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摘要：通过分析地下工程通信机房的空调特性，比较了通信机房空调设计在地面建筑与地下工程中的不同；对蒸发冷却在通信机房中的应用进行了可行性分析；最后分析了不同气流组织形式下通信机房的空调效果。
关键词：通信机房；蒸发式换热；蒸发冷却；气流组织方式
中图分类号：E965 文献标识码：A
一、 地下工程通信机房的空调特性
在地面建筑中，通信机房空调系统的主要特点为[[[1] 王伟，黄翔，吴生. 浅析蒸发冷却式空调在通信机房中的应用[C]．全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集，2010],[[2] 周海东，黄翔，屈元. 蒸发冷却空调在通信机房（基站）中的应用探讨[J]. 洁净与空调技术，2011.3:40-43]]：通信设备自身发热量大且95%的热量为显热、房间散湿量小；送风量大且送风焓差小；要求全年可靠稳定运行且全年提供冷负荷；具有防尘要求等。而地下工程通信机房与地面建筑不同，具有自身的特点。
对于通信机房的温湿度要求，美国ASHRAE协会的TC9.9标准做出了相关规定[[[3] 美国采暖,制冷与空调工程师协会. DATA PROCESSING AND ELECTRONIC OFFICE AREAS. ASHRAE HVAC handbook，2007]]，如表4-1所示。
表4-1 ASHRAE协会对通信机房的环境标准
类别 温度范围
(℃) 湿度范围
(%) 露点温度限值(℃) 适用场合
A类 允许值15~32 允许值20~80 17 存储类数据处理设备
和高级服务器
推荐值20~25 推荐值40~55
B类 允许值10~32 允许值20~80 21 存储类数据处理设备
和服务器
推荐值20~25 推荐值40~55
C类 允许值5~35 允许值8~80 28 工作站，打印机和台式电脑
D类 允许值5~40 允许值8~80 28 普通电子设备
我国对电子信息机房也做出了相关的规范要求，由GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》可知，对通信机房的环境要求如表4-2所示。
表4-2 通信机房的环境要求
项目 机房的技术要求 备注
A级 B级 C级
主机房温度（开机时）(℃) 23±1 23±1 18~28 不得结露，同时A级和B级主机房的空气含尘浓度在静态条件下测试，每升空气中≥0.5μm的尘粒数少于18000粒。机房内照明均匀度大于0.7，机房有人值班时，噪声值应小于65Db(A)
主机房温度（停机时）(℃) 5~35 5~35 5~35
辅助区温度（开机时）(℃) 18~28 18~28 18~28
辅助区温度（停机时）(℃) 5~35 5~35 5~35
不间断电源系统电池室温度(℃) 15~25 15~25 15~25
主机房相对湿度（开机时）(%) 40~55 40~55 35~75
主机房相对湿度（停机时）(%) 40~70 40~70 20~80
辅助区相对湿度（开机时）(%) 35~75 35~75 35~75
辅助区相对湿度（开机时）(%) 20~80 20~80 20~80
主机房和辅助区温度变化率（开、停机时）(℃/h) < 5 < 5 < 10
地下工程通信机房的热负荷主要组成部分为设备散热、人员散热、围护结构传热、照明装置散热和新风热负荷，其中主要的热负荷是设备散热。通信机房的湿负荷主要由人员散湿、围护结构散湿和新风湿负荷组成。由此可知通信机房空调设计的服务对象主要是通信设备，而非值班人员，即在满足值班人员基本要求的基础上，尽可能满足设备的空调需求，因此地下工程通信机房空调设备的特点如下[[[4] 黄赟,通信机房空调设计中的几个问题.通信电源技术,(2006)23:62-64.]]：
(1)通信机房设备散热量大且热密度集中，而湿负荷相对较小，热湿比近似无穷大，因此降温是空调的主要任务。
