某旅馆供暖系统毕业设计.doc

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某旅馆供暖系统毕业设计-II- 目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1背景11.2设计内容21.3我国供热事业的发展概况2第2章数据资料42.1工程概况42.2设计参数42.3本章小结5第3章建筑物供暖系统热负荷的计算63.1供暖系统设计热负荷63.2基本耗热量73.3围护结构传热耗热量73.4冷风渗透耗热量93.5冷风侵入耗热量93.6热负荷计算实例103.6.1计算资料113.6.2121客房供暖设计热负荷123.7本章小结12第4章采暖方案选择164.1热媒的选择164.2热水热媒和蒸汽热媒的比较164.3选择热水热媒164.4热水供暖系统的选择164.4.1机械循环热水供暖系统与重力循环热水供暖系统的区别174.4.2单管系统与双管系统的区别174.4.3异程式系统与同程式系统区别174.5本章小结18第5章室内热水供暖系统的管路布置和敷设要求195.1本系统管路的布置195.2设计注意事项205.3该建筑采暖供热系统的布置215.4本章小结21-II- 第6章散热器的选型和计算226.1散热器要求226.2散热器的选择226.3散热器的布置226.4散热器的计算236.4.1供回水温计算236.4.2散热面积的计算246.4.3计算实例246.5本章小结25第7章室内热水供暖系统的水力计算327.1室内热水供暖系统水力计算的任务和方法327.2等温降法水力计算327.3压力损失最大不平衡率控制337.4等温降法水力计算实例337.4本章小结52结论53致谢54参考文献55附录A英语原文56附录B中文翻译69-III- 第1章绪论1.1背景哈尔滨的冬季极为寒冷，人们需要一个舒适的室内环境生活和生产。由于室外温度低下，室内温度也会随之降低。这时，只有通过人工的方法向室内供给热量，才能保证室内一定的温度，从而满足人们的热舒适要求。随着技术经济的发展和节约能源的需要，供热工程已经日益得到人们的重视而发展起来。热能的供应是通过供热系统完成的。一个供热系统包括三个组成部分：1.热源：生产和制备一参数（温度、压力）的热水和蒸汽的锅炉房或热电厂。2.供热管网：输送热媒的室外供热管路系统。3.热用户：直接使用或消耗热能的室内供暖、通风空调、热水供应和生产工艺用热系统等。根据三个主要组成部分的相互位置关系来分，供暖系统可分为局部供暖系统和集中式供暖系统。热源、供热管网和热用户三个主要组成部分在构造上都在一起的供暖系统，称为局部供暖系统，即分散供暖。如火炉采暖、户用燃气供暖、电加热采暖等。热源、热用户的散热设备分别设置，用管道将其连接，由热源向热用户供应热量的供暖系统，称为集中供暖系统。如图1-1所示是集中式热水供暖系统的示意图。热水锅炉1与散热器2分别设置，通过热水管道(供水管和回水管)3相连接。循环水泵4使热水在锅炉内加热，在散热器冷却后返回锅炉重新加热。图1-1中的膨胀水箱5用于容纳供暖系统升温时的膨胀水量，并使系统保持一定的压力。图中的热水锅炉，可以向单幢建筑物供暖，也可以向多幢建筑物供暖。集中供暖系统主要由热源(锅炉)、传输管网(管材)、散热设备(散热器)等部分组成。因此，在解决供暖系统存在的问题时应全面考虑，任何单方的努力都将限制供暖行业的发展，只有供暖行业的管理部门、企业、设计单位、施工单位、运行管理单位联合起来，我国的供暖事业才能不断地向前发展，才能满足国家对热改的要求。我国现有的城市集中供热系统，由于技术和装备水平低，加之管理体制的影响，存在很多问题，集中表现在下列方面：供热质量差，冷热不均、运行方式不合理、能源浪费、规划设计水平低，制约着节能工作的落不要删除行尾的分节符，此行不会被打印-1- 哈尔滨理工大学学士学位论文千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行2-- 哈尔滨理工大学学士学位论文32 哈尔滨理工大学学士学位论文1-热水锅炉；2-散热器；3-热水管道；4-循环水泵；5-膨胀水箱图1-1集中式热水供暖系统示意图实、墙体保温措施不好，造成能源流失。通过合理的设计可以减少这些问题。1.2设计内容该旅馆位于哈尔滨市，7层，建筑物总高度为21.4米。楼内房间以客房为主。在整个设计中，以所学的基础理论和专业知识为依据，对大楼进行热负荷计算、采暖方案的确定、散热器片数的计算、管道的布置、水力计算及制图。在设计中，遵守规范，应用标准图集同时综合考虑方案的合理性、经济性和创新性。1.3我国供热事业的发展概况我国远古时期，就有钻木取火的传说，西安半坡村挖掘出土的新石器时代仰韶时期的房屋中，就发现有长方形灶坑，屋顶有小孔用以排烟，还有双连灶形的火坑。在旧中国，只有在大城市为数很少的建筑中，装设了集中供热系统，被视为高贵的建筑设备，在工厂中，对生产工艺用热，大多只装设简陋的锅炉设备和供热管道。供热事业的基础非常薄弱。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文在20世纪50年代期间，我国供暖工程的设计、施工和运行管理工作，主要是学习原苏联的做法，数十年来，广大供暖通风技术工作者，进行了大量的研究编制出了适合我国国情的国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（简称《暖通规范》）其成果与世界先进国家的规范相比，毫不逊色。我国在供暖管网敷设、换热设备、预制保温管等新技术、新设备、新工艺方面也有了可喜的突破，并得到广泛地推广应用。随着我国机械工业的发展，目前我国已有各种燃煤用的工业锅炉和热水锅炉系列产品，其中热水锅炉单台容量达116MW，促进了集中供热的发展。在燃用低值燃料的热能综合利用方面，也做了大量工作，取得了显著效果。近三十年来，国民经济的迅速发展，技能工作日益受到重视和开放政策的实施，使我国集中供热事业，无论在供热规模还是供热技术方面，都有了很大的改善。虽然，我国的供热工程建设和技术取得了显著的成就，但我国的供热状况还是原始供暖与现代化的集中供热并存，小型分散的供热形式还普遍存在。从供热技术整体看，我国与先进国家相比，城市住宅和公共建筑集中供热率较低，供热系统的热能利用率、供热产品的品种、质量以及供热系统的运行管理和自控水平等方面，还有不小差距。随着经济建设和人民生活水平的日益提高，对供热技术的要求也越来越高，这就需要广大供热技术人员共同努力。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文第2章数据资料2.1工程概况本设计为哈尔滨汇来旅馆供暖系统设计，进行设计需要许多基本数据，该旅馆位于哈尔滨市生活区内，楼内房间以单人房为主，并附有大厅。该旅馆共七层，为保证酒店的温度达到满足人们生活所需要的温度，给客人提供一个舒适的环境，且保证节省资源的双重要求，应设计合理的供暖系统。2.2设计参数1.供暖室外计算温度：；2.室内计算温度：房间；3.该酒店为七层建筑，建筑底层和顶层高均为3.2米，标准层3米；4.外墙：49砖墙，内抹灰；5.内墙：24砖墙；6.地面：不保温地面，地带的划分如图2-1，不同地带的k值按表2-1计算；图2-1地面传热地带的划分7.外门：实体木质双层外门，双层；8.外窗：双层金属窗；9.设计供、回水温度：95/70℃。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文表2-1非保温地面的传热系数和阻值地带R0,m2·℃/WKo,W/（m2·℃）第一地带2.150.47第二地带4.300.23第三地带8.600.12第四地带14.20.072.3本章小结进行供暖的设计必须先知道许多基本的数据，本章主要介绍了本设计的一部分原始资料极其相关的数据，包括工程概括和设计参数，在此基础上查询相关资料及规范，从而可以进行设计的初步计算。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文第3章建筑物供暖系统热负荷的计算3.1供暖系统设计热负荷人们进行生产和生活时要求保证一定的室内温度。一个房间或建筑物会得到各种热量，也会产生各种热量损失，在冬季，当失热量大于得热量是，就需要通过室内设置的供暖系统以一定方式向室内补充热量，以维持所要求的室温。在该室温下达到得热量和失热量的平衡。供暖系统的热负荷是指在供暖季节，为了维持所要求的室温，供暖系统在单位时间内向房间供应的热量。它随房间得失热量的变化而变化。供暖系统的设计热负荷是指在供暖室外设计计算温度下，为保证所要求的室内计算温度，供暖系统在单位时间内向房间供应的热量。供暖系统设计热负荷是系统散热设备计算、管道水力计算和系统主要设备选择计算的最基本依据，它直接影响着供暖系统方案的选择,进而影响系统工程造价、运行管理费用以及使用效果。供暖系统设计热负荷应根据房间得、失热量的平衡进行计算，即房间设计热负荷=房间总失热量-房间总得热量1.房间的失热量包括：①围护结构传热耗热量；②加热由门、窗缝隙渗入室内的耗热量，称冷风渗透耗热量；③加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量,称冷风侵入耗热量；④水分蒸发耗热量；⑤加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；⑥通风耗热量，即通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量；⑦其他散热量。2.房间的得热量包括：①生产车间最小负荷班工艺设备散热量；②非供暖系统的热管道和其他热表面的散热量；③热物料的散热量；④太阳辐射进入室内的热量；⑤其他得热量。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文对于民用建筑或产生热量很少的工业建筑，计算供暖系统的设计热负荷时，失热量只考虑围护结构的传热耗热量、冷风渗透耗热量和冷风侵入耗热量；得热量只考虑太阳辐射进入室内的热量。其他得失热量不普遍存在，只有当其经常而稳定存在时，才能将其计入设计热负荷中，否则不予计入。3.2基本耗热量在工程设计中，对于室温允许有一定波动幅度的建筑物，围护结构的基本耗热量可以按一维稳定传热进行计算，即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其他传热过程参数都不随时间变化。这样可以简化计算，而且计算结果基本正确。围护结构稳定传热时，基本耗热量可按下式计算：(3-1)式中——围护结构的传热系数,W/m2·℃；——围护结构的面积，m2；——冬季室内计算温度,℃；——供暖室外计算温度,℃；——围护结构的温差修正系数。将房间围护结构按材料、结构类型、朝向及室内外温差的不同，划分成不同的部分，整个房间的基本耗热量等于各部分围护结构耗热量的总和。如果两个相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板的传热量。3.3围护结构传热耗热量围护结构传热耗热量是指室内温度高于室外温度时，通过房间的墙、窗、门、屋顶、地面等围护结构由室内向室外传递的热量。常分成两部分计算，即围护结构的基本耗热量和附加耗热量。基本耗热量是指在设计的室内、外温度条件下通过房间各围护结构稳定传热量的总和。附加（修正）耗热量是考虑气象条件和建筑物结构特点的影响而对基本耗热量的修正，包括朝向修正、风力附加和高度附加等耗热量。围护结构的基本耗热量是指在稳定传热条件下，由于室内外温差的作用，通过围护结构产生的热量损失。实际传热时，气象条件和建筑物的结构特点都会影响基本耗热量，使之增大或减少，这就需要对基本耗热量进行修正。包括朝向修正、风向附加和高度附加等。附加耗热量一般按基本耗热量的百分率进行计算。1.朝向修正:-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文考虑太阳辐射的影响，朝南房间能够得到较多的太阳辐射热，而且围护结构比较干燥，围护结构的热量损失会减少。而朝北房间反之。这就需要对围护结构的基本耗热量进行修正。将垂直外围护结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）的基本耗热量乘以朝向修正率，可得到该围护结构的朝向修正耗热量，太阳辐射热实际上是一种的热量，因此朝向修正率一般取为负值。朝向修正率可按表3-1选用。表3-1朝向修正率朝向修正率北、东北、西北0-10%东、西-5%东南、西南-10%—-15％南－15%—－30%选用朝向修正率时，应考虑当地冬季日照率、建筑物使用和被遮挡等情况。对于冬季日照率小于35%的地区，东南、西南和南向修正率，宜采用0%—10%，其他朝向可不修正。2.风力附加：考虑风速增大时，围护结构外表面的对流换热会增强，围护结构的基本耗热量也随之加大，因此需要对垂直的外围护结构的基本耗热量进行风速修正，修正系数应为正值。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数αw是对应风速约为4m/s的计算值。我国大部分地区冬季平均风速一般为2—3m/s。因此，《暖通规范》规定：在一般情况下，不必考虑风力附加。只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围结构附加5%—10%。故本设计不考虑风力附加耗热量。3.高度附加：考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。《暖通规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑物(楼梯间除外)的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出lm应附加2%，但总的附加率不应大于15%。应注意，高度附加率，应附加于房间各围护结构基本耗热量和其它附加(修正)耗热量的总和上。楼梯间不考虑高度附加，因为散热器布置时已考虑了高度的影响，散热器已尽量布置在底层。综合上述，建筑物或房间在室外供暖计算温度下，通过围护结构的总耗热量，可用下式综合表示(3-2)式中——朝向修正率，%；——风力附加率，%，；——高度附加率，%，。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文3.4冷风渗透耗热量在风力和热压共同作用下室内、外产生了压力差，室外冷空气从门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。使这部分冷空气被加热到室温所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量Q2。计算冷风渗透耗热量时，应考虑建筑物的高低、内部通道情况、室内外温差、室外风向、风速和门窗种类、构造、朝向等影响，凡暴露于室外的可开启的门窗均应计算这部分耗热量。计算冷风渗透耗热量的常用方法有缝隙法、换气数法和百分数法。本设计采用换气数法计算冷风渗透耗热量。用换气次数法计算冷风渗透耗热量——用于民用建筑的概算法计算公式为：(3-3)式中Vn——房间的内部体积；nk——房间的换气次数，次/h。（当无实测数据时，可按表3-2选用）Cp——冷空气的定压比热，C=1KJ/（Kg．℃）；0.278——单位换算系数。1KJ/h=0.278W。表3-2概算换气系数房间类型一面有外窗房间两面有外窗房间三面有外窗房间门厅nk0.50.5-1.01.0-1.523.5冷风侵入耗热量在冬季受风压和热压作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵人耗热量。冷风侵入耗热量，同样可按下式计算(3-4)式中——流入的冷空气量。其他符号同式（3-3）由于流入的冷空气量不易确定，根据经验总结，冷风侵人耗热量可采用外门基本耗热量乘以表3-3的百分数的简便方法进行计算。(3-5)式中——外门的基本耗热量；——考虑冷风侵入的外门附加率。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文表3-3外门附加率N值外门布置情况附加率一道门65n%两道门（有门斗）80n%三道门（有两个门斗）60n%公共建筑和生产厂房的主要出入口500n%3.6热负荷计算实例本设计的底层房间编号如图3-1。图3-1本设计建筑平面图及房间编号以121客房的计算为例。计算应注意的问题：两个相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板的传热量;本建筑为客人提供良好的环境，故楼梯间采暖;外门侵入耗热量只有在有外门（与室外相连接）的时候才考虑;考虑温度修正系数a。对供暖房间围护结构外侧不是与室外空气直接接触，而中间隔着不供暖房间或空间的场合。计算外围护结构基本耗热量时，采用了温差修正系数-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文.围护结构温差修正系数值的大小，取决于非供暖房间或空间的保温性能和透气状况。对于保温性能差和易于室外空气流通的情况，不供暖房间或空间的空气温度更接近于室外计算温度。各种不同情况的温差修正系数可见附录《供热工程》。在冬季，室内热量通过靠近外墙地面传到室外的路程较短，热阻较小，而通过远离外墙地面传到室外的路程较长，热阻较大。但在离外墙约8米以远的地面，传热量基本不变;高度附加计算时当房间的高度大于4m时，每高出1m应附加2%，小于4m就不考虑高度附加耗热量。3.6.1计算资料1.房屋层高：3.2m；2.房间长度：5.47m；3.房屋宽度度：3.97m；4.外墙：49砖墙，内抹灰浆，=1.27W/(m2.℃)；5.内墙：24砖墙；6.顶棚：=0.93W/(m2.℃)；7.外窗：双层，钢窗，高1.5m，=3.26W/(m2.℃)；说明：4至7的传热系数的选择根据表3-4。表3-4常用围护结构的传热系数值类型k，W/（m2·℃）A门实体制木门单层4.65双层2.33B外窗及天窗金属框单层6.40双层3.26C外墙内表面抹灰砖墙24砖墙2.0827砖墙1.5749砖墙1.27D内墙（双面抹灰）12砖墙2.3124砖墙1.728.地面：不保温地面，值按划分地带计算；9.室内计算温度：；10.供暖室外计算温度：。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文3.6.2客房121供暖设计热负荷1.围护结构传热耗热量的计算全部计算列于本章小结后表3-5中。围护结构总传热耗热量=2260.042W2.冷风渗透耗热量的计算按房间换气次数来计算该房间的冷风渗透耗热量。由公式（3-3）计算，即(3-6)式中——房间的内部体积；——房间的换气次数，取1/2。代入数据，计算得到3.冷风渗透耗热量的计算冷风侵入耗热量有公式（3-4）计算，即(3-7)式中——外门的基本耗热量；——考虑冷风侵入的外门附加率。