(高清版)GBT 40815.4-2021 電氣和電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)　符合英制系列和公制系列機(jī)柜的熱管理　第4部分：電子機(jī)柜中供水熱交換器的冷卻性能試驗

ICS31.240GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013電氣和電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)符合英制系列和公制系列機(jī)柜的熱管理第4部分：電子機(jī)柜中供水熱交換器的冷卻性能試驗國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013 Ⅲ 1 1 13.1術(shù)語和定義 13.2符號和單位 2 24.1總體要求 24.2試驗配置 34.2.1試驗室 34.2.2試樣中設(shè)備熱負(fù)載模擬 34.2.3冷水流量和溫度 44.2.4空氣溫度測量 44.2.5水冷系統(tǒng)的供水溫度與設(shè)備進(jìn)氣溫度之間的溫差 44.3熱交換器性能評估 44.3.1用簡化試驗確定冷卻能力 44.3.2通過擴(kuò)展試驗確定冷卻能力 64.3.3冷卻能力的完全識別 74.4電功率 84.5水回路耐壓性 8附錄A(規(guī)范性)試驗條件 附錄B(規(guī)范性)試驗結(jié)果 圖1熱交換器性能試驗原理 3圖2簡化試驗的試驗配置 5圖3擴(kuò)展試驗的試驗配置 7 8圖5電功率與冷卻能力關(guān)系圖 8圖6水壓力損失與水流量關(guān)系圖 9圖B.1系統(tǒng)冷卻能力和水流量 表B.1試驗結(jié)果記錄模板 表B.2用于IT設(shè)備和服務(wù)器冷卻的空氣-水密閉式熱交換器的封閉空氣環(huán)路試驗 ⅢGB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T40815《電氣和電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)符合英制系列和公制系列機(jī)柜的熱管理》的第4部分。GB/T40815已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第2部分：強(qiáng)迫風(fēng)冷的確定方法；——第4部分：電子機(jī)柜中供水熱交換器的冷卻性能試驗。本文件使用翻譯法等同采用IEC62610-4:2013《電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)符合IEC60297和IEC60917系列機(jī)柜的熱管理第4部分：電子機(jī)柜中供水熱交換器的冷卻性能試驗》。與本文件中規(guī)范性引用的國際文件有一致性對應(yīng)關(guān)系的我國文件如下：——GB/T19290(所有部分)發(fā)展中的電子設(shè)備構(gòu)體機(jī)械結(jié)構(gòu)模數(shù)序列[IEC60917(所有部分)]——GB/T19520(所有部分)電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)482.6mm(19in)系列機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸[IEC60297(所有部分)]本文件做了下列編輯性修改：列機(jī)柜的熱管理第4部分：電子機(jī)柜中供水熱交換器的冷卻性能試驗》。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國電工電子設(shè)備結(jié)構(gòu)綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC34)提出并歸口。GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013英制系列和公制系列機(jī)柜廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心機(jī)房和各類通訊設(shè)備機(jī)房，用于安裝各類信息和通訊設(shè)備。