廣州杰賽通信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 王凱旋中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司 林弘杰

建筑室內(nèi)新風(fēng)量和正壓的關(guān)系復(fù)雜，涉及空調(diào)凈化、理論模擬分析的相關(guān)研究較多，對數(shù)據(jù)中心新風(fēng)換氣次數(shù)與室內(nèi)正壓的關(guān)系研究很少。本文基于海南某新建數(shù)據(jù)中心機房新風(fēng)的設(shè)計及測試情況，探討機房適宜的新風(fēng)設(shè)計風(fēng)量。

1 理論及規(guī)范研究

目前相關(guān)文獻(xiàn)給出的計算維持房間正壓所需空調(diào)新風(fēng)量的方法是基于風(fēng)量或質(zhì)量流量平衡法推導(dǎo)出來的，分為換氣次數(shù)法和縫隙法[1-5]。其中換氣次數(shù)法按照室內(nèi)門窗的密閉性和要求的室內(nèi)外壓差查表確定房間換氣次數(shù)，這種計算結(jié)果風(fēng)量取值偏大，適用于規(guī)劃設(shè)計階段評估或估算新風(fēng)量指標(biāo)；縫隙法需要先測量統(tǒng)計建筑圍護結(jié)構(gòu)的縫隙面積，結(jié)合圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓差值進行計算，其計算公式為

Q=cAΔpn

(1)

式中 Q為通過縫隙的空氣量，m3/h；c為綜合流動系數(shù)，m/(Pan·h)，其中n為壓力指數(shù)，一般取0.6～0.7，宜取0.6；A為縫隙的有效漏風(fēng)面積，m2；Δp為計算圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓差值，Pa。

因為壓差風(fēng)量與建筑物圍護結(jié)構(gòu)氣密性和室內(nèi)外壓差有關(guān)，同樣尺寸的房間，設(shè)置不同數(shù)量和形式的門窗(縫隙面積和局部阻力系數(shù)不同)，其氣密性不同，導(dǎo)致漏風(fēng)量也不同。所以縫隙法計算結(jié)果較為合理和準(zhǔn)確。

由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心機房不設(shè)日常排風(fēng)，熱壓和風(fēng)壓作用忽略不計，可以認(rèn)為縫隙滲出的風(fēng)量即為需要補入機房的新風(fēng)量。

對于數(shù)據(jù)中心機房，準(zhǔn)確計算縫隙的有效漏風(fēng)面積是確定合理新風(fēng)送風(fēng)量的基礎(chǔ)。機房可以定性分析的縫隙部位有門縫、傳輸饋線窗縫、電力引入縫、空調(diào)通風(fēng)輸配管縫和水封不嚴(yán)的下水道等。除門縫可以測量計算外，其他部位均由施工封堵，很難準(zhǔn)確計算，只能通過實測確定。

由于數(shù)據(jù)中心各主機房內(nèi)布置的傳輸饋線窗、電力引入橋架、空調(diào)通風(fēng)管道和應(yīng)急排水地漏等具有高度相似性，所以研究兩開門機房其他部位縫隙面積在門縫面積上的附加系數(shù)，可以為數(shù)據(jù)中心機房新風(fēng)設(shè)計提供依據(jù)[6]。

關(guān)于新風(fēng)量的取值，GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)第7.4.5條規(guī)定，應(yīng)取下列2項中的大值：1)按工作人員計算，每人40m3/h；2)維持室內(nèi)正壓所需風(fēng)量。

關(guān)于機房正壓的要求，《規(guī)范》第7.4.4條規(guī)定：主機房應(yīng)維持正壓；主機房與其他房間、走廊的壓差不宜小于5Pa，與室外靜壓差不宜小于10Pa。

GB50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第7.1.5條規(guī)定，空調(diào)區(qū)內(nèi)的空氣壓力應(yīng)滿足下列要求：1) 舒適性空調(diào)，空調(diào)區(qū)與室外或空調(diào)區(qū)之間有壓差要求時，其壓差值宜取5～10Pa，最大不應(yīng)超過30Pa；2) 工藝性空調(diào)，應(yīng)按空調(diào)區(qū)環(huán)境要求確定。

