駱玉?！№n延中　王常程　劉正順　賈永浩

摘 要：結(jié)合某通信大樓的工程實(shí)例，提出了一系列在機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所采用的節(jié)能措施，包括：下送上回的送風(fēng)方式、地板下送風(fēng)冷通道封閉技術(shù)、熱通道封閉技術(shù)、引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，提高機(jī)房內(nèi)的氣流組織合理性。根據(jù)室外空氣參數(shù)，提出了引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)控方案。使用CFD軟件對綜合通信機(jī)房的溫度場、速度場進(jìn)行模擬。

關(guān)鍵詞：機(jī)房空調(diào)；節(jié)能設(shè)計(jì)；調(diào)控方案：CFD

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.059

1 工程概況

該通信大樓建筑面積12065.01m2，共十二層。地上一至二層為營業(yè)用房，三至五層為通信設(shè)備用房，其中包括電池室、數(shù)據(jù)機(jī)房、綜合通信機(jī)房、電力室，六至十二層為辦公會議用房。

2 通信機(jī)房節(jié)能設(shè)計(jì)

通信機(jī)房里放置有大量的通信設(shè)備，通信設(shè)備在處理數(shù)據(jù)的同時(shí)會產(chǎn)生大量的廢熱，因此需要空調(diào)系統(tǒng)每天不間斷的為通信設(shè)備降溫。通信機(jī)房和相同面積的辦公室相比，耗電量會大的多[1]。近些年來隨著處理器的不斷優(yōu)化以及超級計(jì)算機(jī)的推廣使用，通信設(shè)備的性能不斷地提高，體積不斷朝著微型化方向發(fā)展，這就使得機(jī)房內(nèi)可以容納更多的設(shè)備，機(jī)房的耗電量也會進(jìn)一步加大。巨大的耗電量最終幾乎都轉(zhuǎn)化成了熱能，導(dǎo)致室內(nèi)產(chǎn)生大量的余熱，如果沒有有效的降溫措施，就會造成機(jī)房的溫度過高。為了降低機(jī)房的溫度，空調(diào)系統(tǒng)就要每天持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，空調(diào)系統(tǒng)的耗電量不斷增加[2]。因此，在通信機(jī)房內(nèi)，如果采用常規(guī)的空調(diào)形式，不僅會造成房間溫度偏高，還會使得機(jī)房的耗電量在較高的水平。

考慮到建筑特性和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候特征，在對三至五層通信設(shè)備用房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用一些節(jié)能技術(shù)，不僅能夠在很大程度上解決通信設(shè)備用房消耗過大的問題，并且可以有效的降低運(yùn)行成本，無論對于社會還是對于企業(yè)都有著積極的意義。

2.1 下送上回的送風(fēng)方式

將機(jī)房地板架空，形成一個(gè)靜壓箱，經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)處理后的冷空氣送入架空地板內(nèi)，冷空氣從機(jī)柜下面的架空地板出風(fēng)口排出，來冷卻通信設(shè)備。冷空氣中因攜帶有大量的通信設(shè)備產(chǎn)生的余熱而被加熱，由于氣流組織的原因上升至房間上部，經(jīng)房間上部的回風(fēng)口再次送入到空調(diào)機(jī)組。這種下送上回的送風(fēng)方式其主要優(yōu)點(diǎn)有以下三點(diǎn)：

（1）節(jié)能效果明顯。

（2）自下而上的氣流組織可以提高房間的潔凈度。

（3）在地板下送風(fēng)口安裝閥門后，可控制氣流大小。

2.2 地板下送風(fēng)冷通道封閉節(jié)能技術(shù)

機(jī)柜采用特殊的“面對面、背對背”的方式擺放[3]，兩排機(jī)柜為一個(gè)送風(fēng)單元，在兩個(gè)送風(fēng)單元之間設(shè)置長條狀的送風(fēng)口，這樣就形成了冷通道。在兩個(gè)送風(fēng)單元的上方安裝鋼化玻璃，對整個(gè)冷通道進(jìn)行封閉處理。這樣可以將冷空氣全部用于通信設(shè)備的冷卻，減少了冷熱量混合導(dǎo)致的能源浪費(fèi)，提高了冷卻效率。

傳統(tǒng)的通信機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于存在冷熱空氣混合以及冷空氣短路等缺陷，會在部分通信設(shè)備的機(jī)柜頂端出現(xiàn)熱空氣聚集的現(xiàn)象。通過冷通道封閉技術(shù)，使得房間的氣流組織得以優(yōu)化，避免局部熱點(diǎn)問題的出現(xiàn)。

2.3 熱通道封閉節(jié)能技術(shù)

空調(diào)系統(tǒng)的回風(fēng)口布置在熱通道的上方，這樣可以將熱氣流就近送入機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)口中，減少了熱氣流的無規(guī)則擴(kuò)散，避免了冷空氣直接進(jìn)入回風(fēng)口造成的冷空氣短路的情況發(fā)生，將熱空氣與冷空氣有效的隔離出來。圖1為機(jī)房冷熱通道示意圖。

2.4 引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)

在冬季及過度季節(jié)以及夏季夜晚的室外空氣低溫的時(shí)段，將室外新風(fēng)引入機(jī)房為通信設(shè)備降溫，這樣會減少空調(diào)機(jī)組開啟的時(shí)間，降低能耗[4]。利用室外新風(fēng)免費(fèi)供冷是引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，同時(shí)在機(jī)房內(nèi)布置溫度探頭，當(dāng)室外新風(fēng)低于某一數(shù)值時(shí)（該數(shù)值隨著區(qū)域和季節(jié)的不同會發(fā)生變化），常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉，引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)打開，新風(fēng)經(jīng)簡單處理后，由機(jī)房的地板送風(fēng)口送入室內(nèi)，達(dá)到通信設(shè)備降溫的效果。

