楊毅

天津惠普數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)工程有限公司

1 工程概述

本工程位于北京市順義區(qū)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓面積為51700m2，共6層，標(biāo)準(zhǔn)層層高6m，建筑總高度32.0m，耐火等級(jí)為一級(jí)，按一類高層電信建筑考慮。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

2.1 室外空氣計(jì)算參數(shù)

GB50736[1]明確規(guī)定，當(dāng)室內(nèi)溫濕度必須全年保證時(shí)，應(yīng)另行確定空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)。因此，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)設(shè)計(jì)不能采用GB50736推薦的氣象參數(shù)，而應(yīng)考慮極端氣象參數(shù)。北京市極端干球溫度按夏季41.9℃，冬季-18.3℃，極端濕球溫度31℃考慮。

2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

本數(shù)據(jù)中心各功能房間室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

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3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 冷源系統(tǒng)

根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174[2]，電子信息設(shè)備耗電量的97%左右都轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷，再考慮UPS損耗、PDU散熱、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明、人員等形成的冷負(fù)荷，最終計(jì)算得到數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓總冷負(fù)荷為38.06MW。在機(jī)房樓的一層左右兩側(cè)設(shè)兩個(gè)冷凍站作為主冷源，冷凍站主要設(shè)備見(jiàn)表2。每個(gè)冷凍站設(shè)計(jì)采用1100RT（3868kW）變頻離心式冷水機(jī)組6臺(tái)，5用1備。冷凍水采用一、二次泵系統(tǒng)，一次泵定流量運(yùn)行，與冷水機(jī)組一對(duì)一單元式配置，即水泵與主機(jī)先串聯(lián)后并聯(lián)，二次泵變流量運(yùn)行，通過(guò)設(shè)置平衡管將整個(gè)系統(tǒng)分隔為兩個(gè)水力工況相對(duì)獨(dú)立的冷水生產(chǎn)回路和冷水輸配回路。冷源側(cè)為定流量，保證了冷水機(jī)組的水力工況穩(wěn)定；負(fù)荷側(cè)為變流量，根據(jù)最不利回路的末端壓差調(diào)節(jié)二次泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，動(dòng)態(tài)跟蹤負(fù)荷變化。每套連續(xù)制冷系統(tǒng)由冷水機(jī)組、冷凍水一、二次泵、開(kāi)式蓄冷罐、冷卻水泵、冷卻塔、板式換熱器、機(jī)房精密空調(diào)機(jī)組等組成。冷凍水的供水溫度為11.5℃，回水溫度為18℃。

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數(shù)據(jù)中心屋面設(shè)有一個(gè)輔冷源，專為T4機(jī)房模塊供冷。冷源包括5臺(tái)800kW風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組，內(nèi)置自然冷卻用空氣冷卻器，用以自然冷卻和預(yù)冷；冷卻風(fēng)機(jī)變頻，并配備冬季防凍設(shè)施；循環(huán)水泵及定壓裝置也置于屋頂。

為保證冷凍水系統(tǒng)的可靠性，主冷源冷凍水系統(tǒng)干管為環(huán)狀管網(wǎng)，保證單點(diǎn)故障時(shí)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在冷源側(cè)與負(fù)荷側(cè)旁通上設(shè)置蓄冷罐作為應(yīng)急冷源，以應(yīng)對(duì)市電停電引發(fā)制冷站中斷事故時(shí)的制冷需求，蓄冷罐有效容積為650m3，可提供數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)15min的冷水供應(yīng)，這一時(shí)間主要是考慮目前市場(chǎng)上國(guó)際主流品牌柴油發(fā)電機(jī)組的來(lái)電自啟動(dòng)、并機(jī)輸出、逐級(jí)送電以及制冷機(jī)啟動(dòng)至穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間。開(kāi)式蓄冷罐液面高度須高于數(shù)據(jù)中心制冷站冷凍水系統(tǒng)的最高冷水管3m，以防冷水系統(tǒng)運(yùn)行中負(fù)壓倒空。蓄冷罐內(nèi)部上下分設(shè)布水器，平時(shí)工作狀態(tài)為蓄冷過(guò)程，冷凍水的供水經(jīng)由罐內(nèi)下部布水器進(jìn)入蓄冷罐，保證蓄冷過(guò)程完畢后罐內(nèi)是設(shè)計(jì)供水溫度的冷凍水。做為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，一次泵、冷卻水泵、制冷機(jī)等雙路供電，二次泵、機(jī)房精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)由市電、UPS雙路供電，末端切換，主回路由UPS供電，當(dāng)市電出現(xiàn)故障、柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)之前，二次泵、機(jī)房精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)由UPS供電繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證機(jī)房連續(xù)性制冷的需求。此時(shí)蓄水罐處于放冷狀態(tài)，冷凍水通過(guò)罐內(nèi)下部布水器，經(jīng)二次泵系統(tǒng)，提供至機(jī)房精密空調(diào)，控制冷水緩慢地自上往下流動(dòng)，保持良好的溫度分層。蓄冷罐沿罐體高度方向均勻設(shè)置溫度傳感器，監(jiān)測(cè)罐體內(nèi)斜溫層的變化及溫度梯度。蓄冷罐的高徑比應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地、溫度分層需求、布水器的結(jié)構(gòu)尺寸以及流速等因素綜合考慮確定，本工程室外蓄冷罐直徑為6m，高度為28m，高徑比約4.67。蓄冷罐發(fā)生故障時(shí)，供水、回水管與蓄冷罐之間的電動(dòng)閥將自動(dòng)隔離發(fā)生故障的蓄冷罐，并聯(lián)鎖開(kāi)啟平衡管上的常閉閥門，保證一次側(cè)流量始終大于二次側(cè)流量。

