郭林文

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院,廣州510010)

0 背景

隨著現(xiàn)今的銀行、證券公司、通信公司需要采用計(jì)算機(jī)存儲的數(shù)據(jù)越來越龐大,這些企業(yè)都需要設(shè)置自用的數(shù)據(jù)機(jī)房。數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)機(jī)柜發(fā)熱量大,機(jī)房內(nèi)的熱密度遠(yuǎn)大于一般民用和辦公建筑,且機(jī)房內(nèi)要求一年四季室內(nèi)溫、濕度基本恒定不變,因此空調(diào)專業(yè)如何設(shè)計(jì)滿足使用要求的空調(diào)系統(tǒng)就顯得尤為重要。本人結(jié)合廣州某銀行數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)案例來介紹數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程和經(jīng)驗(yàn),以供設(shè)計(jì)者參考。

1 概況

廣州某銀行辦公樓位于廣州市CBD中心區(qū)珠江新城核心區(qū)域。大樓地上共24層,地下3層,總建筑面積約31940m2,頂標(biāo)高99.6m。數(shù)據(jù)機(jī)房位于8樓,機(jī)房凈面積約為266m2,其中UPS配電間67m2,主機(jī)房182m2,另外有一間擺放電信機(jī)柜的房間面積 17m2,放置機(jī)柜區(qū)域凈面積約為190m2,數(shù)據(jù)機(jī)房基本平面布局如圖1。

2 負(fù)荷計(jì)算

數(shù)據(jù)機(jī)房室內(nèi)溫濕度要求為:溫度:23±1℃,相對濕度:45%～60%。經(jīng)采用華電源負(fù)荷計(jì)算軟件計(jì)算,得:

(1)機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大負(fù)荷約為4078W;

(2)人體散熱量估算為:171W×5(人)=855W;

(3)照明負(fù)荷約為330×15W/m2=4950W;

(4)設(shè)備散熱負(fù)荷,根據(jù)電氣專業(yè)提供的近期機(jī)柜數(shù)為40個(gè),遠(yuǎn)期機(jī)柜數(shù)為63個(gè),每個(gè)機(jī)柜功耗為4kW,空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)期數(shù)量配置,與普通電氣設(shè)備不同,數(shù)據(jù)機(jī)柜的功耗主要是通過發(fā)熱散發(fā)出去,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,按機(jī)柜85%的功耗通過發(fā)熱散發(fā),計(jì)算設(shè)備發(fā)熱量為:63×4×0.85=214.2kW。

數(shù)據(jù)機(jī)房計(jì)算總空調(diào)冷負(fù)荷:

(1)+(2)+(3)+(4)=224083W=224.08kW

圖1 八層數(shù)據(jù)機(jī)房平面布置圖

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)房內(nèi)要求溫、濕度一年四季恒定,因此空調(diào)系統(tǒng)也應(yīng)采用機(jī)房專用的精密空調(diào)器 (恒溫恒濕空調(diào)器)。普通的精密空調(diào)器一般采用直接膨脹式蒸發(fā)冷卻的風(fēng)冷式精密空調(diào)器,室外機(jī)放置在離室內(nèi)機(jī)不遠(yuǎn)的室外通風(fēng)散熱良好處。本工程數(shù)據(jù)機(jī)房位于8樓,附近無擺放室外機(jī)的位置,僅頂樓屋面能放置空調(diào)設(shè)備,而屋面與8樓機(jī)房高差達(dá)到了66.3米,超過了一般采用直接膨脹式蒸發(fā)冷卻的風(fēng)冷精密空調(diào)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)允許的最大高差,因此只能采用水冷的間接冷卻方式。開始擬采用開式冷卻塔作為冷卻設(shè)備,后來和業(yè)主溝通后了解到此方案冷卻水與空氣大面積接觸,容易使冷卻水受到污染,從而影響精密空調(diào)器的使用,此前有采用開式冷卻塔導(dǎo)致精密空調(diào)器故障頻發(fā)的先例,故該方案被放棄。由于業(yè)主以前部分項(xiàng)目采用了空冷式冷卻器(又名干冷器),因而要求本項(xiàng)目也采用空冷式冷卻器,空冷式冷卻器使用空氣作為冷卻介質(zhì),由外界空氣流過帶散熱片的盤管來冷卻其中的水,因此冷卻水溫高于室外空氣干球溫度,這種冷卻方式保證了冷卻水的潔凈度,但降低了精密空調(diào)的制冷效率。相比封閉式冷卻塔,空冷式冷卻器受室外干球溫度影響,冷卻效果較差,出冷卻器的水溫高于室外干球溫度,引起精密空調(diào)器效率下降較多,因此建議以后此類工程宜用封閉式冷卻塔替代空冷式冷卻器,這樣既保證了冷卻水的潔凈度,又不降低精密空調(diào)器的效率。

