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機房空調的負荷計算

2015-06-06 00:21:26 來源：點擊：

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機房空調的負荷計算

一、機房得熱量及冷負荷
　　(一)機房得熱量
　　在室內外熱、濕擾量作用下，某一時刻進入一個空調房間的總熱量和濕量稱為在該時刻的得熱量和得濕量。如果得熱量為負值時稱為耗熱量。根據性質不同，得熱量又分為顯熱和潛熱，而顯熱又包括對流熱和輻射熱兩種成分。
　　1.機房顯熱量來源
　　(1)透過外窗進人室內的太陽輻射熱量。
　　(2)通過圍護結構傳人室內的熱量。
　　(3)設備散熱量。
　　(4)人體散熱量。
　　(5)照明散熱量。
　　(6)新風散熱量。
　　2．機房潛熱量來源
　　(1)工作人員人體散熱量。
　　(2)滲透空氣及新風換氣散熱量。
　　(二)機房冷負荷
　　在某一時刻為保持房間具有穩定的溫度、濕度，需要向房間空氣中供應的冷量稱為冷負荷。相反，為補償房間失熱量而需向房間供應的熱量稱為熱負荷。為維持室內相對濕度所需由房間除去或增加的濕量稱為濕負荷。
　　冷負荷與得熱量在數量上有時相等，有時則不等。圍護結構熱工特性及得熱量的類型決定了得熱和負荷的關系。在瞬時得熱中的潛熱得熱及顯熱得熱中的對流成分是直接散放到房間空氣中的熱量，它們立即構成瞬時負荷。機房內計算機的散熱則大部分構成瞬時負荷，例如CPU散熱片與CPU表面直接接觸，CPU表面的熱量通過熱傳導傳遞給CPU散熱片，散熱風扇產生氣流通過熱對流將CPU散熱片表面的熱量帶走i而機箱內空氣的流動也是通過熱對流將CPU散熱片周圍空氣的熱量帶走，直到機箱外。而顯熱得熱中的輻射成分，如外窗的瞬時日射得熱及照明輻射熱，不能立即構成瞬時冷負荷，因為鐳射熱透過空氣被室內各種物體的表面所吸收和儲存，這些物體的溫度會升高，一旦其表面溫度高于室內空氣溫度時，它們又以對流方式將儲存的熱量散發給空氣。

