天津某銀行大后臺數據中心配套空調系統設計

孫項菲周遠斌張風合

1山東華宇工學院

2天津建筑設計院

1 工程概況

該項目位于天津市西青區經濟開發區賽達新興產業園內，為通信機房樓。地下一層，地上四層。總建筑面積為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。

該項目2012年初開始設計，2014年初完成施工圖設計，預計2017年竣工。

2 冷熱源選擇

2.1 冷源系統設計

大型數據中心需要一個全年不間斷的供冷空調系統，因為大型數據機房內設備散熱屬于穩定熱源，全年不間斷運行，所以冗余對于大型數據中心非常必要。根據GB50174-2008《電子計算機機房設計規范》》[1]相關要求，本項目屬于大型數據中心A級，冷源系統和機房專用空調，需要2N冗余，電力配置采用市電和柴油發電機組來供電。

本項目冷源配置A路水冷冷凍水系統和B路風冷冷凍水系統。本工程對各層機房全年提供冷凍水，兩套冷水系統各占50%負荷運行，或按照室外氣象參數采用不同負荷比例高效運行，充分發揮水冷冷凍水系統和風冷冷凍水系統的各自優勢。

由于柴油發電機啟動時間10 min，冷水機組啟動時間為5 min，所以水冷冷凍水系統中設置了水蓄冷裝置，蓄冷量按蓄冷時間15 min考慮。平時蓄冷罐處于蓄冷狀態，當雙路市電斷電后，在柴油發電機和冷水機組正常運行前，蓄冷罐向冷水泵和精密空調提供12℃的冷水，保證數據機房不間斷供冷。

2.1.1 A路水冷冷凍水系統

1）冷卻塔。冷卻塔共4臺，1臺循環水量為500 m3/h及3臺循環水量為1200 m3/h的開式冷卻水塔。當夏季進風濕球溫度為29℃時，冷卻塔的進出水溫度為37℃/32℃；當冬季進風濕球溫度為2℃時，冷卻塔的進出水溫度為14℃/10℃。冷卻塔根據冷卻水供回水水溫控制風機臺數或變頻控制。4臺冷卻塔設置在四層屋頂。

2）水冷冷凍水機組。水冷冷凍水機組選用1臺制冷量為2110 kW及3臺制冷量為4220 kW的高壓離心式水冷冷水機組。冷凍水供回水溫度為12℃/18℃（可調）。離心式水冷冷水機組采用對地球環境不產生危害及污染的R-134a冷媒或其他環保冷媒。水冷冷凍水機組設置在地下一層的冷凍機房內。

3）板式換熱器。冬季供冷系統，采用室外天然冷源降溫的方式。每臺水冷離心冷水機組配置1臺板式換熱器，減少冷水機組運行時間，降低能耗。冷卻水通過冷卻塔降溫后，再經過板式換熱器換冷，將冷水溫度降低。4臺板式換熱器，1臺的換冷量為2110 kW，另外3臺每臺的換冷量為4220 kW。板式換熱器一次側的進出水溫度為10℃/14℃，二次側的進出水溫度為18℃/12℃，換熱效率為90%。板式換熱器設置在地下一層的冷凍機房內。

4）冷凍水蓄冷水罐。水冷冷凍水系統中設置了水蓄冷裝置，在電力或冷機故障時應急使用。水蓄冷裝置包括11臺冷凍水蓄冷水罐，每臺的有效容積為48 m3。根據工藝要求水蓄冷裝置蓄冷量按蓄冷時間15分鐘考慮。水蓄冷的裝置設置在地下一層的冷凍機房內。

5）冷水泵。冷水泵則應設置在地下一層的冷凍機房內。

空調冷凍水泵采用臥式變頻離心泵，共4臺。其中 1臺流量為 305 m3/h，另外 3臺每臺流量為605 m3/h，揚程為35 m水柱。冷凍水為一次泵變流量系統，由UPS供電。控制器應根據冷凍水系統末端的壓差設定值，控制冷凍水泵的運行臺數和轉速。

空調冷卻水泵采用臥式變頻離心泵，共4臺。其中 1臺流量為 445 m3/h，另外 3臺每臺流量為855 m3/h，揚程為28 m水柱。

空調冷卻水補水泵采用立式變頻離心泵，共2臺。每臺流量為44 m3/h，揚程為25 m水柱。

6）自動排氣、定壓補水機組。一體式機組，罐體常壓，連續強制真空（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。穩壓泵2臺，每臺流量為10 m3/h，揚程為40 m水柱。自動排氣、定壓補水機組設置在地下一層的冷凍機房內。

2.1.2 B路水冷冷凍水系統

1）風冷冷凍水機組。風冷冷凍水機組選用11臺制冷量為1318 kW的風冷螺桿式冷水機組作為B路系統的冷源。進出水溫度為18℃/12℃。11臺風冷冷水機組設置在屋頂。

