机房专用空调原理概述

第1页共25页机房专用空调原理概述空气调节器，简称空调，它是研究造成室内空气环境符合一定的空气温度、相对温度、空气速度、清洁度和噪声等控制在需要范围内的专门技术。它对机房而言，起到改善机房环境温度、湿度，确保机房内电子设备正常运行的重要作用。机房专用空调是针对计算机机房和各类通信机房的特点和要求而设计的。它除了具备普通空气调节器的功能外，还具备恒温恒湿、控制精度高、空气洁净度高、可靠性高等特点。第一节概述一、常用的基本概念(一)温度的概念在日常生活中，我们习惯用感觉来判别物体的冷热，用手摸冰感到冰是凉的，用手摸热水壶觉得是烫的。冰的冷说明它的温度低，热水壶的热说明它的温度高。对于温度的概念，我们可以简单的理解为温度是表示物体冷热程度的物理量。从分子运动论，我们知道物体的温度同大量分子的无规则运动速度有关。当物体的温度升高时，分子运动的速度就加快，反过来说，如果我们用某种方法来加快分子无规则运动的速度，那么物体的温度就升高。从而我们可以理解，热水的温度高，冰水的温度低，是因为它们的分子运动速度不同，可见分子运动速度决定了物体的热状态。所以我们把物体大量分子的无规则运动叫做热运动。(二)温度的计量我们怎样判别一个物体的温度呢用人的感觉来判别温度实际上是不准确的。比如，冬天寒风刺骨，一个人从外面走进了屋子，感觉这间屋子很暖和，另一个人从更热的地方进了这间屋子，反而觉得这间屋很冷。同样一盆冷水，冷热不同的两只手放进去，感觉这盆水冷热不同。所以要准确测量温度，必须用温度计。我们平常使用的温度计，是把纯水的冰点定为0℃。把一个大气压下沸水温度定为l00℃。在0℃和100℃之间分成100等份，每一份就是1℃，这种方法确定的温标叫做摄氏温标，摄氏温标是瑞典天文学家摄尔修斯在1742年提出来的，所以一般都认为摄氏温标的记号“℃”是摄尔修斯的英文字头。除了摄氏温标，另外在欧美等国家还采用华氏温标，以“℉”表示，华氏温标把水的冰点定为32℉，水的沸点定为212℉，在32℉和212℉之间分为180等份，每份为1℉，所以华氏、摄氏温标的换算关系为：1（℃）＝5/9（℉-32）1（℉）＝9/5℃＋32在热力学中，常用绝对温标，单位为开(尔文)符号为K，它是把水的冰点定为273.15K，沸点定为373.15K，在换算时常略去0.15K，只有273K。热力学温度K与摄氏温度的换算关系为：K=C十273C＝K－273第2页共25页(三)湿度的概念表示空气中含有水蒸气多少的物理量称作湿度。1)绝对湿度：每立方米的湿空气中含有的水蒸气重量称为湿空气的绝对湿度，绝对湿度以公斤/立方米计算。2)相对湿度在指某湿空气中所含水蒸气的重量与同温度下饱和空气中所含水蒸气的重量之比。把这比值用百分数表示，例如机房平常所说的湿度为60%，即指相对湿度而言。通常空气中水蒸气的最大含量，随温度高低而异空气温度较高时，水蒸气的最大含量要比温度较低时大。(四)热和热量的概念在日常生活中，我们有这样的经验,把冷热程度不同的物体放在一起时，热的物体会慢慢冷下来，冷的物体会逐渐热起来。我们把一杯刚烧开的水与一杯凉水混合，可以得到不冷不热的温水。这时候我们就说开水放出了若干热量，它们进行了热传递。热量是热传递过程中物体内能变化的量度。也可以说，在热传递过程中，物体吸收或放出了热的量叫做热量。热量的定义揭示了热的本质，指出了热传递过程实质上是能量的转移过程，而热量就是能量转换的一种量度。在国际单位制中，热量的单位是焦耳，在工程技术中，常用的单位有卡(cal)、千卡(kcal)等，1克的纯水温度升高或降低1℃时，所吸收或放出的热量就是一卡、一卡的热量和4.18焦耳的功相当，这个热量单位和功的单位之间的数量关系，在物理学中叫做热功当量，用J来表示：J=4.18焦耳／卡既然热量是物体热能变化的一种量度。因此，热量单位也可以用焦耳来表示，于是热量有两种单位，焦耳和卡，这两个单位的换算关系是：1卡＝4.18焦耳1焦耳＝0.24卡二、机房专用空调的送风系统机房专用空调机送风形式有上送风和下送风。