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:針對通信機(jī)房對工作環(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)用價值。
一、引言
當(dāng)前通信機(jī)房有兩種配置:一是使用多臺舒適性空調(diào),同時安裝加濕器;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)房內(nèi)的恒溫、恒濕狀態(tài),將經(jīng)過空調(diào)機(jī)組處理過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)用效果等方面對兩種空調(diào)設(shè)備進(jìn)行簡要的分析和比較。
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,即使用常見的舒適性空調(diào)。
該種空調(diào)屬辦公場所及一般場所使用,有一定的工作時間,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)及對環(huán)境的要求
?。?)通信機(jī)房內(nèi)各種類型的電子設(shè)備,除少數(shù)部分由機(jī)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(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產(chǎn)生大量的熱量,同時,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)房內(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。
(2)由于較大的穩(wěn)定變化率,即在單位時間內(nèi)空氣的溫度變化較大,會使電子元器件產(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)房內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)送、回溫差要小,送風(fēng)量要大。
?。?)由于機(jī)房通信設(shè)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(huán)境溫度逐步升高,電子組件長期處于高溫狀態(tài),會導(dǎo)致電力工作不正常,造成使用壽命縮短,嚴(yán)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(jī)房內(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。
?。?)有數(shù)據(jù)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(dá)2000V,足以造成對電子設(shè)備的運(yùn)行故障。為防止機(jī)房內(nèi)由于過于干燥,而產(chǎn)生對通信設(shè)備極為有害的靜電,這就要求空調(diào)機(jī)組必須對室內(nèi)空氣進(jìn)行加濕,使機(jī)房內(nèi)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(jī)房在冬季尤其需要加濕。
2、空調(diào)維護(hù)規(guī)程對機(jī)房溫度、濕度的要求
中國電信集團(tuán)公司頒發(fā)的電源、空調(diào)維護(hù)規(guī)程對各種機(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,就應(yīng)針對“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)
一般來說,機(jī)房專用空調(diào)是為保證機(jī)房內(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)主要針對辦公室及生活環(huán)境,對象是人,保證人的舒適度。根據(jù)上面我們對通信機(jī)房工作條件的分析,可以看出,通信機(jī)房內(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)別是一個能連續(xù)工作和恒溫加濕,一個只能階段性工作,不能加濕。
2、對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的進(jìn)一步分析比較
(1)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,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)口溫度會隨空調(diào)風(fēng)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(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)盤管面積大,只是實(shí)現(xiàn)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(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,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,長期除濕會造成室內(nèi)溫度過低,對通信設(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)對機(jī)房高顯熱負(fù)荷是不適宜的。
(3)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
空調(diào)大風(fēng)量可以提供每小時幾十次的空氣循環(huán)次數(shù),使機(jī)房內(nèi)溫度場均勻,避免局部溫度過熱,同時由于空氣過濾器對機(jī)房內(nèi)空氣的過濾作用,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)時攜帶霧滴和過度除濕,而對近端設(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用功。同時可以穩(wěn)定機(jī)房的濕度,防止過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
?。?)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,控制精度低,當(dāng)某些機(jī)房內(nèi)的溫度較低時,舒適性空調(diào)需人工改變空調(diào)的工作模式,否則,機(jī)房內(nèi)就會達(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,能自動使機(jī)房保持恒溫。
?。?)舒適性空調(diào)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(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,所以無法很好的協(xié)調(diào),對濕度控制精度差,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。同時冷空氣對敷設(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)房溫度場的分布,防止局部過熱情況的出現(xiàn),以保證精確的溫濕度控制,而舒適性空調(diào)在這方面是無法做到的。
4、空氣過濾器
機(jī)房專用空調(diào)機(jī)選用中效過濾器,在一些引進(jìn)的國外特殊型機(jī)組中,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上預(yù)留了亞高效過濾器或高效過濾器的安裝位置,可根據(jù)需求選用(如凈化手術(shù)室等場地均選用亞高效過濾器),以防止蒸發(fā)器結(jié)灰并提高房間的潔凈度,當(dāng)機(jī)組過濾器進(jìn)出口風(fēng)壓差超過一定值時,過濾器堵塞開關(guān)自動動作,提示操作人員清掃或更換過濾器。
而舒適性空調(diào)一般只配有初效過濾器,過濾效果差,維護(hù)清潔周期由人工掌握。如果需要提高空氣過濾效率,對空調(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)能自動對主機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測診斷,及時對出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)的故障發(fā)出警報,自動用后備機(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)組分別在不同的時間內(nèi)作為運(yùn)行機(jī)組和后備機(jī)組。即當(dāng)某臺運(yùn)行主機(jī)組發(fā)生故障時,能把該機(jī)組的負(fù)荷自動地切換到后備機(jī)組上。
正常情況下,每臺機(jī)組可按一定的時間輪流作為運(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,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)組的時間供冷能力會大大低于其標(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,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,無法自動調(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)行時蒸發(fā)溫度和壓力降低,對空調(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,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題。
(1)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,即無法進(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),同時空氣處理時過度除濕,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,仍能正常工作。
(2)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,平均無故障率MTBF一般都在10萬小時以上,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個月,按每天平均運(yùn)行10小時計(jì)算,即一年只能運(yùn)行2000小時左右,而且長期不在其最佳工作點(diǎn)運(yùn)行,對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)房內(nèi)的熱負(fù)荷分配與普通辦公及生活場所不同,如將舒適性空調(diào)用于高顯熱負(fù)荷的程控交換機(jī)房就會造成很大的能源和投資浪費(fèi)。
如一臺總制冷量為3萬大卡的舒適性空調(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(jī)房專用空調(diào),由于其顯熱比高達(dá)0.9,則總制冷量為2.7萬大卡,潛冷量為0.3萬大卡。
如將兩臺空調(diào)同樣用于需制冷量為3萬大卡的程控交換機(jī)房內(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2.7萬大卡,潛熱負(fù)荷為0.3萬大卡,制冷量為3萬大卡的機(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3萬大卡的舒適性空調(diào)所提供的顯冷量僅為1.8萬大卡,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)會增加工作時間。同時,相對濕度也會相應(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)用上對比兩種空調(diào)的用電量消耗。由此可見,如用在高顯熱負(fù)荷的程控交換機(jī)房內(nèi),舒適性空調(diào)比機(jī)房專用空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用高。
機(jī)房專用空調(diào)產(chǎn)品推薦:恒溫恒濕機(jī)
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