某交通調度中心機房空調系統設計

梁適

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 工程概況

本工程是調度指揮中心綜合大樓，地下三層，地上三十九層，總建筑面積約142271m2，總建筑高度為180m。為珠三角區域城際軌道交通系統自動控制及信息管理智能網絡重要組成部分，該調度中心核心功能房間為信息機房。

2 設計內容

塔樓五至十層為調度中心信息機房。其通風空調系統以設備機房的專業機房工藝性空調以及配套管理用房的舒適性空調組成。本文以位于調度中心五層的票務及旅服系統機房為例，闡述本項目的專用空調系統設計。

3 空調系統設計

3.1 設計參數（見表1）

表1 室外參數（選用參照地區：廣州）

3.2 室內設計參數（工藝性空調）（見表2）

表2 室內設計參數（工藝性空調）

3.3 空調冷源及水系統設置

專用機房區需24h不間斷運行，對系統設計有更高的可靠性要求。根據《電子信息系統機房設計規范》[1]以及《數據中心電信基礎設施標準》[2]中對機房空調的技術要求，本機房應采用A級機房標準。根據機房區域的重要性，分別設置兩套水冷中央空調系統，互為備用。正常運行時，兩套獨立系統同時工作，各承擔總負荷50%，此時單個系統負荷按50%運行。當其中一套系統發生故障時，立刻停止運行，另一套系統承擔的系統負荷由50%調整為100%。

水系統采用高性能變頻螺桿冷水機組，單機容量1400kW。空調水系統為一次泵變水量雙管系統。根據專用機房以及配套房間功能差異，由分集水器分支，空調冷凍水立管成異程式，水平干管成異程式。冷凍水供回水溫度為7°C/12°C，冷卻水進出水溫度為 32°C/37°C。

3.4 機房專用空調末端

調度中心的機房室內設備布置密集、發熱量大，采用冷風降溫調濕，設置全空氣精密機房空調末端，設備采用機房專用恒溫恒濕空調設備，氣流組織采用地板下送風側回風方式（見圖1）。

圖1 機柜地板送風原理

3.5 機房區域防排煙設計

根據防火分區劃分防煙分區，設置排煙系統，當發生火警時，由消控中心啟動該防煙分區的排煙風口，并啟動風機排煙，同時啟動機械補風，但當煙氣溫度達280°C時，排煙防火閥熔斷溫度關閉，連鎖排煙風機停機。

為保護機房內計算機，機房內平時相對外界保持正壓，只設新風系統送入，由泄壓口自然排出走廊。為保護數據設備，機房采用氣體滅火系統，并設置災后排氣及補風系統。在滅火設備啟動之前，關閉有關的空調風機、風閥。氣體滅火系統滅火完畢后開啟事后排風機和防煙防火閥排風。獨立設置的事后排風系統按5次/h計算。

3.6 機房專用空調的智能控制

機房空調控制系統對機柜負載變化的瞬態值監測，根據系統冷負荷變化調整空調末端，冷水系統運行參數，自動控制冷水機組的投入運轉臺數（包括相應的冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔）。冷凍水供回水總管間設置壓差旁通裝置，其電動二通閥按比例式調節運行。傳感器設在負荷側供、回水總干管上。控制功能需設置冷凍機房總控制室，顯示運行狀態以及智能化執行運行策略。

3.7 機房專用空調其他特殊要求

機房空調的送回風口、新風風口等部位，應設置防鼠害、蟲害的不銹鋼網格；精密空調周圍應設置擋水壩，防止漏水影響機房內數據機組運行安全，發生漏水事故時，擋水壩中感受器應立即聯鎖關閉機組進回水側的水閥以保護數據機組

4 機房空調冷風通道機柜送風的數值模擬

本項工程機柜采用地板送風，并創新在機柜內采用冷風通道直供入機柜中安裝的計算機模塊中。數值模擬采用熱力學混合流體模型以及流體掠過表面紊流換熱模型，構造機柜送風的簡單流道模型，從而模擬論證冷風通道機柜送風的散熱效果。

4.1 FDS數值模擬中通風空調設置

在FDS數值模擬中，構建地板送風冷風通道以及機柜分層模型，在機柜分層模型中內嵌以矩形塊體表面恒定散發熱量表示計算機發熱體。本次模擬選取的票務系統機房尺寸為24.3m×16m，設置8排信息機柜，4個冷風通道，根據熱量計算設置8臺A-100機房空調（風量：30000m3/h，顯冷量：88kW，總冷量：100kW，加濕器功率：7.5kW，加熱器功率：24kW）采用N+N方式互為備用，為在模擬中簡化模型，機組下送風口采用恒定的送風空氣參數代替機組送風參數，設置送風溫度為15℃，濕度50%，并設置98個600mm×600mm冷風通道地板送風口。模型采用開放邊界，全局設置常規環境物理量，房間墻壁采用絕熱壁面條件，經過自動切分劃分網格，模型有限元個數140700個，顆粒度0.25m。冷風通道風管中的計算機發熱體類似水流管道中堵塞物，所以需要同時對內流體的微觀變化進行數值模擬。地板送風口等流體通過面由面屬性管理，定義不同種類風口的面屬性。本工程中空調系統氣流組織為下送上回：空調機房內全空氣機房空調末端對地板下送風，經過地板下層風道中流動至連接機柜冷風通道的送風口送入，冷風通道中冷風水平進入分層機柜網架流入計算機模塊，自由散出機柜外，回風經設于環控機房側墻。

4.2 FDS數值模擬結果

為了更詳細的得到冷風通道及機柜網架中溫度分布又不增加過大計算量，FDS數值模擬根據全局參數設置，基于大渦流模擬來計算，使用的流體力學模型近似N-S方程[3]。從而獲得流體流速分析，流體溫度分布等多項參數的分析結果。在本項工程中，均設置0～120s數值模擬時間，以系統啟動至穩態運行流場模擬為主要研究對象。冷風通道機柜送風系統經過60s達到穩態運行，得到的數據結果通過可視化分析。可以看到機柜中空氣流體溫度的空間分布狀態（見圖2、圖3）。專用機房空調通過下送風口將處理好的冷空氣送入架空地板風道中，由于架空地板并沒有采用常規機房中下送風采用的送風孔板，冷空氣均勻運動在架空地板風道中，冷空氣僅通過機柜中間設置的冷風通道送風口送出，并進入冷風通道。由于冷風通道為密封空間，冷空氣在豎直方向上也保持了良好的均勻性，機柜環境始終保持正壓，水平流過各機柜網架中計算單元，為計算單元提供冷風降溫，熱空氣由機柜排風口側向排出，無機柜環境與機房環境回流混流氣流出現。機柜排出熱空氣的溫度通過布置于機房側壁的回風口回風。可見冷風通道的設置有效減少常規機房空調設計中的無效送風，降低機房精密空調的設計風量，在機房空間中形成一個單向流動的循環路徑，更精準穩定地為計算單元提供降溫，并徹底杜絕機房環境和機柜環境之間回流混流導致水汽和灰塵進入的風險。

圖2 機房側視角度溫度分布

圖3 機房正視角度溫度分布

5 結語

在本項目中，通過結合傳統精密機房空調設計以及新型冷風通道機柜的應用。在工程中獲得良好的使用效果，系統節能運行和系統可靠度的提升，獲得業主及運營方的一致好評，工程也獲得了本院優秀工程建筑環境與能源應用一等獎。希望本文對數據機房的專用空調的設計思路進行闡述了可供未來該類建筑作為借鑒和參考。