2）冷凍水泵。冷凍水泵采用立式雙吸泵，共11臺。每臺流量為200 m3/h，揚程為28 m水柱。11臺冷凍水泵設置在屋頂的2間水泵房內。

3）自動排氣、定壓補水機組。一體式機組，罐體常壓，連續強制真空（霧化噴射）排氣功能。自動排氣、定壓補水機組共3臺。其中1臺的定壓罐有效容積為1.14 m3，最大工作壓力1 MPa。穩壓泵2臺，每臺流量為16 m3/h，揚程為12 m水柱。另外2臺，每臺的定壓罐有效容積為0.75 m3，最大工作壓力1 MPa。穩壓泵2臺，每臺流量為10 m3/h，揚程為12 m水柱。自動排氣、定壓補水機組分別設置在屋頂的2間水泵房內。

2.2 熱源系統設計

當建筑內有大量余熱時，可以采用水環熱泵空調系統，將建筑內的余熱轉移到需要供熱的區域。本項目辦公區設置在一層，面積約700 m2，數據機房的余熱可以供應整個辦公區冬季采暖。辦公區采暖熱源來自數據機房的機器散熱，采用水環熱泵空調系統。

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

3 空調末端系統設計

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）經不同的管井接至每個房間。

1）精密空調。一至四層的數據機房和UPS間，全部采用精密空調全年供冷。根據GB50174-2008《電子計算機機房設計規范》相關規定，對于A級數據中心，數據設備機房的溫度為23℃±1℃，相對濕度為40%～55%。UPS間的溫度為15～20℃。

數據設備機房設置加濕器，UPS間不設加濕器，這主要是因為數據設備機房內的設備，相對濕度過大容易造成短路，相對濕度過小容易產生靜電，所以必須設置加濕器。精密空調設置在單獨的精密空調間內，空調間內布置A路和B路空調供回水管和凝結水管（見圖1），漏水概率低，安全性能高。

圖1 A路和B路空調供回水管

數據設備機房采用封閉冷通道，地板下送風，上回風方式（見圖2）。這種氣流方式冷空氣利用效率最高，適合于大型數據機房。送風口采用孔板，送風口位置和數量是根據數據設備位置和數量確定的。裝修時根據實際設備位置深化設計，要求送風口風速小于3 m/s。UPS間空調采用水平封閉冷通道送風，側壁回風的方式（見圖3）。水平封閉冷通道提高了送風的利用效率，減少了環境耗冷量。

圖2 數據機房氣流組織

圖3 UPS間氣流組織

2）風機盤管。一至四層的機房弱電間和電池間采用風道連接式風機盤管，全年供冷。風機盤管送風采用側送下回，回風口設于側墻，由風道連接至風機盤管回風口。風機盤管的冷凍水供回水管、凝結水管均在環形走道內。風機盤管應能夠由室內溫度信號控制其啟停。風機盤管控制器應具備遠傳功能。

3）吊裝空氣處理機組。三層動力配電室設置了11臺吊裝空氣處理機組，全年供冷。吊裝空氣處理機組送風采用側送下回，回風口設于側墻，由風道連接至吊裝空氣處理機組的回風口。吊裝空氣處理機組的冷凍水供回水管、凝結水管均在三層的動力走廊內。

4 新風系統的設計

數據機房有空氣潔凈度要求。空氣中的塵埃、腐蝕性氣體等會損壞電子元件的壽命，引起接觸不良和短路等。因此要求對空調風系統空氣進行除塵、過濾處理。根據《電子計算機機房設計規范》相關規定，主機房內的空氣含塵濃度，在靜態條件下測試，每升空氣中大于或等于0.5 μm的塵粒數，應小于18000粒。為了保持機房內的正壓，需向機房內補充新風。主機房與其他房間，走廊間的壓差不宜小于5 Pa，與室外靜壓不宜小于10 Pa。

1）辦公區域。首層辦公區域設置了新風換氣機組，吊裝在辦公區域內。根據《電子計算機機房設計規范》規定，空調系統區域的新風量取按照人數和正壓計算結果的最大值，按人數計算時新風量為40 m3/h·人。由《實用供熱空調設計手冊》[3]可知，無外窗的房間若要保持10 Pa正壓，其換氣次數可取1次/h。首層主機房與首層辦公區域的壓差不宜小于5 Pa，即首層主機房的氣壓最好大于首層辦公區域的氣壓。綜上所述，由于數據機房內沒有人員，主機房的換氣次數為1次/h，辦公區的換氣次數為0.5次/h。

2）數據機房。一至四層的精密儀器空調間設置了帶旁通管道的制冷新風機組和新風換氣機組。精密空調間與數據機房的吊頂相通，可保持數據機房內的正壓。平時制冷新風機組與帶旁通空氣交換機組聯動開啟，過度季節開啟旁通閥，制冷新風機組向主機房直接引入室外新風。

5 結語

1）大型數據機房空調系統可采用電制冷與自然冷卻相結合的方式。

2）大型A級數據中心，冷源系統和機房專用空調用電需要2N冗余。水蓄冷裝置蓄冷量按15 min考慮。

3）辦公區冬季采暖采用水環熱泵空調系統，熱源來自數據設備機房的機器散熱，高效節能。

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

5）辦公區域采用新風換氣機，數據機房采用帶旁通管道的制冷新風機組和新風換氣機。數據機房內，平時制冷新風機組與新風換氣機聯動開啟，過度季節開啟旁通閥，制冷新風機組向數據機房直接引入室外新風，提供天然冷源。