因本建筑客房121没有外门，故：=0W综上所述121客房的热负荷计算结果为：=2260.042+379.028+0=2639.0695W其他各个房间的计算同上（该建筑只有大厅才考虑冷风侵入耗热量）。整个酒店的热负荷计算结果列于本章最后表3-6中。3.7本章小结供暖系统热负荷是该设计的一个基本数据，这个数据计算的正确与否直接关系到该系统采暖方案的选择，也会影响整个房间的供暖效果。本章通过对客房121的热负荷的计算简述了各类耗热量的计算方法，最后通过计算给出所有房间的热负荷；列于章节的最后表格中，为后面的设计做准备。-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文表3-5客房121好热量计算表房间编号房间名称围护结构传热系数室内计算温度供暖室外计算温度室内外计算温度差温差修正系数基本耗热量耗热量修正围护结构耗热量冷风渗透耗热量冷风侵透耗热量房间总耗热量朝向风向　修正后耗热量高度修正名称及方向面积计算面积ktntwtw-tnaQ1jXdXf1+Xd+XfQXgQ1'Q2'Q3'Q'㎡w/m2℃℃℃℃　W％％　W％WWWW1234567891011121314151617181920121客房北外墙5.345*3.217.1041.2718-26441955.7715501051003.5601852.96437902639东外墙3.8*3.21.8*1.59.6041.271536.6715-595509.8379东外窗1.8*1.52.73.2610-5950地面Ⅰ4.855*2+3.355*216.420.471339.56560100339.5656地面Ⅱ2.855*1.353.8690.231001000-13- 哈尔滨理工大学学士学位论文表3-6该建筑热负荷计算结果房间号热负荷，W房间号热负荷，W房间号热负荷，W1012639.12012133.13012133.11021515.52021209.23021209.21031512.82031209.23031209.21042488.92042008.23042008.21051515.52051209.23051209.21062400.12061909.13061909.11072027.52071585.93071585.91081322.52081068.13081068.11091190.5209942.1309942.11101190.5210942.1310942.11111190.5211942.1311942.11121190.5212942.1312942.11131190.5213942.1313942.11141322.52141068.13141068.11152027.52151585.93151585.91162400.12161909.13161909.11171515.52171209.23171209.21182488.92182008.23182008.21191512.92191209.23191209.21201515.52201209.23201209.21212639.12212133.13212133.11222199.32221747.13221747.11231322.52231068.13231068.11241410.5224115232411521251410.6225115232511521261410.6226115232611521271410.6227115232711521281410.6228115232811521291322.5229106832910681302199.32301747.13301747走廊及大厅3930.9走廊3692.8走廊3692.8-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表房间号热负荷，W房间号热负荷，W房间号热负荷，W房间号热负荷，W4012133.15012133.16012133.17013017.24021209.25021209.26021209.27021983.54031209.25031209.26031209.27031983.54042008.25042008.26042008.27043234.14051209.25051209.26051209.27051983.54061909.15061909.16061909.17062730.44071585.95071585.96071585.97072221.24081068.1508106860810687081601.5409942.1509942609942.17091502410942.1510942610942.17101502411942.1511942611942.17111502412942.1512942612942.17121502413942.0628513942613942.171315024141068.151410686141068.17141601.64151585.95151585.96151585.97152221.24161909.15161909.16161909.17162730.44171209.25171209.26171209.27171983.54182008.25182008.26182008.27183234.14191209.25191209.26191209.27191983.54201209.25201209.26201209.27201983.54212133.15212133.16212133.17213017.24221747.15221747.16221747.17222392.84231068.152310686231068.17231601.64241152524115262411527241722.14251152525115262511527251722.14261152526115262611527261722.14271152527115262711527271722.14281152528115262811527281722.14291068529106862910687291601.54301747.15301747.16301747.17302392.8走廊3692.8走廊3692.8走廊3692.8走廊9135.1-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文第4章采暖方案选择4.1热媒的选择供暖系统常用的热媒有水、蒸汽和空气。以热水作为热媒的供暖系统称为热水供暖系统。以水蒸汽作为热媒的供暖系统称为蒸汽供暖系统。4.2热水热媒和蒸汽热媒的比较1.蒸汽采暖是指采暖系统中供热介质为110℃水蒸气；热水采暖是指采暖系统中供热介质为85℃热水。2.对同样热负荷，蒸汽供热要比热水供热节省散热面积。但蒸汽供暖系统散热器表面温度高，易烧烤积在散热器上的有机灰尘，产生异味，卫生条件差。3.蒸汽供暖系统室内气温高且干燥，密闭房间对人体呼吸系统有害，故蒸汽供暖系统现在主要在工厂车间等使用；热水采暖热效率一般，造价高，管道直径大，散热器片数多，室内温度适中湿润，人体感觉比较舒适。4.蒸汽供暖系统比热水供暖系统在设计和运行管理上较为复杂。4.3选择热水热媒热水供暖系统的热能利用效率较高，输送时无效损失较小，散热设备不易腐蚀，使用周期长，且散热设备表面温度低符合卫生要求。系统操作方便，运行安全，易于实现供水温度的集中调节，系统蓄热能力高，散热均衡，适于远距离输送。民用建筑多采用热水供暖系统，热水供暖系统也广泛地应用于生产厂房和辅助建筑物中。同时由于蒸汽系统卫生条件差，能耗大，运行维修复杂，不宜在民用建筑中使用，故本设计采用热水为热媒。4.4热水供暖系统的选择本设计采用机械循环同程式单管热水供暖系统。选择本方案需要说明几点，即-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文1.机械循环热水供暖系统与重力循环热水供暖系统的区别；2.单管系统与双管系统的区别；3.异层式系统与同程式系统的区别。4.4.1机械循环热水供暖系统与重力循环热水供暖系统区别在机械循环系统中设置了循环水泵，靠水泵的机械能，使水在系统中强制循环。增加了系统的运行电费和维修工作量，但由于水泵所产生的作用压力很大，因而供暖范围可以扩大。机械循环热水供暖系统不仅可用于单幢建筑物中，也可以用于多幢建筑，甚至发展为区域热水供暖系统。机械循环热水供暖系统成为应用最广泛的一种供暖系统。重力循环热水供暖系统维护管理简单，不需消耗电能。但由于其作用压力小、管中水流速度不大，所以管径就相对大一些，作用范围也受到限制。自然循环热水供暖系统通常只能在单幢建筑物中使用，作用半径不宜超过50m。4.4.2单管系统与双管系统的区别单管系统与双管系统相比，作用压力计算不同并且各层散热器的平均进出水温度也是不相同的。在双管系统中，各层散热器的平均进出水温度是相同的；而在单管系统中，各层散热器的进出口水温是不相等的。越在下层，进水温度越低，因而各层散热器的传热系数K值也不相等。由于这个影响，单管系统立管的散热器总面积一般比双管系统的稍大些。在单管系统运行期间，由于立管的供水温度或流量不符合设计要求，也会出现垂直失调现象。但在单管系统中，影响垂直失调的原因，不是如双管系统那样，由于各层作用压力不同造成的，而是由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温度差的变化程度不同而引起的。对于三层以上的建筑物，如采用上供下回式的双管系统，若无良好的调节装置，竖向失调状况难以避免。4.4.3异程式系统与同程式系统区别图4-1同程式系统1-热水锅炉；2-循环水泵；3-集气罐；4-膨胀水箱-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文通过各个立管的循环环路的总长度不相等，这种布置形式称为异程式系统。异程式系统供、回水干管的总长度短，但在机械循环系统中，由于作用半径较大，连接立管较多，因而通过各个立管环路的压力损失较难平衡。有时靠近总立管最近的立管，即使选用了最小的管径15mm，仍有很多的剩余压力。初调节不当时，就会出现近处立管流量超过要求，而远处立管流量不足。在远近立管处出现流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象，称为系统的水平失调。为了消除或减轻系统的水平失调。供、回水干管走向布置用同程式系统。同程式系统的特点是：通过各个立管的循环环路的总长度都相等。如图4-1所示，通过最近立管Ⅰ的循环环路与通过最远处立管Ⅳ的循环环路的总长度都相等，因而压力损失易于平衡。由于同程式系统具有上述优点，在较大的建筑物中，常采用同程式系统。但同程式系统管道的金属消耗量，通常要多于异程式系统。为节省金属消耗量及从工程造价方面考虑，本建筑采用异程式系统。1-热水锅炉；2-循环水泵；3-集气罐；4-膨胀水箱图4-1同程式系统4.5本章小结热水供暖系统是热源、管道系统和散热设备组成的一个有机整体。它们之间是彼此相互联系的。要达到设计目的，必须有机的协调三者之间的联系。本章对采暖方案进行了分析，对整个设计具有实质的意义，同样为后续设计计算提供依据。-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文第5章室内热水供暖系统的管路布置和敷设要求室内热水供暖系统管路布置的合理与否，直接影响工程造价和系统的使用效果。应综合考虑建筑物的结构条件和室外热网的特点，力求系统结构简单，使空气顺利排出。管路应在合理布置的条件下，尽可能地短，节省管材和阀件，便于运用调节和维护管理。应尽可能做到各并联环路热负荷分配合理，使阻力易于平衡。室内供暖系统引入口的设置，应根据热源和室外管道的位置，并且还应考虑有利于系统的环路划分。一般设1个引入口，设在建筑物中部。环路的划分就是将整个系统划分几个并联的、相对独立的小系统。环路如果能合理划分，就可以均衡分配热量，使各并联环路阻力易于平衡，便于控制和调节系统。5.1本系统管路的布置1.采用机械循环垂直单管系统，上供下回，异程式系统，这样可以使作用压头达到可能的最大值，而散热器面积和管道的安装工作量都最小。2.供暖系统的引入口宜设置在建筑物热负荷对称分配的位置，一般宜在建筑物中部。这样可以缩短系统的作用半径。在民用建筑和生产厂房辅助性建筑中，系统总立管在房间内的布置不应影响人们的生活和工作。3.在布置供、回水干管时，首先应确定供、回水干管的走向。系统应合理地分成若干支路，而且尽量使各支路的阻力损失易于平衡。4.室内热水供暖系统的管路应明装，有特殊要求时，可采用暗装。尽可能将立管布置在房间的角落。尤其在两外墙的交接处。5.每根立管每层可以各带两到三个散热器，在供回水支管不太长的情况下，这样对管道较经济，而且有利于提高水力稳定性。6.对于上供下回式系统，供水干管多设在顶层顶棚下。顶棚的过梁底标高距窗户顶部之间的距离应满足供水干管的坡度和设置集气罐所需的高度。7.回水干管可敷设在地面上，地面上不容许敷设(如过门时)或净空高度不够时，回水干管设置在半通行地沟或不通行地沟内。地沟上每隔一定距离应设活动盖板，过门地沟也应设活动盖板，以便于检修。-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文8.在系统的最高处，在主立管的顶端，接了一个膨胀水箱，安放在屋顶或专用水箱内。它的作用在于储存或补充系统里的水热胀冷缩的水量。此外，当系统充水时，以及当冷水被逐渐加热时，系统里的空气和从水中析出的溶解空气可以通过膨胀水箱排掉。为此，供水水平干管在安装时要保持0.003的坡度。9.在每个分环的供水及回水总管上各安装一个阀门，便于分环调节和检修。在每根立管的上下端，各安装一个阀门，以便检修放水。图5-1为有两个分支环路的异程式系统布置形式。一般宜将供水干管的始端放置在朝北向一侧，而末端设在朝南向一侧。1-供水总立管；2-供水干管；3-回水干管；4-立管；5-供水进口管；6-回水出口管（b）为底层（a）为顶层图5-1同程式系统的布置形式1-供水总立管；2-供水干管；3-回水干管；4-立管；5-供水进口管；6-回水出口管图5-1异程式系统管路布置5.2设计注意事项1.水平干管的坡度：在机械循环中，水流速度一般都大于空气泡在水中的浮升速度。因此，必须使水在供水干管中的流动方向和空气泡的浮升方向一致，即应“抬头走”，否则就会产生“气塞”。2.在机械循环上供下回式系统中，集气罐应设在系统各分环环路的供水干管末端的最高处。在系统运行时，定期手动打开阀门将热水中分离出来并聚集在集气罐内的空气排除。集气罐的安装（如图5-2）：在重力循环中，可以利用膨胀水箱排除空气，而在机械循环系统中，因为水平干管必须抬头走，所以空气都集中在每个环路的最远端，所以只能分别利用集气罐和手动或自动放气阀进行排气。1-集气罐；2-放气管；3-末端立管-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文图5-2集气罐安装位置示意图集气罐的有效容积大约可为膨胀水箱的1%，水在集气罐中的流速应不超过0.05m/s，使气泡能够分离出来。3.膨胀水箱的作用是用来贮存热水供暖系统加热的膨胀水量。膨胀水箱的连接位置如图5-3。在机械循环系统中一般情况下都把膨胀水箱拉到锅炉房里，接在水泵吸入口上。因为这里是安全系统能量最低的地方，经过水泵加压之后，任何一点的能量都比它高。这样可以防止外面的空气倒吸进去和防止水汽化，从而可以保证正常的排气。1-膨胀水箱；2-循环管；3-热水锅炉；4-循环水泵图5-3膨胀水箱与机械循环系统的连接方式5.3该建筑采暖供热系统的布置本设计管路布置为：引入口布置在建筑物热负荷对称分配的位置126室，采用有两个环路的单管异程式系统布置形式。管路明装，立管在两墙交接处。一根立管在一层带两到三个散热器。每根立管上下设有阀门，供回水干管也设有阀门。供水干管设置在距顶层顶棚0.1米处，回水干管设置在地下0.5米处，上有活动盖板，用于检修。水平立管的坡度为0.003。5.4本章小结本章叙述了，本设计室内热水供暖系统的管路布置和敷设要求，对后续的水力计算和暖气片的布置具有指导意义，根据上述要求能更好的完成供暖平面图的绘制，且其布置的是否合理，直接影响工程造价和系统的使用效果。-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文第6章散热器的选型和计算6.1散热器要求供暖散热器是通过热媒将热源产生的热量传递给室内空气的一种散热设备。散热器的内表面一侧是热媒（热水或蒸汽），外表面一侧是室内空气。当热媒温度高于室内空气温度时，散热器的金属壁面就将热媒携带的热量传给室内空气。对散热器的基本要求，主要有以下几点：1．热工性能好。要求散热器的传热系数值要大，值越大，说明散热器的散热能力就越大。还可以通过提高室内空气流速和提高散热器内热媒温度的办法加大散热器的传热系数。2．金属热强度大。金属热强度是衡量同一材质散热器的金属耗量、成本高低的重要指标。越大，说明散出同样热量时消耗的金属量越少，成本越低、经济性越好。3．要求散热器具有一定的机械强度，承压能力高，价格便宜，经久耐用，使用寿命长。4．要求散热器规格尺寸多样化，结构尺寸小，少占有效空间和使用面积。结构型式便于组对出所需面积。且生产工艺能满足大批量生产的要求。5．外表面光滑，不易积灰，积灰易清扫，外表美观，易于与室内装饰相协调。6.2散热器的选择能完全满足上述要求的散热器很难找到，选用时应根据实际情况，选择经济、实用、耐久、美观的散热器。选择散热器时应考虑系统的工作压力，选用承压能力符合要求的散热器。民用建筑选用的散热器尺寸应符合要求，且外表面光滑、美观、不易积灰。本设计选用四柱813型铸铁散热器。这种散热器金属热强度及传热系数高，外形美观，易于清除积灰，容易组成所需的面积，便于落地和靠墙安装，因此得到广泛应用。6.3散热器的布置布置散热器时，应注意下列一些规定：-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文1．散热器一般应安装在外墙的窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气比较暖和舒适。2．为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在楼梯间或其他有冻结危险的场所，其散热器应有单独的立、支管供热且不得装设调节阀。3．散热器一般明装，在内部装修有特殊要求的场合可采用暗装。4．在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的散热器可以串连。两串连散热器之间的串连管径应与散热器接口的直径相同，以便水流畅通。5．在楼梯间布置时，考虑楼梯间热流上升的特点，应布置在底层或按一定比例分布在下部各层。6．铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：二柱（M132型）——20片；柱型（四柱）——25片；长翼型——7片。