的冷却水在塔内与空气进行换热，使热量传输给空气并散入大气。冷却塔中水和空气的换热方式之一是，流过水表面的空气与水直接接触，通过接触传热和蒸发散热，把水中的热量传输给空气。用这种方式冷却的称为湿式冷却塔。湿式冷却塔的换热效率高，水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。但是，水因蒸发而造成损耗；蒸发又使循环的冷却水含盐度增加，为了稳定水质，必须排掉一部分含盐度较高的水；风吹也会造成水的飘散损失。必须有足够的新水持续补充。因此，湿式冷却塔需要有供给水的水源。 缺水地区，在补充水有困难的情况下，只能采用干式冷却塔。干式冷却塔中空气与水的换热是通过由金属管组成的散热器表面传热，将管内水的热量传输给散热器外流动的空气。干式冷却塔的换热效率比湿式冷却塔低，冷却的极限温度为空气的干球温度。这些装置的一次性投资大，且风机耗能很高。冷却塔冷却水的过程属热质传递过程。被冷却的水用喷嘴、布水器或配水盘分配至冷却塔内部填料处，大大增加水与空气的接触面积。空气由风机、强制气流、自然风或喷射的诱导效应而循环。一、关于计算机房也就是（网吧）的环境状况调查大多数网吧位于商住楼内，也有许多设在地下室或半地下室里，这样的场所一般可开的门窗数量少，自然通风不畅，加之里面密集的设备、人员散热，不可避免的人体汗味、异味、烟味，加之阴暗的环境，这样使很多潜在顾客望而却步，自然减少了新顾客，留不住老顾客。 二、以漯河食品技术学院向东1000米现有金垒网吧为例在他们网吧常用的空调通风排气措施 可分为分体空调主要以(壁挂机和立柜机、)为主。分体空调能降温但由于空气在室内死循环，所以绝对无法改善空气质量，要改善空气质量一定要送入大量新风或者装排风机。而这样会把室内冷气大量抽走造成空调用电剧增而且空调匹数要装很大。 2、投资及耗电：以一个300米2的网吧为例，要达到好的制冷效果及空气质量，空调应该要2430匹即18-22kw，空调花费在4-6万元，送风排气系统功率约6-8kw，花费约2万元，合计投资约7万元，每小时用电约27度。 3、采用分体空调的网吧，其送排风即新风供应是不能太多的，因为新风量越大冷气带走越多，耗电剧增。这同时造成在春秋季节室外已经很凉爽了，但由于室内换气不好从而没有办法利用大量的室外空气来自然带走室内热量，所以大多数采用分体空调的网吧一年中空调的使用时间很长，电费开支相当大。 。 三、改善措施采用室内吊挂式环保空调，有效解决了以上所提之噪音及安装维护安全性问题，其基本特点如下：1、极省电、省钱，全新风运行方式，但由于采用单侧进风，单侧出风的方式，所以适宜吊挂在靠近窗户的楼板下，安装及今后的操作维护全部在室内了，外墙就只留一个百叶风口，进风处装有可抽出式防尘网便于清洗，安装、操作、维护自然相当方便。 2、噪音污染 对周边的美观、噪音污染不用说全部没了，所以绝不会有任何来自居民、环保部门、城管部门的麻烦了。可是网吧业主开始担心，这不是把噪音转到室内来了吗？普泽公司在推出这款空调机之前当然首要地考虑到这个问题，所以采用双风机并联的设计，电机转速同时采用较低转速，这样使整体噪音降至约65分贝，而且一年当中绝大多数时间空调是可以在低速档运转的，