永豐新技術成果轉移科研中心暖通空調設計

張 哲

目前在新建的IDC機房樓和舊IDC機房改造工程的設計過程中,很多設計者由于對IDC機房應用冷凍水型機房專用精密空調機系統了解不夠,前期設計不到位,導致后期施工安裝時需要耗費更多的人力物力進行重新設計。筆者通過永豐新技術成果轉移科技研發中心的暖通空調設計,著重闡述了冷凍水型機房專用精密空調機系統的設計,并結合中國電信集團北京市電信有限公司的具體需求,總結了多年電信建筑暖通空調設計的經驗,在此與大家交流、分享。

1 建筑概況

永豐新技術成果轉移科技研發中心位于北京市海淀區永豐產業基地內,總建筑面積為44 817 m2,其中地下3層、地上4層,建筑總高度為24 m。

2 空調設計范圍

設計范圍包括永豐新技術成果轉移科技研發中心非IDC機房區域的舒適性空調和IDC機房的專用空調設計。

3 空調系統設計

3.1 空調冷熱源

1)全年集中式蓄冰空調系統的冷源為設于地下3層制冷機房的4臺2500RT基載離心式冷水機組和5臺1170RT雙工況冷水機組,均為10 kV高壓配電方式。2)冷凍水供回水溫度為7℃/13℃;冷卻水夏季供回水溫度為32℃/37℃;冬季冷水機組冷卻水供回水溫度啟動時為13℃/18℃;運行時為20℃/25℃;雙工況冷機冷凍水供回水溫度為6℃/12℃。

3.2 空調冷熱負荷

1)全年空調冷負荷。3層及以下IDC機房為35 000 kW;4層IDC機房為4 500 kW。2)變頻多聯式空調機(VRV)熱泵系統。夏季空調冷負荷為800 kW,冬季空調熱負荷為900 kW。3)IDC設備熱功耗參照1.5 kW/m2。

3.3 空調水系統

1)空調水系統為一次泵定流量末端變流量的空調冷凍水系統,工作壓力為0.65 MPa。2)冷凍水系統采用開式膨脹水箱定壓方式,通過膨脹水箱液位傳感器啟動補水泵向系統補充軟化水,在冷凍站內設置雙閥雙罐全自動軟化補水系統。3)冬季空調加濕：機房專用精密空調機均配置有專用電極式加濕器;新風處理機的送風管內設置管道式加濕器。

3.4 空調風系統

1)空調容量按(N+1)方式配置,采用下送風空調機型,3層及以下各機房的空調機采用冷凍水型機房專用精密空調機,單臺制冷量不小于150 kW;4層各機房的空調機采用風冷型機房專用精密空調機,單臺制冷量不小于75 kW。2)本工程IDC機房空調采用鋪設架空地板下送風自然回風的氣流組織方式,架空地板高度為600 mm;北端UPS機房空調采用上送風自然回風的氣流組織方式,不設架空地板;機房專用精密空調機均勻地布置于IDC,UPS機房內的東西兩側靠墻處。3)物業用房、公共衛生間、網監中心、調測中心、門廳等采用變頻多聯式熱泵型空調機系統(VRV),各層有人值守的房間配置直流變速熱泵型新風處理機,均采用R410A冷媒,室外機位于屋面。4)屋頂電梯機房設置分體冷暖空調。

3.5 聯鎖及自控

1)本工程采用優化控制(智能控制)系統,根據測定的氣象條件及負荷側回水溫度、流量,通過計算預測全天逐時負荷,然后制定主機和蓄冰設備的逐時負荷分配(運行控制)情況,控制主機輸出,最大限度地發揮蓄冰設備融冰供冷量,以達到節約電費之目的。2)冷水機組、冷凍水泵和冷卻塔的控制采用負荷控制法,根據供回水溫度及流量控制冷水機組、冷凍水泵和冷卻塔的啟、停;冷卻塔風機的運行臺數則由冷卻水回水溫度控制。3)制冷系統的自控系統應能實現以下運行工況的控制：主機制冰工況;蓄冰設備融冰供冷工況;主機單獨供冷工況;主機和蓄冰設備同時供冷工況;系統關閉工況。4)本工程空調水系統為一次泵定流量末端變流量的空調冷水系統,通過冷凍水分集水器之間設置的電動旁通閥和壓差控制裝置,控制冷凍水系統供回水總管的壓差,使系統穩定。5)冷凍水型機房專用精密空調機的回水管上設壓差控制器(閥),根據機房溫度,按回風溫度調節閥的開度,冬季與新風機組一樣根據房間的濕度控制加濕量。6)變頻多聯式熱泵型空調機系統(VRV)的控制系統是一種完全分散的控制系統,即室內、室外機分別獨立控制,完全通過通訊線進行信息的傳遞。

3.6 設備降噪、減振及環保措施

1)冷水機組、新風機組、精密空調、風機等設備均采用低噪聲產品,由廠家配套有減振器或減振墊,并在其進出口處安裝柔性軟接頭(風管上加柔性接管,水管上設橡膠軟接頭);吊裝變頻多聯空調(VRV)熱泵機組的室內機采用減振吊桿。2)通風機在其風管的進、出口安裝消聲器;室外設備采取降噪措施;制冷、新風機房做吸聲處理。