6.4散热器的计算6.4.1供回水温计算设供、回水温度分别为、，每层散热器的散热量分别为，，…即立管的热负荷为：(6-1)通过立管的流量，按其所担负的全部热负荷计算，可用下式确定：Kg/h(6-2)式中——立管的总热负荷；——立管的供；——回水温度；——水的热容量；——单位换算系数。串联N组散热器的系统，流出第i组散热器的水温(令沿水流动方向最后一组散热器为i=1)，可按下式计算：(6-3)式中——流出第i组散热器的水温；——沿水流动方向，在第组(包括第组)散热器前的全部散热器的散热量。-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文6.4.2散热面积的计算散热器散热面积按下式计算：(6-4)式中——散热器的散热量；——散热器内热媒平均温度；——供暖室内计算温度；——散热器的传热系数；——散热器组装片数修正系数；——散热器连接形式修正系数；——散热器安装形式修正系数。6.4.3计算实例以左环路的立管Lz1为例。由上述内容可知，立管Lz1七层，每层两个房间，总负荷为，立管Lz1的一层热负荷为2-6层的热负荷分别为、第7层的热负荷为。由水力计算得知，立管Lz1的实际温降为。根据式（6-3）计算，带入数据得到流入第一层的温度：℃；流出第一层的温度：℃。其余各房间的进出水温度计算方法如上所述，计算结果列于表6-1(本章最后)。已知，，，。查[1]附录，对四柱813型散热器查《供热工程》附录可得到修正系数：散热器组装片修正系数，先假定β1＝1.0；散热器连接形式修正系数，β2＝1.0；散热器安装形式修正系数，β3＝1.02。-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文根据式(6-4)，即：，查[1]附录，知四柱813型散热器的每片散热面积为0.28m²，则计算片数n′为：查[1]附录，当散热器片数大于20片时，β1＝1.1。因此实际所需散热面积为：实际采用的片数n为：片取整数，应采用四柱813型散热器28片。由于立管Lz1的第1层两个房间的热负荷之比为1：1所以散热器的片数之比也为1：1，每个房间的散热器片数为28/2=14片。其余楼层房间的计算方法相同；散热器的片数计算结果列于本章小结后表6-2中。6.5本章小结本章主要讲了散热器的要求、选择注意事项及布置；并通过一根立管的计算为例进行了该建筑散热器供回水温度的计算、片数的计算，最后通过计算给出所有房间的散热器的片数，及各房间的进出水温。-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文表6-1供回水温度房间号供水温度。℃回水温度，℃房间号供水温度，℃回水温度，℃房间号供水温度，℃回水温度，℃7019588.467049587.497079588.3560188.4683.8260487.4981.9860788.3584.0950183.8279.1850481.9876.4650784.0979.8240179.1874.5340476.4670.9440779.8275.5630174.5369.8930470.9465.4330775.5671.2920169.8965.2520465.4359.9120771.2967.0310165.2559.3210459.9152.8510767.0361.917029587.217059588.357089588.4160287.2181.7260588.3584.0960888.4184.7250281.7276.2450584.0979.8250884.7281.0440276.2470.7540579.8275.5640881.0477.3530270.7565.2630575.5671.2930877.3573.6620265.2659.7820571.2967.0320873.6669.9810259.7852.8510567.0361.9110869.9865.217039587.857069588.417099588.9260387.8583.2760688.4184.7260988.9285.0250383.2778.750684.7281.0450985.0281.1240378.774.1240681.0477.3540981.1277.2130374.1269.5530677.3573.6630977.2173.3120369.5564.9720673.6669.9820973.3169.4110364.9759.3210669.9865.2110969.4164.737139588.277169586.917199591.0361388.2783.9661686.918261991.0388.6251383.9679.645168277.151988.6286.2141379.6475.3241677.172.1941986.2183.831375.327131672.1967.2931983.881.42137166.6921667.2962.3821981.478.9911366.6961.5111662.3856.1311978.9975.927149589.447179588.497209590.9761489.4483.2461788.4984.5462090.9787.4751483.2477.0551784.5480.652087.4783.9841477.0570.8641780.676.6542083.9880.4831470.8664.6731776.6572.7132080.4876.9921464.6758.4821772.7168.7622076.9973.4911458.4850.611768.7663.7312073.4969.18-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表房间号供水温度。℃回水温度，℃房间号供水温度，℃回水温度，℃房间号供水温度，℃回水温度，℃7159588.087189588.497219588.5761588.0883.8361888.4984.5462188.5784.3951583.8379.5951884.5480.652184.3980.2141579.5975.3441880.676.6542180.2176.0331575.3471.131876.6572.7132176.0340.1221571.166.8521872.7168.7622140.1267.6811566.8561.5111868.7663.7312167.6862.457259590.537289588.957319590.1862590.5387.7562888.9585.4663190.1887.1852587.7584.9652885.4681.9853187.1884.1842584.9682.1842881.9878.543184.1881.1732582.1879.3932878.575.0133181.1778.1722579.3976.622875.0171.5323178.1775.1612576.673.0512871.5367.0713175.1671.337269588.957299590.187329589.5762688.9585.4662990.1887.1863289.5786.4552685.4681.9852987.1884.1853286.4583.3342681.9878.542984.1881.1743283.3380.232678.575.0132981.1778.1733280.277.0822675.0171.5322978.1775.1623277.0873.9612671.5367.0712975.1671.3313273.9669.967279590.537309589.577339590.1762790.5387.7563089.5786.4563390.1787.1652787.7584.9653086.4583.3353387.1684.1442784.9682.1843083.3380.243384.1481.1332782.1879.3933080.277.0833381.1378.1222779.3976.623077.0873.9623378.1275.112776.673.0513073.9669.9613375.171.267109587.377119588.927129590.2861087.3783.161188.9285.0261290.2885.0351083.178.8351185.0281.1251285.0379.7841078.8374.5741181.1277.2141279.7874.5331074.5770.331177.2173.3131274.5369.2821070.366.0321173.3169.4121269.2864.0311066.0360.5111169.4164.7311264.0357.35-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表房间号供水温度。℃回水温度，℃房间号供水温度，℃回水温度，℃房间号供水温度，℃回水温度，℃7229590.297239590.337249590.1762290.2987.3462390.3387.3962490.1787.1452287.3484.452387.3984.4652487.1484.1142284.481.4542384.4681.5242484.1181.0932281.4578.532381.5278.5932481.0978.0622278.575.5622378.5975.6522478.0675.0312275.5671.9212375.6571.9212475.0371.37349588.447359590.667369589.363488.4484.6763590.6687.5763689.385.3953484.6780.953587.5784.4853685.3981.4943480.977.1343584.4881.3943681.4977.5833477.1373.3533581.3978.333677.5873.6823473.3569.5823578.375.2223673.6869.7713469.5864.7213575.2271.2613669.7764.72西北侧走廊79587.75东北侧走廊79587.75西南侧走廊79587.75西北侧走廊687.7584.82东北侧走廊687.7584.82西南侧走廊687.7584.82西北侧走廊584.8281.89东北侧走廊584.8281.89西南侧走廊584.8281.9西北侧走廊481.8978.97东北侧走廊481.8978.97西南侧走廊481.978.92西北侧走廊378.9776.04东北侧走廊378.9776.04西南侧走廊378.9276.04西北侧走廊276.0473.11东北侧走廊276.0473.11西南侧走廊276.0473.11西北侧走廊173.1170东北侧走廊173.1170西南侧走廊173.1170东南侧走廊79587.75东南侧走廊687.7584.82东南侧走廊584.8281.9东南侧走廊481.978.92东南侧走廊378.9276.04东南侧走廊276.0473.11　　　　　　东南侧走廊173.1170-28- 哈尔滨理工大学学士学位论文表6-2房间散热器片数房间编号散热器片数房间编号散热器片数房间编号散热器片数房间编号散热器片数房间编号散热器片数房间编号散热器片数房间编号散热器片数10126201203011840117501166011470121102152021130210402105021060297021210314203103039403950386038703121042520418304164041550414604147042010515205113051040595059605870513106242061730617406165064060613706181072020715307144071250711607117071510813208930894088508860867081010912209830974097509760967099110122108310841075107610671010111112118311741175116611671191121221283128412751266127712101131221383137413751376136713911413214931494148514861467141011520215153151441512515116151171515116242161731617416165161461613716181171521711317104179517961787171311825218183181841816518146181471820-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表1191421910319941995198619871912120152201132010420105201062097201212126221203211842117521166211472121122222221632215422145221262212722161231322310323942385238623772310124142241032494248524862477241112514225103259425852576257725111261422610326942695268626872611127142271032710427952786278727111281322810328942885288628772810129132291032994298529862977291013022230163301543014530126301273016西北侧走廊110西北侧走廊29西北侧走廊38西北侧走廊48西北侧走廊57西北侧走廊67西北侧走廊717东北侧走廊110东北侧走廊29东北侧走廊38东北侧走廊48东北侧走廊57东北侧走廊67东北侧走廊717西南侧走廊18西南侧走廊28西南侧走廊37西南侧走廊46西南侧走廊56西南侧走廊65西南侧走廊713东南侧走廊18东南侧走廊28东南侧走廊37东南侧走廊46东南侧走廊56东南侧走廊65东南侧走廊713走廊140走廊35走廊32走廊30走廊229走廊27走廊60一楼总片数542二楼总片数399三楼总片数371四楼总片数344五楼总片数547六楼总片数299七楼总片数455总片数2957-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文第7章室内热水供暖系统的水力计算7.1室内热水供暖系统水力计算的任务和方法室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务通常为：（1）按已知各管段的流量和系统的循环作用压力（压头），确定个管段管径；（2）按已知系统各管段的流量和管径，确定系统所必需的循环作用压力（压头）；（3）按已知系统各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。第一种情况的水力计算，有时也用在已知各管段的流量和选定的比摩阻R值或流速v值的场合。第二种情况的水力计算，常用于校核计算。进行第三种情况的水力计算，就是根据管段的管径d和该管段的允许压降△P，来确定通过该管段的流量。供暖系统水力计算的方法有等温降法和不等温降法两种。等温降法就是采用的相同的设计温降进行水力计算。等温降法简便，易于计算，但不易使各并联环路阻力达到平衡，运行时易出现近热远冷的水平失调问题。不等温降法在计算垂直单管系统时，将各立管温降采用不同的数值。它是在选定管径后，根据压力损失平衡的要求，计算各立管流量，再根据流量计算立管的实际温降，最后确定散热器的面积。7.2等温降法水力计算水力计算是供暖系统设计计算的重要组成部分，也是设计中的一个难点。本设计采用等温降法来进行水力计算。等温降法就是在垂直单管系统中，各立管采用相同的温降进行水力计算。等温降法通过各管段的热负荷确定各管段的流量，根据推荐的平均比摩阻60~120Pa/m查《供暖通风设计手册》中的热水供暖系统管道水力计算表（t’g=95℃,t’h=70℃,K=0.2mm）部分确定R与v，根据v查局部损失值表可得到△Pd值，根据管径和阻力系数表可求得△ζ值；再确定各立管之间的不平很率。-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文7.3压力损失最大不平衡率控制室内热水供暖系统管路得把并联环路的压力损失不平衡率控制：当流量G与压力损失△P一定时，只有选择适宜的管径（控制沿程阻力）与系统形式（控制局部阻力）才能既符合基尔霍夫定律，又能使实际流量满足设计流量。管径的规格是有限的，设计时应尽可能选合适的管径，使并联环路的压力损失尽可能的相互接近。为使室内设计温度与运行温度的差别控制在合理的范围（±1℃）内，《暖通规范》规定：热水供暖系统最不利循环环路与各并联环路之间（不包括共同管段）的计算损失相差额，不应大于±15%。整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加10%的附加值，以此确定系统必须的循环作用压力。7.4等温降法水力计算基本步骤本设计为机械循环单管顺流同程式热水供暖系统。热媒参数为：供水温度,回水温度。用户入口处循环作用压力为3000Pa。本设计系统图分为左右两个环路，以左（Lz）环路举例，计算步骤：1.在轴侧图(图7-1)上进行管段编号、立管编号，并注明各管段的热负荷和管长。2.首先计算通过最远立管Lz11的环路。（1）虽然引入口处外网的供回水压差较大，但考虑到系统中各环路的压力损失易于平衡，采用推荐的平均比摩阻Rpj大致为60—120Pa/m来确定通过立管Lz11的环路的各管段的管径。（2）根据各管段的热负荷，本设计流量计算公可按（6-2）计算。（3）根据式（7-1）确定各管段的流量。根据G和选用的平均比摩阻Rpj值，查[3]附录的热水供暖系统管道水力计算部分表，选择最接近Rpj的管径。将查出的d、R、v和G值列入表7-1的第5、6、7栏和第3栏中。最后算出通过立管Lz11的环路的总压力损失∑（△Py+△Pj）3~13=14583Pa。这仅是系统的半，对另一半也应该算最远立管环路的阻力，并将不平衡率控制在15%内，入口处的剩余循环压力，用调节阀节流消耗掉。例如对管段⑨，Q=50523W，根据式（7-1）可知流量G=1737Kg/h，查附录《供暖通风设计手册》的热水供暖水力计算表部分，选择管径为32的v=0.49,R=108.33。-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文图7-1左环路同程式系统管路系统图3.确定沿程压力损失，根据△Py=Rl将计算的结果列入表7-1的第8栏中。4.