(2)空调送风的焓差小且送風量较大。
(3)空调全年稳定可靠运行。
(4)空调方式偏向于工艺性，对机房的温湿度都有控制要求。
通常情况下，地下工程通信机房空调系统出现的主要问题为[[[5] John M.Pappas.Current HVAC Design Issues in Data Centers[J].ASHRAE Journal,2005,(2):1-2.],[[6] Don Beaty,Tom Davidson.Datacom Airflow Patterns[J].ASHRAE Journal,2005,(12):3-4.]]：
(1)，备的发热量，从而使得机房内温度高于设定值，不利于机房内设备的稳定运行；
(2)房间内机柜布置不合理或是机房空间过于狭隘，这样不利于设备的散热。应该根据规范要求，采用机柜或机架采用面对面、背对背的布置方式，形成有效的热风通道或冷风通道，减轻机房环境热空气的级联加热现象，防止气流短路。
(3)机房内空调的布局以及气流组织形式不合理，影响了空调房间的制冷效果。
二、 通信机房的气流组织形式
空调房间的气流组织形式是空调系统性能的决定因素之一，其好坏直接影响房间的热舒适性、室内空气品质和系统的能耗。
1、气流组织形式的分类
气流组织形式按送、回风口的位置可分为上送上回、上送下回、下送上回、下送下回以及高大空间的中送风等形式[[[7] 张悦. 办公空间地板送风系统的应用研究[D]. 上海：同济大学，2006]]。
1. 上送上回
地面建筑的舒适性空调大多采用的方式，其送风口和回风口都设计在房间上部。具有一定温差和风速的气流通过送风口的高速紊流喷射进入房间，与房间内空气充分混合，吸收余热、余湿并稀释室内污染物后，从房间上方的回风口排除。
2. 上送下回
房间的送风口或者散流器等布置在房间的顶部，气流通过工作区域后从下方或是侧面的回风口排出，形成气流的单向流动，这种方式能避免污染物在室内传播。
3. 下送上回
下送上回的气流组织形式通常有三种，即地板送风、末端装置送风和下侧送风。其中地板送风是通过地板条缝型出风口将处理后的空气直接送入工作区域，吸收余热、余湿并稀释室内污染物后，从吊顶的回风口排出。
4. 下送下回
下送下回的气流组织形式一般从房间的侧面送至另一个侧面，或者是送风口铺设在架空地板中央，回风口设在靠墙侧面的架空地板上方。
2、 机房布局对气流组织的影响
随着通信设备的高度集成化，通信机房中部分机柜出现高热密度问题。同时因为地下工程通信机房空间相对密闭，机柜布局及风口位置相对固定，从而当设计安装完成后，其气流场相对稳定。假如部分设备冷量获取不够时，容易出现机房局部温度过高的现象，从而影响通信设备的稳定运行。因此通信机房内设备的合理布局，能有效保障通信设备的稳定运行，同时能降低空调的能耗。常见的机房布局方式有以下四种。
1. 设备均匀分布+上送下回
此种方式多用于小型通信机房或者存放UPS等发热量小同时各个设备的发热量相近的房间。在地下工程中，该方法具有安装简单方便、成本低、温度场分布均匀等优点。由于该种方式送风口在顶部，易于及时排除结露或漏水等现象。其缺点在于部分设备运行时容易产生局部过热的问题，同时冷、热通道出现混合，降低了制冷效果。
2. 设备背靠背+上送下回
其机房布局如图4-2所示，该方式与图4-1所示的方式相比，能获得较好的空调冷却效果。由于该方式有效地将房间内冷、热通道相隔离，避免了风口送出的冷风与机柜排出的热风进行冷热参混，而影响冷却效果。此种方式适合于无人值班的小型计算机机房、介质存储间等。
3. 设备均匀分布+下送上回
其机房布局如图4-3所示，地板下送风直接将低温空气从底部送到机柜内，吸收机柜产生的热量后从顶部排出。该方式的气流方向与空气特性相同，空调效果较好，同时送风均匀，噪音小。此种方式适合于已安装防静电地板等架空地板的散热量大的机房中，例如数据中心、网络机房、服务器机房等。该方式的缺点为初投资大、地板的洁净度要求高等，同时此种方式的冷、热通道仍存在混合现象。
