数据中心的制冷与散热

,Objectives,TounderstandtheAir-conditioningsystemswithitsoperation,composition,functions,Forpowertocoolingpre-salestechnicalsupport,Content,INTRODUCTION-前言,TECHNICALDEFINITIONS-技术定义,EQUIPMENTREQUIREMENTSANDHOWTOMEET-设备,的要求以及如何满足,BASICREFRIGERATIONCYCLE-基本制冷周期,MAINMETHODSOFREMOVINGHEAT-去除热量的主要方,法,FUNCTIONSOFCOMPONENTS-各组成部分的功能OPTINOS-选件PIPING-管路,OPERATIONANDMAINTENANCE-操作和维护,MEASUREINGINSTRUMENTSandREFRIGERATION,TOOLS-测量仪表和制冷工具,INTRODUCTION,前言,空调系统的用途和组成,Air-conditioningsystemscontrolthetemperature,humidity,andthetotalairqualityinresidential,commercial,industrial,andotherbuildings.,空调系统控制住宅楼、商业中心、工业厂房和其它建筑物的温度、湿度,和总的空气质量。,Air-conditioning,andrefrigerationsystemsconsistofmanymechanical,electrical,andelectroniccomponents,suchas,motors,compressors,pumps,fans,ducts,pipes,thermostats,andswitches.,空调，和制冷系统由很多机械、电气和电子器件组成，例如马达、压缩,机、泵、风机、风道、管道、恒温控制器和开关。,WhyFundamentals?为什么是基础？,Techniciansmustbeabletomaintain,diagnose,andcorrect,problemsthroughouttheentiresystem.,技术人员必须能够维护、诊断和纠正整个系统的问题。,Aftergainingalittleexperience,manycommonfaultsina,refrigerationsystemcanbelocalisedvisually,byhearing,byfeel,andsometimesbysmell.Otherfaultscanonlybedetectedbyinstruments.,获得一点经验后，制冷系统中的很多常见的故障就能通过望(目检)、闻,(有时通过闻)、切(触摸)和听就能确定故障的位置。其它故障只能通过仪表进行检测了。,Animportantelementinthefaultlocationprocedureisfamiliarity,withhowthesystemisbuiltup,itsfunctionandcontrol,bothmechanicalandelectrical.,在故障定位程序中的一个重要要素就是熟悉系统是如何组成的、各部分,的功能及其控制过程、以及机械和电气的原理。,TECHNICALDEFINITIONS,技术定义,TechnicalDefinitions-技术定义,FirstLawofThermodynamics-热力学第一定律,Energycanbechangedfromoneformtoanother,butitcannotbe,createdordestroyed.,能量可以从一种形式转换成另一种形式，但它不能产生或消灭。实际上，这就是能量守恒定律的另一种表述方法。,SecondLawofThermodynamics-热力学第二定律,Clausiusstatement:Heatgenerallycannotflowspontaneouslyfroma,materialatlowertemperaturetoamaterialathighertemperature.,克劳休斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。,Kelvinstatement:Itisimpossibletoconvertheatcompletelyintoworkina,cyclicprocess.,开尔文表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功而不引起其它变化。热力学的两种表述方式实质上是一样的，还有第三种表述方式为通用表述方式。,TechnicalDefinitions-技术定义,TheNatureofHeat热量的特性,Heatcanonlyflowinonedirection,fromHottoCold,热量只能沿一个方向流动，就是从热流向冷,Acoldobjectplacedinahotroomwillnotgetcolder,一个冷的物体放在一个热的房间不会变的更冷,Airconditioningpumpsheatenergybetween,spacesasneeded空调就是按照需要将热能在不同的空间之间传送,Airconditionersrelocateheat,theydonot“createcold”,空调只能重新分布热量，不能“制造冷“。,TechnicalDefinitions-技术定义,Evaporation-蒸发,Termappliedtothechangingofaliquidtoavapour,从液相变成气相的过程,Condensation-凝结,Liquidordropletswhichformwhenagasorvapouriscooled,belowitsdewpoint,当气体或蒸汽冷却到它的露点温度以下时形成液体或小液珠的过程,DewPoint-露点（温度）,Temperatureatwhichvapourbeginstocondenseanddeposit,asliquid,蒸汽开始凝结和沉积为液体的温度。