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恒温恒湿机房空调用途与优点
发布日期: 2024-01-05
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一个机房最注重的就是可靠性。全年8760小时要无故障运行,就需要机房空调可靠的零部件和优秀的控制系统。一般机房多是N+1备份,一台空调出了问题,其他空调就可以马上接管整个系统。目前最知名的产品有:CAROSS卡洛斯机房空调、艾默生机房空调、杭井机房空调等都是目前做顶端的产品。

1.传统的舒适性空调

恒温恒湿机房空调用途与优点

传统的舒适性空调主要是针对于人员设计,送风量小,送风焓差大,降温和除湿同时进行;而机房内显热量占全部热量的90%以上,它包括设备本身发热、照明发热量、通过墙壁、天花、窗户、地板的导热量,以及阳光辐射热,通过缝隙的渗透风和新风热量等。这些发热量产生的湿量很小,因此采用舒适性空调势必造成机房内相对湿度过低,而使设备内部电路元器件表面积累静电,产生放电从而损坏设备、干扰数据传输和存储。同时,由于制冷量的(40%~60%)消耗在除湿上,使得实际冷却设备的冷量减少很多,大大增加了能量的消耗。

机房专用空调在设计上采用严格控制蒸发器内蒸发压力,增大送风量使蒸发器表面温度高于空气露点温度而不除湿,产生的冷量全部用来降温,提高了工作效率,降低了湿量损失(送风量大,送风焓差减小)。

舒适性空调风量小,风速低,只能在送风方向局部气流循环,不能在机房形成整体的气流循环,机房冷却不均匀,使得机房内存在区域温差,送风方向区域温度低,其他区域温度高,发热设备因摆放位置不同而产生局部热量积累,导致设备过热损坏。

而机房专用空调送风量大,机房换气次数高(通常在30~60次/小时),整个机房内能形成整体的气流循环,使机房内的所有设备均能平均得到冷却。

2.符合数据中心高热密度要求的系统容量设计

电子设备环境下的热密度是一般办公环境热密度的3-5倍,而且还在以更快的速度增加。

具体而言,每250-300平方英尺的办公室要求1冷吨的制冷量(12,000BTU/小时或3,413瓦),平均为15瓦/平方英尺。然而,每50-100平方英尺的数据中心就要求1冷吨的制冷量,平均为75瓦/平方英尺。这是数据中心在某一年度的平均值,有些站点的负载热密度高达200~300瓦/平方英尺。

从气流角度来看,精密空调的设计与舒适性空调不同,其设计的目的是为了解决数据中心内较大负载热密度。精密空调可实现较高的显热比,有助于维持设定温湿度水平,并可通过较大的空气流动,实现更好的空气过滤。

精密空调一般为每冷吨制冷量配置500~900立方英尺/分钟的风量,这与舒适性空调350~400立方英尺/分钟的风量形成鲜明的对比。

此外,刀片服务器及其它新一代机架设备对数据中心提出了前所未有的散热要求。新一代服务器和通信交换机产生的热量/平方英尺是十年前的十倍。现在,数据中心设计人员和工程师需要考虑,同时采用高架地板精密空调和专业散热装置。舒适性空调仅仅是采用简易装置,来应对这种新挑战和相关的散热要求。

3.精密湿度控制

如果忽视湿度的影响,将会导致长期的、严重的问题,包括主设备、其他资源以及基础设施的损失。数据中心环境的最佳相对湿度范围是45%~50%。相对湿度过高时,湿气会腐蚀开关电路,引起功能失效和设备故障。而当相对湿度过低时,会产生干扰设备正常运行的静电放电。由于数据中心一般是需要全年365×24小时不间断制冷,所以更易产生较低的相对湿度。

舒适性空调一般没有湿度控制,则很难保持数据中心稳定的相对湿度。如果增加了必要的控制和部件,那么它们必须作为一个完整系统运行。精密空调有多种运行模式,可以提供适当比率的制冷、加湿和除湿,更适合于对湿度控制精度要求较高的数据中心。

