某軌道控制中心數(shù)據(jù)機房空調(diào)設計

李雨鵬

摘 要：某城市軌道交通運行的指揮控制中心服務8條地鐵線路的運營管理。對該工程2號樓技術樓內(nèi)數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)設計內(nèi)容進行了分析，并對全年24 h空調(diào)供冷系統(tǒng)設計中的幾個關鍵性設計要點進行了探討，提出了一些提高系統(tǒng)節(jié)能及安全可靠性的技術措施，對于保障數(shù)據(jù)機房的空調(diào)系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運行有重要作用。

關鍵詞：地鐵控制中心;數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng);空調(diào)冷源;環(huán)境要求;安全可靠性

中圖分類號：TU831.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）09-0028-03

0引言

地鐵控制中心是城市軌道交通運行的指揮控制中心，是地鐵運營、指揮、管理的重要保障，其中地鐵控制中心內(nèi)的數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)的正常可靠運行是控制中心設備正常工作的重要環(huán)節(jié)，既要滿足運行保障人員的常規(guī)舒適性空調(diào)要求，又要同時滿足數(shù)據(jù)機房常年24 h供冷的要求。結合已完成的某地鐵控制中心項目簡要介紹控制中心數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)的設計。

1項目概況

某城市軌道交通控制中心作為城市軌道交通建設的控制性工程，是多功能復合的綜合建筑項目，主要承擔城市未來建設的8條地鐵線路的行車組織、運營調(diào)度、機電設備監(jiān)控、通信信息交換、票務管理、應急指揮等運營管理任務，同時具有市民科普展示、新聞發(fā)布、軌道運營會議等輔助功能。控制中心作為運營管理機構的總要部門，是全線各系統(tǒng)中央級設備的設置場所，是行車指揮中樞，是對全線列車運行、牽引供電、環(huán)境與設備及火災報警實行監(jiān)控和調(diào)度指揮的中心。在非常情況下，控制中心也是地鐵線網(wǎng)的應急指揮中心。

本項目規(guī)劃凈用地面積約19 366 m2，總建筑面積約9.5萬 m2，本工程按建筑功能分為3個部分：1號樓運營管理樓，2號樓技術樓，3號樓配套樓。建筑主要功能用房包括：1～8號線機房、系統(tǒng)設備用房、中央調(diào)度大廳、運營管理用房、會議、員工配套設施及地下車庫等。本次空調(diào)系統(tǒng)設計針對于2號樓技術樓中的數(shù)據(jù)中心部分，包括對全年24 h空調(diào)供冷系統(tǒng)及滿足運行保障人員的常規(guī)舒適性空調(diào)。數(shù)據(jù)機房主要包括：信號設備室、綜合監(jiān)控設備室、專用通信設備室、線路中心測試開發(fā)、云平臺數(shù)據(jù)中心、共用民用通信機房以及電源室等設備機房。

2空調(diào)系統(tǒng)設計

2.1 數(shù)據(jù)機房冷源設計

數(shù)據(jù)機房空調(diào)冷源要求穩(wěn)定性高，可靠性強，維修方便，根據(jù)工藝要求合理選擇冷源形式，空調(diào)冷源、空調(diào)管線、空調(diào)循環(huán)水泵應有備用方案。系統(tǒng)的可靠性原則要求空調(diào)通風系統(tǒng)設備在滿足各功能房間的溫濕度、潔凈度等要求基礎上，提供合理的冗余冷量和N+1的備份，保證機房的高可靠性要求。

本工程數(shù)據(jù)機房冷源分為2種形式，技術樓全年24 h集中供冷系統(tǒng);機房專用空調(diào)風冷冷源，其中24 h集中供冷系統(tǒng)采用電制冷，選用4臺離心式冷水機組與一臺螺桿式冷水機組（與大樓舒適性空調(diào)合用制冷系統(tǒng)）;冷水機組可根據(jù)末端實際冷負荷配置最佳的冷水機組運行工況。