,TechnicalDefinitions-技术定义,Temperature-温度,Measureofthedegreeorintensityofheatoftheenvironment,oratmosphere,表示环境或大气的热的程度或强度的物理量。,RelativeHumidity-相对湿度,Ratioofamountofwatervapourpresentinairtogreatest,amountpossibleatsametemperature,空气中所含的水汽量和同温度下空气所能含的最大水汽量的比率。,HumidityRatio-含湿量,Aratioofwatervapourmassperkilogramofdryairatagivenpressure.itdoesnotchangewithtemperatureexceptwhentheaircoolsbelowdewpoint.,在湿空气中，与1kg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量，用符号d表示，单位为g/kg(干空气)。它不随温度的变化而变化。,TechnicalDefinitions-技术定义,Enthalpy-焓,Foragas,ausefuladditionalstatevariableistheenthalpywhichisdefinedtobethesumoftheinternalenergyEplustheproductofthepressurepandvolumeV.,H=E+p*V,Forthespecialcaseofaconstantpressureprocess:,Q=(H2-H1)=Cp*(T2-T1),Cpisheatcapacitycoefficient.,对气体，焓定义为内能E加上压力p和体积V的乘积。在恒压过程中，传输,的热量为前后两个状态的焓差。其中Cp为热容量系数。,Enthalpyisastatevariablethatisthecombinationofotherstate,variables.,焓是一个几个状态变量组合在一起的复合状态变量。,对湿空气：h=hg+d*hq=(1.005+1.84d)t+2500d(kJ/Kg)前一部分与温度有关，为显热，后一部分与温度无关，为潜热。,DryBulbTemperature-干球温度,Airtemperatureasindicatedbyanordinary,thermometer,普通温度表所测量的空气温度,WetBulbTemperature-湿球温度,Relativehumidityasindicatedbyawetbulb,thermometer,湿球温度表所测量的温度,TechnicalDefinitions-技术定义,TechnicalDefinitions-技术定义UnitofHeat热量单位,1Ton=12,000BTU/HR1Ton=3.5kW1kW=3413BTU/HR1kcal/h=1.163W1KW=860kcal/h体积流量单位CMH：cubicmeterperhour,1冷吨=12,000英制热量单位/小时1冷吨=3.5千瓦1千瓦=3413英制热量单位/小时1大卡=1.163瓦1千瓦=860大卡每小时立方米,CFM：cubicfeetperminister每分钟立方英尺1CFM=1.699CMH,TechnicalDefinitions-技术定义温标绝对温标(开氏温标)T单位为K摄氏温标t单位为C华氏温标F单位为F,T=t+273.15,(K),t=5/9(F-32),(C),或,F=9/5*t+32,(F),压力单位,1Pa=1N/m21hPa=100Pa1mmH2O=9.806Pa1mmHg=14.595mmH2O=143.1Pa1标准大气压=1013.25hPa,1帕=1牛顿/米21百帕=100帕1毫米水柱=9.806帕1毫米汞柱=14.595毫米水柱=143.1帕(注：Pa是一个很小的单位),焓湿图上部的横坐标(垂直的竖线)：含湿量(g/kg)纵坐标(水平横线)：温度(C),45斜坐标(斜直线)：焓(kJ/kg或Kcal/kg)放射状曲线：等相对湿度线(%)底部的横坐标：水蒸气分压力(mbar)对应每个不同的大气压力对应一张焓湿图焓湿图的应用：查找状态点已知状态点查找其它的参数,未饱和区,饱和区过饱和区,0,17,17,10%,20%,40%50%,60%70%80%90%100%,30%,302520151050-5-10,4035,0,670123456789101112131415161718xg/kg,焓湿图,从图中可以看出，在水汽含量(绝对湿度)不变的情况,下，当空气温度降低时，空气的相对湿度会增加。例如空气温度从35C下降到25C时，相对湿度就从40%增大到70%。对精密空调而言，这时就要启动除湿功能，以保证机房内的湿度满足设定的恒定湿度的要求。,TechnicalDefinitions-技术定义,Dehumidify-除湿,Removingofwatervapourfromtheenvironmentor,atmosphere,将环境或大气中的水汽除掉,Humidify-加湿,Addingofwatervapourtotheenvironmentoratmosphere向环境或大气中增加水汽,TechnicalDefinitions-技术定义,SensibleHeat-显热,Atermusedinheatingandcoolingtoindicateanyportionofheatwhichchangesonlythetemperatureofthesubstancesinvolved,or,Heatthatchangesthetemperatureofasubstancewhen,addedorremovedfromit,一个在加热和冷却过程中用来表示只改变该特定物体的温度,的那部分热量的术语,或,当向该物体增加或从物体中去掉时改变物体的温度的热量。