年機柜市場分析：電子機柜專用空調機組設計要點在2025年，隨著信息技術的飛速進展，機柜市場呈現出穩步增長的態勢。據相關數據統計，全球機柜市場規模已達到100億元，年增長率保持在8%左右。其中，電子機柜作為數據中心、通信基站等關鍵基礎設施的重要組成部分，其市場需求尤為突出。為了滿意電子機柜在高溫、高濕、霉菌、鹽霧等惡劣環境下的散熱需求，專用空調機組的設計與應用成為行業關注的焦點。本文通過對某型專用空調機組的設計分析，探討其在電子機柜中的應用效果，為從業者供應參考。

一、機柜專用空調機組的設計要求

《2025-2030年中國機柜行業重點企業進展分析及投資前景可行性評估報告》電子機柜專用空調機組的設計要求嚴格，以確保在惡劣環境下穩定運行。該型專用空調機組的設計要求包括：供風溫度(23±2)°C，相對濕度≤55%，風量1100m3/h，機外余壓550Pa，電子機柜熱負荷3.2kW，海水進水溫度35°C。主要設備組成包括風機、壓縮機、臥式殼管式水冷冷凝器、翅片式蒸發器、熱力膨脹閥、電加熱或翅片式冷凝回熱器等部件。這些部件的協同工作，確保了空調機組能夠有效掌握機柜內的溫度和濕度，滿意電子設備的運行需求。

二、機柜專用空調機組的風機選型

機柜市場分析提到風機選型是機柜專用空調機組設計的關鍵環節之一。依據風量和壓損，結合風機適裝環境，如噪聲指標和材質要求，可以對風機進行初步選型。若研制要求中未供應風量指標，風量可通過以下兩種方法計算，并選取其中最大值：

依據標準機房空調選型風量計算：Qf1=nV其中，Qf1為設備需要的通風量，m3/h;n為每小時循環次數，取30~40次;V為機柜容積。

依據發熱量潛在推導，密閉機柜常見通風量的近似計算式為：Qf2=3.1ΔtP其中，Qf2為設備需要的通風量，m3/h;P為機柜的總損耗功率，W;Δt為整機與分機的高溫環境之差，°C，一般取Δt≤14°C(依據風機風量的冗余度和節能需求常規選擇10~12°C)。

風量確定后，風機靜壓取值需設置肯定的冗余量，冗余量可依據專用空調機組內部壓損及風系統管路壓損校核的結果確定。例如，本文中靜壓要求550Pa以上：專用空調機組內部壓損合計約為150Pa，密閉電子機柜的壓損合計約150Pa，風系統管路壓損約250Pa。通過計算校核，實際因風管管路的加長造成風管壓損超過550Pa，風機靜壓(機外余壓)值需大于850Pa方能滿意要求。最終選用GXL-200G型船用離心通風機(功率1.5kW，風量1800m3/h，靜壓1180Pa)。

三、機柜專用空調機組的蒸發器與冷凝回熱器設計

當大氣的相對濕度大于65%時，將引起金屬腐蝕。試驗表明，鐵的腐蝕臨界相對濕度為65%，鋅的腐蝕臨界相對濕度為70%。本文中密閉式電子機柜環境掌握要求供風溫度為(23±2)°C，相對濕度≤55%。回風通過蒸發器溫度下降至露點以下，空氣中的水蒸氣凝聚析出，肯定含濕量降低，相對濕度在90%以上，再通過冷凝回熱器和風機工作的熱負荷疊加作用進行升溫，相對濕度得以下降，直至滿意23°C/≤55%的要求。

依據電子機柜熱負荷、風量、漏風率(GJB9289—2022《艦載雷達密閉機柜專用空調機組規范》規定允許的漏風率3%，漏風率取值與制冷量計算結果相關，考慮到現場安裝的一般特點，可適當取5%)、供風溫度、濕度、環境最惡劣狀態的各項參數，由專用空調機組計算流程圖(見圖2)最終計算出蒸發器制冷量為7.7kW，總回熱量為3.3kW，冷凝回熱器的換熱量為1.8kW。特殊留意的是，設備在空載狀況下，除濕后回熱需求最大，總回熱量為4.9kW，此時冷凝回熱器的換熱量為3.4kW，故冷凝回熱器的換熱量設計取最大值3.4kW。

四、機柜專用空調機組的壓縮機選型

壓縮機選型是依據蒸發器的制冷量、蒸發溫度(蒸發器末端出風溫度依據熱力學計算為14°C，其蒸發溫度取值為蒸發器末端出風溫度減10°C，取4°C)、冷凝器的冷凝溫度(殼管式冷凝器取值為冷水出水溫度加5°C，而冷凝器的進出水溫差預設為4°C，故取44°C)進行的。一般狀況下，制冷量約5kW時采納轉子壓縮機;制冷量為5~70kW時采納渦旋壓縮機;制冷量約200kW時采納活塞壓縮機;制冷量為150~1400kW時可以考慮采納螺桿式或者離心式壓縮機。本機選用ZR34K3-TFD型渦旋制冷壓縮機，功率2kW。

