天津某銀行大后臺(tái)數(shù)據(jù)中心配套空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫項(xiàng)菲周遠(yuǎn)斌張風(fēng)合

1山東華宇工學(xué)院

2天津建筑設(shè)計(jì)院

1 工程概況

該項(xiàng)目位于天津市西青區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)賽達(dá)新興產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，為通信機(jī)房樓。地下一層，地上四層?？偨ㄖ娣e為24929.28 m2，地上建筑面積為23478.51 m2，地下建筑面積為1450.77 m2，建筑高度為22.3 m。

該項(xiàng)目2012年初開始設(shè)計(jì)，2014年初完成施工圖設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)2017年竣工。

2 冷熱源選擇

2.1 冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型數(shù)據(jù)中心需要一個(gè)全年不間斷的供冷空調(diào)系統(tǒng)，因?yàn)榇笮蛿?shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備散熱屬于穩(wěn)定熱源，全年不間斷運(yùn)行，所以冗余對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心非常必要。根據(jù)GB50174-2008《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》》[1]相關(guān)要求，本項(xiàng)目屬于大型數(shù)據(jù)中心A級(jí)，冷源系統(tǒng)和機(jī)房專用空調(diào)，需要2N冗余，電力配置采用市電和柴油發(fā)電機(jī)組來供電。

本項(xiàng)目冷源配置A路水冷冷凍水系統(tǒng)和B路風(fēng)冷冷凍水系統(tǒng)。本工程對(duì)各層機(jī)房全年提供冷凍水，兩套冷水系統(tǒng)各占50%負(fù)荷運(yùn)行，或按照室外氣象參數(shù)采用不同負(fù)荷比例高效運(yùn)行，充分發(fā)揮水冷冷凍水系統(tǒng)和風(fēng)冷冷凍水系統(tǒng)的各自優(yōu)勢(shì)。

由于柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間10 min，冷水機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間為5 min，所以水冷冷凍水系統(tǒng)中設(shè)置了水蓄冷裝置，蓄冷量按蓄冷時(shí)間15 min考慮。平時(shí)蓄冷罐處于蓄冷狀態(tài)，當(dāng)雙路市電斷電后，在柴油發(fā)電機(jī)和冷水機(jī)組正常運(yùn)行前，蓄冷罐向冷水泵和精密空調(diào)提供12℃的冷水，保證數(shù)據(jù)機(jī)房不間斷供冷。

2.1.1 A路水冷冷凍水系統(tǒng)

1）冷卻塔。冷卻塔共4臺(tái)，1臺(tái)循環(huán)水量為500 m3/h及3臺(tái)循環(huán)水量為1200 m3/h的開式冷卻水塔。當(dāng)夏季進(jìn)風(fēng)濕球溫度為29℃時(shí)，冷卻塔的進(jìn)出水溫度為37℃/32℃；當(dāng)冬季進(jìn)風(fēng)濕球溫度為2℃時(shí)，冷卻塔的進(jìn)出水溫度為14℃/10℃。冷卻塔根據(jù)冷卻水供回水水溫控制風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)或變頻控制。4臺(tái)冷卻塔設(shè)置在四層屋頂。

2）水冷冷凍水機(jī)組。水冷冷凍水機(jī)組選用1臺(tái)制冷量為2110 kW及3臺(tái)制冷量為4220 kW的高壓離心式水冷冷水機(jī)組。冷凍水供回水溫度為12℃/18℃（可調(diào)）。離心式水冷冷水機(jī)組采用對(duì)地球環(huán)境不產(chǎn)生危害及污染的R-134a冷媒或其他環(huán)保冷媒。水冷冷凍水機(jī)組設(shè)置在地下一層的冷凍機(jī)房?jī)?nèi)。

