試談機房專用空調(diào)與舒適性空調(diào)在機房應用上的性能差異
摘要：針對通信機房對工作環(huán)境要求的特點，從空調(diào)設備的技術(shù)特性，使用可靠性，應用效能等方面進行分析比較，指出機房專用空調(diào)與舒適性空調(diào)在應用上存在較大的差異性，提出正確合理配置空調(diào)機組的重要性，并闡明了機房專用空調(diào)在通信機房建設中更具有重要的應用價值。
一、引言
當前通信機房有兩種配置：一是使用多臺舒適性空調(diào)，同時安裝加濕器；二是采用機房專用空調(diào)。目的都是為了及時排出計算機或通信設備所散發(fā)的熱量，維持機房內(nèi)的恒溫、恒濕狀態(tài)，將經(jīng)過空調(diào)機組處理過的新鮮冷空氣送往通信設備，并保證機房的空氣潔凈度達到要求，使通信設備及工作人員具備正常的符合要求的工作環(huán)境。但是實際使用中，這兩種空調(diào)機組在應用上，顯示出了一定的差異性。以下僅從機房特點、產(chǎn)品技術(shù)和應用效果等方面對兩種空調(diào)設備進行簡要的分析和比較。
二、通信機房配置和使用空調(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、重要的程控交換機房，采用的多是機房專用空調(diào)，配置容量充裕；而在容量較小的交換機房、傳輸機房、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，這顯然是達不到通信機房要求恒溫恒濕、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，通信設備容易損壞或不能正常工作，通信網(wǎng)絡容易造成癱瘓，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)的通信領域也是不能允許的。
三、通信機房的環(huán)境特點及要求
1、通信設備散熱特點及對環(huán)境的要求
（1）通信機房內(nèi)各種類型的電子設備，除少數(shù)部分由機械傳動裝置外，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，隨著電子和計算機技術(shù)及工藝水平的高速發(fā)展，功能越來越強的電子設備，其運行速度也就越快，而機柜的體積又日益趨向小型化，這樣就造成設備內(nèi)的電子原件異常密集，設備的散熱量很大且異常集中，所以通信機房內(nèi)熱密度遠大于一般辦公環(huán)境，這就要求通信機房的空調(diào)機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)定地降溫或加溫運行。
?。?）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)應力，加速電子元器件及其他材料的機械損傷和電氣參數(shù)的變化，影響到通信設備或計算機網(wǎng)絡工作的穩(wěn)定性，所有進、出設備的空氣溫差應該越小越好，因此要求機房內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)送、回溫差要小，送風量要大。
?。?）由于機房通信設備的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)，會導致電力工作不正常，造成使用壽命縮短，嚴重時該組件會被燒毀；另外，為保證電路工作絕緣安全，通信機房內(nèi)任何情況下均不得出現(xiàn)結(jié)露狀態(tài)，因此，機房空調(diào)制冷系統(tǒng)必須具有高顯熱比特性，而且送風溫度要高，保證進端設備不出現(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2000V，足以造成對電子設備的運行故障。為防止機房內(nèi)由于過于干燥，而產(chǎn)生對通信設備極為有害的靜電，這就要求空調(diào)機組必須對室內(nèi)空氣進行加濕，使機房內(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，通信機房在冬季尤其需要加濕。
2、空調(diào)維護規(guī)程對機房溫度、濕度的要求
中國電信集團公司頒發(fā)的電源、空調(diào)維護規(guī)程對各種機房的溫度、濕度指標都作了明確規(guī)定。作為通信企業(yè)的建設和運行維護部門，就應針對“維護規(guī)程”規(guī)定不同要求在通信機房配置合適的空調(diào)設備，嚴格制定科學合理的運行參數(shù)，加強檢測和巡檢，給機房提供適宜和符合要求的工作環(huán)境，保證通信設備和通信網(wǎng)絡系統(tǒng)安全、可靠、正常運行。
