梁適

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 工程概況

本工程是調(diào)度指揮中心綜合大樓，地下三層，地上三十九層，總建筑面積約142271m2，總建筑高度為180m。為珠三角區(qū)域城際軌道交通系統(tǒng)自動(dòng)控制及信息管理智能網(wǎng)絡(luò)重要組成部分，該調(diào)度中心核心功能房間為信息機(jī)房。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

塔樓五至十層為調(diào)度中心信息機(jī)房。其通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)以設(shè)備機(jī)房的專業(yè)機(jī)房工藝性空調(diào)以及配套管理用房的舒適性空調(diào)組成。本文以位于調(diào)度中心五層的票務(wù)及旅服系統(tǒng)機(jī)房為例，闡述本項(xiàng)目的專用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)（見(jiàn)表1）

表1 室外參數(shù)（選用參照地區(qū)：廣州）

3.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)（工藝性空調(diào)）（見(jiàn)表2）

表2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)（工藝性空調(diào)）

3.3 空調(diào)冷源及水系統(tǒng)設(shè)置

專用機(jī)房區(qū)需24h不間斷運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有更高的可靠性要求。根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]以及《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》[2]中對(duì)機(jī)房空調(diào)的技術(shù)要求，本機(jī)房應(yīng)采用A級(jí)機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)機(jī)房區(qū)域的重要性，分別設(shè)置兩套水冷中央空調(diào)系統(tǒng)，互為備用。正常運(yùn)行時(shí)，兩套獨(dú)立系統(tǒng)同時(shí)工作，各承擔(dān)總負(fù)荷50%，此時(shí)單個(gè)系統(tǒng)負(fù)荷按50%運(yùn)行。當(dāng)其中一套系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，立刻停止運(yùn)行，另一套系統(tǒng)承擔(dān)的系統(tǒng)負(fù)荷由50%調(diào)整為100%。

水系統(tǒng)采用高性能變頻螺桿冷水機(jī)組，單機(jī)容量1400kW?？照{(diào)水系統(tǒng)為一次泵變水量雙管系統(tǒng)。根據(jù)專用機(jī)房以及配套房間功能差異，由分集水器分支，空調(diào)冷凍水立管成異程式，水平干管成異程式。冷凍水供回水溫度為7°C/12°C，冷卻水進(jìn)出水溫度為 32°C/37°C。

3.4 機(jī)房專用空調(diào)末端

調(diào)度中心的機(jī)房室內(nèi)設(shè)備布置密集、發(fā)熱量大，采用冷風(fēng)降溫調(diào)濕，設(shè)置全空氣精密機(jī)房空調(diào)末端，設(shè)備采用機(jī)房專用恒溫恒濕空調(diào)設(shè)備，氣流組織采用地板下送風(fēng)側(cè)回風(fēng)方式（見(jiàn)圖1）。

圖1 機(jī)柜地板送風(fēng)原理

3.5 機(jī)房區(qū)域防排煙設(shè)計(jì)

根據(jù)防火分區(qū)劃分防煙分區(qū)，設(shè)置排煙系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，由消控中心啟動(dòng)該防煙分區(qū)的排煙風(fēng)口，并啟動(dòng)風(fēng)機(jī)排煙，同時(shí)啟動(dòng)機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，但當(dāng)煙氣溫度達(dá)280°C時(shí)，排煙防火閥熔斷溫度關(guān)閉，連鎖排煙風(fēng)機(jī)停機(jī)。

為保護(hù)機(jī)房?jī)?nèi)計(jì)算機(jī)，機(jī)房?jī)?nèi)平時(shí)相對(duì)外界保持正壓，只設(shè)新風(fēng)系統(tǒng)送入，由泄壓口自然排出走廊。為保護(hù)數(shù)據(jù)設(shè)備，機(jī)房采用氣體滅火系統(tǒng)，并設(shè)置災(zāi)后排氣及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。在滅火設(shè)備啟動(dòng)之前，關(guān)閉有關(guān)的空調(diào)風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥。氣體滅火系統(tǒng)滅火完畢后開(kāi)啟事后排風(fēng)機(jī)和防煙防火閥排風(fēng)。獨(dú)立設(shè)置的事后排風(fēng)系統(tǒng)按5次/h計(jì)算。

3.6 機(jī)房專用空調(diào)的智能控制

機(jī)房空調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)柜負(fù)載變化的瞬態(tài)值監(jiān)測(cè)，根據(jù)系統(tǒng)冷負(fù)荷變化調(diào)整空調(diào)末端，冷水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)控制冷水機(jī)組的投入運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)（包括相應(yīng)的冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔）。冷凍水供回水總管間設(shè)置壓差旁通裝置，其電動(dòng)二通閥按比例式調(diào)節(jié)運(yùn)行。傳感器設(shè)在負(fù)荷側(cè)供、回水總干管上?？刂乒δ苄柙O(shè)置冷凍機(jī)房總控制室，顯示運(yùn)行狀態(tài)以及智能化執(zhí)行運(yùn)行策略。