3 引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)控

3.1 室內(nèi)參數(shù)的確定

根據(jù)當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)氣候及設(shè)計(jì)規(guī)范可以確定[5]，通信機(jī)房夏季設(shè)計(jì)溫度為25℃，冬季設(shè)計(jì)溫度為20℃。機(jī)房空調(diào)的全年送風(fēng)溫度為16℃，回風(fēng)溫度為23℃。

3.2 空調(diào)設(shè)備的選擇

以四層西側(cè)綜合通信機(jī)房為例，該機(jī)房長16.6m，寬15.4m，面積255.64m2，設(shè)備“背靠背、面對面”擺放，共126臺，每臺設(shè)備功率設(shè)定為4KW。將機(jī)房的地板架空，架空高度為500mm，處理后的空氣經(jīng)送風(fēng)管送入到架空地板內(nèi)，再由地板下送風(fēng)口排出，進(jìn)入室內(nèi)，通信設(shè)備布置在地板送風(fēng)口的兩側(cè)。相鄰的熱通道間隔1m，冷通道之間的距離為1.5m。地板送風(fēng)口的單個(gè)有效面積為0.17m2，具體尺寸為450mm×450mm，共計(jì)126個(gè)地板送風(fēng)口。

機(jī)房室內(nèi)布置4臺精密空調(diào)機(jī)組（型號為MAD040），其中一臺為備用，機(jī)組詳細(xì)參數(shù)如下表1。

3.3 調(diào)控方案的確定

通信機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量是不變的，在使用引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)后，通過調(diào)節(jié)新回風(fēng)比，來滿足室內(nèi)溫濕度要求。通信機(jī)房的設(shè)定溫度為22-24℃，濕度為40%-55%。

以室外溫度為16℃作為引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的切換溫度值。

選取符合條件的室外溫度較高的3月，通過焓濕圖進(jìn)行新風(fēng)與回風(fēng)的混合計(jì)算，發(fā)現(xiàn)由于室外相對濕度較高，若通過新風(fēng)回風(fēng)混合將通信機(jī)房相對濕度控制在40%-55%，新風(fēng)量就會很大。因此，我們對臨界點(diǎn)進(jìn)行一些調(diào)整。

將3月和11月的臨界溫度設(shè)定為10℃。我們可以得到下表3：

因此我們的調(diào)控方案為：

引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換溫度為16℃，在過渡季或冬季，室外空氣溫度低于16℃（11月或3月室外空氣溫度小于10℃）時(shí)，引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)打開，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉。室內(nèi)的回風(fēng)與處理過的新風(fēng)相混合至送風(fēng)溫度16℃，來承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷。新風(fēng)和回風(fēng)的風(fēng)量隨著室外溫度的變化而進(jìn)行調(diào)整。其余的回風(fēng)由排風(fēng)機(jī)排出機(jī)房。

在夏季的夜晚或過渡季的其他季節(jié)，室外空氣溫度高于16℃（11月或3月室外空氣溫度大于10℃）時(shí)，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)打開，新風(fēng)引入式空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉，室內(nèi)的新風(fēng)需求由室外空氣的滲透來滿足。

引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)的具體調(diào)控方案，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，來確定引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)的開啟時(shí)間點(diǎn)和新風(fēng)量的大小。四層西側(cè)綜合通信機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)調(diào)控方案見表4。

4 通信機(jī)房CFD模擬

4.1 總體概況

采用FLUENT軟件模擬該通信大樓一個(gè)綜合通信機(jī)房，該通信機(jī)房，長16.6m，寬15.4m，高3.6m，機(jī)房的西墻和南墻與內(nèi)走廊相接，走廊的另一端是具有類似功能的機(jī)房。機(jī)房的北墻和東墻是外墻。機(jī)房內(nèi)共設(shè)置了6排機(jī)架，機(jī)架的擺放位置符合冷熱通道的要求。機(jī)房設(shè)備“背對背、面對面”擺放，共126臺。相鄰的熱通道間隔1m，冷通道之間的距離為1.5m。

4.2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

模擬所需的參數(shù)為：室外空氣環(huán)境溫度23℃，空調(diào)送風(fēng)溫度16℃，送風(fēng)量36792m3/h，。選取兩個(gè)最具有代表的截面，分別為：截面A（Z—1.0）、B截面（Y—4.2），截面A是距離地板送風(fēng)口1.0m的水平截面，截面B垂直于x軸，距離北面外墻4.2m。

根據(jù)模擬結(jié)果得出，A截面平均溫度為24.3℃，風(fēng)速為0.114 m/s，B截面平均溫度為22.9℃，風(fēng)速為0.146 m/s。從冷通道到熱通道流場趨于穩(wěn)定，與設(shè)計(jì)流場基本符合，均為從冷通道均勻過渡到熱通道。

5 總結(jié)

在通信機(jī)房內(nèi)使用下送上回的送風(fēng)方式、地板下送風(fēng)冷通道封閉技術(shù)、熱通道封閉技術(shù)、引入新風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，提高機(jī)房內(nèi)的氣流組織合理性。本文通過對機(jī)房進(jìn)行CFD模擬，有效驗(yàn)證了這四種節(jié)能措施的可行性，提出引入式新風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)控方案，為實(shí)際工程的應(yīng)用提供幫助。

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作者簡介：駱玉海（1983-），男，山東煙臺人，本科，工程師，項(xiàng)目經(jīng)理，主要從事：機(jī)電工程施工項(xiàng)目管理工作。