确定局部阻力损失（1）确定局部阻力系数ξ。-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力管件名称表7-2中，利用相关数据将其阻力系数ξ值记录于表7-2，最后将各管段的阻力系数∑ξ列于表7-1的第9栏中。（2）根据管段的流速v，可动压头△Pd的t’g=95℃，t’h=70℃，的表。如，管段⑨的v=0.49，查得△Pd=118.04Pa，将结果列如表7-1第10栏。（3）根据Rpj=△Pd·∑ξ，将计算的结果列入表7-1的第11栏中。5.求各段的压力损失，△P=△Py+△Pj,将值列入第12栏。6.求环路的压力损失，∑(△Py+△Pj)1~15=25318Pa7.用同样的方法计算通过最近立管Lz1的环路，从而确定出立管Lz1回水干管各管段管径及其压力损失，列于表7-1中。8.求并联立管Lz1和Lz11的压力损失不平衡率，使之在±5%以内。计算过程列于表7-1中。9.根据水力计算结果，利用图示方法，表示出系统的总压力损失及各管段的供、回水节点间的资用压力值，见图7-2所示。由水力计算表和图7-2知，立管Lz3的资用压力为入口处供水管起点18末端的压力损失13025Pa减去供水管4管段末端的压力损失，为5135Pa，其他立管的资用压力确定方法相同，见表7-1。如果水力计算结果和图示表明各立管供水回水的资用压力过小或过大，则会使下一管段选用该立管的管径过细或过粗，设计不合理，应适当改变个别回水干管的管径，使易于选择各立管管径并满足并联环路不平衡率的要求。10.确定其他立管管径。根据各立管的资用压力和立管管段的流量，和Rpj选用合适的立管管径。其他；立管的平均比摩阻为(7-2)式中△P—立管的资用压力；∑l—管段的长度。例如：立管Lz5的资用压力△PLz5=14758-9365=5393Pa，根据式（7-2）平均比摩阻为：=57.98Pa根据Rpj和G值选立管v的立、支管的管径，取DN=20，DN’=25。计算Lz5的总压力损失为5219Pa其不平衡率为2.9%。至此，等温降法左（Lz）环路的水力计算全部结束。-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文表7-1机械循环同程式单管热水供暖系统Lz管路水力计算表-49-哈尔滨理工大学学士学位论文管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213通过立管Lz11的环路134780611964.5324700.93167.884029.121412.45412.454441.57444121731585956.6353.6500.76156.68564.0481.5285.12427.68991.7285432.72831553745344.8667.5500.68127.64957.32227.33454.661411.966844.68841337854602.2047.4500.5995.14704.0362171.13342.261046.2967890.98451259044331.09810.5500.5584.5887.252148.72297.441184.699075.67461000433441.4793.6500.4453.95194.22195.1895.18289.49365.0747905033113.3036.4400.66169.41084.161213.45213.451297.6110662.688747412571.096.4400.55116.13743.2321148.72148.72891.95211554.649505231737.9918320.49110.78886.242.5118.04295.11181.3412735.9810426421466.8858.3320.4179.87662.9212.582.64206.6869.52113605.51122206763.88648.4250.3895.79804.6362.574.78186.95991.58614597.0812’7402254.62883.6150.36189.05680.58163.7163.71744.2915341.37127402254.628821.5200.238.51827.9651.519.6629.49857.45516198.8313——254.62888.4150.36189.051588.023563.712229.853817.8720016.7续表-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213141731585956.6352.6500.76156.68407.3681.5285.12427.68835.04820851.751534780611964.535.7700.93167.88956.9160.5412.45206.2251163.14122014.89∑(△Py+△Pj)1-15=25318.14Pa通过立管Lz1的环路1617784611.769621.5250.3162.121335.582.547.25118.1251453.7056886.43317——305.884825.2250.3162.121565.4247047.253307.54872.92411759.3616’17784611.76967.5250.3162.12465.92.547.25118.125584.02512343.3818393731354.4317.4320.3868.2504.682.570.99177.475682.15513025.5419472541625.53810.5320.4597.231020.9152.570.99177.4751198.3914223.9320731152515.1563.6400.53110.04396.1441138.1138.1534.24414758.1721826552843.3326.4400.61142.31910.7841182.93182.931093.71415851.89-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa1234567891011121322984173385.5456.4500.4452.01332.864195.1895.18428.04416279.93231226354218.6448500.5480.01640.082143.36286.72926.817206.73241305164489.758.3500.5890.3749.492165.38330.761080.2518286.98251509525192.7498.4500.67120.841015.0562220.31440.621455.67619742.66261657565702.0063.6500.73144.52520.2721262.21262.21782.48220525.14管段3-13与管段16-26并联∑（△Py+△Pj)16-26=15092Pa△P3-13=14583Pa∑(△Py+△Pj)1,2,14,15,16-26=22523Pa不平衡率=（△P3-13-△P16-26)/△P3-13=-3.4%系统总压力损失为23993Pa，剩余作用压力，在引入口处用阀门节流。立管Lz10资用压力△PLz10=19742-14597=5145Pa2714804509.257615200.4155.42331278.66157.322488.32　28——254.625.2200.240.511020.8527719.661513.822534.672　27'14804509.25766.5250.2545.21293.865230.7361.46355.325　∑(△Py+△Pj)27,28,27'=5378Pa不平衡率=(△PLz10-∑(△Py+△Pj)27,28,27')/△PLz10=(5145-5378)/5145=-4.5%-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213立管Lz9资用压力△PLz9=18286-13605=4681Pa2920436702.998418250.3581.791472.22260.22120.441592.66　30——351.4825.2250.1722.31562.2127714.211094.171656.382　29’20436702.99843.5200.56283.67992.8452154.17308.341301.185　∑(△Py+△Pj)29,30,29'=4550Pa不平衡率=(△PLz9-∑(△Py+△Pj)29,30,29')/△PLz9=(4681-4550)/4681=2.7%立管Lz8资用压力△PLz8=17206-12735=4471Pa317881271.106418200.2245.66821.88223.7947.58869.46　32——271.106425150.257.271431.757719.661513.822945.57　31'7881271.10643.5150.39214.08749.28274.78149.56898.84　∑(△Py+△Pj)31,32,31'=4713Pa不平衡率=(△PLz8-∑(△Py+△Pj)31,32,31')/△PLz8=(4471-4713)/4471=-5.4%立管Lz7资用压力△PLz7=16279-11554=4725Pa3324281835.266415250.4113.711705.65278.66157.321862.97　34——417.63325250.2141.810457721.681669.362714.36　33'24281417.6336.5320.2326.5172.25226.0152.02224.27　-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213∑(△Py+△Pj)33,34,33'=4801Pa不平衡率=(△PLz7-∑(△Py+△Pj)33,34,33')/△PLz7=(4725-4801)/4725=-1.6%立管Lz6资用压力△PLz6=15851-10662=5189Pa3515762542.21286.5200.43171.21112.8290.9181.81294.6　36——271.125200.2245.661141.57723.791831.832973.33　35’15762542.212815250.2749.8747235.8471.68818.68　∑(△Py+△Pj)35,36,35'=5086Pa不平衡率=(△PLz6-∑(△Py+△Pj)35,36,35')/△PLz6=(5189-5086)/5189=1.9%立管Lz5资用压力△PLz5=14758-9365=5393Pa379540328.17618200.2556.761021.68230.7361.461083.14　38——328.17625150.2382.342058.57726.012002.774061.27　37'9540328.1763.5250.1619.2367.305212.5925.1892.485　∑(△Py+△Pj)37,38,37'=5236Pa不平衡率=(△PLz5-∑(△Py+△Pj)37,38,37')/△PLz5=(5393-5236)/5393=2.9%-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213立管Lz4资用压力△PLz4=14223-9075=5148Pa3925861889.618418250.43129.452330.1290.9181.82511.9　40——444.809225250.2235.21880.257023.791665.32545.55　39'25861889.61843.5320.2430105228.3256.64161.64　∑(△Py+△Pj)39,40,39'=5219Pa不平衡率=(△PLz4-∑(△Py+△Pj)39,40,39')/△PLz4=(5148-5219)/5148=-1.3%立管Lz3资用压力△PLz3=13025-7890=5135Pa417881271.106415200.2245.66684.9223.7947.58732.48　42——271.106425150.257.271431.757719.661513.822945.57　41'7881271.10646.5150.39214.081391.52274.78149.561541.08　∑(△Py+△Pj)41,42,41'=5219Pa不平衡率=(△PLz3-∑(△Py+△Pj)41,42,41')/△PLz3=(5135-5219)/5135=-1.6%立管Lz2资用压力△PLz2=12343-6844=5499Pa4321589742.66163250.3688.79266.37263.71127.42393.79　44——371.330825200.2883.72092.57738.542967.585060.08　43'21589742.661618.5320.220.67382.395219.6639.32421.715　∑(△Py+△Pj)43,44,43'=5875Pa不平衡率=(△PLz2-∑(△Py+△Pj)43,44,43')/△PLz2=(5499-5875)/5499=-6.8%-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文图7-2同程式系统Lz的管路压力平衡分析图右（Ly）环路的设计过程和左环路一样，先在右环路系统管路轴测图上进行管段和立管的编号图7-3所示，通过计算查表，统计出右环路的局部阻力系数列于表7-4，水力计算表7-3，压力平衡分析图7-4，局部阻力系数统计表7-4。-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文表7-2Lz环路的局部阻力系数计算表管段号局部阻力个数∑ξ　管段号局部阻力个数∑ξ1闸阀10.516闸阀20.5*290度弯头10.5弯头11.5　∑ξ=1　∑ξ=2.52闸阀10.517分流/合流三通143*14直流三通11乙字弯141*14　∑ξ=1.5散热器72*73、4、5弯头11　∑ξ=70直流三通1116'弯头11.5　∑ξ=2直流三通116、7、8直流三通11　∑ξ=2.5　∑ξ=118、19弯头11.59、10、11弯头11.5直流三通11直流三通11　∑ξ=2.5　∑ξ=2.520、21、22、26直流三通1112’集气罐11　∑ξ=1　∑ξ=123、24、25弯头1112闸阀20.5*2直流三通11　∑ξ=1　∑ξ=213散热器72*728、3032、3436、384042、44分流/合流三通143*14乙字弯141.5*14乙字弯141.5*14　∑ξ=35散热器72*714闸阀10.5　∑ξ=77弯头20.5*229’、31’、33’、35’、37’、39’、41’、43’闸阀10.5　∑ξ=1.5旁流三通11.515闸阀10.5　∑ξ=2　∑ξ=0.5　　　　-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文图7-3右环路同程式系统管路系统图-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文表7-3机械循环同程式单管热水供暖系统右环路管路水力计算表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213通过立管Ly11的环路134780611964.5324700.93167.884029.121412.45412.454441.57444121746486007.8913.6500.77159.87575.5321.5291.48437.221012.7525453.75231568645396.1225.8500.691307541230.32230.32984.326438.07241479725090.2374500.65114.81459.242207.71415.42874.667312.73251263834347.5757.4500.5585.32631.3682148.72297.44928.8088241.5461185024076.46910.5500.5275.31790.7552132.94265.881056.6359298.1757926413186.853.6400.67172.02619.2721217.23217.23836.50210134.6778831012858.6746.4400.61142.51912.0641182.93182.931094.99411229.6719673392316.4626.4320.65190.41218.561207.71207.711426.2712655.94110431211483.3628320.4180.41643.282.582.64206.6849.8813505.82111352401212.2568.3320.3455.32459.1562.556.83142.075601.23114107.05212'14804509.25767.6200.4153.621167.512378.66235.981403.49215510.5441214804509.257621.5200.4153.623302.83178.6678.663381.4918892.03413——254.628825200.239.87996.75779.64742.281739.0320631.064141746486007.8919.8500.77159.871566.7261.5291.48437.222003.94622635.011534780611964.535.7700.93167.88956.9160.5412.45206.2251163.14123798.151-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213∑(△Py+△Pj)1-15=23798Pa通过立管Ly1的环路1617784611.769621.5250.362.911352.5652.544.25110.6251463.196916.94217——305.884825200.2457.871446.757728.322180.643627.3910544.3316'17784611.76965.8250.362.91364.8782.544.25110.625475.50311019.841826676917.65444250.45137.73550.922.599.55248.875799.79511819.6319482651660.3167.4320.4699.31734.8942.5104.3260.75995.64412815.2720561461931.42210.5320.54133.321399.862.5143.36358.41758.2614573.5321820072821.0413.6400.6139.31501.5161176.98176.98678.49615252.0322915473149.2176.4400.67172.211102.1441220.11220.111322.25416574.28231073073691.3616.4500.4762.3398.721108.6108.6507.3217081.6241315274524.5298500.5892.07736.562165.38330.761067.3218148.92251394084795.6358.3500.699.01821.7832176.98353.961175.74319324.67261598445498.6347.6500.7134.571022.7322240.11480.221502.95220827.62-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213管段3-13与管段16-26并联∑（∑Pj+Py)16-26=15374Pa△P3-13=15178Pa∑(△Py+△Pj)1,2,14,15,16-26=23993Pa不平衡率=（△P3-13-△P16-26)/△P3-13=1.2%系统总压力损失为23993Pa，剩余作用压力，在引入口处用阀门节流。