4. 设备背靠背+下送上回
其机房布局如图4-4所示，该种方式适用于高热密度通信机房，由于有效地隔离了冷、热通道，能获得较好的制冷效果。同时当机柜的发热量不均时，同一机柜内应将发热量高的设备安装在机柜底部，并在底部安装辅助风扇用于排热。不同机柜时，应将发热量较大的机柜错开放置，避免局部冷量不足时产生局部过热问题影响通信机房的功能。
结束语
当通信机房为发热量小的UPS室或配电室，只有少量机柜且需要人员值班时可选用图4-1所示的均匀分布+上送下回的形式；当为无人值班的小型计算机机房且冷却效果要求较高时选用图4-2所示的设备背靠背+上送下回。大型通信机房如数据机房，网络机房等应选用图4-4所示的设备背靠背+下送上回形式，形成有效地冷、热通道。当机房的平均冷量足夠但局部机柜存在高热密度时，应在其机柜底部安装辅助风扇，增强机柜的冷却效果。
参考[1] 王伟，黄翔，吴生. 浅析蒸发冷却式空调在通信机房中的应用[C]．全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集，2010
[2] 周海东，黄翔，屈元. 蒸发冷却空调在通信机房（基站）中的应用探讨[J]. 洁净与空调技术，2011.3:40-43
[3] 美国采暖,制冷与空调工程师协会. DATA PROCESSING AND ELECTRONIC OFFICE AREAS. ASHRAE HVAC handbook，2007
[4] 黄赟,通信机房空调设计中的几个问题.通信电源技术,(2006)23:62-64.
[5] John M.Pappas.Current HVAC Design Issues in Data Centers[J].ASHRAE Journal,2005,(2):1-2.
[6] Don Beaty,Tom Davidson.Datacom Airflow Patterns[J].ASHRAE Journal,2005,(12):3-4.
[7] 张悦. 办公空间地板送风系统的应用研究[D]. 上海：同济大学，2006
关键词：通信机房；蒸发式换热；蒸发冷却；气流组织方式
中图分类号：E965 文献标识码：A
一、 地下工程通信机房的空调特性
在地面建筑中，通信机房空调系统的主要特点为[[[1] 王伟，黄翔，吴生. 浅析蒸发冷却式空调在通信机房中的应用[C]．全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集，2010],[[2] 周海东，黄翔，屈元. 蒸发冷却空调在通信机房（基站）中的应用探讨[J]. 洁净与空调技术，2011.3:40-43]]：通信设备自身发热量大且95%的热量为显热、房间散湿量小；送风量大且送风焓差小；要求全年可靠稳定运行且全年提供冷负荷；具有防尘要求等。而地下工程通信机房与地面建筑不同，具有自身的特点。
对于通信机房的温湿度要求，美国ASHRAE协会的TC9.9标准做出了相关规定[[[3] 美国采暖,制冷与空调工程师协会. DATA PROCESSING AND ELECTRONIC OFFICE AREAS. ASHRAE HVAC handbook，2007]]，如表4-1所示。
表4-1 ASHRAE协会对通信机房的环境标准
类别 温度范围
(℃) 湿度范围
(%) 露点温度限值(℃) 适用场合
A类 允许值15~32 允许值20~80 17 存储类数据处理设备
和高级服务器
推荐值20~25 推荐值40~55
B类 允许值10~32 允许值20~80 21 存储类数据处理设备
和服务器
推荐值20~25 推荐值40~55
C类 允许值5~35 允许值8~80 28 工作站，打印机和台式电脑
D类 允许值5~40 允许值8~80 28 普通电子设备
