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        本文作者陈洪宝，供职单位为北京电信规划设计院有限公司。

        【摘要】

        讨论IDC机房温度变化的原因以及配置空调的计算。

        细述IDC机房温度产生的原由。

        提出控制IDC机房温度的几个措施。

        【关键词】

        IDC 机房温度 机房空调 热传导 对流 辐射 温度计算。

        【序言】

        在通信运营商的基础设施建设中最重要的当属机房建设，在现阶段，随着3G业务的快速推动，后面紧随的IDC（Internet Data Center互联网数据中心）建设将是重中之重，对此，机房的温度控制将是IDC机房环境中的难点。

        本章将对机房的温度控制进行细化阐述。

        【正文】

        热从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。热传递是自然界普遍存在的一种自然现象。

        在热传递过程中，物质并未发生迁移，只是高温物体放出热量，温度降低，内能减少（确切地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小），低温物体吸收热量，温度升高，内能增加。因此，热传递的实质就是内能从高温物体向低温物体转移的过程，这是能量转移的一种方式。

        热传递有三种方式：传导、对流和辐射。

        （1）传导：热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分。

        热的传导在固体热传递的主要方式。

        （2）对流：靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。

        热的对流在气体以及液体的热传导的主要方式。

        利用对流加热或降温时，必须同时满足两个条件：一是物质可以流动，二是加热方式必须能促使物质流动。

        对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流是由于流体温度不均匀引起流体内部密度或压强变化而形成的自然流动。例如：气压的变化，风的形成等；而强制对流是因受外力作用或与高温物体接触，受迫而流动的，叫强制对流。

        例如：由于人工的搅拌或机械力的作用（如机房空调等），完全受外界因素的促使而形成对流的。

        辐射：热由物体沿直线向外射出，叫做辐射。

        用辐射方式传递热，不需要任何介质，因此，辐射可以在真空中进行。地球上得到太阳的热，就是太阳通过辐射的方式传来的，这也就是机房对向阳侧的机房做隔热处理的原因。

        我们通过以下几个章节来深入探讨机房温度的产生、温度过高的危害以及温度控制措施等。

        1.机房高温的产生

        根据机房高温的产生，从实践中归纳总结几点如下：

        （1）网络机柜排列不合理；

        （2）网络机柜发热密度过高，散热不良，造成局部过热；

        （3）机房空调制冷量不够；

        （4）空调等制冷设备异常故障停机；

        （5）空调在市电断电再来电不能自启动，而其它设备因有UPS不间断电源供电，正常运行持续发热；

        （6）电缆排列过密，电缆布放区域温度过热而导致电缆变软；

        （7）机房侧向阳面无隔热处理（针对南方机房）。

        2.机房高温的危害

        在基准温度情况下，温度每升高10℃计算机的可靠性就下降25％，如超过设备的警戒温度会造成以下危害：

        （1）磁盘磁带会因热涨效应造成记录错误；

        （2）计算机的时钟主频在温度过高都会降低；

        （3）网络设备传输误码率增高甚至失效；

        （4）服务器自动保护停止工作、服务器硬盘损坏。

        （5）铅酸密封免维护电池在高温情况下，使用寿命会急剧下降；

        上述情况如果不能及时处理，将会可能造成机器损坏、数据丢失甚至引起电源短路、火灾等事故。

        3.机房温度的控制

        机房温度控制的是把前期建设的规划好，如供电保障、隔热措施，送风方式以及动力环境监控等。

        3.1供电保障

供电的保障将是整个通信系统的根本，外电断电要UPS保证网络设备，在油机启动后保证空调，但这中间的时间差要控制住，这是机房温度控制的一个根据点，这将在后节（机房温度计算）有细化说明，将对外市电断电后至机房空调（油机供电）开始制冷这个时间段内的通信设备发热的计算过程。

        3.2隔热措施

        隔热措施在机房建设中往往容易忽略是的机房顶部的隔热处理。

        机房隔热措施包括：机房墙体隔热、楼板隔热以及机房局房隔热（局部房间隔热、设备局部隔热处理等）等隔热方式，能有效地对机房冷热区的分区进行控制。

        3.3机房送风方式

        从机房建设的这几年来看，通过多种尝试，机房送风方式主要有为下几种：

        （1）独立风管式上送风下回风式

        通过风管送冷风至设备区，这种方式制冷效果不理想，容易产生容易产生头冷脚热现象，如图。

        图-4独立式列间下送风上回风式

   图-5独立式柜内下送风上回导流式
      

图-6独立式柜内下送风上回导流式

        （3）上下混合送风方式

        这种方式在机房内用的比较少，气流组织方式容易打乱，但可以补点，相互补其不足，

        3.3动力环境监控

        目前，动力环境监控在各大运营商的使用都已经普遍，也比较成熟，可以通过监控达到可见即所得的效果，提高对机房的管理。

        4.机房温度的计算

        4.1比热容

        比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)，简称比热容，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号c表示。

        物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种，定压比热容Cp是单位质量的物质在比压不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量；定容比热容Cv是单位质量的物质在比容不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的内能，饱和状态比热容是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。

        设有一质量为m的物体，在某一过程中吸收（或放出）热量ΔQ时，温度升高（或降低）ΔT，则ΔQ/ΔT称为物体在此过程中的热容量（简称热容），用Cv表示，即Cv=ΔQ/ΔT。

        4.2机房温度计算实例

        某通信数据IDC机房，面积302.96平方米，板下净高4米，放置网络机柜150架（单台功耗2kW）。

        计算：（1）按机房标准计算空调配置台数。（2）外市电断电后（20秒油机启动）机房最高温度。

图-7 IDC机房设备布置平面图

        解题如下：

        4.2.1按机房标准计算空调配置台数

        按如下公式计算出空调配置数：

        Qt≥Q1+Q2   …   (1)