為了提高機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的散熱效率，保證設(shè)備安全有效的運行，降低機(jī)房能耗，GB/T40815《電氣和電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)符合英制系列和公制系列機(jī)柜的熱管理》闡述了對英制系列和公制系列機(jī)——規(guī)定戶內(nèi)電子機(jī)柜的熱電冷卻系統(tǒng)通用性安裝接口規(guī)范和要求；——規(guī)定戶內(nèi)電子機(jī)柜中供水熱交換器的性能試驗規(guī)范和要求；GB/T40815《電氣和電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)符合英制系列和公制系列機(jī)柜的熱管理》擬由六部分構(gòu)成。--—第1部分：設(shè)計指南熱電冷卻系統(tǒng)(珀耳帖效應(yīng))的接口尺寸及規(guī)定。旨在規(guī)范熱電冷卻系統(tǒng)具有通用性的安裝接口尺寸和要求?！?部分：強(qiáng)迫風(fēng)冷的確定方法。旨在規(guī)定戶內(nèi)電子機(jī)柜和插箱、機(jī)箱的優(yōu)選風(fēng)道形式及設(shè)計——第3部分：設(shè)計指南熱電冷卻系統(tǒng)(珀耳帖效應(yīng))的評價方法。旨在規(guī)范熱電冷卻系統(tǒng)的性——第4部分：電子機(jī)柜中供水熱交換器的冷卻性能試驗。旨在規(guī)定供水熱交換器的性能試驗規(guī)—-—第5部分：戶內(nèi)機(jī)柜的冷卻性能評估。旨在規(guī)定戶內(nèi)電子機(jī)柜空氣冷——第6部分：戶內(nèi)機(jī)柜的空氣再循環(huán)和旁路。旨在規(guī)定戶內(nèi)電子機(jī)柜空氣再循環(huán)和旁路的試驗其中第1部分和第3部分設(shè)計指南所對應(yīng)的國際文件因技術(shù)內(nèi)容尚不成熟，暫未轉(zhuǎn)化為我國文件。本文件通過規(guī)范單個電子機(jī)柜配置的供水熱交換器的冷卻性能試驗，為特定的機(jī)柜尺寸和換熱器的冷卻要求提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的計算方法。本文件試驗方法提出的冷卻能力超過12kW,還考慮了部分熱負(fù)載小于12kW的場景。1GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013電氣和電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)符合英制系列和公制系列機(jī)柜的熱管理第4部分：電子機(jī)柜中供水熱交換器的冷卻性能試驗本文件描述了單個電子機(jī)柜配置中供水熱交換器的試驗配置和試驗參數(shù)。試驗主要針對安裝高功耗電子設(shè)備的機(jī)柜。所涉及的機(jī)柜來自IEC60297(19in)[所有部分]和IEC60917(25mm)[所有部分]系列。本文件的目的是根據(jù)規(guī)定的試驗配置和冷卻參數(shù)，為機(jī)柜的冷卻性能提供可比較的數(shù)據(jù)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。IEC60297(所有部分)電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)482.6mm(19in)系列機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸[Mechanicalstruc-turesforelectronicequipment—Dimensionsofmechanicalstructuresofthe482.6mm(19in)series]IEC60917(所有部分)發(fā)展中的電子設(shè)備構(gòu)體機(jī)械結(jié)構(gòu)模數(shù)序列(Modularorderforthedevel-opmentofmechanicalstructuresforelectronicequipmentpractices)3.1術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1.1冷卻能力coolingcapacityQ移除電子機(jī)柜內(nèi)電子設(shè)備所產(chǎn)生的熱負(fù)載。3.1.2絕對濕度absolutehumidity每一定質(zhì)量的干空氣(千克空氣)中所含水的質(zhì)量(克水)。3.1.3模擬負(fù)載dummy產(chǎn)生熱負(fù)載的裝置，類似于信息技術(shù)中最常見的電子設(shè)備：水平氣流在設(shè)備的前側(cè)有進(jìn)氣口，在設(shè)備的后部有出風(fēng)口。2GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:20133.1.4顯冷卻sensiblecooling僅提供空氣溫度變化的冷卻能力。顯冷過程中空氣的絕對濕度不變。3.1.5簡化試驗simplifiedtest3.1.6擴(kuò)展試驗extendedtest不考慮電子設(shè)備外殼進(jìn)出漏氣傳熱的試驗。下列符號和單位適用于本文件。T--溫度，單位為攝氏度(℃);Pan——空氣密度(對應(yīng)于101.325kPa大氣壓),單位為千克每立方米(kg/m3);4熱交換器的性能試驗表B.1作為試驗的主要結(jié)果記錄在試驗報告中。熱負(fù)載熱耗的確定應(yīng)根據(jù)電功率進(jìn)行測量。電子設(shè)備前面(在其面板和門之間)的空氣溫度應(yīng)在附錄A規(guī)定的范圍內(nèi)，在不同的溫度傳感器上的最大公差為±1K。模擬熱負(fù)載的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口之間的溫差應(yīng)等于或小于附錄A規(guī)定的溫差。試驗期間所測得的溫差應(yīng)記錄在試驗報告中。試驗報告中空氣溫度的溫差應(yīng)控制在0.2K的精度以內(nèi)。水冷系統(tǒng)的供水溫度與模擬設(shè)備的進(jìn)氣溫度之間的最大溫差應(yīng)等于或小于附錄A中規(guī)定的溫差。試驗期間的這一溫差應(yīng)在所有溫度穩(wěn)定后進(jìn)行測量并取平均值。作為試驗結(jié)果所測得的溫差應(yīng)按表B.1所述記錄。在試驗過程中，水冷系統(tǒng)的供水溫度能在1K范圍內(nèi)波動。試驗報告中空氣溫度的3GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013水流量的關(guān)系應(yīng)記錄在附錄B的表格和圖表中。進(jìn)出熱交換器之間的水溫升高是試驗的結(jié)果，應(yīng)根據(jù)附錄B的表格記錄在試驗報告中。冷水流量應(yīng)按照附錄B的表格和圖表作為試驗結(jié)果記錄在試驗報告中。流量的選擇應(yīng)使試驗時的壓差不超過附錄A規(guī)定的最大壓差。流量應(yīng)在±2%的公差范圍內(nèi)進(jìn)行測量。所測量的壓差應(yīng)根據(jù)附錄B的表格和圖表記錄在試驗報告中。試驗室的空氣溫度應(yīng)與機(jī)柜內(nèi)電子設(shè)備前面的溫度在同一范圍內(nèi)。為了試驗的確定性，可不考慮實驗室的濕度變化條件。冷卻能力視為100%顯冷卻。這意味著，根據(jù)4.2.1中所述的試驗室條件和水冷系統(tǒng)的供水溫度公差為±1K,水冷系統(tǒng)的供水溫度應(yīng)高于12℃。見圖1。水冷系統(tǒng)回水溫度水冷系統(tǒng)溫差水冷系統(tǒng)溫差水冷系統(tǒng)水冷系統(tǒng)的供水溫度冷卻空氣冷卻空氣溫差冷卻設(shè)備送風(fēng)溫度冷卻能力(kW)進(jìn)氣溫度試樣(帶有內(nèi)置空氣-水熱交換器的電子設(shè)備的密閉機(jī)柜)安裝在精確規(guī)定溫度和濕度的環(huán)境(即實驗室)中。此試驗室要在試驗過程中將試驗條件保持在所要求的試驗條件范圍內(nèi)。●試驗室的空氣溫度等于模擬設(shè)備的進(jìn)口空氣溫度(℃±2K),按附錄A要求；●絕對濕度為每千克干空氣的水含量8g±0.5g(露點溫度為10.5℃)。試驗應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)氣壓101.325kPa下進(jìn)行。如果無法實現(xiàn)，則所有氣流均宜根據(jù)隨氣壓而改變的空氣密度進(jìn)行重新計算。試驗的關(guān)鍵在于氣壓為101.325kPa時產(chǎn)生的空氣質(zhì)量流量。空氣的焓需要按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件計算。4GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013安裝到符合IEC60297(所有部分)和IEC60917(所有部分)機(jī)柜所規(guī)定的安裝點。進(jìn)氣口位于模擬設(shè)備的前面板，排氣口位于模擬設(shè)備的后部。這些模擬設(shè)備的設(shè)計使得熱量損失變化能測量。