我国对电子信息机房也做出了相关的规范要求，由GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》可知，对通信机房的环境要求如表4-2所示。
表4-2 通信机房的环境要求
项目 机房的技术要求 备注
A级 B级 C级
主机房温度（开机时）(℃) 23±1 23±1 18~28 不得结露，同时A级和B级主机房的空气含尘浓度在静态条件下测试，每升空气中≥0.5μm的尘粒数少于18000粒。机房内照明均匀度大于0.7，机房有人值班时，噪声值应小于65Db(A)
主机房温度（停机时）(℃) 5~35 5~35 5~35
辅助区温度（开机时）(℃) 18~28 18~28 18~28
辅助区温度（停机时）(℃) 5~35 5~35 5~35
不间断电源系统电池室温度(℃) 15~25 15~25 15~25
主机房相对湿度（开机时）(%) 40~55 40~55 35~75
主机房相对湿度（停机时）(%) 40~70 40~70 20~80
辅助区相对湿度（开机时）(%) 35~75 35~75 35~75
辅助区相对湿度（开机时）(%) 20~80 20~80 20~80
主机房和辅助区温度变化率（开、停机时）(℃/h) < 5 < 5 < 10
地下工程通信机房的热负荷主要组成部分为设备散热、人员散热、围护结构传热、照明装置散热和新风热负荷，其中主要的热负荷是设备散热。通信机房的湿负荷主要由人员散湿、围护结构散湿和新风湿负荷组成。由此可知通信机房空调设计的服务对象主要是通信设备，而非值班人员，即在满足值班人员基本要求的基础上，尽可能满足设备的空调需求，因此地下工程通信机房空调设备的特点如下[[[4] 黄赟,通信机房空调设计中的几个问题.通信电源技术,(2006)23:62-64.]]：
(1)通信机房设备散热量大且热密度集中，而湿负荷相对较小，热湿比近似无穷大，因此降温是空调的主要任务。
(2)空调送风的焓差小且送風量较大。
(3)空调全年稳定可靠运行。
(4)空调方式偏向于工艺性，对机房的温湿度都有控制要求。
通常情况下，地下工程通信机房空调系统出现的主要问题为[[[5] John M.Pappas.Current HVAC Design Issues in Data Centers[J].ASHRAE Journal,2005,(2):1-2.],[[6] Don Beaty,Tom Davidson.Datacom Airflow Patterns[J].ASHRAE Journal,2005,(12):3-4.]]：
(1)，备的发热量，从而使得机房内温度高于设定值，不利于机房内设备的稳定运行；
(2)房间内机柜布置不合理或是机房空间过于狭隘，这样不利于设备的散热。应该根据规范要求，采用机柜或机架采用面对面、背对背的布置方式，形成有效的热风通道或冷风通道，减轻机房环境热空气的级联加热现象，防止气流短路。
(3)机房内空调的布局以及气流组织形式不合理，影响了空调房间的制冷效果。
二、 通信机房的气流组织形式
空调房间的气流组织形式是空调系统性能的决定因素之一，其好坏直接影响房间的热舒适性、室内空气品质和系统的能耗。
1、气流组织形式的分类
气流组织形式按送、回风口的位置可分为上送上回、上送下回、下送上回、下送下回以及高大空间的中送风等形式[[[7] 张悦. 办公空间地板送风系统的应用研究[D]. 上海：同济大学，2006]]。
1. 上送上回
地面建筑的舒适性空调大多采用的方式，其送风口和回风口都设计在房间上部。具有一定温差和风速的气流通过送风口的高速紊流喷射进入房间，与房间内空气充分混合，吸收余热、余湿并稀释室内污染物后，从房间上方的回风口排除。
2. 上送下回
房间的送风口或者散流器等布置在房间的顶部，气流通过工作区域后从下方或是侧面的回风口排出，形成气流的单向流动，这种方式能避免污染物在室内传播。
3. 下送上回
下送上回的气流组织形式通常有三种，即地板送风、末端装置送风和下侧送风。其中地板送风是通过地板条缝型出风口将处理后的空气直接送入工作区域，吸收余热、余湿并稀释室内污染物后，从吊顶的回风口排出。