,TechnicalDefinitions-技术定义,LatentHeat-潜热,Heatcharacterisedbyachangeofstateofthesubstanceconcerned,foragivenpressureandalwaysataconstanttemperatureforapuresubstancei.e.heatofvaporisation,or,Heatthatdoesnotaffectthetemperatureofasubstancebut,changesthestatewhenaddedorremovedfromit,有关的物质的状态发生改变的过程中的热特性，通常是在给定的压,力下，对纯净物质温度也始终保持不变，例如蒸发热,或,当给某物质增加这些热量或从该物质中移去这些热量时，物质的温,度不会发生变化，但状态会发生变化。,TechnicalDefinitions-技术定义TotalCooling-总冷量SummationofSensibleandLatentCooling显冷和潜冷之和TotalCooling=SensibleCooling+LatentCooling总冷量=显冷量+潜冷量显热比(SHF=SensibleHeatFactor)Ratioofthesensiblecoolingwithtotalcooling显冷量与总冷量的比，即空调用于降温与除湿和降温的冷量和之比。,显冷量总冷量,SensibleCoolingTotalCooling,=,显热比=,显,冷,h,量se,ns,总,冷,量,h,潜,冷,h,量la,t,to,t,En,al,焓湿图总冷量=显冷量+潜冷量,th,py,h,Z1为进气空气的状态,排气的状态Z2热交换特性(理想化的)设备的露点ADP,TechnicalDefinitions-技术定义,StaticPressure-静压,Thepressureexertedagainstthesideoftheduct.,由于空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力称为静压；,在房间内或风道中的空气，无论它是否流动，对其周围壁面都产生垂直于,壁面的压力，称为空气的静压力；,以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压；以大气压力为零点的静压称,为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。,相对静压0，称为正压；相对静压5kW/机柜的热量可以移去,供水,供水,天花,天花,地板块楼板,地板块楼板,机房,空调SOURCE:ASHRAE-DatacomEquipmentPowerTrendsandCoolingApplications,机房,空调,机柜,机柜,机柜,机柜,空气冷却一个定义空气路径的问题（2/3）,SOURCE:ASHRAE-DatacomEquipmentPowerTrendsandCoolingApplications,冷空气的送风：直接送到房间,暖空气的回风：通过风管和吊顶天花,全部的活动地板都能够用做开孔的地板块无需面对面布置,增大了送入房间的冷空气量/机柜前面的空间可以与非19英寸独立的设备组合使用,2块地板块/机柜，600cfm/地板块，120cfm/kW=10kW/机柜的热量可以移去,空气冷却一个定义空气路径的问题（3/3）,SOURCE:ASHRAE-DatacomEquipmentPowerTrendsandCoolingApplications,冷空气的送风：直接进入机柜,暖空气的回风：通过风管和吊顶天花无需开孔的地板块无需面对面的布置,可以与非19英寸独立的设备组合使用,高温差制冷(T=20C)，可以用户刀片服务器,例如2000cfm/机柜，100cfm/kW=20kW/机柜的热量可以移去,推荐的房间高度,DemandsofYourDataCenter,信息:,如何满足“始终24”,估算活动地板高度：,a.24(0,61米)，如果电缆过热，而地板下没有冷冻水水管或冷凝器水水管阻塞气流的情况；b.建议30(0,76米)到36(0,92米)，如果地板下有东西阻塞气流。,确立从机柜顶部到天花板的最大间隙为0,92米。,1,0-1,5m,1,5-2,0m,4,5-6,0m2,0-2,5m,对1500W/m以下功率密度的活动地板高度,RecommendationaccordingtoVDI2054Airconditioningsystemsforcomputerareas,VDI2054计算机房空调系统中所推荐的数值,Reality!现实中!Mostlyhightemperaturesarerelatedtolackofairdistribution-lowersetpointormorecoolingcapacitydoesnotcurethis,活动地板的设计电缆还是空气Theory?理论上?informs:HowtoMeet“24byForever”DemandsofYourDataCenterEstablishminimumraised-floorheight.,a.24(0,61m)ifthecablingisoverhead,withnochilledwaterorcondenserwaterorcondenserwaterpipesunderthefloorblockingtheairflow.,b.Recommend30(0,76m)to36(0,92problem!大多数的高温都与缺少气流分配有关-更低的设置点或更大m)ifthereareairflowblockages.,Reality!