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IDC機房溫度控制與計算
[導(dǎo)讀]討論IDC機房溫度變化的原因以及配置空調(diào)的計算。 細述IDC機房溫度產(chǎn)生的原由。 提出控制IDC機房溫度的幾個措施。
【序言】
在通信運營商的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中最重要的當屬機房建設(shè)，在現(xiàn)階段，隨著3G業(yè)務(wù)的快速推動，后面緊隨的IDC（Internet Data Center互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）建設(shè)將是重中之重，對此，機房的溫度控制將是IDC機房環(huán)境中的難點。
本章將對機房的溫度控制進行細化闡述。
【正文】
熱從溫度高的物體傳到溫度低的物體，或者從物體的高溫部分傳到低溫部分，這種現(xiàn)象叫做熱傳遞。熱傳遞是自然界普遍存在的一種自然現(xiàn)象。
在熱傳遞過程中，物質(zhì)并未發(fā)生遷移，只是高溫物體放出熱量，溫度降低，內(nèi)能減少（確切地說是物體里的分子做無規(guī)則運動的平均動能減小），低溫物體吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加。因此，熱傳遞的實質(zhì)就是內(nèi)能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移的過程，這是能量轉(zhuǎn)移的一種方式。
熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。
（1）傳導(dǎo)：熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分。
熱的傳導(dǎo)在固體熱傳遞的主要方式。
（2）對流：靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流。
熱的對流在氣體以及液體的熱傳導(dǎo)的主要方式。
利用對流加熱或降溫時，必須同時滿足兩個條件：一是物質(zhì)可以流動，二是加熱方式必須能促使物質(zhì)流動。
對流可分自然對流和強迫對流兩種。自然對流是由于流體溫度不均勻引起流體內(nèi)部密度或壓強變化而形成的自然流動。例如：氣壓的變化，風的形成等；而強制對流是因受外力作用或與高溫物體接觸，受迫而流動的，叫強制對流。例如：由于人工的攪拌或機械力的作用（如機房空調(diào)等），完全受外界因素的促使而形成對流的。
輻射：熱由物體沿直線向外射出，叫做輻射。
用輻射方式傳遞熱，不需要任何介質(zhì)，因此，輻射可以在真空中進行。地球上得到太陽的熱，就是太陽通過輻射的方式傳來的，這也就是機房對向陽側(cè)的機房做隔熱處理的原因。
我們通過以下幾個章節(jié)來深入探討機房溫度的產(chǎn)生、溫度過高的危害以及溫度控制措施等。
1. 機房高溫的產(chǎn)生
根據(jù)機房高溫的產(chǎn)生，從實踐中歸納總結(jié)幾點如下：
（1）網(wǎng)絡(luò)機柜排列不合理；
（2）網(wǎng)絡(luò)機柜發(fā)熱密度過高，散熱不良，造成局部過熱；
（3）機房空調(diào)制冷量不夠；
（4）空調(diào)等制冷設(shè)備異常故障停機；
（5）空調(diào)在市電斷電再來電不能自啟動，而其它設(shè)備因有UPS不間斷電源供電，正常運行持續(xù)發(fā)熱；
（6）電纜排列過密，電纜布放區(qū)域溫度過熱而導(dǎo)致電纜變軟；
（7）機房側(cè)向陽面無隔熱處理（針對南方機房）。
2. 機房高溫的危害
在基準溫度情況下，溫度每升高10℃計算機的可靠性就下降25％，如超過設(shè)備的警戒溫度會造成以下危害：
（1）磁盤磁帶會因熱漲效應(yīng)造成記錄錯誤；
（2）計算機的時鐘主頻在溫度過高都會降低；
（3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸誤碼率增高甚至失效；
（4）服務(wù)器自動保護停止工作、服務(wù)器硬盤損壞。
（5）鉛酸密封免維護電池在高溫情況下，使用壽命會急劇下降；
上述情況如果不能及時處理，將會可能造成機器損壞、數(shù)據(jù)丟失甚至引起電源短路、火災(zāi)等事故。
3. 機房溫度的控制
機房溫度控制的是把前期建設(shè)的規(guī)劃好，如供電保障、隔熱措施，送風方式以及動力環(huán)境監(jiān)控等。
3.1供電保障
供電的保障將是整個通信系統(tǒng)的根本，外電斷電要UPS保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在油機啟動后保證空調(diào)，但這中間的時間差要控制住，這是機房溫度控制的一個根據(jù)點，這將在后節(jié)（機房溫度計算）有細化說明，將對外市電斷電后至機房空調(diào)（油機供電）開始制冷這個時間段內(nèi)的通信設(shè)備發(fā)熱的計算過程。
3.2隔熱措施
隔熱措施在機房建設(shè)中往往容易忽略是的機房頂部的隔熱處理。
機房隔熱措施包括：機房墻體隔熱、樓板隔熱以及機房局房隔熱（局部房間隔熱、設(shè)備局部隔熱處理等）等隔熱方式，能有效地對機房冷熱區(qū)的分區(qū)進行控制。
3.3機房送風方式
從機房建設(shè)的這幾年來看，通過多種嘗試，機房送風方式主要有為下幾種：
（1）獨立風管式上送風下回風式
通過風管送冷風至設(shè)備區(qū)，這種方式制冷效果不理想，容易產(chǎn)生容易產(chǎn)生頭冷腳熱現(xiàn)象，如圖。
圖-1獨立風管上送風下回風式（1）
圖-2獨立風管上送風下回風式（2）
還有一種上送風方式 ，但沒有風管，直接從空調(diào)上部送風散流器沒有經(jīng)過引導(dǎo)直接吹風，效果不如風管式制冷效果理想，此種送風方式不值得推薦。