二、如何計算恒溫恒濕機房內所需的冷量
　　為了確定空調機的容量，以滿足機房溫度、濕度、潔凈度和送風速度的要求(簡稱四度要求)。必須首先計算機房的熱負荷。
　　機房的熱負荷主要來自兩個方面：
　　其一是機房內部產生的熱量，它包括：室內計算機及外部設備的發熱量，機房輔助設施和機房設備的發熱量(電熱、蒸氣水溫及其它發熱體)。這些發熱量顯熱大、潛熱小；照明發熱(顯熱)；
　　工作人員的發熱(顯熱小、潛熱大)；
　　由于水分蒸發、凝結產生的熱量(潛熱)。
　　其二是機房外部產生的熱量，它包括：
　　傳導熱。通過建筑物本體侵入的熱量，如從墻壁、屋頂、隔斷和地面傳入機房的熱量(顯熱)；放射熱(也稱輻射熱)。由于太陽照射從玻璃窗直接進入房間的熱量(顯熱)；對流產生的熱量。從門窗等縫隙侵入的高溫室外空氣(也包含水蒸氣)所產生的熱量(顯熱、潛熱)；
　　為了使室內工作人員減少疲勞和有利于人體健康而引入的新鮮空氣所產生的熱量(包括顯熱和潛熱)。
　　總之，人體放出的熱量、縫隙風侵入的熱量和換氣帶進的熱量，不僅使室溫升高，也會增加室內的含濕量，因此需要除濕。這部分熱負荷稱為潛熱負荷，而機房內所有設備散發的熱量只是室內的溫度升高，這種熱負荷稱為顯熱負荷。與一般賓館、辦公室、會議室等潛熱占有相當大比例所不同的是，計算機、程控機機房內的熱負荷是以顯熱負荷為主。因此對于熱負荷狀況不同的場合應選用不同類型的空調機。通常用顯熱比(SFH)作為空調機的重要指標。
　　概略計算(也稱為估算)
　　在機房初始設計階段，為了較快的選定空調機的容量，可采用此方法，即以單位面積所需冷量進行估算。
　　計算機房（包括程控交換機房）：
　　樓層較高時，250～300kcal/m2h
　　樓層較低時，150～250kcal/m2h（根據設備的密度作適當的增減）
　　辦公室（值班室）：90kcal/m2h
　　簡易熱負荷計算
　　計算機房空調負荷，主要來自計算機設備、外部設備及機房設備的發熱量，大約占總熱量的80%以上，其次是照明熱、傳導熱、輻射熱等，這幾項計算方法與一般空調房間負荷計算相同。計算機制造商，一般能提供設備發熱量的具體數值。否則根據計算機的耗電量計算其發熱量。
　　a.外部設備發熱量計算
　　Q＝860N¢(kcal／h)
　　式中：N：用電量(kW)；¢：同時使用系數(0.2～0.5)；860：功的熱當量，即lkW電能全部轉化為熱能所產生的熱量。
　　b.主機發熱量計算Q＝860×P×h1×h2×h3
　　式中，P：總功率(kW)；
　　h1：同時使用系數；
　　h2：利用系數；
　　h3：負荷工作均勻系數。
　　機房內各種設備的總功率，應以機房內設備的功耗為準，但這些功耗并未全部轉換成熱量，因此，必須用以上三種系數來修正，這些系數又與計算機的系統結構、功能、用途、工作狀態及所用電子元件有關。總系數一般取0.6～0.8之間為好
　　c.照明設備熱負荷計算
　　機房照明設備的耗電量，一部分變成光，一部分變成熱。變成光的部分也因被建筑物和設備等所吸收而變成熱。照明設備的熱負荷計算如下：
　　Q＝C×Pkcal／h
　　式中，P：照明設備的標稱額定輸出功率(W)；
　　C：每輸出lW的熱量(kcal／hW)，通常自熾燈0.86，日光燈1.0。
　　d.人體發熱量
　　人體內的熱是通過皮膚和呼吸器官放出來的，這種熱因含有水蒸汽，其熱負荷應是顯熱和潛熱負荷之和。
　　人體發出的熱隨工作狀態而異。機房中工作人員可按輕體力工作處理。當室溫為24℃時，其顯熱負荷為56cal，潛熱負荷為46cal；當室溫為21℃時，其顯熱負荷為65cal，潛熱負荷為37ca1。在兩種情況下，其總熱負荷均為102cal。
　　e.圍護結構的傳導熱
　　通過機房屋頂、墻壁、隔斷等圍護結構進入機房的傳導熱是一個與季節、時間、地理位置和太陽的照射角度等有關的量。因此，要準確地求出這樣的量是很復雜的問題。
　　當室內外空氣溫度保持一定的穩定狀態時，由平面形狀墻壁傳入機房的熱量可按下式計算：
　　Q＝KF(t1-t2)kcal／h
　　式中，K：圍護結構的導熱系數(kcal／m2h℃)；
　　F：圍護結構面積(m2)；
　　t1：機房內溫度(℃)；
　　t2：機房外的計算溫度(℃)。
　　當計算不與室外空氣直接接觸的圍護結構如隔斷等時，室內外計算溫度差應乘以修正系數，其值通常取0.4～0.7。常用材料導熱系數如下表所示：
　　材料導熱系數(kcal/m2h℃)材料導熱系數(kcal/m2h℃)
　　普通混凝土1.4～1.5 石膏板0.2
　　輕型混凝土0.5～0.7 石棉水泥板1
　　砂漿1.3 軟質纖維板0.15
　　熟石膏0.5 玻璃纖維0.03
　　磚1.1 鍍鋅鋼板38
　　玻璃0.7 鋁板180
　　木材0.1~0.25
　　f.從玻璃透入的太陽輻射熱
　　當玻璃受陽光照射時，一部分被反射、一部分被玻璃吸收，剩下透過玻璃射入機房轉化為熱。被玻璃吸收的熱使玻璃溫度升高，其中一部分通過對流進入機房也成為熱負荷。
　　透過玻璃進入室內的熱量可按下式計算：
　　Q＝KFq(kcal／h)
　　式中，K：太陽輻射熱的透入系數；
　　F：玻璃窗的面積(m²)；
　　q：透過玻璃窗進入的太陽輻射熱強度(kcal／m²h)。
　　透入系數K值取決于窗戶的種類，通常取0.36～0.4。
　　太陽輻射熱強度q隨緯度、季節和時間而不同，又隨太陽照射角度而變化。具體數值請參考當地氣象資料。
　　g.換氣及室外侵入的熱負荷
　　為了給在計算機房內工作人員不斷補充新鮮空氣，以及用換氣來維持機房的正壓，需要通過空調設備的新風口向機房送入室外的新鮮空氣，這些新鮮空氣也將成為熱負荷。通過門、窗縫隙和開關而侵入的室外空氣量，隨機房的密封程度，人的出入次數和室外的風速而改變。這種熱負荷通常都很小，如需要，可將其拆算為房間的換氣量來確定熱負荷。
　　h.其它熱負荷
　　在機房中，除上述熱負荷外，在工作中使用示被器、電烙鐵、吸塵器等都將成為熱負荷。由于這些設備的功耗一般都較小，可粗略按其額定輸入功率與功的熱當量之積來計算。此外，機房內使用大量的傳輸電纜，也是發熱體。其計算如下：
　　Q＝860Pl(kcal／h)
　　式中，860：功的熱當量(kca1／h)；
　　P：每米電纜的功耗(W)；l：電纜的長度(m)。
　　總之，機房熱負荷應由上述a—h各項熱負荷之和來確定。

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