机房精密空调基础知识

空调与制冷常用术语：

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℃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℉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。

三种温标间的换算公式：

℃＝5/9(℉-32)；

℉＝9/5℃＋32；

T＝t＋273.16。

式中：T—开氏温标，K；

t—摄氏温标，℃。

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。

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。

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

各种热量单位的换算如下：

1Kcal（大卡）＝3.969 BTU；1BTU=0.252 Kcal；

1Kcal（大卡）＝4.19KJ(千焦耳)；1KJ＝0.239 Kcal；

1KW（千瓦）＝860 Kcal/h（大卡/小时）；1匹＝2～2.2 Kw/h。

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。

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。

显热及潜热(制冷)：

总热量= 显热+潜热，显热比（SHR）=显热/总热量

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243 Kcal，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。

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。

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：

1 Kg/cm2＝14.2Psi；1 Psi＝0.07 Kg/cm2；

1 KPa/m2＝0.145Psi；1 Psi＝6.897 KPa/m2。

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。

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φ,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.φ＝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。

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。

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×℃）

空调系统的工作原理及组成：

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。

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。

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；

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。

空调系统的分类：

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：

风冷系统的特点：

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。

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。

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。

直接膨胀制冷：

当环境温度过高时工作于水冷直接膨胀制冷。

部分自由冷却/混合制冷：

当环境温度降低时提供部分自由冷却制冷。

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。

完全膨胀制冷：

冷冻水制冷：

气流组织：

上送风，下送风：

上送风--前回风：

上送风--地板下回风：

上侧水平送风：

通风管道上送风：

下送风--顶回风：

下送风--室内回风：

地板下送风--风管/天花回风：

风量与显冷量的关系：显冷量(kW)=风量(m3/s)×（回风-出风温度）×1.2

风量与温度的关系：

多样的气流组织：

专用空调场地设计：

第一步：确定冷负荷要求

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。

各种热量单位的换算：

1Kcal（大卡）＝3.969 BTU；1BTU=0.252 Kcal；

1Kcal（大卡）＝4.19KJ(千焦耳)；1KJ＝0.239 Kcal；

1KW（千瓦）＝860 Kcal/h（大卡/小时）

1St（美国冷吨）＝3024 Kcal/h

1Lt（日本冷吨）＝3320 Kcal/h

1匹＝2～2.2Kw/h

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：25A×220V = 5.5kVA

发热量：5.5×0.8(功率因数)=4.4KW

设备总发热量：4.4×50×80%(发热系数) =176KW

环境热量：100W/m2

单位面积热量：88m2×100 =8.8kW

总冷负荷：176KW + 8.8kW =184.8kW

第二步：确定扩容需要量(1)

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：留有冗余(2)

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 N + 1)。

第三步：制冷方式确定

风冷---配置简单，维护容易，需要占用空间小；

水冷---制冷效率高，运行费用低。

冷冻水冷---配置简单，经济，水管长度基本不受限制。

其他。

第四步：气流分配(送风方式选择)

假如有活动地板，可利用下送风/顶回风；

活动地板至少保证300mm高，并且地面上应铺设隔热层；

如顶部送风应留有500mm高的空间；

如采用风管系统送风则要计算其管压降和各出风口的风量。

空调机的摆放：

不良送风口布置：

良好送风口布置：

理想空调机摆放：

第五步：设定回风状态

回风状态直接影响制冷量；

室内空气状态对计算机房是极其重要的；

通常下送顶回的分布可允许较高的回风温度；

但回风温度过低也不可取，因为这种气流会对设备造成冷冲击。

第六步：选定大气环境温度

由于空调365天常年运行，必须考虑最高和最低环境温度。

对照标定环境温度下的制冷量。

如果实际环境温度较高则回降低空调机制冷容量。

如要保持原机的制冷量，可加大冷凝器。

第七步：选择空调机的数量

对同一冷负荷采用多台小容量空调要比采用大容量空调要好；

例：总制冷量要求＝100kW 则选用两台50kW机组而不选用一台100kW机组。

第八步：选件

专用空调通常都备有多种选件供客户选择：

高压风机；高效过滤器；大功率电加热器；漏水检测装置；各种通信软件等。

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