戴力軍

【摘 要】水冷式中央空調(diào)是建筑工程空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的重要形式，科學(xué)化的進(jìn)行水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)空調(diào)設(shè)備應(yīng)用性能和經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的全面統(tǒng)籌。以萬(wàn)國(guó)數(shù)據(jù)上海5#唐鎮(zhèn)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目為例，在闡述數(shù)據(jù)機(jī)房暖通設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，就水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行系統(tǒng)分析，并在單點(diǎn)故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)和節(jié)能自動(dòng)控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)把控的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)機(jī)房暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果分析。期望能提升水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用質(zhì)量，繼而為類似工程建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】水冷式中央空調(diào);設(shè)計(jì)思路;容錯(cuò)設(shè)計(jì);自動(dòng)控制;節(jié)能化

中圖分類號(hào)： TU831文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）17-0252-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.121

0 引言

新經(jīng)濟(jì)形態(tài)下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的生態(tài)化、可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的重要趨勢(shì)。生態(tài)化建設(shè)需要注重工程的能耗控制，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的節(jié)能化。當(dāng)前，暖通空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用需要消耗大量的能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，暖通項(xiàng)目的能源消耗占到了建筑工程項(xiàng)目總能量的50%以上，故而在當(dāng)前建筑施工中，進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵。本文結(jié)合萬(wàn)國(guó)數(shù)據(jù)上海5#唐鎮(zhèn)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際，就基于水冷式中央空調(diào)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開(kāi)分析。

1 項(xiàng)目概況

萬(wàn)國(guó)數(shù)據(jù)上海5#唐鎮(zhèn)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工于2017年。主要建設(shè)內(nèi)容為：將一個(gè)8300平方米的老廠房改建為一個(gè)數(shù)據(jù)中心，改造施工中，施工人員需要安置約1000個(gè)4KW至6KW的數(shù)據(jù)機(jī)架，同時(shí)確保這些機(jī)架達(dá)到GB50174標(biāo)準(zhǔn)中A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及Uptime Tire標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)中T3標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目施工中，數(shù)據(jù)機(jī)房部分暖通工程設(shè)計(jì)是項(xiàng)目建設(shè)的難點(diǎn)所在。具體而言，該區(qū)域暖通設(shè)備采用水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)，其主要對(duì)機(jī)房機(jī)柜、UPS電力室變配電室、建筑室內(nèi)環(huán)境的冷負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的節(jié)能化，進(jìn)行了數(shù)據(jù)機(jī)房暖通系統(tǒng)分區(qū)設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格按照空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算系數(shù)規(guī)劃，同時(shí)做好設(shè)備配置、主管、末端設(shè)備、冷凍水儲(chǔ)備、自動(dòng)化控制的全面協(xié)調(diào)，有效地提升了數(shù)據(jù)機(jī)房部分暖通工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 數(shù)據(jù)機(jī)房暖通設(shè)計(jì)思路

2.1 區(qū)域劃分

由于該項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)機(jī)房各個(gè)區(qū)域功能存在著一定的不同，暖通空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷程度不等，故而為提升運(yùn)作效率、降低能耗，按照區(qū)域功能進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)能目的。基于上述思路，按照功能區(qū)別，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了劃分，簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)情況如下：

運(yùn)營(yíng)商接入間、電池室、采用了風(fēng)冷型機(jī)房專用精密空調(diào);而在冷機(jī)配電室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝時(shí)，則采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，保證室內(nèi)機(jī)形式為風(fēng)管機(jī)，避免空調(diào)室內(nèi)機(jī)安裝在電氣設(shè)備正上方[1]。此外，在首層大堂、安防監(jiān)控中心、值班室、附屬辦公區(qū)等人員活動(dòng)較多的場(chǎng)所，采用多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行空調(diào)結(jié)構(gòu)布局，有效地確保了數(shù)據(jù)機(jī)房暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷的穩(wěn)定，提升了空調(diào)設(shè)備運(yùn)作質(zhì)量，減少能耗。

2.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

嚴(yán)格執(zhí)行工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效地提升數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)備的運(yùn)作質(zhì)量。本項(xiàng)目水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心情況選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，本項(xiàng)目擬建建筑為數(shù)據(jù)中心，在建筑內(nèi)部具有較多的電氣設(shè)備，且電氣設(shè)備應(yīng)用價(jià)值較高，這使得在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須提升允許單點(diǎn)故障發(fā)生的容錯(cuò)能力，確保暖通空調(diào)設(shè)備運(yùn)作的穩(wěn)定性，從而為數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)備的運(yùn)作提供良好環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上盡可能地減少能耗?；诖耍卷?xiàng)目嚴(yán)格按照《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）、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015）等文件進(jìn)行個(gè)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)備設(shè)計(jì)完成后，機(jī)房室內(nèi)空氣需滿足以下標(biāo)準(zhǔn)[2]（見(jiàn)表1）。