熱負(fù)載的機(jī)械設(shè)計應(yīng)避免任何向外的熱輻射(泄漏)。模擬設(shè)備的電功率通過測量進(jìn)行記錄。電功率應(yīng)按照附錄B的表格記錄在試驗報告中。假定試樣的供電全部用于熱負(fù)載。模擬設(shè)備所產(chǎn)生的氣流應(yīng)是可調(diào)節(jié)的。在試驗過程中，氣流的選擇方式應(yīng)使模擬設(shè)備的正面和后部之間的氣壓升高值小于附錄A中規(guī)定的限值。模擬設(shè)備安裝應(yīng)將冷風(fēng)區(qū)和暖風(fēng)區(qū)分開。熱交換器前后之間的壓差應(yīng)按照附錄B的表格記錄在試驗報告中。水冷系統(tǒng)的供水溫度、回水溫度以及這兩者之間的溫升，應(yīng)根據(jù)附錄B的表格記錄在試驗報告中。水冷系統(tǒng)的供水溫度應(yīng)在附錄A所界定的溫度范圍內(nèi)。在試驗期間，空氣-水熱交換器水冷系統(tǒng)的供水與回水之間的壓力損失不應(yīng)超過附錄A所界定的熱交換器入口和出口之間水的溫升是試驗的結(jié)果，應(yīng)記錄在試驗報告中。冷水流量應(yīng)作為試驗結(jié)果記錄在試驗報告中。流量的選擇應(yīng)使試驗時的壓差不超過附錄A規(guī)定的最大壓差。試驗過程中的壓差應(yīng)根據(jù)附錄B的表格作為試驗結(jié)果記錄在試驗報告中?？諝鉁囟仍谀M設(shè)備和熱交換器的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口都應(yīng)進(jìn)行測量。應(yīng)放置足夠數(shù)量的傳感器以保證測量精度。首先，應(yīng)在4個區(qū)域分別放置5個空氣溫度傳感器(見圖2、圖3和圖4)。這4個區(qū)域是：這些傳感器應(yīng)放置在體積流量的核心區(qū)域上。最初至少需要5個溫度傳感器。如果測量精度連續(xù)足夠，則能減少傳感器的數(shù)量。如果出于精度控制考慮而需要更多的傳感器，則其將被添電子設(shè)備前面(面板與門之間)的空氣溫度應(yīng)在附錄A規(guī)定的范圍內(nèi)。模擬熱負(fù)載的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的溫差應(yīng)等于或小于附錄A規(guī)定的溫差。試驗期間所測得的溫差應(yīng)記錄在試驗報告中。試驗報選擇模擬設(shè)備的冷卻能力時，應(yīng)使水冷系統(tǒng)的供水溫度與模擬設(shè)備進(jìn)氣溫度之間的溫差保持在附錄A規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。試驗過程中水冷系統(tǒng)的供水溫度與模擬設(shè)備進(jìn)氣溫度之間的溫差應(yīng)根據(jù)附錄B的表格記錄在試驗報告中。在假定熱交換器的冷卻能力大于機(jī)柜面板吸熱量的基礎(chǔ)上，提出了一種確定被冷卻電子設(shè)備密閉5GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013機(jī)柜冷卻能力的簡化試驗方法。簡化試驗方法能應(yīng)用于大于12kW的冷卻能力的測試。作為試驗條件，機(jī)柜板的吸熱量宜小于600W(<5%)。對于所有其他試驗條件(特別是小于12kW的熱負(fù)載),適用的試驗在4.2.2和4.2.3中作了說明。的冷卻能力現(xiàn)在能通過熱負(fù)載模擬來進(jìn)行測量。被測樣品機(jī)柜中使用的風(fēng)扇應(yīng)按制造商規(guī)定的正常轉(zhuǎn)速運行。風(fēng)扇冗余概念不應(yīng)影響測試，本文件不涉及風(fēng)扇冗余概念。應(yīng)滿足4.2中所述的試驗配置條件。見公式(1)。 (1)樣品中的風(fēng)扇應(yīng)以額定速度運行。如果樣品設(shè)計為風(fēng)扇提供試驗室條件露點溫度10.5℃±0.5℃試驗配置機(jī)柜底部安裝熱交換器回風(fēng)模擬設(shè)備回風(fēng)模擬設(shè)備電功率OPa試驗室條件試驗室空氣溫度=模擬設(shè)備進(jìn)氣溫度(℃±2℃)露點溫度10.5℃±0.5℃試驗配置機(jī)柜側(cè)面安裝熱交換器冷卻設(shè)備送風(fēng)Pe冷卻設(shè)備送風(fēng)Pe回風(fēng)模擬設(shè)備電功率空氣-水空氣-水水冷系統(tǒng)回水供水水冷系統(tǒng)回水供水O溫度傳感器6GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:24.3.2通過擴(kuò)展試驗確定冷卻能力根據(jù)擴(kuò)展的試驗方法，記錄了試驗樣品借助水冷系統(tǒng)排出的熱流量。