數(shù)據(jù)中心多為無人值守機房，新風(fēng)量的取值應(yīng)主要從維持室內(nèi)正壓考量。但是偶爾會有人進入機房作業(yè)，所以其空調(diào)應(yīng)該定義為工藝性為主，兼顧部分舒適性空調(diào)的要求。無特殊要求時，按照GB50736—2012第7.1.5.1條的規(guī)定，機房內(nèi)外允許的壓差值應(yīng)該按照5～30Pa取值，新風(fēng)量根據(jù)壓差值計算。

2 測試對象與方法

測試對象為海南省海口市某新建數(shù)據(jù)中心。在動態(tài)(機房運行假負(fù)載)條件下，測試新風(fēng)送風(fēng)量和室內(nèi)外壓差的關(guān)系。被測機房(見圖1)位于建筑2層，其中北面為外墻，設(shè)計2扇1 500 mm(寬)×2 100 mm(高)的甲級防火門，室內(nèi)無窗。房間面積為185 m2，體積為900 m3(房間凈高4.865 m，抗靜電地板和上部吊頂縫隙較大，不作容積分割)。其南側(cè)有一較大機房，體積為2 358 m3，2個機房共用1臺組合式新風(fēng)機組送風(fēng)。

圖1 被測機房平面圖

各機房按照1 h-1換氣次數(shù)設(shè)計風(fēng)量，新風(fēng)機組額定送風(fēng)量為3 600 m3/h。測試時通過調(diào)節(jié)南側(cè)大機房新風(fēng)送風(fēng)口尺寸(措施為擋板封堵風(fēng)口)和北側(cè)新風(fēng)管上蝶閥的開度，控制被測機房新風(fēng)送入量。在機房縫隙的有效漏風(fēng)面積一定的情況下，測試機房正壓差與新風(fēng)量的關(guān)系。

測試分3個步驟進行：1) 靜態(tài)(所有電子信息設(shè)備和新風(fēng)設(shè)備未運行，空調(diào)設(shè)備正常運轉(zhuǎn))測機房內(nèi)外壓差；2) 動態(tài)(以假負(fù)載代替電子信息設(shè)備運行，空調(diào)和新風(fēng)設(shè)備正常運轉(zhuǎn))測機房內(nèi)外壓差；3) 在動態(tài)測試的條件下，調(diào)整被測機房新風(fēng)送風(fēng)換氣次數(shù)在0～3.1 h-1范圍內(nèi)變化，對16種新風(fēng)狀態(tài)進行測試。

測試從5月中旬開始，時值海南的雨季，空氣含濕量大，室外氣溫高且多日氣象變化相似。對上述16種測試狀態(tài)，每天選擇1種進行試驗，數(shù)據(jù)采集間隔1 h。

采用TES-1341風(fēng)速儀，在機房新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)口斷面上按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置多點測量風(fēng)速，求得測量斷面的平均風(fēng)速，并以此計算新風(fēng)換氣次數(shù)；在距機房門內(nèi)500 mm區(qū)域及封閉冷通道內(nèi)側(cè)區(qū)域，使用Fluke 971溫度濕度測量儀測量溫濕度；采用EY-200A壓差儀測量機房與走廊的正壓；使用METONE HHPC 6+便攜式空氣顆粒計數(shù)器測量室內(nèi)(尤其是機房門內(nèi)側(cè))空氣含塵濃度。

3 測試結(jié)果與分析

在靜態(tài)條件下，室內(nèi)外壓差在-0.1～0.2 Pa之間波動，說明熱壓和風(fēng)壓作用對機房環(huán)境影響很小，可以忽略不計。在動態(tài)條件下，被測機房正壓平均值為8.9 Pa，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對機房新風(fēng)量和正壓值要求。在動態(tài)條件下，測試的16種新風(fēng)換氣次數(shù)與室內(nèi)正壓的關(guān)系如圖2所示。

