机房空调基础知识.ppt

1 思泰登高精密空调技术交流 2 空调与制冷常用术语空调系统的工作原理及组成专用空调场地设计 议程 3 空调与制冷常用术语 4 摄氏温标 在标准大气压下 把水的冰点作为O度 沸点作为100度 在O度与100度之间分成100格 每格为1度 以符号C表示 华氏温标 在标准大气压下 把水的冰点定为32度 而沸点定为212度 二者之间分成180格 每格为1度 以符号F表示 开氏温标 绝对温标 在摄氏温标的基础上 把水的冰点定为273 16度 水的沸点定为373 16度 理论上把物质中全部分子停止运动之点作为0度 以符号K表示 空调与制冷常用术语 5 三种温标间的换算公式 C 5 9 F 32 F 9 5C 32 T t 273 16 式中 T 开氏温标 K t 摄氏温标 C 空调与制冷常用术语 6 热量 物体温度的高低表示了物质分子热运动的剧烈程度 同时也表示物体所具有能量的高低 这种能量称为热能 能不能被消灭 而只能转化成其它形式或从一种物质转移到另一种物质 一般来说 总是从温度较高的物体向温度较低的物体转移 此时物体所放出或吸收的能量称为热量 空调与制冷常用术语 7 大卡 千卡 在标准大气压力下 将1Kg的水加热或冷却 其温度升高或降低1 时 所吸收或放出的热量称为1千卡以符号Kcal表示 英国热量单位 在标准大气压力下将1磅水 1Ib 0 45kg 加热或冷却 其温度变化1 F时所需的热量称为一个英热单位 以符号BTU表示 一立方水从25度降到结冰所需的冷量 12000BTU 焦耳 在国际单位制中 取热量单位与功的单位一致 以焦耳表示 焦耳相当于用1N 牛顿 的力 其作用点在力的方向上移动1米所作的功 焦耳的符号为J 空调与制冷常用术语 8 比热相同质量的不同物质 升高同样的温度时 其所加进的热量是不一样的 为互相比较 把1kg的物质升高1 时所需的热量称为比热值 如 水的比热值为4 19KJ kg c 而干空气的比热值则为1 006KJ kg c 知道材料的比热值 借助公式 Q m c t就能计算出对它降温所需要除去的热量 式中 m 物质的质量 kg c 比热KJ kg k t 温度差值K 空调与制冷常用术语 9 各种热量单位的换算如下 1Kcal 大卡 3 969BTU 1BTU 0 252Kcal1Kcal 大卡 4 19KJ 千焦耳 1KJ 0 239Kcal1KW 千瓦 860Kcal h 大卡 小时 1匹 2 2 2Kw h 空调与制冷常用术语 10 制冷功率与电功率的区别 例如 一台制冷功率 总冷量 27 3KW 风量 8300m3 h 的空调 压缩机输入功率 5 3KW 风机输入功率 2KW 其他可能的功能用电功率 以上3项的和才是该空调的输入总功率 空调与制冷常用术语 11 显热 对固态 液态 或气态的物质加热 只要它的形态不变 则温度必然升高 所加进的热量多少能在温度上显示出来 所以 不改变物质形态而引起其温度变化的热量称为显热 潜热 对水加热 其温度升高 当达到沸点时 虽然热量不断加入 但水的温度却不再升高一直停留在沸点上 所加进的热量仅使水由液态变为气态 这种不改变物质的温度而引起物态变化 相应 的热量称为潜热 显热比 显热量 显热量 潜热量 例如 显热比为0 9 意味着在总热量中含有90 的显热量和10 的潜热量 全热等于显热与潜热之和 空调与制冷常用术语 12 热量输入使液体温度增加 继续加热使液体转化为气体 显热 潜热 0 100 热量 热量 显热及潜热 制冷 总热量 显热 潜热显热比 SHR 显热 总热量 空调与制冷常用术语 13 蒸发 是指在液体自由表面进行汽化的过程 在相同环境下 液体温度愈高 则蒸发愈快 沸腾 是指液体内部产生气泡形式的剧烈汽化过程 