這樣就可以計算所施加的熱負(fù)載和水冷系統(tǒng)釋放的熱流之間的差值，從而得到通過外殼排出的熱流量。這個熱流量通常是由樣品機(jī)柜覆件的對流引起的。此外，從樣品中漏出的空氣會引起材料傳熱。作為一個附加的信息結(jié)果，這種試驗方法允許測試結(jié)果低于12kW。根據(jù)擴(kuò)展的試驗方法，記錄了試驗樣品的水冷系統(tǒng)回水的實際溫升。相應(yīng)地，能計算水冷系統(tǒng)所吸收的散熱量與機(jī)柜外殼所吸收的熱量之間的差值。需要注意的是，機(jī)柜不必要的漏風(fēng)會對計算產(chǎn)生負(fù)面影響。為了確定水冷系統(tǒng)回水的溫升，有必要對水冷系統(tǒng)的流量進(jìn)行測量。水冷系統(tǒng)的流量測量精度應(yīng)控制在士2%以內(nèi)。(加熱的)水冷系統(tǒng)回水應(yīng)按照下述公式(2)進(jìn)行計算：Qs=P-Qcw (2)通過水冷系統(tǒng)排出樣品的熱流量的確定需對水流量進(jìn)行測量。流量的測量精度應(yīng)為±2%。要確定的熱流按照下述公式(3)進(jìn)行計算：Qcw(kW)中Qcw×Vcw×f×8 基于給定的流量測量單位，f因子為公式(3)設(shè)定了比熱容系數(shù)，如下所示：4.1所述的試驗條件以及4.2.1中所述的試驗方法適用于確定冷卻能力。通過水冷系統(tǒng)排出樣品的熱流量用于確定冷卻能力。見公式(4)。Q=Qcw (4)7GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013試驗室條件試驗室條件試驗室空氣溫度=模擬設(shè)備進(jìn)氣溫度(℃±2℃)露點溫度10.5℃±0.5℃試驗配置機(jī)柜側(cè)面安裝熱交換器俯視電功率空氣-水熱交換器冷卻設(shè)備送風(fēng)離開設(shè)備回風(fēng)除了通過水冷系統(tǒng)確定排出樣品的熱流外，還能確定進(jìn)入熱交換器以及冷卻空氣的熱流量。這個熱流量宜與通過水冷系統(tǒng)排出樣品作為冷卻能力的熱流量一致。在同一樣品中檢測到的兩種氣流之間的差值是由于空氣泄漏造成的。如果兩種熱流之間的差值大于5%,則應(yīng)檢查樣品的配置，特別是其內(nèi)部漏氣量。漏氣量應(yīng)減少到最大5%以內(nèi)。要確定冷卻空氣的熱流，應(yīng)測量進(jìn)入熱交換器的進(jìn)氣口或熱交換器出氣口的氣流量。利用合適的響樣品中的氣流量。(測量)結(jié)果是單位時間增量內(nèi)冷卻空氣通過熱交換的體積。由于氣流速率的測量是用來測量給定截面面積內(nèi)的風(fēng)速的，因此公式(5)將流量輸入作為截面和風(fēng)法允許試驗結(jié)果低于12kW作為附加的信息結(jié)果。Q=vm×A×pa×cp.m×8Tm……………(5)8露點溫度10.5℃±0.5℃空氣-水回風(fēng)冷卻設(shè)備送風(fēng)GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013側(cè)視空氣-水熱交換器風(fēng)扇溫度傳感器流量計/流速計水冷系統(tǒng)回水供水離開設(shè)備回風(fēng)送風(fēng)C在冷卻系統(tǒng)的試驗過程中應(yīng)測量電功率。作為試驗結(jié)果，應(yīng)提供電功率與冷卻能力的關(guān)系圖(見圖5)。試驗應(yīng)提供水冷系統(tǒng)回路中的壓力損失圖表(見圖6)。9GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013水流量/(m3/h)GB/T40815.4—2021/IEC62610-4:2013(規(guī)范性)A.1用于IT設(shè)備和服務(wù)器冷卻的空氣-水密閉式熱交換器的封閉空氣環(huán)路模擬設(shè)備的進(jìn)氣溫度：18℃至27℃。水冷系統(tǒng)供水溫度應(yīng)保持在12℃至25℃之間。模擬設(shè)備的前側(cè)和后側(cè)之間的壓差應(yīng)介于0Pa和10Pa±1Pa之間。A.2用于工業(yè)/電信設(shè)備冷卻的空氣-水熱交換器的封閉空氣環(huán)路冷卻系統(tǒng)模擬設(shè)備的進(jìn)氣溫度：35℃至55℃。水冷系統(tǒng)供水溫度應(yīng)保持在12℃至25℃之間。模擬設(shè)備的前側(cè)和