人体散热量计算.docx

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人体散热量计算

2007.04.25网络日记空调房间人体的散热及散湿量计算文章引用自:

[引用]2007-04-25|发表者:

五洲韩威

宇文皓月

空调房间人体的散热及散湿量计算

人体的散热量可分为显热和潜热。

显热是由人的体温与周围空气温度之间的温差而发生的；潜热是体表排汗或肺呼吸而带入空气的热量。

精密空调

　　第一章机房专用精密空调特点

　　能够充分满足机房环境条件要求的机房专用精密空调机（也称恒温恒湿空调）是在近30年中逐渐发展起来的一个新机种。

早期的机房使用舒适性空调机时，经常出现由于环境温湿度参数控制不当而造成机房设备运行不稳定，数据传输受干扰，出现静电等问题。

精密空调机，通常具有如下一些性能特点：

　　1.1大风量、小焓差

　　与相同制冷量的舒适性空调机相比，机房专用精密空调机的循环风量约大一倍，相应的焓差只有一半，机房专用精密空调机运行时通常不需要除湿，循环风量较大将使得机组在空气露点以上运行，不需要像舒适性空调机那样为应付湿负荷而不克不及不使空气冷却到露点以下，故机组可以通过提高制冷剂的蒸发温度提高机组运行的热效率，从而提高运行的经济性。

根据经验，显热比为1.0的机组的单位制冷量的能耗仅是显热比为0.6的机组的60%左右。

同样，机房要求温湿度指标相对稳定，较大的循环风量将有利于稳定机房的温湿度指标，显然，在制冷量一定的情况下，风量的增大将导致焓差的减少，因而通常机组只能在显热比相当高的工况下运行，这恰恰与机房的负荷特点相适应。

　　通常舒适性空调冷负荷中有30%是为了消除潜热负荷，有70%是为了消除显热负荷。

对机房来讲，其情况却大不相同，机房主要是设备散出的显热，室内工作人员散出的热负荷及夏季进入房间的新鲜空气的热湿负荷（仅占总负荷的5%）。

而且冬季是需要加湿而不是减湿，即使在冬季机房仍需要消除热负荷，特别是程控机房更是如此。

鉴于以上特点，如将一般舒适性空调机组用于机房，则会造成能量浪费。

例如一个热负荷为7056kcal/h的机房，若使用机房专用空调机组，则总耗电量为2.7kw，而舒适性空调机组则需耗电8.1kw，即多耗电两倍。

同样制冷量的空调机其风量各异，舒适性空调机的风量与冷量比为1:

5，而恒温恒湿机风量与冷量比为1:

3.5，机房专用精密空调机具有大风量、小焓差、高显热比的特点，通常焓差为2kcal/kg左右。

也就是说，机房的热负荷90%～95%是显热负荷，同样的热负荷显热比越高要求送风量越大。

这就要求机房的空调系统能够提供较大的送风量，所以一般机房送风量要比通常舒适性空调房间所需的送风量大1.6～2倍。

　　1.2机房的热负荷变更幅度较大

　　通常要在10%～20%之间变动，这是由于主机设备所处的工作状态分歧，消耗的功耗分歧所造成的。

因此，机房精密空调系统必须能够适应这种负荷的变更，以使电子元器件工作在所要求的环境条件之中，包管电路性能的可靠性。

　　1.3送回风方式多样

　　由于要与电子通信设备的冷却方式相适应，机房的空调系统的送风回风方式是多种多样的：

有上送风、下送风，有上回风、下回风、侧回风等，生产企业一般是利用尺度化手段开发一系列机型，以满足用户的分歧需要。

　　机房专用精密空调机送风形式多为上送下回和下送上回式。

机房中铺设防静电活动地板，机房专用精密空调采取下送上回式送风，使冷气直接进入活动地板下，这样使地板下形成静压箱，然后通过地板送风口，把冷气均匀地送入机房内，送入设备机柜内。