在整个沸腾过程中 液体吸收的热量全部用于自身的容积膨胀与相变 气 液两相温度保持不变 吸热率 使液体温度升高的吸热率与使液体汽化的吸热率是大不相同的 例如 水升高温度时吸热率为每公斤每度为0 252Kcal 但要使水转变成蒸气则吸热率为每公斤243Kcal 制冷机中的蒸发器正是利用这种蒸发吸热特性实现制冷的 冷凝潜热 物质由气态转变为液态所必须放出的热量称为冷凝潜热 空调与制冷常用术语 14 饱和温度液态和气态在转化过程中其温度保持不变 称此温度为饱和温度 所有液体在给定压力下都有一个沸点与之对应 同理蒸气放出热量后冷凝为液体 在一定的压力下也有一个冷凝点与之对应 故饱和温度的高低随压力而变 压力增加 饱和温度上升 压力下降 饱和温度也下降 不同成份的液体 在同一压力下其饱和温度也不同 如水在大气压下其蒸发饱和温度为100 而氨则为 33 35 因此选择适当的液体在制冷机中极为重要 空调与制冷常用术语 15 绝对压力 完全真空为0点的压力 其单位为磅 平方英寸 用符号Psia表示 表压力 1个大气压为0点的压力 其符号为Psig 绝对压力与表压力的换算关系为 绝对压力 当地大气压 表压力在我国压力单位用帕 平方米 Pa m2 或千帕 平方米 KPa m2 在工程上也常用公斤 平方厘米 Kg cm2 它们的关系为 1Kg cm2 14 2Psi 1Psi 0 07Kg cm21KPa m2 0 145Psi 1Psi 6 897KPa m2 空调与制冷常用术语 16 临界温度制冷剂蒸气能够还原成液态的最高温度 当制冷剂蒸气温度超过其临界温度时则无论施加多高的压力都不能使其转化为液态 空调与制冷常用术语 17 绝对湿度1m3湿空气中含水蒸气的质量 符号为Z 单位为Kg m3含湿量 比湿 每公斤干空气中所含有的水蒸气量 符号为d 单位为kg kg 干 相对湿度湿空气中水蒸气的含量与同温度下湿空气最大可能的水蒸气含量之比符号为 以 表示 相对湿度可以很方便地表示空气接近饱和的程度 露点在一定大气压力下 含湿量不变时空气中的水蒸气凝结为水的温度 在d不变时 空气温度下降 由未饱和状态变为饱和状态 空气的相对湿度 100 加湿 增加空气中水蒸气含量的过程 除湿 移走空气中水分的过程 空调与制冷常用术语 18 性能系数 COP 是反映冷制机效率的标志 其定义为 从一个空间所移走的热能与移走该热量所需的机械能的比值 空调与制冷常用术语 19 焓 是湿空气的一个重要参数 由于空气分子不断的作热运动 因而空气具有内能 内能与压力位能之和的复合状态参数称为焓 湿空气的变化过程是定压过程 焓差即等于热交换量 即 h Q cm t式中 h 焓差 KJ kg干空气 Q 热交换量KJ kg m 湿空气质量 kg c 湿空气比热 KJ kg 空调与制冷常用术语 20 空调系统的工作原理及组成 21 基本制冷循环 空调系统的工作原理及组成 22 直接膨胀式空调机的制冷过程 压缩机将经过蒸发器后吸收了热能的制冷剂气体压缩成高压气体 然后送到室外机的冷凝器 冷凝器将高温高压气体的热能通过风扇向周围空气中释放 使高温高压的气体制冷剂重新凝结成液体 然后送到膨胀阀 膨胀阀将冷凝器管道送来的液体制冷剂降温后变成液 气混合态的制冷剂 然后送到蒸发器回路中去 蒸发器将液 气混合态的制冷剂通过吸收机房环境中的热量重新蒸发成气态制冷剂 然后又送回到压缩机 重复前面的过程 空调系统的工作原理及组成 23 压缩机 它的作用就是将从蒸发器流出的低压制冷剂蒸汽压缩 使蒸汽的压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力 从而保证制冷剂蒸汽能在常温下被冷凝液化 制冷剂蒸汽经压缩机压缩后 温度升高了 因此 相对于蒸发器而言 