IDC机房空调停电后的温升计算
及解决办法
北京电信规划设计院有限公司陈洪宝100044
【摘要】
提出控制IDC机房温度的⼏个措施。
讨论IDC机房温度变化的计算。
【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。
监控主板热传递有三种⽅式：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。
热辐射：物体由于具有温度⽽辐射电磁波的现象。
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
IDC机房环境温度过⾼可能造成以下危害：
（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，外电断电后UPS保障机房的⽹络设备供电，空调此时将断电，在油机启动后保证空调供电，但这中间的时间差要控制住，这是机房温度控制的⼀个根本点，这将在后节（机房温升计算）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2千焦⽿/秒）。
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。
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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)无线视频服务器
——Qt 总制冷量（千焦⽿/秒）。
——Q1 室内设备总负荷。
——Q2 环境热负荷（=0.1~0.18千焦⽿每平⽅*机房⾯
积，南⽅取⼤值，北⽅取⼩值计算）。
计算得出Qt≥150台×2千焦⽿＋302.96平⽅×0.18千焦⽿每平⽅＝300千焦⽿＋54.53千焦⽿＝354.53千焦⽿。
铁桶包装按单台制冷量70千焦⽿/秒计算需要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，70千焦⽿/秒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
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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
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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
表-3 第⼀组空调重启前的机房温度计算表
（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：（1）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。
（2）温度低于20摄⽒度后机房专⽤空调根据机房温度会⾃动调整，维持机房恒温恒温状态。
表-4 机房温度变化计算表
第13 页共17 页
表-4 机房温度变化计算表（续）
第14 页共17 页
【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；
【完】
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