3.2 冷凍水系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心T4[3]模塊的機(jī)房空調(diào)，考慮2N的配置需求且空間所限，采用雙盤管精密空調(diào)，其冷凍水分別接自一層冷凍站和屋面冷凍站兩個(gè)獨(dú)立的冷源，冷凍水輸配管路也為獨(dú)立的兩套，滿足系統(tǒng)容錯(cuò)要求。數(shù)據(jù)中心T3模塊的機(jī)房空調(diào)，采用N+20%配置，其冷凍水接自一層冷凍站，冷凍水管路為環(huán)路配置，并設(shè)置分段檢修閥，滿足在線維護(hù)要求。數(shù)據(jù)中心T2模塊的機(jī)房空調(diào)，采用N+20%配置，其冷凍水接自一層冷凍站，冷凍水管路為單路。

3.3 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水溫度隨室外環(huán)境條件改變而不斷變化，根據(jù)冷卻水的變化情況，冷凍水的制備分三種工況：當(dāng)冷卻水溫度高于16℃時(shí)，采用電制冷模式，此時(shí)濕球溫度約10℃；當(dāng)冷卻水溫度低于10℃時(shí)，采用完全自然冷卻模式，此時(shí)濕球溫度約為1℃；當(dāng)冷卻水溫度介于10℃～16℃時(shí)，采用部分自然冷卻模式。由于數(shù)據(jù)中心夏季與冬季冷負(fù)荷相差不大，為了更好節(jié)能，盡量延長(zhǎng)自然冷卻時(shí)間，冷卻塔設(shè)計(jì)按冬季選型，夏季校核，容量可適當(dāng)加大。板式換熱器位于一層冷凍站內(nèi)，其數(shù)量、單機(jī)換熱能力與制冷機(jī)組一致，負(fù)荷側(cè)冷凍水供水溫度為11.5℃，回水溫度為18℃，冷源側(cè)冷卻水供水溫度為10℃，回水溫度為15.4℃。冷卻塔出水溫度由冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)機(jī)設(shè)變頻裝置，冷卻水設(shè)最低回水溫度控制，低溫保護(hù)主機(jī)。

3.4 機(jī)房精密空調(diào)

主機(jī)房?jī)?nèi)精密空調(diào)采用下出風(fēng)EC風(fēng)機(jī)，由微電子控制器進(jìn)行變風(fēng)量調(diào)節(jié)，機(jī)房空調(diào)機(jī)組為干工況運(yùn)行，精密空調(diào)承擔(dān)顯熱負(fù)荷，包括風(fēng)機(jī)段、表冷段和過(guò)濾段，不設(shè)再熱段和加濕段，加濕由獨(dú)立的濕膜加濕器解決。機(jī)房空調(diào)機(jī)組輸送冷空氣進(jìn)入活動(dòng)地板靜壓箱空間，保持微小正壓10～25Pa，通過(guò)開(kāi)孔地板吹向IT設(shè)備。

變配電室、電池室配備上送風(fēng)式機(jī)房精密空調(diào)機(jī)組，風(fēng)管上送風(fēng)，下側(cè)回風(fēng)。其機(jī)房精密空調(diào)的冗余配置與相應(yīng)級(jí)別的機(jī)房相同，滿足數(shù)據(jù)中心負(fù)荷可靠性的要求。

3.5 機(jī)房加濕系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的濕源主要來(lái)自新風(fēng)，在每個(gè)模塊的空調(diào)機(jī)房設(shè)置4臺(tái)濕膜加濕器，三用一備，每臺(tái)加濕能力為15kg/h。根據(jù)室內(nèi)濕度傳感器控制供水管上的電磁閥啟閉，加濕控制系統(tǒng)由加濕器自帶，并接入BAS系統(tǒng)。

3.6 機(jī)房氣流組織

數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜采用冷熱通道分離，即“面對(duì)面、背對(duì)背”的擺放方式，在冷通道布置開(kāi)孔地板，開(kāi)孔率視功率密度而定，冷空氣冷卻機(jī)柜后，熱量排放到熱通道中，通過(guò)上方的百葉風(fēng)口回至空調(diào)機(jī)組。吊頂與架空地板間凈高為3m，架空地板高度為0.9m。機(jī)房氣流組織可參照?qǐng)D1。

圖1 機(jī)房氣流組織分布圖

3.7 機(jī)房新風(fēng)系統(tǒng)