冷凝器中的制冷剂处于高温高压状态 空调系统的工作原理及组成 24 冷凝器 让气态制冷剂向环境介质放热以达到冷凝液化的换热器蒸发器 让低温液态制冷剂和需要冷却的介质交换热量的交换器膨胀装置 称节流装置 是用来调节制冷系统中冷剂循环量的部件干燥过滤器 它是用来吸收系统中的水分 过滤制冷剂中的杂质 防止膨胀阀孔被堵塞视镜 它可直接观察到系统内冷剂的多少 同时视镜中心有一圆圈 他的颜色可反映冷剂中的含水量 空调系统的工作原理及组成 25 高压保护安装在制冷系统的高压部分 当制冷系统高压部分冷剂压力到达2800Kpa时 高压动作 切断压缩机电源 低压保护 当制冷系统低压部分冷剂压力低于140Kpa时 低压保护器动作 切断压缩机电源 空调系统的工作原理及组成 26 空调系统的分类 27 按空调的排热方式 直接膨胀方式风冷标准 压缩机内置 散热器 卧式 立式风冷冷凝器分体 压缩机外置 散热器 卧式风冷冷凝机组水冷冷却塔散热干冷器散热节能制冷系统 Ambicool 双冷源系统 Combicool 冷冻水系统 机房空调系统的分类 28 风冷系统 压缩机内置于空调机组 A 型 立式排风风冷冷凝器 空调机组 机房空调系统的分类 29 风冷分体系统 压缩机外置于冷凝机组 X 型 空调机组 卧式风冷冷凝机组 机房空调系统的分类 30 主机和冷凝器是互相独立的配置简单维护容易需要占用空间小制冷管道的长度受限制工作效能受环境温度影响 风冷系统的特点 机房空调系统的分类 31 水冷系统 W型 空调机组 散热器 干冷器 机房空调系统的分类 32 水冷系统 W型 空调机组 冷却塔 机房空调系统的分类 33 水冷系统的特点 如果用自己的干冷器或冷却塔 则大体与主机独立用中央冷却水则要依赖中央空调配置比较复杂水管的长度基本不受限制干冷器和冷却塔需要占用空间冷却塔的冷效较高 但需要水源 机房空调系统的分类 34 冷冻水系统 CW型 空调机组 风冷冷冻水机组 机房空调系统的分类 35 冷冻水系统特点 一般由中央空调供应冷冻水 受制于中央空调配置简单水管长度基本不受限制没有排热要求 对幕墙建筑环境比较理想 机房空调系统的分类 36 当环境温度过高时工作于水冷直接膨胀制冷 节能制冷 AMBICOOL 直接膨胀制冷 压缩机未显示 37 节能制冷 AMBICOOL 部分自由冷却 混合制冷 微处理控制器 当环境温度降低时提供部分自由冷却制冷 压缩机未显示 38 节能制冷 AMBICOOL 自由冷却 当环境温度足够低时 机组完全进入自由冷却方式 就象冷冻水机组 干冷器 冷却液温度感应信号 房间温度感应信号 微处理控制器 调节阀控制信号 压缩机控制信号 水冷式热交换器 直接膨胀盘管 节能制冷盘管 压缩机未显示 39 干冷器 冷却液温度感应信号 房间温度感应信号 微处理控制器 压缩机控制信号 双冷源 COMBICOOL 完全膨胀制冷 压缩机未显示 40 干冷器 冷却液温度感应信号 房间温度感应信号 微处理控制器 压缩机控制信号 双冷源 COMBICOOL 冷冻水制冷 压缩机未 41 气流组织上送风下送风 机房空调系统的分类 42 天花 负载 空调 上送风 前回风 机房空调系统的分类 43 天花 地板下 负载 回风口 上送风 地板下回风 空调 机房空调系统的分类 44 天花 地板下 上侧水平送风 空调 水平送风风帽 负载 机房空调系统的分类 45 通风管道上送风 地板下 空调 负载 机房空调系统的分类 46 下送风 顶回风 出风口 天花 地板下 负载 空调 机房空调系统的分类 47 下送风 室内回风 天花 地板下 负载 空调 负载 机房空调系统的分类 48 地板下送风 风管 天花回风 天花 地板下 负载 空调 负载 机房空调系统的分类 49 专用空调与舒适空调之差别 