3）板式換熱器。冬季供冷系統(tǒng)，采用室外天然冷源降溫的方式。每臺(tái)水冷離心冷水機(jī)組配置1臺(tái)板式換熱器，減少冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，降低能耗。冷卻水通過冷卻塔降溫后，再經(jīng)過板式換熱器換冷，將冷水溫度降低。4臺(tái)板式換熱器，1臺(tái)的換冷量為2110 kW，另外3臺(tái)每臺(tái)的換冷量為4220 kW。板式換熱器一次側(cè)的進(jìn)出水溫度為10℃/14℃，二次側(cè)的進(jìn)出水溫度為18℃/12℃，換熱效率為90%。板式換熱器設(shè)置在地下一層的冷凍機(jī)房?jī)?nèi)。

4）冷凍水蓄冷水罐。水冷冷凍水系統(tǒng)中設(shè)置了水蓄冷裝置，在電力或冷機(jī)故障時(shí)應(yīng)急使用。水蓄冷裝置包括11臺(tái)冷凍水蓄冷水罐，每臺(tái)的有效容積為48 m3。根據(jù)工藝要求水蓄冷裝置蓄冷量按蓄冷時(shí)間15分鐘考慮。水蓄冷的裝置設(shè)置在地下一層的冷凍機(jī)房?jī)?nèi)。

5）冷水泵。冷水泵則應(yīng)設(shè)置在地下一層的冷凍機(jī)房?jī)?nèi)。

空調(diào)冷凍水泵采用臥式變頻離心泵，共4臺(tái)。其中 1臺(tái)流量為 305 m3/h，另外 3臺(tái)每臺(tái)流量為605 m3/h，揚(yáng)程為35 m水柱。冷凍水為一次泵變流量系統(tǒng)，由UPS供電?？刂破鲬?yīng)根據(jù)冷凍水系統(tǒng)末端的壓差設(shè)定值，控制冷凍水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速。

空調(diào)冷卻水泵采用臥式變頻離心泵，共4臺(tái)。其中 1臺(tái)流量為 445 m3/h，另外 3臺(tái)每臺(tái)流量為855 m3/h，揚(yáng)程為28 m水柱。

空調(diào)冷卻水補(bǔ)水泵采用立式變頻離心泵，共2臺(tái)。每臺(tái)流量為44 m3/h，揚(yáng)程為25 m水柱。

6）自動(dòng)排氣、定壓補(bǔ)水機(jī)組。一體式機(jī)組，罐體常壓，連續(xù)強(qiáng)制真空（霧化噴射）排氣功能。定壓罐有效容積為2.6 m3，最大工作壓力1 MPa。穩(wěn)壓泵2臺(tái)，每臺(tái)流量為10 m3/h，揚(yáng)程為40 m水柱。自動(dòng)排氣、定壓補(bǔ)水機(jī)組設(shè)置在地下一層的冷凍機(jī)房?jī)?nèi)。

2.1.2 B路水冷冷凍水系統(tǒng)

1）風(fēng)冷冷凍水機(jī)組。風(fēng)冷冷凍水機(jī)組選用11臺(tái)制冷量為1318 kW的風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組作為B路系統(tǒng)的冷源。進(jìn)出水溫度為18℃/12℃。11臺(tái)風(fēng)冷冷水機(jī)組設(shè)置在屋頂。

2）冷凍水泵。冷凍水泵采用立式雙吸泵，共11臺(tái)。每臺(tái)流量為200 m3/h，揚(yáng)程為28 m水柱。11臺(tái)冷凍水泵設(shè)置在屋頂?shù)?間水泵房?jī)?nèi)。

3）自動(dòng)排氣、定壓補(bǔ)水機(jī)組。一體式機(jī)組，罐體常壓，連續(xù)強(qiáng)制真空（霧化噴射）排氣功能。自動(dòng)排氣、定壓補(bǔ)水機(jī)組共3臺(tái)。其中1臺(tái)的定壓罐有效容積為1.14 m3，最大工作壓力1 MPa。穩(wěn)壓泵2臺(tái)，每臺(tái)流量為16 m3/h，揚(yáng)程為12 m水柱。另外2臺(tái)，每臺(tái)的定壓罐有效容積為0.75 m3，最大工作壓力1 MPa。穩(wěn)壓泵2臺(tái)，每臺(tái)流量為10 m3/h，揚(yáng)程為12 m水柱。自動(dòng)排氣、定壓補(bǔ)水機(jī)組分別設(shè)置在屋頂?shù)?間水泵房?jī)?nèi)。

