机房空调的冷风比对显热比的影响

齐淑芳等

【摘 要】本文阐明机房空调使用场合的环境特点和影响因素，通过实验数据和理论计算来说明机房空调的冷风比对显热比的影响。

【关键词】机房空调 制冷量 显冷量 冷风比 显热比

引言

机房空调是一种向机房提供诸如空气循环、空气过滤、冷却、再热及湿度控制的单元式空气调节机。机房空调主要用在数控中心，而这些高精密设备使用场所又属于高发热场所，据统计这部分散热量占机房总余热量的70%～80%，再将围护结构传热、照明、人的显热散等加在一起这部分显热负荷可高达90%以上。另外，由于机房内工作人员流动性小，人员密度小，引入外界新风量不能超过室内总风量的5%，机器设备本身只产热不产湿，这样，湿负荷约占总冷负荷的5%左右[1]。因此，我们需要及时地、大量地从机房中排出显热，要求机房空调的显热比能足够高。

1 影响因素分析

显热比的影响因素主要包括：蒸发器的换热面积，蒸发器合理的流路设计以及冷风比等。合理的蒸发器流路设计可避免分液不均引起的回液问题，有利于提高蒸发器的蒸发温度和保证出口适当的过热度和空调机组的出风温度，从而提高空调系统的显热比。增大蒸发器的换热面积能有效改善换热器的换热效果，也是一种提高空调系统显热比行之有效的措施，但考虑到成本，因此没有被空调厂家广泛接受。另外，提高机房的送风量还能提升空调系统的显热比，因此，提高空调系统的送风量、降低冷风比是一种既能改善机房环境温湿度场均匀性，又能提高系统显热比的有效措施。本文主要讨论冷风比这个因素对显热比的影响。

第一，试验分析。表1是对某品牌机房空调进行的变风量测试数据，图1为测试数据中显热比与冷风比曲线。从测试数据和曲线都能看出，在名义工况下，同一台机房空调显热比随着冷风比的减小而增加。

第二，理论分析。假设已知进、出风状态点的温度、压力参数，如表2。

根据空气调节教材[2]-[3]中空气状态计算公式：

①水蒸汽的饱和压力

②饱和水蒸汽绝对含湿量d（kg/kg）

③含湿量d1（kg/kg）

④湿空气的比焓h1（kJ/kg）

⑤空气密度ρ1（kg/m3）

根据上述公式①、②、③、④、⑤分别求出出风状态点的含湿量d2、空气比焓h2和空气密度ρ2

⑥湿空气的比热Cpa

⑦单位质量空气所携带显冷量qs为

⑧单位质量空气所携带的总冷量q为

⑨显热比ε为

⑩冷风比Ψ为机组总冷量（单位为W）与送风量（单位为m3/h）的比值，即：

上述①-⑩公式中，各代号的含义说明如下。

t1、t2_机组进、出口空气干球温度，℃；ts1_机组进口空气湿球温度，℃；_水蒸汽的饱和压力，Pa；d_饱和水蒸汽绝对含湿量，kg/kg；d1_含湿量，kg/kg；h1_湿空气的比焓，kJ/kg；ρ1_空气密度，kg/m3；Cpa_湿空气的比热，kJ/kg·℃；qs_单位质量空气所携带显冷量，kW/kg；q_单位质量空气所携带的总冷量，kW/kg；ε_显热比；Ψ_冷风比，W/（m3/h）。

现在我们按照GB/T 19413-2010标准中的名义工况来确定室内进风状态参数，如表3。为了达到标准中显热比为0.87，计算最小出风干球温度。假设出风干球温度为最小时，出风相对湿度为100%，出风干球温度等于出风湿球温度。即t2=ts2

根据公式⑥求出湿空气比热

根据公式①、②、③、④可以得出出风焓值是一个关于干球温度、湿球温度和大气压力的函数（假设出风大气压力与进风压力相同保持不变）。又因出风干湿球温度相等，所以出风比焓可以表达为关于出风干球温度t2的函数。

根据公式⑨，得：

使用软件Matlab求解得出：

根据公式⑩得出：

也就是说为保证显热比大于等于0.87，出风干球温度必须在12.56℃以上。当然12.56℃的状态点是无法达到的，因为此时出风相对湿度为100%，此時最大冷风比为3.541。

现假设已知进出风干球温度差值，用Matlab求解出出风状态的湿球温度，冷风比等相关参数。

由此可以看出，高温差带来的是送风温度也随之降低，潜热增大，显热减小，机房内温度梯度也会过大，温度场不均匀，冷风比也随之增大，从而对显热比造成影响。

结语

本文介绍关于冷风比对于显热比的影响。通过表1的实验数据可知，在其他参数不变的情况下，风量增加，显热比同时增加，通过理论计算了得出在一定温差下，为保证达到国标要求的显热比所需的最大冷风比。冷风比不仅对空调显热有很大的影响，在机房当机房空调送风量较小时（冷风比过大）机房内的温度梯度会过大，温度分布非常不均匀。特别是机房内远离机房空调端的设备，会超过机房允许的温度，严重影响机房设备的正常运行。在实际设计过程中可以通过提高风量来提高显热比，当然考虑到噪音和风机转数等的影响，风量不能一直提高到无限大，因此在满足噪声等因素的情况下，通过提高风量来提高显热比是合理的。

参考文献

[1]王恕清.《机房专用恒温恒湿空调机组的相关热点问题》.暖通空调，2008.

[2]王士杰.《采用ASHRAE 推荐公式的湿空气热力学性质的计算程序》.制冷技术，1997，5.（2）：20222.

[3]薛殿华.《空气调节》.清华大学出版社，1991.