立管Ly10资用压力△PLy10=19324-14107=5217Pa2720436702.99843.5250.3581.79286.265260.22120.44406.705　28——351.499225200.2875.418857738.542967.584852.58　27'20436702.998418320.219.43349.74219.6639.32389.06∑(△Py+△Pj)27,28,27'=5648Pa不平衡率=(△PLy10-∑(△Py+△Pj)27,28,27')/△PLy10=(5217-5648)/5217=-8.2%立管Ly9资用压力△PLy9=18148-13505=4643Pa297881271.10649.5150.39214.082033.76274.78149.562183.32　30——271.106412.5150.257.27715.8757719.661513.822229.695　29’7881271.106412200.2245.66433.77223.7947.58481.35∑(△Py+△Pj)29,30,29'=4894Pa不平衡率=(△PLy9-∑(△Py+△Pj)29,30,29')/△PLy9=(4643-4894)/4643=-5.4%-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213立管Ly8资用压力△PLy8=17081-12655=4426Pa3124218833.099215250.4114.711720.65278.66157.321877.97　32——426.549625250.2131.127787721.681669.362447.36　31'24218833.09926.5320.2326.87174.655226.0152.02226.675∑(△Py+△Pj)31,32,31'=4552Pa不平衡率=(△PLy8-∑(△Py+△Pj)31,32,31')/△PLy8=(4426-4552)/4426=-2.8%立管Ly7资用压力△PLy7=16574-11229=5345Pa　3315762542.21289200.43171.211540.89290.9181.81722.69　34——271.106425200.2245.661141.57723.791831.832973.33　33'15762542.212812.2250.2749.8607.56235.8471.68679.24∑(△Py+△Pj)33,34,33'=5375Pa不平衡率=(△PLy7-∑(△Py+△Pj)33,34,33')/△PLy7=(5345-5375)/4345=-0.5%立管Ly6资用压力△PLy6=15252-10134=5118Pa359540328.17618200.2667.451214.1233.2366.461280.56　36——328.17612.5200.2367.18839.757726.012002.772842.52　35’9540328.1763.5200.2667.45236.075233.2366.46302.535-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213∑(△Py+△Pj)35,36,35'=4425Pa不平衡率=(△PLy6-∑(△Py+△Pj)35,36,35')/△PLy6=(5118-4425)/5118=13.5%立管Ly5资用压力△PLy5=14573-9298=5275Pa3725861889.618418250.44129.92338.2285.18170.362508.56　38——444.809225250.2235.45886.257723.791831.832718.08　37'25861889.61843.5320.2530.34106.19230.7361.46167.65∑(△Py+△Pj)37,38,37'=5394Pa不平衡率=(△PLy5-∑(△Py+△Pj)37,38,37')/△PLy5=(5275-5394)/5275=-2.2%立管Ly4资用压力△PLy4=12815-8241=4574Pa397881271.10646150.39214.081284.48274.78149.561434.04　40——271.106412.5150.257.27715.8757719.661513.822229.695　39'7881271.106415.5200.2245.66707.73223.7947.58755.31∑(△Py+△Pj)39,40,39'=4419Pa不平衡率=(△PLy4-∑(△Py+△Pj)39,40,39')/△PLy4=(4574-4419)/4574=3.3%-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文续表管段号QGldvR△Py=RL∑ξ△Pd△Pj=△Pd*∑ξ△P=△Py+△Pj供水管起点到计算管段末端的压力损失（Pa）Wkg/hmmmm/sPa/mPa　PaPaPa12345678910111213立管Ly3资用压力△PLy3=11819-7312=4507Pa4121589742.66163200.58308.12924.362165.38330.761255.12　42——371.330825250.1823.43585.757715.931226.611812.36　41'21589742.661618.5250.3688.781642.43274.78149.561791.99∑(△Py+△Pj)41,42,41'=4859Pa不平衡率=(△PLy3-∑(△Py+△Pj)41,42,41')/△PLy3=(4507-4859)/4507=-7.8%立管Ly2资用压力△PLy2=11019-6438=4581Pa438892305.88483150.44262.29786.87295.18190.36977.23　44——305.884812.5150.2269.7871.257723.791831.832703.08　43'8892305.884818.5200.2455.781031.93228.3256.641088.57∑(△Py+△Pj)43,44,43'=4768Pa不平衡率=(△PLy2-∑(△Py+△Pj)43,44,43')/△PLy2=(4581-4768)/4581=-4%-49- 哈尔滨理工大学学士学位论文表7-4右环路的局部阻力系数计算表管段号局部阻力个数∑ξ　管段号局部阻力个数∑ξ1闸阀10.515闸阀10.590度弯头10.5　∑ξ=0.5　∑ξ=116闸阀20.5*22闸阀10.5弯头11.5直流三通11　∑ξ=2.5　∑ξ=1.516'弯头11.54、5、6弯头11直流三通11直流三通11　∑ξ=2.5　∑ξ=217分流/合流三通143*143、7、8、9直流三通11乙字弯141.5*14　∑ξ=1散热器72*710、11弯头11.5　∑ξ=77直流三通1118、19、20弯头11.5　∑ξ=2.5直流三通1112’集气罐11　∑ξ=2.5弯头1221、22、23直流三通11　∑ξ=3　∑ξ=112闸阀20.5*224、25、26弯头11　∑ξ=1直流三通1113、17散热器72*7　∑ξ=2乙字弯141.5*1428、3032、3436、3840、4244分流/合流三通143*14分、合流三通143*14乙字弯141.5*14　∑ξ=77散热器72*714闸阀10.5　∑ξ=77弯头20.5*229、3133、3529’31’33’35’37、3739、3941、4143、43闸阀10.5　∑ξ=1.5旁流三通11.5　　　　　∑ξ=2-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文图7-4同程式系统右环路的管路压力平衡分析图7.4本章小结热水供暖系统进行水力计算可以确定系统中各管段的管径，使各管段的流量和进入散热器的流量符合要求，进而确定出各管路系统的阻力损失。同程式系统采用等温降法进行水力计算，完全遵守了节点压力平衡的原则分配流量，本章通过对系统的做环路为叙述，进行两个环路的设计，详细的介绍了同程式水力计算的基本方法和过程。-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文参考文献1贺平,孙刚．供热工程．第三版．中国建筑出版社，1993:1～852王宇清.供热工程.哈尔滨工业大学出版社，2001：1~983陆耀庆．供暖通风设计手册．中国建筑工业出版社，1987:25～564冉春雨.供热工程.化学工业出版社，2009:24～385胡必俊.供暖散热器的选用.第二版.机械工业出版社,2008:10～206黄素逸,林秀诚.采暖空调制冷手册.北京：机械工业出版社，1996.1:56～777潘全祥.水暖工.中国建筑工业出版社，2002:45～678张健.建筑给排水工程.北京：中国建筑工业出版社，2005.1:34～789PaulL.Geiringer.Hightemperaturewaterheating.NewYorkandLondon:JohnWileyandSons,Inc.1963:47～9810徐寿波.能源技术经济学.长沙：湖南人民出版社，1981:35～8911A.C.SHayden.Choosingaheatingsystemthatsavesenergy.Homeenergymagazineonline,March/April1996:202～22212姜湘山.建筑给水排水暖通空调设计:问答实录.北京：机械工业出版社，2007：294～368-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文附录A英语原文Air-ConditioningDesignforDataCenters—AccommodatingCurrentLoadsandPlanningfortheFutureAbstractToday’smodernenterprisedatacentermustbecapableofefficientlyoperatingatcurrentaveragepowerdensitiesof30to50W/ft2(~320to540W/m2)and,baseduponindustrytrends,supportgrowthintheforeseeablefuturetoward150W/ft2(~1,610W/m2)andalsoincorporateprovisiontopossiblysupportsignificantlyhigherpowerdensitiesinlocalareas.Thispapersummarizestheindustrytrendstowardgreaterpowerconsumptionandhigherprocessingspeedserversandgivesanoverviewofcurrentandexpectedtechniquesforcoolinghighpowerconsumingcabinetsandmainframes.Thepotentialimpactofthesetrendsandnewtechniquesonthedesignoftheraisedfloorcoolingsystemwillalsobediscussed.Additionally,duringtheinstallationofnewequipmentandthemigrationofequipmentfromotherdatacenterstothenewcenter,thenewdatacenteratstart-upisoftenrequiredtooperatewithalmostnocomputingequipmentload.Thestart-upconditionscanbeanoperationalproblemforequipmentsizedtooperateatmaximumload.Inresponsetothepotentiallylargerangeofpowerdensityoperationandthehighcostsofdatacenterconstruction,themajorityofowneroperatorsplantoaccommodatethisexpectedpowerdensitygrowthinphases.Thispapersummarizestheplanningtoaccommodatethevariousloadconditionsofthemechanicalsystemsforone-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文recentlydesigneddatacenter,includingraisedfloorcooling,centralplants,andpipedistribution.1INTRODUCTIONTheair-conditioningsystemintoday'smodernenterprisedatacentermustbecapableofcontinuouslysupportingona7cays/week,24hours/day,365days/yearbasiswithcurrentpowerdensitiesaveraging30to50W/ft2(~320to540W/m2)and,basedontheindustrytrendsoffasterprocessingspeedrequirementsandhigherpowerconsumingservers,incorporateprovisionforgrowthintheforeseeablefuturetoward150W/ft2(~1,610W/m2).Inaddition,currentlyavailablecomputingequipmentcanbeconfiguredtorequiresignificantlyhigherpowerdensitiesinlocalareas.Themoderndatacentermustalsobecapableofsupportingtheselocalhigherdensitiesaswell.Forthepurposesofthispaper,powerdensitycapacityofadatacenterinW/ft2isdefinedtobethetotalelectricpowercapacityavailabletothecomputingequipmentinwattsdividedbythetotalraisedfloorareainsquarefeetofthedatacenter’scomputerroomPowerdensitycapacity(W/ft2)=totalUPSpower(W)/totalraisedfloorarea(ft2)Thecomputerroomfloorofthedatacenterwouldincorporateallofthecomputingequipment,requiredaccessforthatequipment,egresspaths,air-conditioningequipment,andpowerdistributionunits(PDUs).Theactualpowerdensityisdefinedastheactualpowerusedbythecomputingequipmentdividedbythefloorareaoccupiedbytheequipmentplusanysupportingspaceasdescribedabove.Actualpowerdensity(W/ft2)=computerpowerconsumption(W)/requiredcomputerarea(ft2)Emptyor“white”spaceshouldnotbeincludedinthecalculationoftheactualpowerdensity.Computingequipmentinthedatacenterisgenerallycomposedoflegacyrackservers,modernrackservers,bladeservers,mainframes,networkdevices,-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文andstoragedevices.Withineachofthesedifferentcategoriesofequipmenttherearenumeroustypesofcomputingdevices,manyhavingdifferentsizesanddifferentpowerandcoolingrequirements.Ultimately,thetotalpowerconsumptionontheraisedfloor(andthereforethemajorityoftheraisedfloorcoolingload)isthesumoftheactualpowerconsumptionoftheindividualcomputersthemselves.Ideally,theair-conditioningsystemdesignerwouldhaveaccesstoacompletelistidentifyingthemakeandmodelofallequipmentused,thepowerandcoolingrequirementsoftheequipment,andtheclient’spreferredequipmentarrangement.Inmanycases,thislistandplanareunavailableduringthedesignphaseofaprojectastheinformationtechnology(IT)planningforthecenterisgenerallyonadesignpathparalleltothedesignofthedatacenteritself.Oftenduringthedesignphase,theprojectdesignersareaskedtoplanforanyofthecomputingequipmentplacedanywhereontheraisedfloor.Withindefinedguidelines,thedesigncriterionisoftenthatthesupportingmechanicalandelectricalsystemsmustbeabletosupportdensegroupsofITcabinetscontainingbladeandrackserversconsumingsignificantlymorepowerandrequiringsignificantlymorecoolingthantheaveragespecifiedcoolingrequirement.Intheend,air-conditioningdesignsuccessisoftenjudgedontheabilitytocoolthesedensegroupsofhighpowerconsumingcomputersandthemainframeequipment.Complicatingthingsfurther,storageequipmentandmainframecomputershaveveryspecificrequirementsfromacoolingstandpoint(locationsofintakeandexhaustaswellasairflowandtemperature)thatgenerallyrequireadifferentcoolingapproachtothecoolingofservers.Additionally,fromtheITplanner’sstandpoint,futuregenerationsofcomputerscouldrequiresubstantialreprogrammingoftheraisedfloorandsubstantiallydifferentcoolingdistributionsystems.Theinfrastructuresystemshouldaccommodateatleastfivechangesintechnology,withtechnologychangesoccurringapproximatelyevery-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文threeyears.2DATACENTERPOWERREQUIREMENTSAsindicatedpreviously,datacenterpowerconsumptionandcoolingrequirementsareafunctionofthetypesandquantitiesofcomputingequipmenttobeinstalled.Ingeneral,thenewbladeandrackserversconsumethemostpoweronaunitareafootprintbasisfollowed,respectively,bythetapestoragedevicesandmainframes/largepartitionedserversandtapestoragedevices.Datacentersprimarilysupportingolderlegacyserversandtapestorage/retrievalprocessescanoperateatpowerdensitiesaslowas30W/ft2(~320W/m2).Datacentersprimarilyperformingprocessingoperationsusingnewserverstypicallyoperateinthe60to100W/ft2(~645to1,075W/m2)range.Standard2.2meter(86inch)ITcabinetsaresubdividedinto42U’sofavailablecomputingequipmentinstallation,withthe“U”beingtheincrementalunitheightofcomputingequipment.3DATACENTERPLANNINGGENERALThemajorityofnewcorporatedatacenterprojectsbeginwithboththemigrationofexistingequipmentandtheinstallationofnewequipment.Thisgenerallyputstheinitialdesignloadsinthe40to60W/ft2range(~430-645w/m2),althoughthepowerrequirementsatstart-upareoftenmuchless,duetothefactthatinstallationofequipmentcanberelativelyslowbutthedatacentermustbecomeoperationaluponinstallationofthefirstpieceofhardware.Multi-yearITplansaredevelopedidentifyingphased-inequipmentandprojectedloads.TheseITloadscanthenbetranslatedtoaphased-inplanforgrowthofthepowerandcoolingsystems.Themostsignificantfactorsaffectingconstructioncostofthedatacenterarethedesignpowerdensityandthelevelofreliability.Ata75W/ft2(810W/m2)designpowerdensity,theconstructioncostcanrangefrom$1000to$1500/ft2($10,750to$16,130/m2)ofraisedfloor,dependingupontherequiredlevelofreliability.Giventhehighcostsofdatacenterconstruction,thereislittle-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文reasontoconstructmechanicalandelectricalinfrastructurethatmightseelittleuseforanumberofyears.Developingphasedplansfortheinstallationofmechanicalandelectricalequipment,matchingcoolingandelectricalinfrastructuretoITrequirements,makescost-effectivesense,requiringinfrastructurecostsonlytobeexpendedwhenrequired.Inlargedatacentersthemechanicalandelectricalinfra-structurespacerequirementstosupportthepowerandcoolingneedsaresignificantrelativetothesizeoftheraisedfloor.At75W/ft2(~810W/m2)over100,000ft2(~9,300m2),theinfra-structurespacerequirementcanequalthesizeoftheraisedfloor.Ultimatelythough,themaximumpowerrequirementwillsetthephysicalsizeoftheinfrastructureandtheultimatedeliverycapabilityofthecoolingsystemsandincomingelectricalsystems.Oncethemaximumcapabilitiesoftheinfra-structureandtherequiredgrowthstageshavebeenset,thesizesandnumbersofchillers,pumps,airhandlers,andothersupportequipmentcanbedeterminedandthenthecorrespondingsizesofthemechanicalandelectricalroomsset.Duetothenatureoftheconstantelectricloadthatoccursinthedatacenter,theuseof“green”orenergy-savingmechanicalsystemshasbeenlimited.Researchintotheuseofmoreenergy-efficientair-conditioningsolutionsisongoing[2].However,whenoutdoorairtemperaturespermit,“freecooling”canbeutilizedaslongasrelativehumiditycontrolcanbemaintained.Decisionstoincreasepowerandcoolingcapabilitiesbeyondtheinitialdesignlevelswilllikelyrequireinvasiveinfrastructureexpansionorevenbuildingadditions.Wethere-forebelieveitiscriticaltoprojectpowerandsquarefootagerequirementsasfarforwardaspossibleandalsotoconsideracontingencyforunexpectedgrowth.Generally,theschematicdesignofadatacenterincludesgeneralarrangementsandone-linedrawingsshowingtheinitialandphasedgrowthofallsupportinginfrastructure.Mechanicalandelectricalinfrastructureshouldbeinalignmentfromapowerandcoolingcapabilitystandpoint.Excesscapabilityof-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文eitherplantgenerallycannotbetakenadvantageofandisusuallyapoorinvestment.Oncethespecificinfra-structuresystemsandtheinitialbuilddensityhavebeendeter-mined,futureincrementsofgrowthshouldbeplannedforusingmodulesoftheinitiallyselectedequipmentandinstalledwithoutinterruptionofanyoftheoperatinginfrastructure.4HUMIDIFICATIONANDPRESSURIZATIONControlofhumiditywithinthedatacenterisessentialtoensuringproperoperationoftheITequipment.Humiditylevelsthataretoolowcancauseastaticelectricdischarge.Humiditylevelsthataretoohighcancausemediafailuresintapedevicesandothertypesofequipmentfailures.CRAHunits,whichperformrelativehumiditycontrolusingbuilt-inreheatandhumidificationequipment,canworkagainsteachother(someunitsinheatingandothersincooling)whencontrolsetpointsarenotidenticalandcontroltolerancesaretoosmall.Thisscenariocanalsooccurevenwithallunitsoperatingwithsimilarsetpointsanddead-bandswhencontrolsensorsareoutofcalibrationordifferentareasofthedatacenteroperateundersignificantlydifferentelectricalpowerdemands.Toeliminatethepossibilityofthispotentiallyenergy-wastingscenario,thesubjectdatacentereliminatedtheelectricreheatcoilsandhumidificationfromtheCRAHunitsandincorporatedcentralstationairhandlers(AHUs)thatservedtoprovidehumidificationtothedatacenterandaminimumreheatcapability.TheAHUsalsoservedtointroduceoutdoorairasnecessarytoventilateandpressurizethedatacenter.Positivepressurizationofthedatacenterminimizesairinfiltrationalongwithpotentialpollutantsthatcouldnegativelyaffectthecomputingequipment.Tofurtherminimizeeffectsoftheoutdoorenvironment,thesubjectdatacenterwasconstructedcompletelyinternaltothebuilding(nocommonexteriorwall),withvaporbarriersprovidedonthedatacenterwallsaswellastheentirebuildingperimeter.Airlockswerealsoprovidedatallentrancestothecorridorsthatsurroundedthedatacenter.