为此，机房专用精密空调应有足够的风量把机房中的热量带走。

采取这种送风形式可大大提高空调效率，同时还可以大幅度节省过去习惯的管道送风的工程费用，降低工程造价，使室内规划美观。

这是机房理想的送风方式。

当然，机房送风形式要与设备散热形式一致。

　　1.4过滤

　　通常尺度型机组中，空气过滤器均采取粗、中效过滤，而在一些进口的特型机组中，从结构设计上采取预留亚高效过滤器或高效过滤器的装置位置，根据用户需求选用（如净化手术室等就选用亚高效过滤器）。

只要用户要求，过滤系统可以很方便地以更换过滤器或者增加过滤器的方式进行升级。

一般Ａ级洁净要求使用高效或亚高效过滤器，Ｂ级洁净要求使用亚高效或中效过滤器，即使是Ｃ级洁净要求也应该使用中效过滤器。

然而，舒适性空调机一般只有初效过滤器，如果需要提高过滤效率，也只能是改装，而且往往还需增加风机、加大风压，以免空调机因装置了高效或亚高效过滤器而使送风能力大幅度下降。

　　1.5可靠性较高

　　针对机房精密空调系统高可靠性的要求，机房专用精密空调机在结构与控制系统设计和制造以及空调系统组成等方面都必须相应采纳一系列措施，例如设置后备机组或后备控制单元，微机控制系统自动对机组运行状态进行诊断，实时对已经出现或将要出现的故障发出报警，自动用后备机组或后备控制单元切换故障机组或故障单元。

众所周知，机房专用精密空调的控制系统功能比舒适性空调完善得多。

　　控制系统的性能与空调系统技术经济性能密切相关。

很多机房专用精密空调机生产企业专门开发一系列的控制器作为空调系统的组成部分。

采取电子控制器或微机控制已经十分普遍，有些企业已经把模糊控制技术应用在计算机房专用空调系统中。

　　机房专用精密空调机组均采取先进可靠的微电脑控制系统。

控制系统由两大部件组成，即智能控制器I2-manager和操纵显示器组件Tmaster。

控制器提供强大的模拟和数字控制能力，可以满足广泛的监测和控制功能，包含实时钟、RS232/RS485通信接口以及尺度的网络连接。

大屏幕液晶多制式显示器，可显示地道的中文，更加适合中国用户需求。

操纵人员可通过键盘/显示器组件查询设备运行状态及各种故障记录，调整设定参数，包管最高的运行效率。

　　控制系统可以控制同一机组内各台压缩机分时启动，降低启动电流，均衡同一机组内各台压缩机的工作时间，防止压缩机频繁启动。

多台机组可互相串联，互为备份。

多台机组可自动分时启动，降低启动电流，均衡分歧机组的工作时间。

这样，有利于提高专用空调机组的寿命和运行的可靠性。

　　1.6全年制冷运行

　　无论是大、中型计算机，还是程控交换机，都要求空调机全年制冷运行。

而冬季的制冷运行要解决稳定冷凝压力和其它相关的问题。

多数机房专用空调机能在室外气温降至-15℃时仍能制冷运行，而采取乙二醇制冷机组，可在室外气温降至-45℃时仍能制冷运行。

与此形成鲜明对比的是舒适性空调机或惯例恒温恒湿机，在此种条件下，根本无法工作。

　　1.7设计点对应运行点

　　如果把舒适性空调机用作机房精密空调系统，由于机房要求其运行点为：

冬季：

20±2℃，夏季：

23±2℃，而舒适性空调机的设计点温度一般为27℃，所以机组的实际供冷能力一般比样本标明的额定值低10%～25%。

此外，运行点偏离设计点时，在一定程度上机组的部分机件性能由于偏离了最佳运行点，从而影响了机组整体的匹配状态，晦气于机组性能的充分发挥和高效率运行。

然而机房专用精密空调机，由于把运行点作为设计点，因而机组始终处于最佳运行点，这就从根本上防止了这些问题。

　　综上所述，根据机房负荷特性及特点，就需要设计出一种将这些要求综合于一体的空调机，实现以处理干冷却工况为主的空气处理过程。

　　1.8使用寿命

　　一般机房专用精密空调厂家的设计寿命是最低是10年，连续运行时间是86400小时，平均无故率达到25000小时，实际运用过程中,机房专用精密空调可运行15年。

　　根据国家家电行业尺度，舒适性空调机的基础设计寿命每年按运行半年计算，为3年时间，无连续运行时间指标，平均无故障时间5000小时，只适合于间断运行，在实际使用过程中，舒适性空调机可连续运行的时间为3～5年，比机房专用精密空调相差3倍。