2.3 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算系數(shù)

數(shù)據(jù)中心使用過(guò)程中，其夏季的干球溫度需達(dá)到34.4℃，而濕球溫度需達(dá)到27.9℃，此外，相對(duì)濕度應(yīng)保持在75%;在冬季，數(shù)據(jù)中心的桿球溫度和相對(duì)濕度應(yīng)分別為-2.2℃和69%。在上海地區(qū)，要實(shí)現(xiàn)這種穩(wěn)定環(huán)境的持續(xù)性控制，可就不下注重空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷量的實(shí)際計(jì)算。本項(xiàng)目建設(shè)中，空調(diào)負(fù)荷計(jì)算系數(shù)如表2所示。

3 數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)機(jī)房水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化具有較高的專業(yè)性。實(shí)踐過(guò)程中，工作人員只有充分認(rèn)識(shí)到水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，并在單點(diǎn)故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行自動(dòng)控制設(shè)計(jì)的合理優(yōu)化，才能有效地提升數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備整體的節(jié)能控制。

3.1 水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理

水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)是當(dāng)前建筑工程空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的重要形式。就應(yīng)用過(guò)程來(lái)看，水冷中央空調(diào)系統(tǒng)降溫原理如下：根據(jù)“水蒸發(fā)吸收熱量，蒸發(fā)面積影響蒸發(fā)效率”這一自然物理現(xiàn)象進(jìn)行室內(nèi)溫濕度環(huán)境調(diào)節(jié)[3]。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，冷氣機(jī)腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，使機(jī)外空氣流經(jīng)多孔濕潤(rùn)的濕簾表面進(jìn)入腔內(nèi)，空氣與水分充分接觸的同時(shí)使?jié)窈熒系乃舭l(fā)，該過(guò)程帶走大量熱量，使經(jīng)過(guò)濕簾的空氣干球溫度降至接近于機(jī)外空氣的濕球溫度，即冷氣機(jī)出口的干球溫度比室外干球溫度低5-12℃（干熱地區(qū)可達(dá)15℃），空氣愈干熱，其溫差愈大，降溫效果越好。由于該機(jī)利用了蒸發(fā)吸熱原理，因此，環(huán)保空調(diào)具有降溫和增濕雙重功能。

3.2 單點(diǎn)故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)

水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，單點(diǎn)故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)是要點(diǎn)所在，具體而言其包含了設(shè)備配置、主管、末端設(shè)備、冷凍水儲(chǔ)備等要素的全面統(tǒng)籌。

空調(diào)設(shè)備配置過(guò)程中，為提升水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，要求空調(diào)系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)允許單點(diǎn)故障發(fā)生的容錯(cuò)能力。就冷水機(jī)組、冷卻塔、冷凍水泵、冷卻水泵等冷凍站設(shè)備而言，采用了+1配置方式;即對(duì)所有冷凍站設(shè)備均增加一臺(tái)備用設(shè)備，從而使得數(shù)據(jù)中心冷凍站設(shè)備實(shí)現(xiàn)“兩臺(tái)使用，一臺(tái)備用”，防止突發(fā)情況發(fā)生。冷凍水冷卻水主管配置過(guò)程中，采用環(huán)管對(duì)其進(jìn)行連接控制，并確保水管整體的完整性。同時(shí)，在用分段閥的支撐下，將各個(gè)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離，確保末端設(shè)備的數(shù)量不超過(guò)6個(gè)，防止設(shè)備超負(fù)荷現(xiàn)象發(fā)生。

為了確保數(shù)據(jù)中心在停電等突發(fā)情況下可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要對(duì)其停電轉(zhuǎn)換控制進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，使水冷式中央空調(diào)設(shè)備的冷凍水存儲(chǔ)量需滿足15分鐘停電轉(zhuǎn)換需求。對(duì)此，在冷凍水系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩個(gè)80立方米的蓄冷罐，有效滿足了蓄水要求。本項(xiàng)目與民用建筑空調(diào)系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)機(jī)房中央關(guān)空調(diào)系統(tǒng)的工作時(shí)間明顯較長(zhǎng)。數(shù)據(jù)機(jī)房往往需要全年供冷，這使得空調(diào)系統(tǒng)的能量損耗尤為巨大[4]。