四、機房專用空調(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，機房專用空調(diào)是為保證機房內(nèi)的各種計算機或通信設備能工作在恒定的溫度和濕度及潔凈的環(huán)境中而設計的精密空調(diào)設備。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)上面我們對通信機房工作條件的分析，可以看出，通信機房內(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)的進一步分析比較
?。?）風量和進出風溫差
出風口溫度隨風量的增加而提高，以減少進、出風之間的溫差。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，設為常數(shù)，V為空調(diào)的風量，h1為回風的焓值，h2為出風的焓值）。當冷量Q固定時，風量V越大，h1－h(huán)2差值就越小，即大風量小焓值。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，那么進出風的溫差與焓差（h1-h2）近似正比，所以隨風量V的增大，進出風溫差減小，由于回風溫度為定值，故出風口溫度會隨空調(diào)風量的增加而提高。
?。?）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)。
由于機房專用空調(diào)風量大，結(jié)構(gòu)設計的蒸發(fā)盤管面積大，只是實現(xiàn)高顯熱比的重要途徑。通過表二和表三的對比可以看到，如機房專用空調(diào)的出風溫度為13-15℃是，高于22-24℃/50%環(huán)境下的露點溫度值（11.2-13.2℃）。在此情況下，機房專用空調(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℃運行時，出風溫度為9-11℃，其出風溫度明顯低于24℃/50%環(huán)境條件下的露點溫度值（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)對機房高顯熱負荷是不適宜的。
?。?）機房專用空調(diào)在大風量、高出風溫度、高顯熱比方面有明顯的優(yōu)勢
空調(diào)大風量可以提供每小時幾十次的空氣循環(huán)次數(shù)，使機房內(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房內(nèi)空氣的過濾作用，保證了機房環(huán)境的潔凈度，較高的出風溫度可以避免出風時攜帶霧滴和過度除濕，而對近端設備造成影響。
高顯熱比可以降低空調(diào)的運行費用，即空調(diào)提供的冷量全部用在降低機房的溫度上，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。
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，當某些機房內(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，機房內(nèi)就會達不到規(guī)定的溫度。而機房專用空調(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行控制。由于加濕器和舒適性空調(diào)是各自獨立的設備，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)機除濕，加濕器又加濕的能源浪費現(xiàn)象。機房專用空調(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房溫度的恒定，保證溫度和濕度的統(tǒng)一穩(wěn)定。
?。?）機房空調(diào)系統(tǒng)的送風有下送風上回風、上送風下回風等多種方式。因機房許多設備的散熱要求是直接從設備底部送風散熱，空調(diào)可以利用防靜電地板下的空間，作為靜電箱向設備機柜底部直接送風，自頂部回風。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)送風方式比較單一，只有上送下回方式，不能很好的滿足通信設備的要求。
?。?）機房專用空調(diào)的主要服務對象是機房設備，所以一般采用大風量小焓差。大風量主要有利于機房溫度場的分布，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
機房專用空調(diào)機選用中效過濾器，在一些引進的國外特殊型機組中，在結(jié)構(gòu)設計上預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，當機組過濾器進出口風壓差超過一定值時，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)機進行改裝，還需增加風機、加大風壓，避免原空調(diào)機因安裝了中效或亞高效過濾器而使送風能力大幅度下降。
五、應用及可靠性的比較
1、控制系統(tǒng)