4.防止灰尘等污染物

即使少量的灰尘或其他颗粒,也会损坏存储媒介和电子元件。大多数舒适性空调采用住宅型空气过滤器,过滤效率仅为10%,这对于数据中心环境而言是远远不够的。精密空调的过滤器具有更高效的内部过滤腔,其效率可达20%-30%,且符合ASHRAE标准。

5.高效的不间断制冷

大多数写字楼内使用的舒适性空调每天平均要运行8小时,每周运行5天。假设仅在夏季月份有制冷要求,则相当于每年要运行约1,200小时。

不管外部环境如何,大多数数据中心要求每年365天、每天24小时的不间断散热。精密空调及其部件设计满足高标准的制冷需求。当精密空气调节机组内其他部件可根据需求开启或关闭时,风机系统则需要每年8,760小时地持续运行。

此外,带有室外热交换器的舒适性空调,当外部环境温度降至32°F以下时,由于压力过低,一般不能运行。但是精密空调可在-30°F的条件下正常运行,而乙二醇制冷系统在-60°F的条件下正常制冷。

6.较低的运营成本

由于基础工程、设计和设备存在差异,因此,舒适性空调与精密空调的初期投资费用不能反映全部问题。较为精确的比较,是考虑两个系统运营成本的差异。

基于以下假设,对两种方法的运营成本比较(可针对具体情况进行更为详细的分析):

?每冷吨制冷量需要1.0马力(0.747kw)功率。

?压缩机电机和风机的效率为90%。

?电力成本为$0.06/瓦时。

?11月~次年3月(3,650小时)要求加湿。

?精密空调的显热比(SHR)为0.90,舒适性空调的显热比为0.60。

首先,计算一冷吨制冷量的机组运行一年的成本:

(0.746kW/冷吨×8760小时/年×$0.06/kWh)/0.90效率=$436每冷吨/年

然后,用总成本除以系统的显热比,得出每冷吨显冷量的成本。对于精密空调而言,每冷吨显冷量的成本是:

$436/0.90显热比=$484每冷吨/年

对于舒适性空调而言,每冷吨显冷量的成本是:

$436/0.60显热比=$727每冷吨/年

在上述范例中,舒适性空调每年的运营成本比精密空调的运营成本高出$243/每冷吨显冷量。这和业界普遍认同的原则一致,即舒适性空调3冷吨制冷量相当于精密空调2冷吨制冷量。

第二点比较是再加湿成本,通过计算每产生1冷吨显冷量的同时,会产生的潜冷量来确定。

对于精密空调而言:

在上述情况中,当考虑了所有制冷和再加湿成本时,舒适性空调每年的运营成本比精密空调高出$670/冷吨显冷量。

7.增强服务与支持

关键环境需要关键支撑系统的高可用性。因此,这些系统运行可靠,并且符合计算机系统运行环境的控制要求很重要。

精密空调的部件冗余比舒适性空调的要多,以保证其出现某些故障时仍能继续运行。此外,精密空调是由厂方培训的服务工程师进行安装,他们更熟悉数据中心的需求和敏感性。制造商可提供对精密空调24小时紧急服务和预防性维护服务。由于即使短暂的停机都会影响机房安全底线,因此,设计精密空调的首要考虑因素是适用性。

处理关键业务的计算机系统的有效、可靠运行是各行业公司取得成功必不可少的要素。计算机系统停止运行的成本很高。但是用户对小型或者远程数据中心的环境可能不太关注,缺乏对敏感电子设备制冷要求的理解,有些用户最终还是尝试采用舒适性空调系统为精密电子设备提供制冷。

结果是加大了被保护设备过早失效的风险,提高了必要运营成本。

精密空调是专门设计用于满足高热密度电子类负载的需求,此类负载产生的显热高于一般的舒适性环境,且需要全年365天、每天24小时的不间断制冷。电子设备对湿度变化更为敏感,要求空气质量要求比一般舒适性环境高。

计算机机房对温度、湿度及洁净度均有较严格的要求,因此,计算机机房专用空调在设计上与传统的舒适性空调有着很大区别,表现在以上7个问题。

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