3.3 中央空調(diào)節(jié)能自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為節(jié)約能耗、降低PUE值，采用自然冷卻系統(tǒng)進(jìn)行水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。具體而言，在3臺(tái)板式換熱器的支撐下，將冷卻塔與水冷式中央空調(diào)機(jī)組相互連接，從而實(shí)現(xiàn)了水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)冷源的多樣化管理，有效地降低了冷水機(jī)組的能量消耗，提升了設(shè)備運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)性。需要注意的是，為確保冷源控制的合理化，換熱器和冷卻塔均采用“2+1”應(yīng)用模式，即兩臺(tái)設(shè)備為現(xiàn)用設(shè)備，剩余一臺(tái)設(shè)備預(yù)留備用，防止高強(qiáng)度運(yùn)作下設(shè)備損壞現(xiàn)象發(fā)生。

具體而言，在設(shè)備控制過(guò)程中，確保了中央空調(diào)節(jié)能自動(dòng)控制水平的有效提升。譬如就水系統(tǒng)自動(dòng)控制而言，采用一次泵變流量系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、電氣水閥采用電氣聯(lián)鎖控制，實(shí)際應(yīng)用中，按照水閥-風(fēng)機(jī)的順序進(jìn)行控制管理，有效地確保了機(jī)組的智能化程度。此外，在控制風(fēng)溫度和典型房間相對(duì)濕度控制中，采用電動(dòng)二通閥進(jìn)行送風(fēng)溫度控制管理;而模塊機(jī)房的相對(duì)濕度則通過(guò)控制加濕器實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量的有效控制。

3.4 節(jié)能效果分析

就水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)效果來(lái)看，本項(xiàng)目氣體消防瓶間采用低噪音風(fēng)機(jī)通風(fēng)換氣，換氣的次數(shù)保持在5次/h，而強(qiáng)電間、弱電間的換其次是不小于6次/h。此外，電池室設(shè)置平時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)，其正常通風(fēng)量為1次/h，而當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，設(shè)備的通風(fēng)量為12次/h。實(shí)際應(yīng)用中，施工人員對(duì)這些裝置進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，其同時(shí)設(shè)置氫氣檢測(cè)報(bào)告裝置，其不僅實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)日常運(yùn)作效率的提升，更有效的減少了故障發(fā)生是的功率損耗，有效地實(shí)現(xiàn)了機(jī)械通風(fēng)風(fēng)機(jī)的節(jié)能控制。

自然冷卻系統(tǒng)是本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)實(shí)踐中，工程建設(shè)人員依托自然冷卻系統(tǒng)構(gòu)建了“2+1”應(yīng)用模式，從應(yīng)用過(guò)程來(lái)看，其使得空調(diào)機(jī)組的運(yùn)作效率更加高效，提升了設(shè)備整體的資源轉(zhuǎn)化效率，從而達(dá)到了降低能耗的目的。另一方面，在自然冷卻系統(tǒng)支撐下，換熱器和冷卻塔采用了多臺(tái)板式換熱器，防止高強(qiáng)度運(yùn)作下設(shè)備損壞現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，一次泵變流量系統(tǒng)的應(yīng)用是的空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制過(guò)程更加高效，有效地提升了空調(diào)設(shè)備整體的運(yùn)作效率，保證了節(jié)能控制質(zhì)量。

此外，本項(xiàng)目在冷負(fù)荷性能系數(shù)調(diào)節(jié)方面取得了突出成效。具體而言，冷負(fù)荷的調(diào)節(jié)和空調(diào)設(shè)備分區(qū)設(shè)置具有重大關(guān)系。在其控制下，數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)機(jī)房UPS間、電池室、電信接入間、辦公用房的冷負(fù)荷適度滿足房間使用要求，避免了傳統(tǒng)超負(fù)荷狀態(tài)下的能量損耗，達(dá)到了水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用的效果。

4 結(jié)論

在萬(wàn)國(guó)數(shù)據(jù)上海5#唐鎮(zhèn)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，通過(guò)區(qū)域劃分、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、空調(diào)負(fù)荷計(jì)算系數(shù)確定該暖通設(shè)計(jì)基本思路，隨后基于水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理，對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房暖通系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行了單點(diǎn)故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)與節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)設(shè)備配置、主管、末端設(shè)備、冷凍水儲(chǔ)備等要素嚴(yán)格控制，提出自然冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行圖紙深化，避免了設(shè)計(jì)變現(xiàn)過(guò)程中管線碰撞的情況發(fā)生，有效地提升了水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效實(shí)現(xiàn)了節(jié)能應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

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