下送风在地板上开孔，将地板下作为一个静压箱，在机架下方装有出风口，使经过空气调节的较低温度气体自下而上流过程控机架，将量带走。从而保证程控机在一个适宜的环境温度下工作。上送风系统与下送风送风方式相反，一般也采用将天花板以上作为静压箱来处理，当有的用户需要接风管是时候，我们希望风管不宜过长，应保证静压消耗小于第3页共25页75Pa，如确实需要较长风管，考虑采用增压风机系统来弥补。(一)风道系统的组成机房专用空调机的风道系统通常由电动机、风机和空气过滤网组成。1.电动机：电机为满足安全标准IP54的全密封风冷式电机，并有r级绝缘。电机安装在可调校的活动底座上，并配合可调校的电机皮带轮作风量的调校。2.风机：风机为双宽度、双人口、前倾扇叶的离心扇，并经静态及动态的平衡测试及调校。风机低转速的设计使运行噪音减至最低，自对中垫轴承和双皮带驱动系统确保机组全年连续稳定运行。3.空气过滤器：为了达到空调机房的精度及洁净度要求3,在风道系统设置了空气过滤装置。过滤装置为标准的100mm多折式可更换过滤网，过滤网的效率值按ASHRAE52—76标准规定为25～30％。4.风量的调节：1)机械调整：在某些型号的空调中，风量的调整可借助于可调校的底盘以及电机皮带盘。2)电气调整：大多数空调风量的调整是通过电动机转速的变化来达到的。风机马达设计成多组抽头，根据接线位置，可调节转速为950rρm、1200rρm和1400rρm三档。第二节制冷原理制冷的方法很多，制冷机的种类也很多，根据制冷的基本工作原理可分为气体制冷，蒸汽制冷(如压缩式制冷、吸收式制冷和蒸气喷射式制冷)和温差电制冷(如半导体制冷)。机房专用空调机通常采用的是蒸气压缩式制冷。一、蒸气压缩式制冷原理蒸气制冷是利用某些低沸点的液态制冷剂在不同压力下汽化时吸热的性质来实现人工制冷的。在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。在日常生活中，我们能够观察到许多蒸发吸热的现象。比如，我们在手上擦一些酒精，酒精很快蒸发，这时我们感到擦酒精部分反应很凉。又如常用的制冷剂氟利昂F—22液体喷洒在物体上时，我们会看到物体表面很快结上一层白霜，这是因为F—22体喷到物体表面立即吸热，使物体表面温度迅速下降(当然这是不实用的制冷方法，制冷剂F—22不能回收和循环使用)。目前一些医疗机构采用的冷冻疗法即是利用了这一原理。第4页共25页蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。二、制冷循环压缩机是保证制冷的动力，利用压缩机增加系统内制冷剂的压力，使制冷剂在制冷系统内循环，达到制冷目的。开始压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入蒸发器，从周围物体吸热，经过风道系统使空调房间温度冷却下来，蒸发后的制冷剂回到压缩机中，又重复下一个制冷循环，从而实现制冷目的。三、制冷剂在制冷系统中状态从压缩机出口经冷凝器到膨胀阀前这一段称为制冷系统高压侧；这一段的压力等于冷凝温度下制冷剂的饱和压力。高压侧的特点是：制冷剂向周围环境放热被冷凝为液体，制冷剂流出冷凝器时，温度降低变为过冷液体。从膨胀阀出口到进入压缩机的回气这一段称为制冷系统的低压侧，其压力等蒸发器内蒸发温度的饱和压力。制冷剂的低压侧段先呈湿蒸气状态，在蒸发器内吸热后制冷剂由湿蒸气逐渐变为汽态制冷剂。到了蒸发器的出口，制冷剂的温度回升为过热气体状态。过冷液态制冷剂通过膨胀阀时，由于节流作用，由高压降低到低压(但不消耗功、外界没有热交换）；同时有少部分液态制冷剂汽化，温度随之降低，这种低压低温制冷剂进入蒸发器后蒸发（汽化）吸热。低温低压的气态制冷剂被吸入压缩机，并通过压缩机进入下一个制冷循环。