-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文At319.8MBH(93.7kW)ofcapacity,thecoolingcoilsoftheCRAHunitsoperatewithvirtuallynolatentcooling.Basedonthis,thedatacenterwilloperatewithminimalrequirementforhumidificationuntilahigh-densityrequirementcausesanumberoftheunitstooperateatfullload.AnanalysisoftheITplanshowedthatasignificantportionoftheload(1875kW)couldbehigh-densitycabinets,ultimatelyrequiringaminimumof17unitsoperatingatfullload(397MBH(116.5kW)sensiblecoolingand24MBH(7.0kW)latentcooling.Thiscorrespondstoatotallatentloadof408MBH(119.6kW)(17units×24MBH[~7.0kW]each),whichrequiredamaximumof384#/h(2.9kg/s)ofsteam.Tomeetthismaximumrequirement,eachoftheAHUswasfurnishedwithultrasonichumidifiers,eachcapableofmeetingthisload.Tocontrolhumiditywithinthedatacenter,thereturnairrelativehumidityandtemperatureinthereturnairtotheAHUswasmeasuredandconvertedtoanabsolutehumidity,ingrainsofmoistureperpoundofdryair.Humidificationisthenenabledasnecessarytoensurethatthedatacenterremainswithinanacceptablerangeofabsolutehumidity.5SUPPORTINGMECHANICALINFRASTRUCTUREThesubjectdatacenterwasinitiallyplannedforthreephasesofoverallgrowth:phase1–50,000ft2(4,650m2)at50W/ft2(~540W/m2),phase2–100,000ft2(9,300m2)at50W/ft2(~540W/m2),andphase3–100,000ft2(9,300m2)at75W/ft2(~810W/m2).Althoughthelargestcomponentoftheair-conditioningloadistheelectricalpowerthatpowerstheITequipment,therearenumerousothercomponentstotheloadthatsignificantlyincreasetheloadoverthatrequiredtodirectlysupporttheITequipment.Anaccuratesummaryofallcomponentsoftheloadthroughallphasesofgrowthisnecessarytoensurethatallair-conditioningrequirementscanbemetbothatstart-upandthroughoutallphasesofthegrowth.Additionally,theinfrastructureisnormallyplannedsuchthatmechanicalandelectricalequipmentisaddedas-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文theloadgrows.Aswellasdesignloads,theair-conditioningsystemneedstobeabletooperateatstart-upwithminimalITequipmentinthedatacenter.Thisrequiresanaccurateanalysisoftheloadsatstart-uptoensurethattheequipmentselectedcanalsooperateproperlyattheminimumload.Manyoftheindividualloadsthatcomposethetotalair-conditioningloadofadatacenteraretypicalofthosefoundinofficeorinstitutionalbuildings,buttherearealsoanumberofotherloadsthatareeitheruniquetothedatacenterorsignificantlylarger.Typicaltotheconventionalbuildingareskin,lighting,andpersonalventilationloads.Theseloadsaregenerallylessthanthosefoundinotherbuildings,asdatacenterfunctionsrequirenowindows,overalllowerlighting,andminimalpersonalventilationduetotheminimumstaffingrequirementstooperateacenter.Loadsuniqueorsignificantlylargerthanthosefoundinacommercialbuildingincludeuninterruptiblepowersupplies(UPS),batteryroomventilation,andtransformers.Themoderndatacentercontainsnumerousseparateelectricaltransformersthatservetostepdownvoltagefromtheutilitytotheemergencypowergenerationlevel,theUPSequipment,themechanical,andthecomputingequipmentitself.LoadbanktransformersarenormallydatacenterrequirementsaswelltopermittestingoftheUPSequipment.ToprovideaTier4(systemplussystem,dualpath)mechanicalandelectricalinfrastructuresystemthatcanprovide75W/ft2(~810W/m2)ofpowerover100,000ft2(9,300m2),thesubjectdatacenterrequiredabout100,000ft2(9,300m2)ofsupportinginfrastructurespace.ThisspaceincludedUPSandbatteryrooms,numerouselectricalrooms,andindoorcentrifugalchillerandemergencygeneratorpowerplants.Typically,thetotalsquarefootageofthefacilityisbuiltatdayoneandthebuildinglitandair-conditioned.Thecombinedlightingandskinloadsinthesubjectdatacentervaryfrom4to6W/ft2(~43to65W/m2)overthe200,000ft2(18,600m2)facility(depending-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文uponlocationinthefacility)andareminimalwhencomparedtothefullgrowthloadof75W/ft2(~810W/m2)overthe100,000ft2(9,300m2).Theseloadsareonlyslightlymoresignificantwhencomparedtothestage1loadof50W/ft2(~540W/m2)over50,000ft2(4,650m2).IfminimalITloadisavailableatstart-up,theskinandlightingloadswillcomposethemajorityoftheair-conditioningload.Air-conditioningequipmentsizedforoperationatthemaximumdesignloadsissignificantlyoversizedforcool-ingwithoutanITloadandpossiblynotcapableofoperationatallwithoutsomeITload.Generally,datacentersareconstructedwithanofficecomponentthataddstotheinitialrequiredair-conditioningload.Athoroughanalysisofboththemaximumandminimumloadsisthereforerequiredduringdesigntoensurethattheselectedequipmentissuitableforoperationoveritstotalexpectedoperatingrange.Whentheoperatingloadsmeetthedesignloads,themajorityoftheair-conditioningrequirementistosupporttheelectricalloads.Inadditiontoprovidingthedesignair-conditioningrequirementontheraisedfloor,theair-conditioningsystemmustalsocoolanumberofelectricaldevices,themostsignificantofthesebeingtheUPS.TheUPSconvertstheincomingACpowertoDCandbacktoACforthepurposesofpowercleaningandintheprocessrejectsupto8%oftheincomingelectricalpowerasaheatload.Additionally,numeroustransformersstepdownpowerfromtheincomingvoltagetothe208or120voltsusedbytheITequipment.TransformerssteppingdownthevoltagetothevoltageusedbytheUPS(normally480volt)areoftenlocatedintheUPSroomsthem-selves.ThetransformerssteppingdownfromtheUPSvoltagetothevoltageusedbytheITequipment(208or120volts)areoftenlocatedontheraisedflooritself.Transformersgenerallyrejectupto2%ofthesteppeddownenergyasheat.Additionalelectricaltransformersalsostepdownthevoltagetothatusedbythemechanicalequipmentandothernon-ITloads.Forthesubjectdatacenter,thesetransformerswerelocatedinseparatemechanicalsubstations,sizedat1.2-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文timestheUPSpowerrequirement.Additionaltransformers(inthiscaselocatedoutside)werealsoprovidedtostepdownthevoltagefromtheutilitysupplyvoltagetothatusedbytheemergencygenerators.Additionally,480voltloadbankswereprovidedfortest-ingoftheUPSsystem.TheseloadbanksareprovidedwithdedicatedtransformersandarenormallysizedtosupportthecapacityofoneUPSplant.Thisloadisarelativelysmallpercentageofthetotalloadinalargecenter,sinceitoccursonlyduringtesting,butifthistransformerisinstalledindoors,itisimportanttoprovideadequatecoolingtopreventlocaloverheatingoftheroomduringUPStesting.Asidefromtheventilationtosupportthedatacenteroperatingpersonnel,thereareanumberofventilationrequirementsthatcanaddtotherequirementsofacentralcoolingplant.Theseincludetheventilationrequiredtomaintainthedatacenter,UPS,andotherelectricalroomsatpressuresslightlypositivetotheadjacentspaces.Also,themajorityofbuildingcodesrequirebatteryroomventilationattherateof1cfm/ft2(5L/sperm2)ofbatteryroomfloorarea.Thesubjectdatacenterincorporatedsixbatteryroomsataminimumcontinuousventilationrateof2,250cfm(~1060L/s)each.Table2summarizesthemaximumair-conditioningrequirementsforthesubjectfacility.ThedatacenterloadsincludeCRAHlatentandfanheataddedtothechilledwaterplantandthereforecausetheseloadstobeslightlyhigherthanthedirectUPSpowertotheraisedfloor.Aswellastrans-formerlosses,theelectricallossesalsoincludemotorinefficienciesinthechillerrooms,whichwereair-conditioned.Thesubjectprojectincorporatedopen-drivemotorsonthechillersandthereforecreatedasignificantheatloadinthechillerroomitself.Skinandlightingloadsareidentifiedfortheentirefacility,andtheventilationloadistabulatedseparately.Withchilledwaterfromtwocentralplantsina2Nconfiguration(tomeetafault-tolerantdesigncriteria),1200tons(4,219.2kW)wasdeterminedtobetheinitialmaximumloadforphase1,aswellasthepreferredchillersizeforfuture-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文installations.TheinitialmaximumsummertimeloadwithoutITequipmentwasdeterminedtobenomorethan270tons(949.3kW).Interfacingthechilledwatercentralplanttotheraised-floorcoolingsystemisthepipingsystem.Tobeabletoquicklysupporttheadditionofair-conditionersasthedatacenterloadgrows,itisstandardpracticetoinitiallyinstallthepipingsystemsfullycapableofmeetingthemaximumdesignload.Twoapproachesareavailabletoprovideafault-tolerantpipingsystem.Thefirstistoprovidedualchilledwatersupplyandreturntoallair-conditionersandthesecondistoinstallchilledwatersupplyandreturnpipingloopsaroundalloftheair-conditioners.Thefirstapproachmakesavailablecompletelyredundantsupplyandreturnpipingsystemstoallequipmentintheeventoffailureoraplannedmaintenanceoutageofoneofthetwopaths.Thesecondapproachutilizesisolationvalveswithinthepipinglooptopermitallequipmenttobefedfromeitherdirectionoftheloopintheeventthatoneportionoftheloopfailsorhastoundergoaplannedoutage.Thesubjectdatacenter,utilizingtheloopedapproach,alsohadtoaccommodateanyportionsofthedatacenteratoperationofapproximately130W/ft2(~1,400W/m2).Unfortunately,duringthedesignthelocationofthehigh-densityequipmentwasunknown;consequently,themajorityofthedatacenter’spipingloopwasdesignedandtheninstalledinphase1tobeabletoaccommodatea130W/ft2(~1,400W/m2)load.Ideally,theareasofhighdensitywouldbeknownduringdesign,allowingthepipesystemtobedesignedandthenbalancedtoaccommodatethevaryingpowerdensities.Inthecaseofthesubjectdatacenter,theinitialwaterbalancewillevenlydistributewateramongalltheunits.Ultimately,rebalancingwillberequiredtoaccommodatethehigh-densityenvironment.Asflowtotheair-conditioningunitsduringnormaloperationisfromtwodirections,caremustbetakenwhensizingthesystemtoensurethattheASHRAE-recommendedminimumpipevelocitiescanbemaintainedduringnormaloperation.Pipesizes-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文inboththeloopedandfour-pipesystemsaregenerallysmallerthanthosefoundinconventionaltwo-pipesystems.6SUMMARYPlanninganddesignoftheair-conditioningsystemforadatacenterrequiresathoroughunderstandingofthetypesofcomputingequipmenttobecooled,theinitialandexpectedpowerdensities,andanyrequirementstosupportlocallyhigherpowerdensities.Thesecriteriaarethenusedtodesigntheraisedfloorcoolingsystem,centralplant,andpipingsystems.Theraisedfloorcoolingsystemitselfshouldtakeintoaccountthatdistributioncabinetsofservers,mainframecomputers,andstorageapplicationdeviceseachhavedifferentcoolingrequirementsthatneedtobeseparatelyaddressed.Additionally,areasofhigh-densityequipmentcouldrequiresignificantlymoreairthanotherareasofthedatacenterorpossiblyalternativecoolingtechnologiesjustnowcomingtomarketornotasyetdeveloped.Thedesignmustbeflexibleenoughtoaccommodateseveraltechnologychangesduringthelifeofthefacility.Insomecasestheinitialstart-upandfirstyearofoperationofthedatacentercouldrequirethemechanicalsystemstooperatewithlittleornocomputingequipmentload.Successfulcentralorcoolingplantdesignmustbeabletoaccommodatethislowpartial-loadoperationifrequired.7REFERENCES[1].TheUptimeInstitute.2000.HeatDensityTrendsinDataProcessingComputerSystemsandTelecommunicationsEquipment[2].LawrenceBerkeleyNationalLaboratory.