機房專用空調(diào)的控制系統(tǒng)功能比舒適性空調(diào)要完善的多，機房專用空調(diào)都配有后備機組或后備控制單元，微機控制系統(tǒng)能自動對主機組運行狀態(tài)進行檢測診斷，及時對出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)的故障發(fā)出警報，自動用后備機組或后備控制單元切換故障機組或故障單元。
機房專用空調(diào)機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)的各機組分別在不同的時間內(nèi)作為運行機組和后備機組。即當某臺運行主機組發(fā)生故障時，能把該機組的負荷自動地切換到后備機組上。
正常情況下，每臺機組可按一定的時間輪流作為運行機組和后備機組，從而均衡各機組的運行時間，有利于提高空調(diào)機組的使用壽命和運行可靠性，而舒適性空調(diào)機則無此項功能，因而工作可靠性較低。
2、設備機組
機房專用空調(diào)和舒適性空調(diào)所選用的零部件有明顯不同，機房專用空調(diào)機采用的是高可靠性部件和高質(zhì)量工藝，這就保證了機房專用空調(diào)設備工作運行故障率低可靠性高，這對通信機房是極其重要的。
3、同環(huán)境條件下的應用差異
如果把舒適性空調(diào)機應用于計算機或通信機房時，由于機房要求其工作點為23±2℃，而舒適性空調(diào)機設計工作點一般為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，對給定的壓縮機而言，隨著蒸發(fā)溫度的下降，制冷量將迅速下降，機組的時間供冷能力會大大低于其標稱值。
此外，當運行工作點偏離設計工作點時，由于舒適性空調(diào)機的節(jié)流部件使用的是毛細管，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，從而影響機組整體的匹配狀態(tài)，不利于機組性能的充分發(fā)揮和高效率運行，在偏離最佳設計工作點運行時蒸發(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。
而機房專用空調(diào)機在產(chǎn)品設計出廠時，已把運行工作點定為設計工作點，因而機組始終處于最佳運行狀態(tài)，這就從根本上避免了以上問題。
（1）冬季制冷特點
通信機房要求空調(diào)設備能全年制冷運行。舒適性空調(diào)在設計上只是在夏季發(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，同時空氣處理時過度除濕，蒸發(fā)器容易結(jié)霜，導致空調(diào)機組不能正常工作，而且制冷劑循環(huán)量減少，制冷量下降。通信機房的特點是設備多，排列密集，發(fā)熱量大，要求空調(diào)機即使在冬季也要制冷降溫，因而舒適性空調(diào)在冬季不能適應通信機房的要求。
機房專用空調(diào)采用可調(diào)速冷凝風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)機組，可在室外氣溫降到-45℃時，仍能正常工作。
?。?）機組的故障率及壽命
機房專用空調(diào)設備的可靠性高，平均無故障率MTBF一般都在10萬小時以上，設計壽命可達到10年。舒適性空調(diào)一般設計壽命為5-8年，每年只允許運行6-7個月，按每天平均運行10小時計算，即一年只能運行2000小時左右，而且長期不在其最佳工作點運行，對其壽命也有極不利的影響。
?。?）節(jié)能及建議
由于程控交換機房內(nèi)的熱負荷分配與普通辦公及生活場所不同，如將舒適性空調(diào)用于高顯熱負荷的程控交換機房就會造成很大的能源和投資浪費。
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3萬大卡的機房專用空調(diào)，由于其顯熱比高達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房內(nèi)，由于室內(nèi)的熱負荷分配為0.9，即顯熱負荷設備發(fā)熱量為2.7萬大卡，潛熱負荷為0.3萬大卡，制冷量為3萬大卡的機房專用空調(diào)則能完全滿足室內(nèi)熱負荷的需求；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)的顯熱負荷要求。
其結(jié)果是溫度不能很快達到設計要求，空調(diào)壓縮機會增加工作時間。同時，相對濕度也會相應降低，增加了耗電量。為達到機房和設計要求，只有選大制冷量的空調(diào)機組才能滿足室內(nèi)的顯熱負荷，按以上機房要求，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房溫度要求，這就從依次建設投資上造成了浪費。
也可以從運行費用上對比兩種空調(diào)的用電量消耗。由此可見，如用在高顯熱負荷的程控交換機房內(nèi)，舒適性空調(diào)比機房專用空調(diào)的運行費用高。
機房專用空調(diào)產(chǎn)品推薦：恒溫恒濕機
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