機(jī)房保持5～10Pa正壓，換氣次數(shù)按0.6次/h考慮，新風(fēng)經(jīng)G4、F7粗中效兩級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾后顆粒度≥0.5μm的個(gè)數(shù)≤18000粒/L。機(jī)房?jī)?nèi)部濕度依據(jù)露點(diǎn)溫度控制，夏季新風(fēng)以大于室內(nèi)露點(diǎn)溫度送入室內(nèi)，以保證機(jī)房?jī)?nèi)部濕度控制；冬季切不可將新風(fēng)直接引入機(jī)房，否則會(huì)引起機(jī)房結(jié)露。在屋面集中設(shè)置兩個(gè)新風(fēng)機(jī)房，每個(gè)新風(fēng)機(jī)房設(shè)三臺(tái)新風(fēng)機(jī)組，兩用一備，單臺(tái)風(fēng)量為30000m3/h，新風(fēng)通過(guò)垂直豎井及水平風(fēng)管送到所需房間，同時(shí)在進(jìn)入每個(gè)防火分區(qū)處安裝電動(dòng)防火閥，和消防聯(lián)動(dòng)。

新風(fēng)機(jī)組由風(fēng)冷熱泵機(jī)組提供冷源，單臺(tái)制冷量850kW，夏季供回水溫度7℃/12℃，用于冷卻除濕；冬季新風(fēng)采用園區(qū)二次熱水加熱，單臺(tái)新風(fēng)機(jī)組熱負(fù)荷為517kW，二次熱水供回水溫度60℃/50℃。當(dāng)園區(qū)二次熱水故障時(shí)，由風(fēng)冷熱泵機(jī)組提供熱源。

3.8 機(jī)房排風(fēng)系統(tǒng)

本工程機(jī)房區(qū)域及電氣房間采用IG541氣體滅火系統(tǒng)，設(shè)置災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù)按5次/h考慮。由于IG541氣體密度比空氣重，采用下排風(fēng)，電動(dòng)排風(fēng)口平時(shí)常閉，災(zāi)后排風(fēng)時(shí)打開(kāi)。在劃分災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，考慮到防護(hù)區(qū)之間排風(fēng)量的匹配，將容積相差不大的機(jī)房區(qū)及電池室劃為一個(gè)系統(tǒng)，由屋頂風(fēng)機(jī)通過(guò)垂直豎井排除；一層的電信接入間、電纜交界室等小容積房間劃為一個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)一層側(cè)墻水平排除。

電池室設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)，每個(gè)電池室上部設(shè)置電動(dòng)排風(fēng)口，日常排風(fēng)按1次/h考慮，事故排風(fēng)按12次/h考慮。風(fēng)機(jī)平時(shí)低速運(yùn)行提供日常排風(fēng)；事故排風(fēng)時(shí)高速運(yùn)行。每個(gè)電池室安裝氫氣泄露探測(cè)器，并與相應(yīng)的事故排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，檢測(cè)氫氣濃度達(dá)到其爆炸下限濃度的20%時(shí)，啟動(dòng)事故排風(fēng)，此電池室排風(fēng)口打開(kāi)，其他電池室電動(dòng)排風(fēng)口關(guān)閉，事故排風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行。

3.9 防排煙系統(tǒng)

不滿足自然排煙條件的防煙樓梯間及其前室以及合用前室均采用加壓送風(fēng)，標(biāo)準(zhǔn)層分四個(gè)防火分區(qū)，排煙系統(tǒng)豎直設(shè)置，一個(gè)機(jī)械排煙系統(tǒng)帶豎向多個(gè)防火分區(qū)，走道內(nèi)設(shè)常閉排煙口，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置于屋頂。在排煙風(fēng)管與排煙管井連接處設(shè)置280℃常開(kāi)防火閥，在屋頂排煙風(fēng)機(jī)入口處設(shè)置280℃排煙防火閥，超過(guò)280℃時(shí)能自動(dòng)熔斷并聯(lián)鎖關(guān)閉風(fēng)機(jī)。排煙時(shí)采用自然補(bǔ)風(fēng)。排煙和災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)合用風(fēng)管。某機(jī)房火災(zāi)時(shí)切掉機(jī)房?jī)?nèi)所有與消防無(wú)關(guān)通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備電源。

4 結(jié)語(yǔ)

大量的服務(wù)器置于其數(shù)據(jù)中心內(nèi)，發(fā)熱量巨大，本工程使用了高溫冷水干工況運(yùn)行，滿足了工藝設(shè)備的要求?？照{(diào)能耗在數(shù)據(jù)中心能耗中占據(jù)30%～45%的比例，在空調(diào)設(shè)計(jì)中采取節(jié)能措施對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心節(jié)能有著十分重要的意義設(shè)計(jì)過(guò)程中，提高冷水供水溫度，以提高主機(jī)制冷能力；采用水側(cè)自然冷卻等，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

[1] 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50736-2012)[S].2012

[2] 電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50174-2008)[S].2008

[3] 數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)(TIA-942)(2010版)[S].2010