3.7 風管水管材料

空調、通風及防排煙風管采用鍍鋅鋼板制作,冷凍水管當公稱直徑大于50 mm時采用無縫鋼管(GB 8163-87),當公稱直徑不大于50 mm時采用普通焊接鋼管(GB 3092-82),凝結水管為PVC管。

3.8 節能設計

1)圍護結構傳熱系數符合《公共建筑節能設計標準》的要求。

2)本工程采用部分蓄冷方案。在電網高峰時段內,蓄冷設備提供部分的空調負荷,設備投資低,能充分發揮所有設備的能力。在設計日空調冷負荷高峰時段,制冷機和蓄冰槽共同供冷;夜間時段,制冷機蓄冰;在電力高峰期,冷機和冰槽同時供冷。

3)制冷主機和蓄冰設備為串聯方式,主機位于蓄冰設備上游。同時考慮到連續空調負荷的比例,設置了4臺基載主機,并聯運行,直接供應7℃冷凍水。

4)乙二醇系統循環泵和負荷端冷凍水循環泵采用變頻水泵。

5)各層機房盡量設置機房專用節能空調新風加濕一體機系統,充分利用室外天然冷源達到節約能源之目的。

6)所有設置氣體滅火系統的機房均設置集中排風系統,排除火災后的廢氣。平時,當機房專用節能空調新風加濕一體機系統運行時,其所在機房的排廢氣系統可兼作節能空調系統的排風系統。

7)新風、空調系統、供回水管路均做保溫,保溫材料采用柔性泡沫橡塑(難燃B1級,隔氣良好);各層架空地板下的樓板上鋪設20 mm厚橡塑保溫材料。一般空調風管絕熱層的最小熱阻應大于 0.74 m2?K/W 。

8)所有空調設備均選擇節能產品,并采用樓宇自控系統進行管理,保證空調系統安全可靠節能運行。

9)所有空調房間設置溫度控制裝置。

10)首層外門內側設置循環空氣幕,有效阻隔冷、熱空氣的侵入。

4 經驗總結

4.1 空調冷凍水系統管道的備份

本工程在制冷機房內冷水機組與空調水系統的各分支路管道之間設置了雙路供回水干管,兩套分集水器,互為備份管路;供應IDC,UPS機房的各分支路管道,在與分集水器連接的三通分支管路上均設置了兩道閥門。IDC機房東、西兩側均設計有兩路空調供回水管路,各臺冷凍水型專用精密空調機間隔地分別接入不同的空調水管路水平干管上。

4.2 改造蓄冰池上夾層為閥門設備夾層

將原設計位于蓄冰池內冰盤管所配的各種閥門,改為在蓄冰池上方的原預留的變配電室夾層內安裝,解決了蓄冰池內各種閥門操作和檢修不便的困難。

4.3 冷凍水型機房專用精密空調機配置壓差控制器(閥)

冷凍水型機房專用精密空調機不同于普通的空調機組,為配合冷凍水型機房專用精密空調機內置的閥門控制系統的使用,充分發揮精密空調機的功能,空調冷凍水系統必須達到最佳的控制和平衡效果。為此,冷凍水型機房專用精密空調機冷凍水回水管上不應設置動態平衡電動調節閥,而應設置自力式壓差控制器(閥),冷凍水供水管上設置靜態平衡閥。

4.4 乙二醇系統電動調節閥改為閥組形式

為了更加靈活地調節冰蓄冷系統中的電動調節閥,并節約成本,將乙二醇系統中V1,V2電動調節閥(管徑均為DN800)分別改為由3個管徑為DN450的電動調節閥構成的兩套電動調節閥組。

4.5 乙二醇系統保溫材料的優化選用

為保證機房今后維修方便,并考慮到降低造價等因素,將乙二醇系統的管道、設備及閥配件保溫均改為難燃B1級PVC-NBR橡塑材料,厚度為50 mm。

4.6 分集水器排污管的優化設計

分集水器的排污管通常設計為接入制冷機房的排水溝,但當分集水器檢修排污時,巨大的空調系統水壓甚至會將排水溝的箅子打翻,并四處漫水,為了避免這種情況發生,本工程將分集水器的排污管設計為接入制冷機房的集水坑內。

4.7 空調冷凍水系統中各種閥門的優化選用

1)雙向承壓,三元乙丙橡膠密封并配有不易變形的加強酚醛靠背支撐、球墨鑄鐵閥體、不銹鋼閥軸、電鍍球墨鑄鐵閥板,閥體加厚,閥口參與并配合橡膠與法蘭之間的密封,要求配合使用不銹鋼纏繞石墨墊片,以確保使用30年無外漏;

2)三元乙丙橡膠添加抗磨損、抗老化原料,閥軸耐腐蝕、不生銹,閥門在完全關閉的情況下,要求使用10年無泄漏,30年內泄漏量1%,使用30年以上內部最大泄漏量不超過5%(主要是滲漏)。

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社,2008.

[2]路延魁.空氣調節設計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社,1995.

[3]GB 50189-2005,公共建筑節能設計標準[S].

[4]DBJ 01-621-2005,公共建筑節能設計標準[S].

[5]中國電信集團北京市電信有限公司,數據機房電源空調設備基本配置標準(試行)[S].