核算精密环境控制系统的冷负荷

文/尚建宇

现代化水平较高的大学图书馆一般都建有自己的网络中心，它们虽然属于中小型机房，但运行着很多存储、服务器等设备，每天都会有大量读者利用互联网访问图书馆的各类电子资源。这些设备依靠电力运行，散发大量的热量，如果这些热量不能及时传递到外部空间，就会导致机房内的设备高温运行，造成设备故障甚至恶性事故。早些年，由于资金投入的比重较小，而且人们对机房运行环境的重要性的认识不够深入，很多图书馆的网络中心都是采用家用空调或者工业空调制冷，这些制冷设备达不到标准（温度、湿度、粉尘、静电等），反而对设备造成一定程度的伤害。为保证机房的安全运行，笔者建议采用精密环境控制系统。在选取专用精密空调的过程中，对空调功率也要有所斟酌，如果额定功率太小，就达不到环境要求；而额定功率太大，又会造成经济损失。

若机房热量不能及时传递到外部空间，就容易造成设备故障甚至恶性事故。

图书馆机房环境四大特点

大学图书馆网络中心的环境的特点是：

1. 余热量大

机房的热量主要来源于高密集度电子元件的散热，还包括其他热负荷，如围墙结构传热、照明、人的显热散热量等等。它的热负荷密度是一般办公室的6~8倍，室内的显热比（Sensible heat factor）可高达90%，热量大，湿量小。刀片式服务器在机房内的散热量更高。此类机房由于全年不间断运行，所以对室内环境要求严格。

2. 余湿量小

湿度要求与机房温度紧密联系，余湿量小，潜热比小。计算机运行不产生湿气，而是由工作人员的散湿和新风带入的少量的“湿份”造成室内外水蒸汽分压力差，这是机房内湿负荷的主要来源。电子计算机房的散湿量平均8~16g/m2。因此，湿负荷引起的电力负荷可以忽略。

3．循环风量大

机房内高显热负荷，必须有较大的空气循环量在流动中与室内空气进行热湿交换，才能降低室内温度；没有合适的循环空气量，将造成机房内温度分布不均匀而出现局部过热以及温度波动过大。只有保持比较大的循环空气量才能维持机组的高显热比。

4.冷风流场符合设备需求

在显热比很大的情况下，空气处理可近似作为一个等湿降温过程，在这种情况下的焓差小，要消除余热必然是大风量。机房内送、回风方式和设备的通风方式与计算机或交换机系统的散热方式及发热量要相适应。空调系统可以利用地板下的空间作为静压箱，向机房及机柜直接送风。静压箱要保持各部位静压值均匀和一定的静压值，促使气流均匀地压向送风口，保证风口的出口气流速度均匀，满足房间的气流组织要求。

图1 机房设备布局

核算冷负荷

华北电力大学图书馆网络中心机房的使用面积是110m2，布置24台服务器机柜，2台UPS电源供应服务器及存储设备用电；电源布置区与服务器布置区采用玻璃隔断分割，以减小因UPS排放酸性气体而对电子设备产生的腐蚀。

布置情况如图1所示。因为空间内计算机设备、网络设备24小时不间断运行，所以也需要空调系统一年四季不间断地运行。机房空气环境设计参数依照国家标准《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）的要求，夏季应保持温度23±2℃，冬季20±2℃，相对湿度45%~65%。

鉴于大学图书馆网络中心内的环境特点及我馆的具体情况，机房散热系统需要采用精密空调，精密空调分为水冷和风冷，北方地区采用风冷比较经济适用。空调制冷量是根据机房冷负荷来确定的。面积为110m2且UPS设计容量为2×10kva的机房的空调制冷量计算如下：

采用功率-面积法计算机房冷负荷，计算方法如下式：

本工程主要的热负荷来源于设备的发热量。因此，我们要了解主设备的数量及用电情况以确定精密空调的容量及配置，才可以确定室内设备负荷，因为所有设备均通过UPS供电，所以可根据UPS的功率来确定整个机房的设备负荷。如果UPS的容量为120kva，则室内设备冷负荷是：

除主要的设备热负荷之外，热负荷还包括环境维护结构的热负荷，称为环境热负荷（冷负荷）。根据以往经验，如果机房照明负荷、建筑维护结构负荷、补充的新风负荷、人员的散热负荷等，不具备精确计算的条件，那么可以根据机房的面积进行测算。

图2 下送风方式

这里，电池发热量和UPS的发热量忽略不计。

这样，使用一个制冷量30kw左右的空调就足够了。为了安全起见，可以使用1+1备份，即2台额定功率30kw的精密空调。根据我馆实际情况，采用对角布置、下送风的方式联机运行（如图2所示）。