圖-3送風散流器上送風下回風式
（2）獨立式下送風上回風式
這種方式是帶活動地板的，使活動地板與樓板形成一個大的靜壓箱，從空調(diào)器的送風散流器由導(dǎo)流板至機房內(nèi)各個制冷區(qū)，此種下送風方式又可分為幾種，如圖所示：
圖-4獨立式列間下送風上回風式
圖-5獨立式柜內(nèi)下送風上回導(dǎo)流式
圖-6獨立式柜內(nèi)下送風上回導(dǎo)流式
（3）上下混合送風方式
這種方式在機房內(nèi)用的比較少，氣流組織方式容易打亂，但可以補點，相互補其不足，
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3.3動力環(huán)境監(jiān)控
目前，動力環(huán)境監(jiān)控在各大運營商的使用都已經(jīng)普遍，也比較成熟，可以通過監(jiān)控達到可見即所得的效果，提高對機房的管理。
1. 機房溫度的計算
4.1比熱容
比熱容(specific heat capacity)又稱比熱容量(specific heat)，簡稱比熱容，是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，即是單位質(zhì)量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的內(nèi)能。通常用符號c表示。
物質(zhì)的比熱容與所進行的過程有關(guān)。在工程應(yīng)用上常用的有定壓比熱容Cp、定容比熱容Cv和飽和狀態(tài)比熱容三種，定壓比熱容Cp是單位質(zhì)量的物質(zhì)在比壓不變的條件下，溫度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量；定容比熱容Cv是單位質(zhì)量的物質(zhì)在比容不變的條件下，溫度升高或下降1℃或1K吸收或放出的內(nèi)能，飽和狀態(tài)比熱容是單位質(zhì)量的物質(zhì)在某飽和狀態(tài)時，溫度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的熱量。
設(shè)有一質(zhì)量為m的物體，在某一過程中吸收（或放出）熱量ΔQ時，溫度升高（或降低）ΔT，則ΔQ/ΔT稱為物體在此過程中的熱容量（簡稱熱容），用Cv表示，即Cv=ΔQ/ΔT。
4.2機房溫度計算實例
某通信數(shù)據(jù)IDC機房，面積302.96平方米，板下凈高4米，放置網(wǎng)絡(luò)機柜150架（單臺功耗2kW）。
計算：（1）按機房標準計算空調(diào)配置臺數(shù)。（2）外市電斷電后（20秒油機啟動）機房最高溫度。
解題如下：
4.2.1按機房標準計算空調(diào)配置臺數(shù)
按如下公式計算出空調(diào)配置數(shù)：
Qt≥Q1+Q2 … (1)
——Qt 總制冷量（kW）。
——Q1 室內(nèi)設(shè)備總負荷。
——Q2 環(huán)境熱負荷（=0.1~0.18kW/m2*機房面積，南方取大值，北方取小值計算）。
計算得出Qt≥150臺×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。
按單臺制冷量70kW計算需要5.4臺，即6臺空調(diào)，按3+1配置（3臺主用1臺備用，四臺空調(diào)互為主備即輪流作為備機）空調(diào)需要配置8臺制冷量70kW空調(diào)。
4.2.2外市電斷電后（20秒油機啟動）機房最高溫度
(1)計算步驟
首先是斷電至油機啟動這段時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)熱量引起機房的溫度變化。
其次是空調(diào)啟動后網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍繼續(xù)發(fā)熱，計算出空調(diào)制冷量超過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)熱量時的溫度，這也就是機房的最高溫度。
最后計算空調(diào)啟動后需要多久能到達規(guī)范要求的控制溫度， 20℃±2℃，計算機房溫度回到20℃時的時間。
(2)取值標準
Ø 空調(diào)按某國內(nèi)廠家生產(chǎn)的機房專用空調(diào)，70kW機房專用空調(diào)在濕度50%時，(24℃ DB,17.1℃WB, 50%RH)時制冷量為65.6kW，空調(diào)開電后25秒內(nèi)制冷量為標稱制冷量的50%，25秒后能達到標稱制冷量，即此空調(diào)為兩系統(tǒng)，來電時啟動第一臺壓縮機，25秒后啟動第二臺壓縮機。
Ø 由于啟動電流影響上次油機以及開關(guān)，在設(shè)置空調(diào)啟動時盡量不要設(shè)置成同時啟動多臺空調(diào)，在本題中設(shè)置每同時啟動2臺空調(diào)后間隔5秒啟動2臺。
表-1 空調(diào)啟動順序配置表
注：時間為斷電時開始計起，前提是在油機正常啟動下。
Ø 根據(jù)公式Cv=ΔQ/ΔT轉(zhuǎn)換成比熱容公式
Q = Cv·cH（t1–t0 ）…（2）
〓＞ t1 = Q/（Cv·cH）+t0 …(3)
Q——吸收的熱量（單位焦耳）。
Cv——定容比熱（單位焦耳每千克攝氏度）
cH—— 濕空氣的濕比熱（單位焦耳每千克攝氏度）
t1 ——未溫（單位℃）
t0——機房溫度在20 ℃時的初溫，即0=20 ℃
（3）計算過程
表-2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算表
表-3 第一組空調(diào)重啟前的機房溫度計算表
表-4 機房溫度變化計算表
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