　　1.9机房专用精密空调机与舒适性空调机的区别

　　表1-1机房专用精密空调机组与一般舒适性空调机组的对比

　　序号比较内容一般空调专用空调

　　1冷风比（kcal/m3）52.2～3

　　2显热比（显冷量/总冷量%）0.65～0.70.85～1.0

　　3焓差（kcal/kg）3～52～2.5

　　4控制精度3℃±1℃，±3%RH

　　5温度控制通常没有有加湿和去湿功能

　　6空气过滤一般性过滤要求过滤0.2～0.5的粒子，10～30万级

　　7蒸发温度较低﹥5℃～11℃

　　8蒸发器排数4、6、82～4排

　　9迎风面积较小1.3～2.7

　　10迎面风速（m/s）较大≤2.7

　　11备用单制冷回路双制冷回路或能够双机热备

　　12运行时间（h）8～1024

　　13全年运行可靠性不设计冬季运行全天候运行

　　14控制一般控制微机控制

　　15监控－能进行本机或远程监视温湿度、

　　空气处理状态和各种报警等

　　第二章气流组织方式

　　空调的气流组织方式一般分为两种：

上送风和下送风。

　　下送风形式的气流从空调机的底部送出，在机房地板下流动，比较容易分布到房间的各个角落。

通过活动地板开口进入机房内冷却设备，并从空调机的上部回风。

这种送风方式是绝大部分机房所采取的气流组织方式。

　　上送风形式分为上送风、正面回风、上送风、背部回风和上送风、底部回风三种方式。

　　第三章机房专用精密空调机选型指南

　　3.1估算空调机的制冷量，选定设备型号时通常要考虑以下主要因素

　　3.1.1机房内设备发热量

　　3.1.2机房面积

　　3.1.3机房条件（包含层高，密封，装修，室外机装置位置等）

　　3.1.4当地气候条件

　　3.1.5型号规格圆整统一

　　3.2程控交换机房

　　按交换机“门”或“线”数概算：

2.4～3.5kcal/h•门或线

　　按交换机房“面积”校核：

165～222w/m2[150～200kcal/h•m2]

　　*.交换机散热量随话务量的增减而变更，但其变更量不大；

　　*.在室外环境温度特别高的地区如50℃，可按每100m2约8.2kw考虑机房自己的散热量；其它气候条件则无须考虑。

　　3.3计算机房

　　3.3.1按单位面积估算冷量：

　　中国机房在单层建筑内290～350w/m2[250～300kcal/h•m2]

　　机房在多层建筑内175～290w/m2[150～250kcal/h•m2]

　　前苏联450～565w/m2[390～485kcal/h•m2]

　　美国350～405w/m2[300～350kcal/h•m2]

　　日本407～525w/m2[350～450kcal/h•m2]

　　备注：

1、随着计算机集成电路、超大规模集成电路及芯片技术的发展，计算机体积越来越小，散热量也较以前大为降低，相应地估算指标也需要作一定的调整；但随着网络技术的发展，要求计算机的可靠性更高，运行速度更快，相应地散热量又有所增加，因此，冷量的估算应当结合实际情况综合考虑。

　　2、对于绝大多数机房（设备发热量一般），在无法准确计算机房内的设备发热量的情况下，在进行精密空调选型时可直接依照290～350w/m2即0.29-0.35KW/m2（等同于250～300kcal/h•m2）的尺度进行设计，而为了平安起见，大多数情况下都依照0.35KW/m2（即300kcal/h•m2）的尺度进行设计。

　　3.3.2按计算机房内设备的散热量估算冷量：

　　在国外有的公司往往以整套计算机设备装置电功率进行计算，在国内还应乘以一定值的系数

①主机设备的散热量Q=1000NK

　　Q──散热量w

　　N──主机设备装置功率kw

　　K──总系数，国产设备取0.4～0.5；进口设备取0.6～0.8

②外部设备的散热量Q=1000NK

　　Q──散热量w

　　N──外部设备装置功率kw

　　K──总系数，国产设备取0.2～0