為保障全年24 h集中供冷系統(tǒng)需求，數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)兩臺離心冷水機組與大樓舒適性空調(diào)系統(tǒng)的2臺離心式冷水機組互為備用，至少保證其中任意兩臺冷水機組全年24 h運行，并保證設備檢修或者特殊情況下，為滿足2號樓技術樓的全年24 h供冷需要，可以臨時不保證1號樓和3號樓常規(guī)供冷模式;空調(diào)冷凍、冷卻循環(huán)水泵與冷水機組一一對應設置，其中離心式冷水機組的循環(huán)泵互為備用，同冷水機組配置模式相同，保證24 h冷水供應系統(tǒng)的可靠性和安全性，所有冷凍水循環(huán)水泵均采用變速調(diào)速控制方式，系統(tǒng)為變流量運行，冷卻塔設置于裙房屋面，工程信息技術數(shù)據(jù)機房在過渡季節(jié)和冬季需要供冷，因此設置冷卻塔免費供冷系統(tǒng)。夏季空調(diào)運行的冷卻塔在過渡季節(jié)和冬季生產(chǎn)冷水，經(jīng)制冷機房的板換換熱后，供給信息技術區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)使用。

該系統(tǒng)的冷凍泵單獨設置。冷卻塔側(cè)供回水溫度6℃～8℃，空調(diào)側(cè)供回水溫度7℃～9℃。冷熱水系統(tǒng)由數(shù)字變頻定壓補水機組定壓補水，補水經(jīng)全自動軟水器軟化處理，空調(diào)回水、冷卻水采用綜合水處理器處理，可有效防腐、殺菌滅藻，采用全過濾方式處理。機房專用空調(diào)風冷冷源主要用于共用民用通信機房以及小型的電源室空調(diào)設計。由于機房專用空調(diào)系統(tǒng)機組相對獨立，只需預留室內(nèi)外空調(diào)機組的位置以及管井、管線路由等條件，路由可控，規(guī)劃方便，布置靈活，系統(tǒng)擴容或分期建設非常容易。

2.2 數(shù)據(jù)機房等級劃分

地鐵控制中心數(shù)據(jù)機房的室內(nèi)環(huán)境要求按《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》（GB50174-2017）[1]、《地鐵設計規(guī)范》（GB50157-2013）[2]的規(guī)定設定。《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》（GB50174-2008）[3]把數(shù)據(jù)機房分為A級、B級及C級，地鐵控制中心數(shù)據(jù)機房根據(jù)使用性質(zhì)、安全管理要求、經(jīng)濟及社會重要性，將信號設備室、綜合監(jiān)控設備室、專用通信設備室、線路中心測試開發(fā)、云平臺數(shù)據(jù)中心主機房均按A級機房設計，但有些機房對地鐵安全運行影響較小。例如，樓宇智能化機房、共用民用通信機房以及小型的電源室，可按C級機房設計。

2.3 數(shù)據(jù)機房環(huán)境要求

2.3.1 空調(diào)設計參數(shù)要求

主機房（開機時）：溫度要求23±1℃，相對濕度40%～55%，主機房（開機時）：溫度要求18℃～28℃，相對濕度35%～75%。

2.3.2 機房的空氣含塵濃度

在靜態(tài)或動態(tài)條件下測試，每立方米空氣中粒徑大于或等于0.5 μm的懸浮粒子數(shù)應少于18 000粒。

2.3.3 主機房不得結露

溫度變化率（開、停機時）小于5℃/h。

2.3.4 應保證房間的正壓

主機房與其他房間、走廊的壓差不宜小于5 Pa，與室外靜壓壓差不宜小于10 Pa。

2.3.5 空調(diào)系統(tǒng)新風量

空調(diào)系統(tǒng)的新風量按下列兩項中的較大值進行確定：按工作人員計算，每人40 m3/h;維持室內(nèi)正壓所需風量。

2.4 數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)設計形式

本工程數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)設計共分為4種形式，見表1。

2.5 數(shù)據(jù)機房空調(diào)安全可靠性設計

數(shù)據(jù)機房全年不間斷運行，要求數(shù)據(jù)系統(tǒng)具備高可靠性，因此也要求機房內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)也應具備相當高的可靠性，空調(diào)水系統(tǒng)采用以下措施：