现实中!,onesolution.Sealallpenetrationsinthesub-floorandperimeterwallsundertheraisedfloorandabovethedroppedceiling.,活动地板的设计漏气流Theory?理论上?informs:HowtoMeet“24byForever”DemandsofYourDataCenterSealallcablecut-outsandotheropeningsintheraisedfloorwithclosures.TritonKoldLokgrommetsare,活动地板的设计,量,流,气,量,流,气,Source:IBM,地板块序数,地板块序数,Onlyaraisedfloorwithsufficientheightandperforatedtileswithlimitedopeningsallowanevenairdistribution!只有具有足够高度和具有有限开口面积的开孔地板块才能实现恰当的气流分配!来源：IBM地板块开口面积,活动地板的设计地板块序数活动地板支架高度,OPERATION,AND,MAINTENANCE,操作和维护,操作和维护Explanatorynotes说明绝对压力barabs:大气压力+表压,大气压：大气的重量所产生的压力（约为1,）,表压barpaatm：制冷系统内产生的压力真空：密封系统中大约为0.020，与环境的压差大约为-0.981。,OperationandMaintenance操作和维护,Evacuatingrefrigerantsystems,制冷系统抽真空,为了满足真空的要求，必须使用满足要求的情节的真空泵；,在不使用时，真空泵的连接端头必须密封，因为湿、的子或,类似的外部物体进入到真空泵中会真空泵，以再也不能达到满足要求的真空；,OperationandMaintenance操作和维护,真空泵,Evacuatinginstructions抽真空指,系统已经密封时以下,当确,进行,测试压力在压力表上的数下降到1barabs.=0barpaatm；,通过压力表将真空泵连接到系统的高压和低压；在高压和低压抽真空到大约为0；给系统充气(不是制冷剂因为环境的原因)到1，然后再抽真空到大约0。,Evacuatinginstructions抽真空指,这个过程至少进行三,，充两气。在抽真空的过程中将系统中的空,气和湿气抽出。如果系统中有物和大量的水，这种情况在系统没密封前长时间放置，或要处理的管路没有密封时可能会发生，这是需要以下的进行：系统抽真空几，直到压力表始终停在0的位置；,外，系统运行过程中要更换几干器来干系统；,*对比R22,环保制冷剂温度滑移(K)GWP（globalwarming,potential),压力at50C压缩机COP*热转换*系统性能*,R407C61610,R134a01300,R410A0.51090,19.695-101%相同95-100%,13.2101%稍低95-100%,30.892-100%较高98-106%,CyberAir2高适应性,OverviewofthePhaseOutofRefrigerant22,利,停止使用制冷剂,22概,称为,化,12(R12)和HCFC22(R22)的制冷剂非常,定，在大气中停很多,，,至散到平流,。在高大气,中，制冷剂分子分解并放出,，,。,水化合物-HFC是全球各国,的,利的,最好替代品。,OverviewofthePhaseOutofRefrigerant22,利,停止使用制冷剂,22概,OverviewofthePhaseOutofRefrigerant22,利,停止使用制冷剂,22概,1-1-2008全面止生产和进口利,R22。用于维,护和维产品需要的利一只有回收或循环利用才能获得。,制冷剂R407C和R22之间的最重要的技术差别在于R22的化中含有，因而使它从现在起完全不能在将来用作制冷剂了。,OverviewofthePhaseOutofRefrigerant22,停止使用制冷剂利,22概,Refrigerant407C-制冷剂407C,制冷剂R407C是一种R32、R125和R134A混合的制,冷剂，被称为非共混合物（ZEOTROPE）液体，在给定的压力下，混合物中的每种成分都具有不同的点。,ChargingtheSystemwithR407C,给系统充R407C,制冷剂R407C是一种非共混合物(ZEOTROPE)液体，,其一个特性就是制冷剂在一定温度围内和凝,液体成分维持了在给系统充制冷剂时显热不变,最好的办法就是用带管的制冷剂来保证液体制冷剂被吸入系统在制冷剂没有管的地方，制冷剂应该过来。,SafetyInstructions安全指所有维护工作必须在国家有关防意外的规的前提下进,行，,其是要有关电气安装、制冷机械和设备的意外防规,；维护工作只能由和证的专业技术人员进行。,SafetyInstructions安全指,在系统上工作必须只能在系统完全关机的时进行；,系统要完全关机，空调机组必须先在控制器上停机，然后断开主开关；一个“不要开机”的标示必须要在合适的地方；,带电的电气组件必须关到完全下电的状态，并且要确他们已经处于完,全下电的状态。,ControllerC1002,SafetyInstructions安全指,用控制器上的启动/停机启动和停机空调,机组；控制器控制和空调机组的所有功能序；当空调机组启动后，在显示上显示房间的实际温度/湿度。Thefanrunsonforapprox.3minuteswhentheA/Cunitisswitchedoff.在空调机组停机后风机还要运行大约3分钟。,SafetyInstructions安全指,空调机组完全停机,空调机组完全停机是通过控制器和内,置的主开关实现的。为此，要开电气并主开关转到“O”的位置。,主开关,1,SafetyInstructions安全指,接制冷组件,1.这个开口用来在吸入连接充制,冷剂的管线或抽真空的管线,2.这个开口用来在高压连接充制,冷剂的管线或抽真空的管线,3.这个开口用来检查观孔。,Maintenancemeasuresandintervals维护目及