張國斌

中船第九設(shè)計研究院工程有限公司

A級數(shù)據(jù)中心冷卻循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計體會

張國斌

中船第九設(shè)計研究院工程有限公司

簡要介紹A級數(shù)據(jù)中心冷卻循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計思路。

A級數(shù)據(jù)中心；冷卻循環(huán)水系統(tǒng)；設(shè)計

1 引言

隨著國家“互聯(lián)網(wǎng)+”、“大數(shù)據(jù)”、“云計算”、“智能制造”戰(zhàn)略的進一步拓展，數(shù)據(jù)中心建設(shè)正蓬勃展開。本文通過某個A級數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的介紹，旨在為今后的數(shù)據(jù)中心空調(diào)用冷卻循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計提供思路。

2 項目簡介

筆者有幸負責設(shè)計了一個數(shù)據(jù)中心項目，項目位于上海市郊。主要包括數(shù)據(jù)樓、動力樓、科研樓各一棟，及110KV變電站一座。數(shù)據(jù)樓地下一層、地上八層，建筑高度49米，建筑面積約57000平方米，共設(shè)8000多個機柜；動力樓地下一層、地上三層，設(shè)有柴油發(fā)電機間、消防水泵房、生活給水泵房、冷卻水補水泵房等動力設(shè)施；科研樓地上四層、為一般民用建筑。

數(shù)據(jù)樓屬A級數(shù)據(jù)中心，內(nèi)部設(shè)備安裝密度大、精密度要求高、用電設(shè)備多、用電量大，發(fā)熱量也大且基本要求恒溫恒濕24小時365天不間斷運行，空調(diào)系統(tǒng)要求可靠性與可用性高，系統(tǒng)按容錯系統(tǒng)配置。

3 空調(diào)設(shè)計要求

數(shù)據(jù)樓設(shè)集中空調(diào)系統(tǒng)，選用水冷離心式冷水機組；數(shù)據(jù)樓地下一層共設(shè)四座冷凍機房，每座機房設(shè)離心式冷水機組四臺，三用一備，選號參數(shù)一致。

夏季設(shè)計濕球溫度為T1=28.5℃，進水溫度t1=37℃、出水溫度t2=32℃，每臺機組的冷卻循環(huán)水量為935立方米/時。

4 系統(tǒng)形式

對于大型的空調(diào)用冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，其冷卻水管道布置通常有二種形式，具體優(yōu)缺點如下：

第一種是干管制，即多塔多泵多機組合用一套供回水管道，管道數(shù)量少，占用管井面積小、布置比較方便，塔、泵與機組切換比較便捷，投資較省。如系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)、流量變化幅度較大時（如晝夜、季節(jié)性等），相應(yīng)供回水管路水損變化也大，對水泵的運行控制要求就比較高；一旦供回水管路或主閥出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)就得被迫停止運行進行檢修。

第二種是單管制或單元制，即一塔一泵一機組一一對應(yīng)組合成一個運行單元，每個運行單元設(shè)一套供回水管道，這樣系統(tǒng)運行比較平穩(wěn)，對冷卻塔、水泵的運行控制要求就比較低；一旦一個單元發(fā)生問題時、檢修維護方便，不影響整個系統(tǒng)的運行。缺點是供回水管道數(shù)量多，占用管井面積大、布置比較困難。

經(jīng)與工藝與空調(diào)專業(yè)協(xié)商，數(shù)據(jù)樓的空調(diào)要求冷卻循環(huán)水系統(tǒng)采用N+1配置，系統(tǒng)按單管制設(shè)計，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)有一個單元備用。

5 設(shè)備布置

數(shù)據(jù)樓屋頂共設(shè)四組冷卻塔，每組四臺三用一備、分別對應(yīng)地下一層每座冷凍機房。選用開式低噪音橫流式冷卻塔、帶集水盤，設(shè)計流量為1000立方米/時；每臺采用二個500立方米/時組合而成、每臺均可獨立運行，每臺冷卻塔的進出水管均不設(shè)控制閥門，由設(shè)在冷凍機房的單元控制屏集中控制。