四、制冷量在制冷循环中，循环流动的每千克制冷剂从被冷却物体吸收的热量叫做单位重量制冷量，用符号q表示，单位是kcal/kg，单位重量制冷量是表示制冷循环效果的一个特殊参数，这由制冷剂的性质，循环温度等条件决定，蒸发温度越低，冷凝温度越高，其值越小，反之越大。制冷装置的产冷量是单位时间内从被冷却物体吸收并在冷凝器中放掉的热量，用符号Q表示，单位是kcal/kg。Q值的大小等于冷重量流量G与单位重量制冷量q的乘积，即：Q＝G·q在实际工作中，有时为了方便的获得制冷量的粗略计算也可通过下式计算Q＝L·(t2－t1)式中L循环风量，(t2－t1)为进出风温度差。在日本、欧美等国家制冷量常用冷吨来表示，但日本冷吨与美国冷吨在数值上略有差别，在日本，产冷量的单位用日本冷吨，1日冷吨表示1000克0℃的水在24小时内制成0℃的冰所消耗的冷量：1日冷吨＝3320kcal／h1美冷吨＝3024Lcal／h常用制冷量的单位换算：1KW=860kcal/h(大卡／小时)1kcal／h＝3.968BTU／h(英热单位／小时)第5页共25页五、制冷剂制冷剂是进行制冷循环的工作物质。(一)对制冷剂的要求理想的制冷剂要求化学性质是无毒、无刺激性气味、对金属腐蚀作用小、与润滑油不起化学反应，不易燃烧、不易爆炸、并且要求制冷剂有良好的热力学性质，即在大气压力下它在蒸发器内的蒸发温度要低、蒸发压力最好与大气压相近；制冷剂在冷凝器中、冷凝温度对应的压力要适中，单位制冷量要大，汽化热要大，而液体的比热要小，气体的比热要大。要求制冷剂的物理性质：凝固温度要低、临界温度要高(最好高于环境温度)，导热系数和放热系数要大，比重和粘度要小，泄漏性要小。(二)制冷剂的种类制冷剂种类很多，实际应用时可根据制冷剂类型，蒸发温度、冷凝温度和压力等热力学条件以及制冷设备的使用地点来考虑。制冷剂可分为四类：即无机化合物、碳氢化合物、氟里昂和共沸溶液。1、合物制冷剂有氨、水和二氧化碳等；2、碳氢化合物制冷剂有乙烷、丙烯等；3、氟里昂(FREON)是十九世纪三十年代开始使用的一种制冷剂，比氨晚60年左右，它是饱和碳氢化合物的卤族(氟、氯、溴)衍生物的总称，或者说是由氟、氯和碳氢化合物组成的。目前作为制冷剂用的主要是甲烷(cH4)和乙烷(C2H6)中的氢原子、全部或部分被氟氯溴的原子取代而形成的化合物，除名称而外，化学分子式规定了氟里昂各种类别的缩写代号。1)氟里昂的缩写代号把不含氢原子的氟里昂分子化合物的起首数编为1，乙烷编为11，丙烷(C3H8)编为21，然后写上氟原子数。例如F—12，称为二氯二氟甲烷，分子式CF2CL2中有一个碳原子，不含氢为甲烷。故起首数编为1，又有2个氟原子，故编写成F—12。2)把含氢的甲烷衍生物数字首位定为l，再加上氢原子数目为起首数，然后写上氟原子。例如F—22(CHF2CL)又叫一氯二氟甲烷，因为甲烷是1，氢原子数为1，相加为2，又有氟原子数为2，所以缩写成F—22。4、共沸溶液是由两种以上制冷剂组成的混合物。蒸发和冷凝过程也不分离。就像一种制冷剂一样。目前实用的有R500、R502等。与R22相比其压力稍多，制冷能力在较低温度下提高13％左右。此外在相同蒸发温度和冷凝温度下。压缩机的排气温度较低。可以扩大单组压缩机的使用温度范围，所以发展前景看好。关于制冷剂对大气环境的污染问题，这是关系到人类健康和生存的大事，也是我们大家共同关心的问题。多年来很多专家为此进行了深入研究，一种新的CFC替代品，不仅对大气臭氧层损耗潜值(ODP)为零，更重要的是制冷剂排放入大气对温室效应的直接影响造成全球暖潜值(GwP)方面也必须符合要求。臭氧层破坏，已经成为全球普遍关注的环境焦点问题，国际社会分别于1985年和1987年制定了《保护臭氧层维也纳公约》和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，中国第6页共25页于1991年加入了《蒙特利尔议定书》国际公约组织，并承诺了消耗