2.2 熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)建筑內(nèi)有大量余熱時(shí)，可以采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，將建筑內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到需要供熱的區(qū)域。本項(xiàng)目辦公區(qū)設(shè)置在一層，面積約700 m2，數(shù)據(jù)機(jī)房的余熱可以供應(yīng)整個(gè)辦公區(qū)冬季采暖。辦公區(qū)采暖熱源來自數(shù)據(jù)機(jī)房的機(jī)器散熱，采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

本項(xiàng)目水環(huán)熱泵系統(tǒng)，夏季時(shí)各熱泵機(jī)組處于制冷工況，主機(jī)的供冷冷源來自A路冷凍水，冷凍水溫為12℃，采用冷卻塔散熱。冬季時(shí)各熱泵機(jī)組處于制熱工況，主機(jī)的供熱熱源來自A路冷卻水，熱源水溫為18℃。

3 空調(diào)末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本建筑冷凍水管以雙路由方式布置，分別從地下一層冷凍站（A路）和屋面（B路）經(jīng)不同的管井接至每個(gè)房間。

1）精密空調(diào)。一至四層的數(shù)據(jù)機(jī)房和UPS間，全部采用精密空調(diào)全年供冷。根據(jù)GB50174-2008《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，對(duì)于A級(jí)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)房的溫度為23℃±1℃，相對(duì)濕度為40%～55%。UPS間的溫度為15～20℃。

數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)房設(shè)置加濕器，UPS間不設(shè)加濕器，這主要是因?yàn)閿?shù)據(jù)設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備，相對(duì)濕度過大容易造成短路，相對(duì)濕度過小容易產(chǎn)生靜電，所以必須設(shè)置加濕器。精密空調(diào)設(shè)置在單獨(dú)的精密空調(diào)間內(nèi)，空調(diào)間內(nèi)布置A路和B路空調(diào)供回水管和凝結(jié)水管（見圖1），漏水概率低，安全性能高。

圖1 A路和B路空調(diào)供回水管

數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)房采用封閉冷通道，地板下送風(fēng)，上回風(fēng)方式（見圖2）。這種氣流方式冷空氣利用效率最高，適合于大型數(shù)據(jù)機(jī)房。送風(fēng)口采用孔板，送風(fēng)口位置和數(shù)量是根據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)備位置和數(shù)量確定的。裝修時(shí)根據(jù)實(shí)際設(shè)備位置深化設(shè)計(jì)，要求送風(fēng)口風(fēng)速小于3 m/s。UPS間空調(diào)采用水平封閉冷通道送風(fēng)，側(cè)壁回風(fēng)的方式（見圖3）。水平封閉冷通道提高了送風(fēng)的利用效率，減少了環(huán)境耗冷量。

圖2 數(shù)據(jù)機(jī)房氣流組織

圖3 UPS間氣流組織

2）風(fēng)機(jī)盤管。一至四層的機(jī)房弱電間和電池間采用風(fēng)道連接式風(fēng)機(jī)盤管，全年供冷。風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)采用側(cè)送下回，回風(fēng)口設(shè)于側(cè)墻，由風(fēng)道連接至風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口。風(fēng)機(jī)盤管的冷凍水供回水管、凝結(jié)水管均在環(huán)形走道內(nèi)。風(fēng)機(jī)盤管應(yīng)能夠由室內(nèi)溫度信號(hào)控制其啟停。風(fēng)機(jī)盤管控制器應(yīng)具備遠(yuǎn)傳功能。

