核算精密環境控制系統的冷負荷

文/尚建宇

現代化水平較高的大學圖書館一般都建有自己的網絡中心，它們雖然屬于中小型機房，但運行著很多存儲、服務器等設備，每天都會有大量讀者利用互聯網訪問圖書館的各類電子資源。這些設備依靠電力運行，散發大量的熱量，如果這些熱量不能及時傳遞到外部空間，就會導致機房內的設備高溫運行，造成設備故障甚至惡性事故。早些年，由于資金投入的比重較小，而且人們對機房運行環境的重要性的認識不夠深入，很多圖書館的網絡中心都是采用家用空調或者工業空調制冷，這些制冷設備達不到標準（溫度、濕度、粉塵、靜電等），反而對設備造成一定程度的傷害。為保證機房的安全運行，筆者建議采用精密環境控制系統。在選取專用精密空調的過程中，對空調功率也要有所斟酌，如果額定功率太小，就達不到環境要求；而額定功率太大，又會造成經濟損失。

若機房熱量不能及時傳遞到外部空間，就容易造成設備故障甚至惡性事故。

圖書館機房環境四大特點

大學圖書館網絡中心的環境的特點是：

1. 余熱量大

機房的熱量主要來源于高密集度電子元件的散熱，還包括其他熱負荷，如圍墻結構傳熱、照明、人的顯熱散熱量等等。它的熱負荷密度是一般辦公室的6~8倍，室內的顯熱比（Sensible heat factor）可高達90%，熱量大，濕量小。刀片式服務器在機房內的散熱量更高。此類機房由于全年不間斷運行，所以對室內環境要求嚴格。

2. 余濕量小

濕度要求與機房溫度緊密聯系，余濕量小，潛熱比小。計算機運行不產生濕氣，而是由工作人員的散濕和新風帶入的少量的“濕份”造成室內外水蒸汽分壓力差，這是機房內濕負荷的主要來源。電子計算機房的散濕量平均8~16g/m2。因此，濕負荷引起的電力負荷可以忽略。

3．循環風量大

機房內高顯熱負荷，必須有較大的空氣循環量在流動中與室內空氣進行熱濕交換，才能降低室內溫度；沒有合適的循環空氣量，將造成機房內溫度分布不均勻而出現局部過熱以及溫度波動過大。只有保持比較大的循環空氣量才能維持機組的高顯熱比。

4.冷風流場符合設備需求

在顯熱比很大的情況下，空氣處理可近似作為一個等濕降溫過程，在這種情況下的焓差小，要消除余熱必然是大風量。機房內送、回風方式和設備的通風方式與計算機或交換機系統的散熱方式及發熱量要相適應。空調系統可以利用地板下的空間作為靜壓箱，向機房及機柜直接送風。靜壓箱要保持各部位靜壓值均勻和一定的靜壓值，促使氣流均勻地壓向送風口，保證風口的出口氣流速度均勻，滿足房間的氣流組織要求。

圖1 機房設備布局

核算冷負荷

華北電力大學圖書館網絡中心機房的使用面積是110m2，布置24臺服務器機柜，2臺UPS電源供應服務器及存儲設備用電；電源布置區與服務器布置區采用玻璃隔斷分割，以減小因UPS排放酸性氣體而對電子設備產生的腐蝕。

布置情況如圖1所示。因為空間內計算機設備、網絡設備24小時不間斷運行，所以也需要空調系統一年四季不間斷地運行。機房空氣環境設計參數依照國家標準《電子計算機機房設計規范》（GB50174-93）的要求，夏季應保持溫度23±2℃，冬季20±2℃，相對濕度45%~65%。

鑒于大學圖書館網絡中心內的環境特點及我館的具體情況，機房散熱系統需要采用精密空調，精密空調分為水冷和風冷，北方地區采用風冷比較經濟適用。空調制冷量是根據機房冷負荷來確定的。面積為110m2且UPS設計容量為2×10kva的機房的空調制冷量計算如下：

采用功率-面積法計算機房冷負荷，計算方法如下式：

本工程主要的熱負荷來源于設備的發熱量。因此，我們要了解主設備的數量及用電情況以確定精密空調的容量及配置，才可以確定室內設備負荷，因為所有設備均通過UPS供電，所以可根據UPS的功率來確定整個機房的設備負荷。如果UPS的容量為120kva，則室內設備冷負荷是：

除主要的設備熱負荷之外，熱負荷還包括環境維護結構的熱負荷，稱為環境熱負荷（冷負荷）。根據以往經驗，如果機房照明負荷、建筑維護結構負荷、補充的新風負荷、人員的散熱負荷等，不具備精確計算的條件，那么可以根據機房的面積進行測算。

圖2 下送風方式

這里，電池發熱量和UPS的發熱量忽略不計。

這樣，使用一個制冷量30kw左右的空調就足夠了。為了安全起見，可以使用1+1備份，即2臺額定功率30kw的精密空調。根據我館實際情況，采用對角布置、下送風的方式聯機運行（如圖2所示）。