第一，為保證全年24 h冷凍系統(tǒng)運行安全可靠，空調(diào)干管系統(tǒng)采用環(huán)狀供回水系統(tǒng)。第二，云平臺數(shù)據(jù)中心微模塊機柜列間空調(diào)系統(tǒng)要求冷凍水供回水管路采用雙供雙回方式，每個支路均設置關斷閥門，系統(tǒng)檢修或管路故障時，可以通過備用回路供水，滿足系統(tǒng)不間斷運行要求。第三，離心式冷水機組、循環(huán)泵、冷卻塔均互為備用（臨時不保證大樓舒適性空調(diào)系統(tǒng)）。第四，要求斷電后，離心式冷水機組重新啟動，達到機組機組冷凍水設定供水溫度的時間（帶UPS接入模塊）不超過180 s。第五，全年24 h供冷系統(tǒng)需要設置蓄冷罐系統(tǒng)，為保障系統(tǒng)斷電切換備用電源，制冷主機還未達到正常工作狀態(tài)時，滿足空調(diào)系統(tǒng)的制冷要求，蓄冷罐的體積按滿足180 s供冷量要求計算。

本次設計選用16臺立式蓄冷罐，總蓄冷系體積約為260 m?，各蓄冷罐之間采用同程式連接，設置于本建筑地下一層，制冷機房上方，減少冷水管路長度，降低冷量損耗。

2.6 數(shù)據(jù)機房空調(diào)負荷特點

數(shù)據(jù)機房內(nèi)的空調(diào)冷負荷特性為顯熱負荷為主[4]，根據(jù)《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》（GB50174-2017），A級機房內(nèi)設備均按開機狀態(tài)考慮，機房內(nèi)空調(diào)主要特點如下：

2.6.1 設備散熱量大，濕負荷小

室內(nèi)為常年穩(wěn)定的冷負荷，空氣處理過程為干式降溫，即等濕冷卻。本工程根據(jù)各線網(wǎng)中心工藝提資機房發(fā)熱量確定制冷負荷，其中各線路機房冷負荷指標約為250～300 W/㎡，云平臺數(shù)據(jù)中心冷負荷指標約為500～600 W/㎡，設備電源室冷負荷指標約400～500 W/㎡，其余工藝設備發(fā)熱量暫按總用電量的50%計算。

2.6.2 空調(diào)送風焓差小、風量大

換氣次數(shù)要求：其中各線路機房（信號設備室、綜合監(jiān)控設備室、專用通信設備室、線路中心測試開發(fā)），30～40次/h，數(shù)據(jù)中心機房為20～70次/h，設備電源室30～40次/h，同時設置事故通風系統(tǒng)（電源室具有放散氫氣的危險），事故通風與平時通風合用設置，通風系統(tǒng)風機選用防爆風機。

2.6.3 溫度控制精度高且要求穩(wěn)定

數(shù)據(jù)機房要求溫度波動幅度不應超過規(guī)定的范圍，同時對溫度變化的幅度也有明確的要求，即一般小于5℃/h。同時對濕度也有一定要求，一般采用電子加濕器。

2.7 數(shù)據(jù)機房空調(diào)節(jié)能運行及自控系統(tǒng)

本工程設冷水機組群控系統(tǒng)，群控系統(tǒng)為建筑樓宇智能化系統(tǒng)的一部分，冷水機組、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔等預留接口，接至DDC控制主機。根據(jù)負荷控制相應設備的供冷供熱量及運行臺數(shù)。冷水系統(tǒng)的機房群控系統(tǒng)主要包括幾點內(nèi)容：①實現(xiàn)冷水系統(tǒng)的能量控制管理，主要包括依據(jù)實際運行情況下的制冷量對制冷主機運行臺數(shù)進行控制，同時依據(jù)設定壓差實現(xiàn)一次泵變流量控制（臺數(shù)控制優(yōu)先），依據(jù)冷卻水供水溫度對冷卻塔運行臺數(shù)進行控制。②實現(xiàn)制冷主機、冷凍水循環(huán)泵、冷卻塔、冷卻水循環(huán)泵各設備之間的連鎖控制、開機順序、關機順序等，合理的安排各設備的運行時間，延長使用壽命。實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的備用冷源切換，在非常工況下，切換蓄冷罐系統(tǒng)供冷，以保證數(shù)據(jù)中心的安全可靠運行。