3）吊裝空氣處理機(jī)組。三層動(dòng)力配電室設(shè)置了11臺(tái)吊裝空氣處理機(jī)組，全年供冷。吊裝空氣處理機(jī)組送風(fēng)采用側(cè)送下回，回風(fēng)口設(shè)于側(cè)墻，由風(fēng)道連接至吊裝空氣處理機(jī)組的回風(fēng)口。吊裝空氣處理機(jī)組的冷凍水供回水管、凝結(jié)水管均在三層的動(dòng)力走廊內(nèi)。

4 新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)機(jī)房有空氣潔凈度要求。空氣中的塵埃、腐蝕性氣體等會(huì)損壞電子元件的壽命，引起接觸不良和短路等。因此要求對(duì)空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)空氣進(jìn)行除塵、過濾處理。根據(jù)《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，主機(jī)房?jī)?nèi)的空氣含塵濃度，在靜態(tài)條件下測(cè)試，每升空氣中大于或等于0.5 μm的塵粒數(shù)，應(yīng)小于18000粒。為了保持機(jī)房?jī)?nèi)的正壓，需向機(jī)房?jī)?nèi)補(bǔ)充新風(fēng)。主機(jī)房與其他房間，走廊間的壓差不宜小于5 Pa，與室外靜壓不宜小于10 Pa。

1）辦公區(qū)域。首層辦公區(qū)域設(shè)置了新風(fēng)換氣機(jī)組，吊裝在辦公區(qū)域內(nèi)。根據(jù)《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，空調(diào)系統(tǒng)區(qū)域的新風(fēng)量取按照人數(shù)和正壓計(jì)算結(jié)果的最大值，按人數(shù)計(jì)算時(shí)新風(fēng)量為40 m3/h·人。由《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]可知，無外窗的房間若要保持10 Pa正壓，其換氣次數(shù)可取1次/h。首層主機(jī)房與首層辦公區(qū)域的壓差不宜小于5 Pa，即首層主機(jī)房的氣壓最好大于首層辦公區(qū)域的氣壓。綜上所述，由于數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)沒有人員，主機(jī)房的換氣次數(shù)為1次/h，辦公區(qū)的換氣次數(shù)為0.5次/h。

2）數(shù)據(jù)機(jī)房。一至四層的精密儀器空調(diào)間設(shè)置了帶旁通管道的制冷新風(fēng)機(jī)組和新風(fēng)換氣機(jī)組。精密空調(diào)間與數(shù)據(jù)機(jī)房的吊頂相通，可保持?jǐn)?shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)的正壓。平時(shí)制冷新風(fēng)機(jī)組與帶旁通空氣交換機(jī)組聯(lián)動(dòng)開啟，過度季節(jié)開啟旁通閥，制冷新風(fēng)機(jī)組向主機(jī)房直接引入室外新風(fēng)。

5 結(jié)語

1）大型數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)可采用電制冷與自然冷卻相結(jié)合的方式。

2）大型A級(jí)數(shù)據(jù)中心，冷源系統(tǒng)和機(jī)房專用空調(diào)用電需要2N冗余。水蓄冷裝置蓄冷量按15 min考慮。

3）辦公區(qū)冬季采暖采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，熱源來自數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)房的機(jī)器散熱，高效節(jié)能。

4）大型數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)采用恒溫恒濕精密空調(diào)，采用地板下送風(fēng)，上回風(fēng)方式換熱效果最佳。主機(jī)房與其他房間，走廊間的壓差不宜小于5 Pa，與室外靜壓不宜小于10 Pa。

5）辦公區(qū)域采用新風(fēng)換氣機(jī)，數(shù)據(jù)機(jī)房采用帶旁通管道的制冷新風(fēng)機(jī)組和新風(fēng)換氣機(jī)。數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)，平時(shí)制冷新風(fēng)機(jī)組與新風(fēng)換氣機(jī)聯(lián)動(dòng)開啟，過度季節(jié)開啟旁通閥，制冷新風(fēng)機(jī)組向數(shù)據(jù)機(jī)房直接引入室外新風(fēng)，提供天然冷源。