五、機柜專用空調機組的冷凝器設計

專用空調機組采納海水冷卻的形式，多采納殼管式冷凝器。與海水直接接觸的部件如冷凝器換熱管、外圍海水管路采納耐海水腐蝕的BFe30-1-1材料;管板由于一面與制冷劑接觸、另一面與海水接觸，其材料可采納不銹鋼和BFe30-1-1的爆炸復合板，端蓋可使用鑄鋁青銅鑄件。依據蒸發器的制冷量、壓縮機的功率及滿負荷工作狀態下冷凝回熱器帶走的熱負荷(系數取0.8)，可知水冷冷凝器的換熱量為8.3kW。

六、機柜專用空調機組的電加熱選型

電子機柜的工作溫度是影響設備正常運行的重要因素之一，過高或過低的溫度都會對設備帶來影響。電加熱不參加制冷循環的回熱過程，只作為低溫環境中提高系統環境溫度的手段。依據低溫環境、漏風率、溫升速度和目標溫度，計算出電加熱的功率。

七、機柜專用空調機組的膨脹閥選型

膨脹閥選型是依據蒸發器制冷量、蒸發溫度、冷凝溫度、制冷劑類別確定的。本機選用TDEX-3型熱力膨脹閥。

八、機柜專用空調機組的管徑設計

依據設備制冷量及流程圖各個狀態點的參數特征：過冷度、溫度、壓力、比焓和比體積，以及管路中的制冷劑流速要求，利用Excel計算出制冷系統的管徑。結合壓縮機的進出口接管規格、膨脹閥的接管規格，對制冷系統管路管徑作初步設計。管路安裝時應留意，吸氣水平管應順著制冷劑流向設置3‰的斜率傾向壓縮機，排氣水平管應設置1‰的斜率傾向冷凝器，豎直管路較長時應設置U形回油彎。同時制冷系統管路最低處需高于潛在積液面，以防止液體浸泡管路，造成管路的腐蝕。且安裝時需盡可能繞開上部水管路潛在漏液處，無法避開時宜可采納耐高溫塑料愛護套管防護。

九、機柜專用空調機組的換熱器設計

翅片式蒸發器、翅片式冷凝回熱器、殼管式水冷冷凝器各部件的換熱量、結構形式、換熱銅管管徑、合適的風速/水流速度等確定后，可根據《小型制冷裝置設計指導》進行結構設計并校核計算。

十、機柜專用空調機組的制冷劑充注量計算

設備制造完成后，制冷劑充注量會直接影響制冷量。充注量不足時，制冷量不足;充注量過量，壓縮機功耗增加，制冷量先增大后減小。充注量可依據理論計算進行初步估算，通常首先計算出蒸發器、冷凝器、冷凝回熱器、液體管路的有效容積，然后依據制冷劑的容量系數閱歷值0.25、0.3、0.3、1算出總容積，再考慮20%的余量，估算出制冷劑的充注量。估算的充注量可以指導生產裝配，但最終合理的充注量還需在試驗過程中進行測試確認，比如模擬工況試驗狀態下檢測冷凝器出口液體過冷度或壓縮機進口吸氣過熱度是否滿意要求。

十一、機柜專用空調機組的校核計算與設計分析

計算校核是對設計的理論考核，其理論驗證結果應滿意設計要求，同時結構型式的選擇也尤為重要。依據討論，管排數的增加使得總換熱量有所增加，但是平均到每排管時，平均換熱量將會削減18%。因此，增加管排數盡管增大了傳熱面積，但不能使總換熱量顯著增加，并不是一種經濟的強化換熱方式。例如本案中銅管銅翅片蒸發器，因結構尺寸的變化要求分別制造了兩種結構型式：a類迎風面規格尺寸為495mm×450mm，銅管規格?9.52mm×0.53mm，6排管;b類迎風面規格尺寸為445mm×550mm，銅管規格?9.52mm×0.53mm，5排管。實際的制冷量檢測結果與理論計算值并不相符：a類6.686kW，b類6.812kW。明顯管排數的增多達不到理論計算中對制冷量的增益程度，5排管比6排管從實際效果、節材、制冷劑壓降、風阻方面更具備優勢。

十二、機柜專用空調機組的設計原則

在空調機組設計中，以下重要設計原則需要遵循：

牢靠性原則：選用高質量的零部件和成熟的技術，以保障空調機組在長期運行中的穩定性和牢靠性，削減故障發生的概率。

維護便利性原則：設計應便于日常的維護和保養，便利零部件的更換和修理操作。

平安性原則：在滿意平安性要求的同時，協調好人機工程和保障性設計，做到裝備“平安、好用、耐用”。

成本掌握原則：在滿意性能和質量要求的前提下，合理掌握設計成本，提高產品的市場競爭力。

總結

隨著空調機組設計和制造閱歷的日益成熟，各種制冷選型軟件的廣泛應用，極大地減輕了從業者的工作強度。本文通過對某型電子機柜專用空調機組的設計分析，具體闡述了各部件的設計流程和思路，以及設計過程中的考量。該設計方法已在某型裝備上采納，極大地克服了裝備高溫、高濕、霉菌、鹽霧的惡劣工作環境，提高了裝備的牢靠性。各項指標均滿意設計要求，使用良好。盼望本文的分析能夠為從業者供應有益的參考，推動機柜專用空調機組的設計與應用不斷進展。