數(shù)據(jù)機房在過渡季節(jié)和冬季需要供冷，因此設置冷卻塔免費供冷系統(tǒng)。夏季空調(diào)運行的冷卻塔在過渡季節(jié)和冬季生產(chǎn)冷水，經(jīng)制冷機房的板換換熱后，供給數(shù)據(jù)機房的空調(diào)系統(tǒng)使用。該系統(tǒng)的冷凍泵單獨設置。冷卻塔側(cè)供回水溫度6℃～8℃，空調(diào)側(cè)供回水溫度7℃～9℃。冬季運行的冷卻塔，其集水盤冷卻水管設電加熱器、電伴熱阻絲及自動控制裝置，防止冷卻塔冬季凍結。

2.8 數(shù)據(jù)機房空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

技術樓一至四層各線路、系統(tǒng)設備用房采用全空氣單風道低速送風空調(diào)系統(tǒng)，每層設置獨立的空調(diào)機房。氣流組織形式為上送上回，每個房間設置變風量末端裝置，由室內(nèi)溫控器調(diào)節(jié)變風量調(diào)節(jié)器的開度大小，滿足室內(nèi)負荷不斷變化下的室溫。送風口采用方形散流器風口，回風口采用單層百葉風口。風口布置需要結合工藝布置，避開設備上方，避免因送風溫度過低風口產(chǎn)生冷結水滴到設備上，影響設備正常工作。

技術樓五、六層云計算數(shù)據(jù)中心，采用微模塊機柜列間精確制冷空調(diào)，房間地面內(nèi)設置350 mm高技術夾層（有條件可以設置500 mm高），環(huán)裝冷凍水管布置在技術夾層內(nèi)，水管個分支及支路均設置關斷閥門，確保當一路供水出現(xiàn)故障時，可從另一路接入機柜內(nèi)的空調(diào)器，夾層設置排水條件，微模塊機柜下方四周設置擋水壩，冷凝水管由地面敷設管道接入預留的排水點[5]。

技術樓配套服務用房采用風機盤管加新風的空調(diào)系統(tǒng)。

2.9 其他

本次設計云平臺數(shù)據(jù)中心采用列間空調(diào)，與傳統(tǒng)房間級空調(diào)相比具有以下2點優(yōu)勢（見表2）。

第一，微模塊機柜列間精確制冷空調(diào)專為高熱密度環(huán)境設計，在該環(huán)境下機組節(jié)能高效運行，機組全顯熱運行，不產(chǎn)生額外的冷凝水浪費冷量，亦不需額外的加濕處理，達到綠色數(shù)據(jù)機房的要求，具有很好的節(jié)能減排的意義。第二，機柜列間精確制冷空調(diào)直流電機風機等調(diào)節(jié)技術，溫度精度高，可控制在±0.5℃，濕度精度也可設定在±1%RH，滿足數(shù)據(jù)機房要求。第三，整機采用前后開門形式，全正面維護。無需打開側(cè)面板，即可進行所有部件的維護。系統(tǒng)管路部件打開后門即可操作、更換;風機部件、加濕部件、再加熱部件從前門即可維護。

3結語

對該地鐵控制中心數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)、冷源、機房環(huán)境及等級要求等內(nèi)容進行分析，結合本工程對數(shù)據(jù)機房空調(diào)系統(tǒng)設計中的幾個關鍵技術要點進行了探討，可通過冷卻塔免費供冷系統(tǒng)、列間行間空調(diào)、空調(diào)設備及管路冗余設計、蓄冷罐系統(tǒng)等技術措施提高制冷系統(tǒng)的高效節(jié)能性和安全可靠性，既滿足平時控制中心平時的舒適性空調(diào)設計又滿足數(shù)據(jù)中心的使用要求，進而提高城市軌道交通的運營的穩(wěn)定性、舒適性、節(jié)能性。

參考文獻

[1] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.GB50174-2017.數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2017.

[2] 北京市規(guī)劃委員會.GB50157-2013.地鐵設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50174-2008.電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范[S].

[4] 鄢亞.淺談某數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設計[J].建筑熱能通風空調(diào)， 2017，36（9）：99-102+41.

[5] 肖傳德.杭州地鐵控制中心暖通空調(diào)設計[J].暖通空調(diào)，2014， 44（3）：72-75+83.