50 空调的重要性 根据美国的一份调查报告报告指出8 的计算机下机率于空调系统问题有关 51 1 温度 湿度控制 专用空调装有多级制冷 加热 去湿和加湿 并将温 湿度控制在一个很小的范围内舒适空调只能控温 52 温 湿度对电子设备的影响 问题温度过高温度过低湿度太高湿度过低 结果元件故障 可靠性降低设备散热风扇开关频繁 容易损坏短路 电路板漏电细菌生长 夹纸静电 高压放电 1 温度 湿度控制 53 2 正确的显热比 专用空调由于有高显热比 能紧密匹配设备要求 能量利用率高 热量输入使液体温度增加 继续加热使液体转化为气体 显热 潜热 0 100 热量 热量 显热及潜热 制冷 总热量 显热 潜热显热比 SHR 显热 总热量 电子设备不产生水气 因此对潜热需求极少 2 正确的显热比 55 2 正确的显热比 冷负载分析举例 56 21kW显冷负载例子 舒适空调显热比 0 7总冷负荷 21 0 7 30kW 专用空调显热比 0 9总冷负荷 21 0 90 23kW 节省 7kW每年工作时间 8 760每年节省 7x8 760 61 320kW hr能量损耗 RMB1 20 kW hr每年节省人民币 RMB1 20 x61 320 RMB73 584 2 正确的显热比 57 舒适空调与专用空调对比 舒适显热比一般在0 7以下过量去湿要求再加湿增加能量浪费 专用显热比通常大于0 9无不必要加湿 2 正确的显热比 58 3 气温稳定度 专用空调有较大的风量 并使温度维持在一个很小的范围内 避免了电子元件热脹冷缩频繁 59 风量与显冷量的关系 显冷量 kW 风量 m3 s x 回风 出风温度 x1 2在大多数场合 该温差约10 12度要提高显冷量 必须加大风量 3 气温稳定度 60 例子 DC240回风温度22deg C总冷量 59 55kW显冷量 52 83kW风量 4 7m3 s出风温度 22 52 83 1 2x4 7 12 6deg C温差 22 12 6 9 4deg C舒适空调出风温度10deg C温差 12deg C 3 气温稳定度 61 频繁及大幅度的温度变化使电子元件频繁的胀缩 导致设备损坏 风量与温度的关系 3 气温稳定度 62 舒适空调与专用空调对比 舒适低风量 温度大幅度及频繁波动 专用空调大风量 温度非常稳定 3 气温稳定度 63 4 多样的气流组织 下送风提供较好的气流分布 64 舒适空调 上送风 精密空调 下送风 冷风 热风 扰流 冷风 热风 4 多样的气流组织 22degC 50 24deg C 45 22degC 50 65 舒适空调与专用空调对比 舒适只有上送风灵活性低气流干扰热冲击 气流短路 专用上 下送风灵活性高气流平滑温度分布均匀允许较高的回风温度 下送风 节能 4 多样的气流组织 66 5 节省能源 有利环保 专用空调能效高 节省能源 亦对环保有利 67 臭氧层破坏 ODP 科学家们已证实臭氧层因受CFC气体侵蚀已穿洞 蒙特利尔协议同意逐步废除CFC 改用害处较小的HCFC新一代制冷剂采用HFC 完全不损害臭氧层 制冷剂成份臭氧层破坏程度R12CFC1 00R22HCFC0 05R134a R407cHFC0 5 节省能源 有利环保 68 全球变暖 温室效应 温室气体能保存从太阳来的能量从而使地球温度上石油燃料燃烧时产生二氧化碳 这些气体不断释放到大气中 令温室效应日益显著而导致气候改变 制冷剂二氧化碳当量R127 100R221 600R134a1 200R407c1 600 5 节省能源 有利环保 69 等效温室效应计算 该计算方法是全面评估一个制冷系统在其寿命期内的运行中所产生的温室效应 包括直接的和间接的 现以CITECDC240AH机组为例 制冷剂充注15kg外泄量每年1 