根據(jù)計(jì)算總空調(diào)負(fù)荷約為224.08kW,考慮25%的備用容量,最后選用了6臺單臺制冷量為46.4kW的精密空調(diào)器,按廣州夏季室外溫度為38℃的最不利情況下,根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品信息,此時(shí)匹配的空冷器盤管進(jìn)水溫度為46.2℃,出水溫為41℃,溫差約為5.2℃。精密空調(diào)器此時(shí)冷凝溫度為52℃,在此工況下,精密空調(diào)器的實(shí)際制冷量為46.4kW,對應(yīng)冷凝溫度為45℃時(shí)額定工況下額定制冷量為54kW,則冷凝溫度每升高1℃制冷量下降百分比為:(54-46.4)/(54×7)=2%。

為了保證任何一套系統(tǒng)故障或維護(hù)時(shí)不影響其他系統(tǒng),本工程采用3套相互獨(dú)立的精密空調(diào)系統(tǒng),每2臺精密空調(diào)器配一臺空冷式冷卻器 (散熱量126kW/臺)和2臺水泵 (一用一備)組成一套系統(tǒng),每套系統(tǒng)的冷卻水管路和膨脹定壓水箱完全獨(dú)立,具體原理系統(tǒng)詳見圖2。

機(jī)房內(nèi)末端送風(fēng)采用地板下送風(fēng)方式,地板架高400mm安裝,地板下空間相當(dāng)于一個(gè)大靜壓箱。送風(fēng)口采用穿孔板直接送風(fēng)。機(jī)房內(nèi)機(jī)柜盡量背靠背擺放,由此隔出了冷通道和熱通道,為了保證送風(fēng)效果,空調(diào)器盡量對應(yīng)熱通道位置擺放,以便于從熱通道回風(fēng),而地板上的穿孔板送風(fēng)口宜布置在冷通道,這樣的氣流組織效果較好。另外,由于UPS配電間設(shè)備發(fā)熱量較少,因此UPS配電間的穿孔送風(fēng)板布置密度應(yīng)減少,本工程UPS配電間送風(fēng)口密度約為放置機(jī)柜區(qū)域的1/3左右,數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)送回風(fēng)口布置詳見圖3。

數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)嚴(yán)禁出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,為了防止冷卻水系統(tǒng)漏水對機(jī)房產(chǎn)生的破壞,冷卻水管路途經(jīng)機(jī)房區(qū)域全部設(shè)有高100mm的擋水圍堰,并在機(jī)房內(nèi)墻與外墻間靠近精密空調(diào)器的位置設(shè)排水地漏,同時(shí)在空調(diào)器擋水墻前端安裝漏水報(bào)警系統(tǒng)。由于數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)采用的是氣體滅火系統(tǒng),因此還需要設(shè)計(jì)事后通風(fēng)系統(tǒng);另外,進(jìn)入數(shù)據(jù)機(jī)房的新風(fēng)除了需要經(jīng)過冷卻減焓、減濕處理,還需要經(jīng)過中效過濾器過濾后再送入機(jī)房,以防止新風(fēng)系統(tǒng)帶入的粉塵在機(jī)房內(nèi)產(chǎn)生靜電作用。

4 運(yùn)行效果

本工程2009年竣工后,運(yùn)行效果良好,室內(nèi)溫、濕度穩(wěn)定,設(shè)備調(diào)試運(yùn)行無故障,但由于目前機(jī)房內(nèi)機(jī)柜數(shù)較少,還沒有達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷,因此空調(diào)系統(tǒng)僅開啟三套中的一套就能滿足室內(nèi)溫濕度的要求。機(jī)房單位面積空調(diào)設(shè)備負(fù)荷為1046W/m2,此數(shù)據(jù)偏大,這與業(yè)主提供的機(jī)柜數(shù)及發(fā)熱量偏大有一定關(guān)系。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(1)數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)主要空調(diào)冷負(fù)荷為機(jī)柜發(fā)熱,計(jì)算空調(diào)負(fù)荷時(shí)應(yīng)向電氣專業(yè)和業(yè)主詳細(xì)了解機(jī)柜的數(shù)量和單個(gè)耗功率,以準(zhǔn)確計(jì)算空調(diào)負(fù)荷,選擇合適的空調(diào)設(shè)備,避免設(shè)備選型偏大或偏小。

(2)精密空調(diào)系統(tǒng)采用空冷式冷卻器時(shí),需要根據(jù)當(dāng)?shù)叵募臼彝鉁囟刃：擞?jì)算最不利情況下精密空調(diào)器的制冷量,選擇合適的空冷式冷卻器以及精密空調(diào)器,以滿足使用要求。

(3)相比封閉式冷卻塔,空冷式冷卻器受室外干球溫度影響,冷卻效果較差,出冷卻器的水溫高于室外干球溫度,引起精密空調(diào)器效率下降較多,建議以封閉式冷卻塔代替空冷式冷卻器。

(4)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)送、回風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)機(jī)房內(nèi)機(jī)柜擺放時(shí)的冷、熱通道進(jìn)行布置,以使氣流組織最佳。

(5)送入機(jī)房的新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)過中效過濾器過濾后再送入機(jī)房,機(jī)房應(yīng)設(shè)有事后排風(fēng)系統(tǒng)和防漏水措施。

[1]周廣,陳居書,趙劍領(lǐng).機(jī)房專用空調(diào)與普通舒適性空調(diào)的比較[J].制冷,2008,27(3):78-81