4. 下送下回
下送下回的气流组织形式一般从房间的侧面送至另一个侧面，或者是送风口铺设在架空地板中央，回风口设在靠墙侧面的架空地板上方。
2、 机房布局对气流组织的影响
随着通信设备的高度集成化，通信机房中部分机柜出现高热密度问题。同时因为地下工程通信机房空间相对密闭，机柜布局及风口位置相对固定，从而当设计安装完成后，其气流场相对稳定。假如部分设备冷量获取不够时，容易出现机房局部温度过高的现象，从而影响通信设备的稳定运行。因此通信机房内设备的合理布局，能有效保障通信设备的稳定运行，同时能降低空调的能耗。常见的机房布局方式有以下四种。
1. 设备均匀分布+上送下回
此种方式多用于小型通信机房或者存放UPS等发热量小同时各个设备的发热量相近的房间。在地下工程中，该方法具有安装简单方便、成本低、温度场分布均匀等优点。由于该种方式送风口在顶部，易于及时排除结露或漏水等现象。其缺点在于部分设备运行时容易产生局部过热的问题，同时冷、热通道出现混合，降低了制冷效果。
2. 设备背靠背+上送下回
其机房布局如图4-2所示，该方式与图4-1所示的方式相比，能获得较好的空调冷却效果。由于该方式有效地将房间内冷、热通道相隔离，避免了风口送出的冷风与机柜排出的热风进行冷热参混，而影响冷却效果。此种方式适合于无人值班的小型计算机机房、介质存储间等。
3. 设备均匀分布+下送上回
其机房布局如图4-3所示，地板下送风直接将低温空气从底部送到机柜内，吸收机柜产生的热量后从顶部排出。该方式的气流方向与空气特性相同，空调效果较好，同时送风均匀，噪音小。此种方式适合于已安装防静电地板等架空地板的散热量大的机房中，例如数据中心、网络机房、服务器机房等。该方式的缺点为初投资大、地板的洁净度要求高等，同时此种方式的冷、热通道仍存在混合现象。
4. 设备背靠背+下送上回
其机房布局如图4-4所示，该种方式适用于高热密度通信机房，由于有效地隔离了冷、热通道，能获得较好的制冷效果。同时当机柜的发热量不均时，同一机柜内应将发热量高的设备安装在机柜底部，并在底部安装辅助风扇用于排热。不同机柜时，应将发热量较大的机柜错开放置，避免局部冷量不足时产生局部过热问题影响通信机房的功能。
结束语
当通信机房为发热量小的UPS室或配电室，只有少量机柜且需要人员值班时可选用图4-1所示的均匀分布+上送下回的形式；当为无人值班的小型计算机机房且冷却效果要求较高时选用图4-2所示的设备背靠背+上送下回。大型通信机房如数据机房，网络机房等应选用图4-4所示的设备背靠背+下送上回形式，形成有效地冷、热通道。当机房的平均冷量足夠但局部机柜存在高热密度时，应在其机柜底部安装辅助风扇，增强机柜的冷却效果。
参考[1] 王伟，黄翔，吴生. 浅析蒸发冷却式空调在通信机房中的应用[C]．全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集，2010
[2] 周海东，黄翔，屈元. 蒸发冷却空调在通信机房（基站）中的应用探讨[J]. 洁净与空调技术，2011.3:40-43
[3] 美国采暖,制冷与空调工程师协会. DATA PROCESSING AND ELECTRONIC OFFICE AREAS. ASHRAE HVAC handbook，2007
[4] 黄赟,通信机房空调设计中的几个问题.通信电源技术,(2006)23:62-64.
[5] John M.Pappas.Current HVAC Design Issues in Data Centers[J].ASHRAE Journal,2005,(2):1-2.
[6] Don Beaty,Tom Davidson.Datacom Airflow Patterns[J].ASHRAE Journal,2005,(12):3-4.
[7] 张悦. 办公空间地板送风系统的应用研究[D]. 上海：同济大学，2006