[3].ITileFlowversion1.7.InnovativeResearch,Plymouth[4].Floventversion4.1.Flometrics.[5].ThermalGuidelinesforDataProcessingEnvironments.Atlanta:AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers,Inc.[6].Sullivan,R.2002.AlternatingColdandHotAislesPro-videMoreReliableCoolingforServerFarms.-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文附录B中文翻译数据中心空调系统设计,适应当前的负载和对未来的规划摘要：今天的现代企业数据中心必须能够有效地操作目前的平均功率密度30到50W/ft2(~320-540W/m2),根据行业趋势,支持经济增长在可预见的未来对150W/ft2(~1610W/m2),也将提供在当地地区可能支持更高的功率密度。本文总结了行业趋势更大的能源消耗和高处理速度的服务器和概述当前和预期的技术冷却高功率消耗橱柜和大型机。这些趋势和新技术的潜在影响地板的设计冷却系统也将被讨论。此外,在新设备的安装和设备从其他数据中心的迁移到新中心,新数据中心运营所需的启动往往是几乎没有计算设备负载。可以是一个启动条件对设备的操作问题运行在最大负载。为了应对潜在的大范围的功率密度操作和数据中心的高成本建设,大部分业主运营商计划来满足这个预期的功率密度的增长阶段。本文总结了规划,以适应不同负载条件下的机械系统的一个最近的数据中心设计,包括地板冷却,中央工厂,管道分布。1介绍空调系统在今天的现代企业数据中心必须能够不断支持7座珊瑚礁/星期,24小时/天,365天/年基础与当前功率密度平均30到50W/ft2(~320-540W/m2),行业趋势的基础上更快的处理速度的要求和更高的功率消耗服务器,将提供的增长在可预见的未来对150W/ft2(~1610W/m2)。此外,现有的计算设备可以配置需要在当地地区更高的功率密度。现代数据中心还必须能够支持这些地方更高的密度。对于本文的目的,功率密度W/ft2数据中心的能力被定义为总电力容量计算设备可用在瓦茨除以总地板面积平方英尺的数据中心机房的功率密度(W/ft2)=总容量UPS电源(W)/地板总面积(ft2)数据中心的机房地板将把所有的计算设备,需要访问设备,疏散路径,空调设备,配电单元(pdu)。实际功率密度的定义是使用的实际功率除以面积计算设备的设备以及任何支持空间如上所述。实际功率密度(W/ft2)=电脑所需能耗(W)/区域(ft2)空的或“白色”空间不应包括在计算实际的功率密度。-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文计算设备在数据中心通常是由遗留机架服务器,现代机架服务器、刀片服务器、主机、网络设备和存储设备。在每个不同类别的设备有很多类型的计算设备,许多有不同大小和不同的电力和冷却需求。最终,地板上的总耗电量(因此大多数地板冷负荷)的总和个人电脑本身的实际功耗。理想情况下,空调系统设计将获得完整列表识别和模型使用的所有设备,设备的电力和冷却要求,安排客户的首选设备。在许多情况下,这个列表和计划不可用在项目的设计阶段的信息技术(IT)规划中心通常在设计道路平行数据中心本身的设计。通常在设计阶段,项目设计师要求计划的计算设备放置在地板的任何地方。内定义的指导方针,支持的设计标准通常是机械和电气系统必须能够支持密集组柜包含叶片和机架服务器消耗的更多能力比一般的指定和要求更多的冷却降温要求。最后,空调设计成功常常被认为是这些致密组织冷却能力的高功率消耗电脑和主机设备。进一步复杂化的事情,存储设备和大型计算机有非常具体的要求从冷却的角度来看(进气和排气的位置以及气流和温度),通常需要一个服务器的不同冷却方式冷却。此外,从它规划师的角度来看,未来的计算机可能需要实质性重组的地板和显著不同的冷却分布系统。基础设施系统应该满足至少5技术的变化,技术变化发生大约每三年。2数据中心的电力需求正如前面指出,数据中心的能耗和冷却需求函数的类型和数量的计算设备安装。一般来说,新刀片和机架服务器能耗最随后在单位面积排放量的基础上,分别由磁带存储设备和主机/大分区的服务器和磁带存储设备。数据中心主要支持旧的服务器和磁带存储/检索过程可以在功率密度低至30W/ft2(~320W/m2)。数据中心主要执行处理操作使用新服务器通常运行在60到100W/ft2(~645-1075W/m2)范围内。标准2.2米(86英寸)柜分为42U的可用的计算设备安装、“U”是增量单元计算设备的高度。3数据中心一般规划大多数新企业数据中心项目开始迁移现有的设备和安装新设备。这通常将初始设计加载在40-60W/ft2范围(~430-430W/m2),尽管电力需求在启动往往少得多,因为设备安装可以相对较慢但数据中心必须成为第一硬件的安装操作。多年开发计划确定中长期逐步设备和预计的负载。这些它加载可以翻译中长期逐步规划发展的电力和冷却系统。最重要的工程造价影响因素的数据中心设计功率密度和可靠性水平。在75W/ft2(810W/m2)设计功率密度、建设成本的范围可以从1000美元到1500美元/ft2(10750--71- 哈尔滨理工大学学士学位论文16130美元/平方米)的地板,取决于所需的可靠性水平。考虑到数据中心建设的高成本,几乎没有理由构建机电基础设施,可能看不到使用许多年了。发展阶段性计划机电设备的安装,匹配的冷却和电力基础设施的需求,具有成本效益的意义,需要基础设施成本仅在需要时被消耗。在大型数据中心机电infra-structure空间需求支持电力和冷却需求显著的相对于地板的大小。在75W/ft2(~810W/m2)超过100000ft2(~9300平方米),infra-structure空间需求可以平等的活动地板的大小。最终,最大功率的要求将基础设施的物理尺寸和最终交付能力的冷却系统和电气系统。一旦infra-structure的最大功能和所需的经济增长阶段,冷却装置的大小和数量,水泵、空气处理程序,以及其他支持设备可以确定,然后相应的机械和电气房间大小设置。由于恒电负载的性质,发生在数据中心,“绿色”或节能机械系统的使用是有限的。研究使用更节能的空调解决方案正在进行[2]。然而,当室外空气温度允许,可以利用“自由冷却”只要能保持相对湿度控制。决定增加电力和冷却能力超出了初始设计水平可能都需要侵入性基础设施扩张,甚至增加。加快相信这是项目的关键力量和面积要求尽可能远向前并考虑应急意外增长。一般来说,数据中心的方案设计包括总体安排和单行图纸显示的初始和逐步增长的支持基础设施。机械和电气基础设施应在对齐从电力和冷却功能的角度来看。能力过剩的植物通常不能被利用,通常是一个糟糕的投资。一旦特定infra-structure系统和初始构建密度蹊,未来的增长增量应该计划使用最初选定的设备和安装的模块没有中断的操作基础设施。4加湿和增压控制数据中心内的湿度必须确保IT设备的正确操作。湿度太低能导致静电放电。湿度过高会导致媒体失败磁带设备和其他类型的设备故障。CRAH单位,使用内置执行相对湿度控制再热及加湿设备,可以互相(有些单位在加热和冷却)当控制设置点不相同和控制公差太小了。这种情况也会发生甚至与所有单位操作类似的设置点和dead-bands当控制传感器的校准或不同地区的数据中心运营下明显不同的电力需求。消除这种潜在的可能性耗能的场景中,这一主题数据中心消除了电加热线圈和从CRAH单位和注册的中央车站的空气加湿处理程序(AHUs),为数据中心提供加湿和最低再热能力。AHUs也曾介绍必要的室外空气通风和增压数据中心。数据中心的正压减少空气渗透以及潜在的污染物,可能影响计算设备。进一步减少室外环境的影响,这一主题数据中心内部构造完全(不常见的外墙),与蒸汽壁垒提供数据中心墙上以及整个建筑周边。空气锁也提供所有入口包围了数据中心的走廊。-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文冷却线圈CRAH单位的运作几乎没有潜在的冷却。在此基础上,数据中心将以最小的要求加湿,直到一个高密度的需求导致很多单位在全负荷运转。它计划的分析显示,很大一部分的负载(1875千瓦)可以高密度橱柜,最终需要至少17单元操作在满载(397MBH(116.5kW)明智的冷却和24MBH(7.0kW)潜在的冷却。这对应于总潜在负载408MBH(119.6kW)单位(17×24MBH(~7.0kW)每个),需要最多384#/小时(2.9公斤/s)的蒸汽。最大限度地满足这一要求,每个AHUs配有超声波加湿设备,每个会议这个负载的能力。控制湿度在数据中心内,返回空气相对湿度和温度的回风AHUs测量并转换为绝对湿度、水分每磅谷物的干燥的空气。加湿然后启用是必要的,以确保数据中心仍在可接受范围内的绝对湿度。5支持机械基础设施主题数据中心最初计划在整体经济增长的三个阶段:阶段1-50000ft2(4650平方米)50W/ft2(~540W/m2)、阶段2-100000ft2(9300平方米)50W/ft2(~540W/m2),和-100000年三期ft2(9300平方米)75W/ft2(~810W/m2)。虽然空气的最大组成部分调节负载供电的电力设备,有许多其他组件的负载显著增加负载,直接支持它所需的设备。准确的总结所有组件的负载通过所有阶段的增长是必要的,以确保所有空调需求可以在启动和发展的所有阶段。此外,基础设施通常是计划这样机电设备添加随着负荷的增长。以及设计负荷、空调系统需要能够运行在启动用最少的设备的数据中心。这需要一个精确的分析加载在启动,以确保设备的选择也能正常运转的最小负荷。许多个人组成总空气——空调负荷加载数据中心是典型的在办公室或机构发现建筑,但也有其他一些负载,独特的数据中心或明显增大。典型的传统建筑是皮肤、照明、通风和个人负担。这些负载通常比其他建筑,随着数据中心的功能要求没有窗户,总体上较低的照明,和最小的个人通风由于最低运营中心人员配备要求。加载独特或明显大于那些商业建筑包括不间断电源(UPS)、电池室通风,和变形金刚。现代数据中心包含众多单独的变压器,为下台电压从工具到紧急发电水平,UPS设备,机械和计算设备本身。负载变压器通常银行数据中心需求也允许测试的UPS设备。提供一个4层(系统以及系统、双路径)机电基础设施系统,可以提供75W/ft2(~810W/m2)的权力超过100000ft2(9300平方米),数据中心需要大约100000ft2(9300平方米)的支持基础设施空间。这个空间包括UPS和电池房间,许多电气房间,和室内离心式冷水机组和应急发电机发电厂。通常,该设施的总建筑面积是建立在第一天和建筑灯光和空调。合并后的照明和皮肤加载主题数据中心中的不同4至6W/ft2(43~65W/m2)在200000年ft2(18600平方米)设施(设备)根据位置和很小的全部负荷增长相比,75W/ft2(~810W/m2)在100000年ft2(9300平方米)。相比这些加载只是稍微重要的阶段1负载50W/ft2(~540W/m2)超过50000ft2(4650平方米)。如果最小负载可以在启动、皮肤和照明负荷组成的大部分空调负荷。空调设备的操作在最大设计负荷显著没有负载超大冷库，-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文可能不能够操作没有一些负载。一般来说,数据中心是由一个办公室组件，增加了空调负荷所需的初始。全面分析的最大和最小负荷因此要求在设计确保所选设备适用于运行超过其总预期工作范围。操作负载达到设计负荷时,大部分的空调需求是支持电子负载。除了提供空调设计要求在活动地板,空调系统也必须冷静一些电气设备,其中最重要的是UPS。UPS将传入的交流电源转换成直流和回到AC电源清洁的目的,在此过程中拒绝了高达8%的输入电源热负荷。此外,许多变压器下台电源从传入到208或120伏电压使用的设备。变形金刚辞职所使用的电压,电压UPS(通常480伏特)通常位于UPS房间把自己当做。UPS的辞职变压器电压的电压使用的IT设备(208或120伏)通常位于地板本身。变形金刚一般拒绝多达2%的能源辞去热量。额外的变压器也下台电压使用的机械设备和其他非it负载。为主题的数据中心,这些变形金刚是位于单独的机械变电站,大小的UPS电源要求的1.2倍。额外的变形金刚以外(在本例中)也提供下台实用电源电压的电压使用的应急发电机。此外，480伏加载银行提供test-ingUPS系统。这些负载银行提供专用变压器,一般大小的支持一个UPS设备的能力。这个负载是一个相对较小的比例的总负载在一个大的中心,因为它只发生在测试期间，但如果这变压器安装在室内,重要的是要提供足够的冷却,防止局部过热UPS测试期间的房间。除了通风来支持数据中心操作人员,有大量的通风需求,可以添加到中央冷却装置的要求。这些包括维护数据中心所需的通风、UPS等电气房间压力略积极相邻的空间。此外,大多数建筑规范要求电池室通风1cfm/ft2的速度(每平方米5L/s)的电池室面积。主题数据中心整合六个电池房间至少连续通风率2250cfm(~1060L/s)。最大空调要求设施。数据中心负载包括CRAH潜热通量和粉丝热添加到冷冻水植物,因此导致这些加载略高于直接UPS电源地板。以及trans-former损失,电气损失还包括电机冷却器的低效率的房间,有空调。主题项目合并open-drive汽车冷却装置,因此创建了一个重要的热负荷在冷却室本身。皮肤和照明负荷确定整个设施,通风负荷是单独列表。与冷冻水从2n中的两个重要的植物配置(满足容错设计标准)、1200吨(4219千瓦)确定第一阶段的初始最大负载,以及未来的首选冷却器尺寸安装。没有它最初的最大夏季负荷设备决心不超过270吨(949.3kW)。-71- 哈尔滨理工大学学士学位论文接口的冷冻水中央工厂raised-floor冷却系统管路系统。能够快速支持添加数据中心的空调负荷的增长,这是标准的做法最初安装管道系统完全能够满足最大设计荷载。两种方法都可以提供容错管路系统。第一个是提供双重冷冻水供应和返回所有空调和第二个是安装冷冻水供应和回流管道循环周围所有的空调。第一种方法提供完全冗余的供应和回流管道系统所有设备在发生故障或维护停机计划两条路径之一。第二种方法利用隔离阀在管道内循环来允许美联储所有设备从两个方向循环的事件,一个循环的部分失败或接受计划停机。数据中心,利用循环的方法,还必须适应任何部分的数据中心运行约130W/ft2(~1400W/m2)。不幸的是,在设计高密度设备的位置是未知的,因此,大多数数据中心的管道循环设计,然后安装在第一阶段能够容纳130W/ft2(~1400W/m2)负载。理想情况下,高密度区域,将在设计,使管道系统设计,然后平衡以适应不同功率密度。在数据中心主题的情况下,初始水平衡将水均匀地分布在所有的单位。最终,再平衡需要容纳高密度环境。流到空调设备在正常操作,可以从两个方向时必须小心上浆系统确保ASHRAE-recommended最小管速度能保持在正常操作。管大小循环和four-pipe系统通常是小的比传统的双管系统。6总结空调系统的规划和设计数据中心需要一个彻底的理解类型的计算设备冷却,最初的和预期的功率密度,和任何需求支持本地更高的功率密度。然后使用这些标准设计地板冷却系统,中央工厂,和管道系统。地板冷却系统本身应该考虑配电柜的服务器,电脑主机和存储应用程序设备各有不同的冷却需求,需要单独处理。另外,高密度的设备可能需要的地方空气比其他地区的数据中心或替代冷却技术刚刚进入市场尚未开发。设计必须足够灵活以适应几个技术变化的生活设施。在某些情况下最初的启动和运行的第一年的数据中心需要机械系统与很少或没有计算设备负载操作。成功的中央或冷却装置设计必须能够适应这种低部分载荷操作如果需要。7参考文献[1]。正常运行时间研究所。2000。热量密度的趋势数据处理计算机系统和通信设备[2]。劳伦斯伯克利国家实验室。[3]。ITileFlow1.7版。创新研究,普利茅斯[4]。Flovent4.1版。Flometrics。[5]。热数据处理环境指南。亚特兰大:美国采暖、制冷和空调工程师、公司。[6]。沙利文,r.2002。交替冷热通道能提供更可靠的冷却服务器农场。-71-