        ——Qt 总制冷量（kW）。

        ——Q1 室内设备总负荷。

        ——Q2 环境热负荷（=0.1~0.18kW/m2*机房面积，南方取大值，北方取小值计算）。

        计算得出Qt≥150台×2千瓦＋302.96平方×0.18千瓦每平方＝300千瓦＋54.53千瓦＝354.53千瓦。

        按单台制冷量70kW计算需要5.4台，即6台空调，按3+1配置（3台主用1台备用，四台空调互为主备即轮流作为备机）空调需要配置8台制冷量70kW空调。

        4.2.2外市电断电后（20秒油机启动）机房最高温度

        (1)计算步骤

        首先是断电至油机启动这段时间内网络设备的发热量引起机房的温度变化。

        其次是空调启动后网络设备仍继续发热，计算出空调制冷量超过网络设备发热量时的温度，这也就是机房的最高温度。

        最后计算空调启动后需要多久能到达规范要求的控制温度， 20℃±2℃，计算机房温度回到20℃时的时间。

        (2)取值标准

       空调按某国内厂家生产的机房专用空调，70kW机房专用空调在湿度50%时，(24℃ DB,17.1℃ WB, 50%RH)时制冷量为65.6kW，空调开电后25秒内制冷量为标称制冷量的50%，25秒后能达到标称制冷量，即此空调为两系统，来电时启动第一台压缩机，25秒后启动第二台压缩机。

         由于启动电流影响上次油机以及开关，在设置空调启动时尽量不要设置成同时启动多台空调，在本题中设置每同时启动2台空调后间隔5秒启动2台。

         表-1 空调启动顺序配置表

序号	空调编号	断电后启动时间设置（秒）
1	空调-1	25
2	空调-5
3	空调-2	30
4	空调-6
5	空调-3	35
6	空调-7
7	空调-4备
8	空调-8备

 注：时间为断电时开始计起，前提是在油机正常启动下

         根据公式Cv=ΔQ/ΔT转换成比热容公式

         Q = Cv•cH（t1–t0 ）…（2）

         〓＞  t1 = Q/（Cv•cH）+t0  …(3)

         Q——吸收的热量（单位焦耳）。

         Cv——定容比热（单位焦耳每千克摄氏度）

         cH—— 湿空气的湿比热（单位焦耳每千克摄氏度）

         t1 ——未温（单位℃）

         t0——机房温度在20 ℃时的初温，即0=20 ℃

        （3）计算过程

         表-2 基础数据计算表

         （设备+环境）总发热×[20秒+（空调运行时间）]-（第一组空调制冷量×第一组运行时间）-（第二组空调制冷量×第二组运行时间）-（第三组空调制冷量×第三组运行时间）=0，即简单地说发热量与制冷量相同时，此时的温度为峰值，过后渐回到20℃。

         图-8 IDC机房温度变化趋势图

         市电断电后至机房温度达到规范要求的各时刻的机房温度变化如下表。

         注：下表计算过程，特别注意是25秒启动后的空调总制冷量，计算时应当给予扣除，因为25秒前空调为单系统（单台室外机）运行，25秒后为两系统（两台室外机）运行，计算是勿将全程按双系统计算制冷量。

【采用术语的含义】

         4.1 湿空气的湿比热cH(湿质量热容)

         在常压下将1kg的绝干空气和其所带有的Hkg水蒸汽的温度升高1℃ 所需的总热量，称为湿空气的比热，简称湿比热。

         cH = ca+ cwH

         cH —— 湿空气的比热,kJ/kg绝干空气• ℃;

         ca —— 干空气的比热,kJ/kg绝干空气• ℃;

         cw —— 水蒸汽的比热,kJ/kg水蒸汽• ℃;

         H —— 湿度, kg水汽/kg绝干空气.

         在工程计算中, ca, cw通常取为常数, ca=1.01 kJ/kg• ℃, cw=1.88 kJ/kg• ℃,则cH = 1.01+ 1.88H ( kJ/kg• ℃ ,SI制)。

         4.2 湿球温度（WB）

         湿球温度是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至100%相对湿度线上，对应点的干球温度。

         用湿纱布包扎普通温度计的感温部分，纱布下端浸在水中，以维持感温部位空气湿度达到饱和，在纱布周围保持一定的空气流通，使于周围空气接近达到等焓。示数达到稳定后，此时温度计显示的读数近似认为湿球温度。

         4.3 干球温度（DB）

         干球温度是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们一般天气预报里常说的气温。

         4.4 相对湿度（RH）

         相对湿度（RH）：湿空气中实际水汽压e与同温度下饱和水汽压E的百分比，即 RH=（e/E）* 100%

         相对湿度的大小能直接表示空气距离饱和的相对程度。空气完全干燥时，相对湿度为零。相对湿度越小，表示当时空气越干燥。当相对湿度接近于100%时，表示空气很潮湿，越接近于饱和。

         【参考文献】

         [1].《空调器应用》夏云铧 北京科学技术出版社；

         [2]. 《制冷空调产品设备手册》杨小灿  国防工业出版社；

         [3].《民用建筑空调设计》化学工业出版社 2003年07月；

         [4].《空调工程》黄翔  机械工业出版社 2006年5月份；

         [5].《下送风空调原理与设计》连之伟 马仁民 上海交通大学出版社 2006年7月；

         [6].《制冷原理与设备(制冷与空调技术专业领域)》高等教育出版社；