每座冷凍機房內(nèi)設(shè)冷卻循環(huán)水泵四臺，三用一備，每座冷凍機房對應(yīng)屋頂一組冷卻塔。冷卻循環(huán)水泵選用臥式離心泵，水泵參數(shù)Q=900立方米/時、H=30米、n=1450轉(zhuǎn)/分鐘、N=110千瓦；冷卻循環(huán)水泵進水管上設(shè)一套自潔式管道過濾器。

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)須常年運行，一年四季室外氣候條件變化很大，為節(jié)省能耗，冷卻循環(huán)水泵、冷卻塔配套風機均采用變頻控制、可依據(jù)氣候條件設(shè)定。

6 水質(zhì)控制措施

系統(tǒng)在冷卻循環(huán)水泵進水管上設(shè)一套微晶循環(huán)水旁濾處理器，處理水量按2%循環(huán)水量考慮。為保證循環(huán)水的水質(zhì)，系統(tǒng)在每座冷凍機房內(nèi)設(shè)一套全自動在線冷卻水加藥裝置，不定期向冷卻循環(huán)水系統(tǒng)添加水質(zhì)穩(wěn)定及阻垢緩蝕劑。

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7 冷卻循環(huán)水補水

系統(tǒng)的平均時補充水量按循環(huán)水量的1.5%考慮，即為180立方米/時，系統(tǒng)設(shè)補充水管一根，管徑為DN200，入口設(shè)水表計量。

依據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》GB50174-2017第12.1.4條之要求，“A級數(shù)據(jù)中心的冷卻水補水儲水裝置可按12小時儲水”。

冷卻水補水泵房設(shè)在動力樓地下一層，冷卻水補水調(diào)節(jié)水池布置宜為二～三座，一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（內(nèi)貼瓷磚）；本設(shè)計共設(shè)三座、每座水池的有效容積約為750立方米；三座水池可滿足夏季規(guī)范要求的12小時儲水量的要求、二座水池可滿足冬季規(guī)范要求的12小時儲水量的要求。

冷卻水補水泵房設(shè)二套冷卻水變頻供水裝置，每套供水能力按系統(tǒng)的平均時補充水量70%設(shè)計，即為126立方米；二套變頻供水裝置的出水管采用雙管環(huán)形供水，以確保系統(tǒng)的安全可靠。

此處應(yīng)注意的是水池的有效容積是規(guī)范要求，合理布置冷卻水補水調(diào)節(jié)水池與冷卻水補水加壓泵的關(guān)系、管道布置，宜按照消防水池的容量計算方式來核算，以確保系統(tǒng)的安全可靠；冷卻水補水調(diào)節(jié)水池內(nèi)宜布置導(dǎo)流設(shè)施。

8 冷卻循環(huán)水年補水量核算

經(jīng)與工藝與空調(diào)專業(yè)協(xié)商，項目位于上海市郊，按照上海市年氣候變化情況，確定了冷卻循環(huán)水系統(tǒng)季節(jié)性循環(huán)水量變化情況，具體如下：

夏季：按系統(tǒng)運行3個月、90天計，冷卻水循環(huán)水總量為12000立方米/時。

補水量Q1=12000*1.5%*24*90=388800立方米。

冬季：按系統(tǒng)運行3個月、90天計，冷卻水循環(huán)水總量為8000立方米/時。

補水量Q2=8000*1.5%*24*90=259200立方米。

過渡季：按系統(tǒng)運行6個月、185天計，冷卻水循環(huán)水總量為10000立方米/時。

補水量Q23=10000*1.5%*24*90=666000立方米。

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)年補水量：∑Q=Q1+Q2+Q3=1314000立方米，占到基地年用水量的99%左右。

9 結(jié)論及建議

冷卻水補水調(diào)節(jié)水池的容量宜根據(jù)當?shù)刈詠硭┧畻l件來確定，如能滿足二路（參照消防給水標準）供水的條件，建議容量可適當減少、滿足6小時儲水量的話比較經(jīng)濟合理。

合理選用冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，選擇高效節(jié)能的產(chǎn)品，事關(guān)節(jié)水節(jié)能。

[1] GB50015-2003(2009年版).建筑給水排水設(shè)計規(guī)范[S].

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.030