5公斤能量消耗20 0kWh h运行时间8760h 每年发电厂二氧化碳排放量0 6kgCO2 kW hr寿命15年寿命终了时R22回收率85 R22的温室效应1600KGCO2 KgR22外泄损失1600 x1 5x15年 36 000回收损失1600 x15 0 x0 15 3 600发电厂CO2排放出20 0 x8760 x0 6x15 1 576 800 98 总CO2排放 外泄损失 回收损失 发电厂排放 1 616 400kg 5 节省能源 有利环保 70 舒适显冷量小 造成能量损耗大 专用显冷量合适 能量损耗小 舒适空调与专用空调对比 5 节省能源 有利环保 71 6 高效过滤器 高效过滤器提供更为洁净的空气 对电子设备有较好的保护 72 舒适空调与专用空调对比 舒适保护制冷盘管无要求标准 专用空调使电子元件清洁标准配置EU4过滤器 欧洲通风标准 除尘率90 6 高效过滤器 73 7 可靠性 内置冗余及连续运转的设计 使下机率最小 74 舒适空调与专用空调对比 舒适无内置冗余设计只为日间及夏季使用 专用有冗余量多台压缩机多台风机 马达设计为持续运转 7 可靠性 75 8 微处理器控制 先进的微处理器控制具有精密控制和通信功能 76 舒适空调与专用空调对比 舒适只能控温单级工作外置楼宇自动化系统 专用维持室内状态的精密控制全面的报警通知远程报警报告全面的状态显示楼宇管理系统兼容 8 微处理器控制 77 专用空调与舒适空调的比较 总结 专用空调专为数字电子设备及有特殊环境要求的设备而设计温度控制精度为 1 湿度控制精度为 5 功能齐备 制冷 加热 加湿 除湿 舒适空调为人的舒适而设计 而人的舒适感觉是很主观的温度控制精度为 3 或以上无湿度控制只有制冷 78 专用空调与舒适空调的比较 总结 专用空调显热比高 低潜热 节省能源气流组织多样化高效过滤 保护设备 舒适空调显热比小 高潜热 只有上送风低效过滤 保护制冷盘管 79 专用空调与舒适空调的比较 总结 专用空调设计为24x7 全天侯 运行可靠性高双风扇 马达双回路微处理器控制BMS楼宇监控远程监控 舒适空调仅为夏季和有需要时运行单一系统故障点简单的温度控制 80 结论 资讯系统装有计算机和电讯等数据设备数据设备必需使用专用空调 81 专用空调场地设计 82 用热负荷计算根据设备的总数量计算出显热冷量的要求 若设备为未知 则利用经验法 普通机房如以每平方米350W 500W计算 求出总冷量再乘以0 9显热比得出显冷负荷 第一步 确定冷负荷要求 正确地选择空调 83 各种热量单位的换算 1Kcal 大卡 3 969BTU 1BTU 0 252Kcal1Kcal 大卡 4 19KJ 千焦耳 1KJ 0 239Kcal1KW 千瓦 860Kcal h 大卡 小时 1St 美国冷吨 3024Kcal h1Lt 日本冷吨 3320Kcal h1匹 2 2 2Kw h 第一步 确定冷负荷要求 正确地选择空调 84 例 某设备托管区机房 约88m2计划机柜数量 50个按实际热负荷计算单柜功率 25Ax220V 5 5kVA发热量 5 5x0 8 功率因数 4 4KW设备总发热量 4 4x50 x80 发热系数 176KW环境热量 100w m2单位面积热量 88m2x100 8 8kW总冷负荷 176KW 8 8kW 184 8kW 第一步 确定冷负荷要求 正确地选择空调 85 一般选择空调都需要考虑扩容 特别是如果使用中央冷凝水或冷冻水系统更应考虑扩容即使采用风冷系统也要记住 一旦数据中心开始运作 要安装新的空调设备是非常麻烦的 第二步 确定扩容需要量 1 正确地选择空调 86 任何设备都有损坏的可能如果没有空调则资讯系统也不能工作至于冗余的多少则视设备的重要性来定 最普遍为