圖2 被測機房室內(nèi)正壓值與新風(fēng)換氣次數(shù)的關(guān)系

由圖2可見，室內(nèi)正壓值與新風(fēng)送風(fēng)量(換氣次數(shù))并不呈線性關(guān)系。當(dāng)新風(fēng)換氣次數(shù)小于0.1 h-1時，可以認(rèn)為不能引起室內(nèi)外壓差，當(dāng)熱壓或風(fēng)壓過大時甚至引起室外風(fēng)倒灌；當(dāng)新風(fēng)換氣次數(shù)小于0.5 h-1時，新風(fēng)量變化對室內(nèi)正壓值影響較?。恍嘛L(fēng)換氣次數(shù)大于0.7 h-1且小于2.1 h-1時，室內(nèi)正壓值隨新風(fēng)量迅速變化，新風(fēng)量對室內(nèi)正壓作用明顯。

對新風(fēng)換氣次數(shù)在0.7～2.1 h-1之間的數(shù)據(jù)進行分析。采用式(1)計算測試機房縫隙的有效漏風(fēng)面積，并通過測量門縫面積，推導(dǎo)出其他部位縫隙面積在門縫面積上的附加系數(shù)，為0.65～0.98。為保證設(shè)計安全冗余，建議縫隙附加系數(shù)取1。

為驗證新風(fēng)維持正壓效果，在測試風(fēng)量的同時，對被測機房室內(nèi)外相對濕度也進行了測試(見圖3)。從圖3可以看出，當(dāng)新風(fēng)送風(fēng)換氣次數(shù)大于0.5 h-1時，門口區(qū)域室內(nèi)外濕度基本一致，可以認(rèn)為室內(nèi)正壓壓迫門口區(qū)域形成了一個穩(wěn)定的熱濕環(huán)境，室外高濕空氣已經(jīng)很難滲入機房內(nèi)部，室內(nèi)外空氣的濕交換減弱。

圖3 被測機房相對濕度差(中心區(qū)域相對濕度與門口內(nèi)側(cè)區(qū)域相對濕度之差)與新風(fēng)換氣次數(shù)的關(guān)系

當(dāng)新風(fēng)換氣次數(shù)大于1.0 h-1時，新風(fēng)量超過900 m3/h，按照室內(nèi)外溫差8 ℃計算，每小時冷量損失為8.7 kW·h，由于新風(fēng)系統(tǒng)為直流式系統(tǒng)，這部分能量排到室外。新風(fēng)送風(fēng)量越大，冷量浪費越嚴(yán)重。

從節(jié)能減排的角度考慮，應(yīng)該減少機房向外滲漏冷風(fēng)，防止冷量浪費，所以較經(jīng)濟且安全的新風(fēng)換氣次數(shù)為0.8～1.1 h-1。另外，提高機房的密閉性可以降低新風(fēng)量，但新風(fēng)換氣次數(shù)不宜低于0.5 h-1。

4 結(jié)論

1) 由于數(shù)據(jù)機房密閉性不如潔凈度要求高的廠房和醫(yī)院手術(shù)室，計算數(shù)據(jù)中心機房新風(fēng)量時，若按照GB 50073—2013《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》推薦的縫隙單位面積漏風(fēng)量法計算，新風(fēng)量取值偏小，正壓得不到保證；若采用換氣次數(shù)法估算，新風(fēng)量則會偏大，會造成機房冷量浪費。應(yīng)研究適用于數(shù)據(jù)中心最小和最大新風(fēng)量的計算方法。

2) 對于兩門無窗的數(shù)據(jù)機房，宜在門縫面積的計算基礎(chǔ)上附加其他縫隙面積，綜合建筑縫隙面積，可以認(rèn)為相當(dāng)于門縫面積的2倍。

3) 數(shù)據(jù)中心機房的新風(fēng)換氣次數(shù)可取0.8～1.1 h-1，對應(yīng)的室內(nèi)外正壓差為5～12 Pa，當(dāng)建筑圍護結(jié)構(gòu)密閉性較好且設(shè)備孔洞封堵較嚴(yán)密時，可以適當(dāng)減小機房新風(fēng)量。