3.7 機(jī)房專用空調(diào)其他特殊要求

機(jī)房空調(diào)的送回風(fēng)口、新風(fēng)風(fēng)口等部位，應(yīng)設(shè)置防鼠害、蟲害的不銹鋼網(wǎng)格；精密空調(diào)周圍應(yīng)設(shè)置擋水壩，防止漏水影響機(jī)房?jī)?nèi)數(shù)據(jù)機(jī)組運(yùn)行安全，發(fā)生漏水事故時(shí)，擋水壩中感受器應(yīng)立即聯(lián)鎖關(guān)閉機(jī)組進(jìn)回水側(cè)的水閥以保護(hù)數(shù)據(jù)機(jī)組

4 機(jī)房空調(diào)冷風(fēng)通道機(jī)柜送風(fēng)的數(shù)值模擬

本項(xiàng)工程機(jī)柜采用地板送風(fēng)，并創(chuàng)新在機(jī)柜內(nèi)采用冷風(fēng)通道直供入機(jī)柜中安裝的計(jì)算機(jī)模塊中。數(shù)值模擬采用熱力學(xué)混合流體模型以及流體掠過(guò)表面紊流換熱模型，構(gòu)造機(jī)柜送風(fēng)的簡(jiǎn)單流道模型，從而模擬論證冷風(fēng)通道機(jī)柜送風(fēng)的散熱效果。

4.1 FDS數(shù)值模擬中通風(fēng)空調(diào)設(shè)置

在FDS數(shù)值模擬中，構(gòu)建地板送風(fēng)冷風(fēng)通道以及機(jī)柜分層模型，在機(jī)柜分層模型中內(nèi)嵌以矩形塊體表面恒定散發(fā)熱量表示計(jì)算機(jī)發(fā)熱體。本次模擬選取的票務(wù)系統(tǒng)機(jī)房尺寸為24.3m×16m，設(shè)置8排信息機(jī)柜，4個(gè)冷風(fēng)通道，根據(jù)熱量計(jì)算設(shè)置8臺(tái)A-100機(jī)房空調(diào)（風(fēng)量：30000m3/h，顯冷量：88kW，總冷量：100kW，加濕器功率：7.5kW，加熱器功率：24kW）采用N+N方式互為備用，為在模擬中簡(jiǎn)化模型，機(jī)組下送風(fēng)口采用恒定的送風(fēng)空氣參數(shù)代替機(jī)組送風(fēng)參數(shù)，設(shè)置送風(fēng)溫度為15℃，濕度50%，并設(shè)置98個(gè)600mm×600mm冷風(fēng)通道地板送風(fēng)口。模型采用開(kāi)放邊界，全局設(shè)置常規(guī)環(huán)境物理量，房間墻壁采用絕熱壁面條件，經(jīng)過(guò)自動(dòng)切分劃分網(wǎng)格，模型有限元個(gè)數(shù)140700個(gè)，顆粒度0.25m。冷風(fēng)通道風(fēng)管中的計(jì)算機(jī)發(fā)熱體類似水流管道中堵塞物，所以需要同時(shí)對(duì)內(nèi)流體的微觀變化進(jìn)行數(shù)值模擬。地板送風(fēng)口等流體通過(guò)面由面屬性管理，定義不同種類風(fēng)口的面屬性。本工程中空調(diào)系統(tǒng)氣流組織為下送上回：空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)全空氣機(jī)房空調(diào)末端對(duì)地板下送風(fēng)，經(jīng)過(guò)地板下層風(fēng)道中流動(dòng)至連接機(jī)柜冷風(fēng)通道的送風(fēng)口送入，冷風(fēng)通道中冷風(fēng)水平進(jìn)入分層機(jī)柜網(wǎng)架流入計(jì)算機(jī)模塊，自由散出機(jī)柜外，回風(fēng)經(jīng)設(shè)于環(huán)控機(jī)房側(cè)墻。

4.2 FDS數(shù)值模擬結(jié)果

為了更詳細(xì)的得到冷風(fēng)通道及機(jī)柜網(wǎng)架中溫度分布又不增加過(guò)大計(jì)算量，F(xiàn)DS數(shù)值模擬根據(jù)全局參數(shù)設(shè)置，基于大渦流模擬來(lái)計(jì)算，使用的流體力學(xué)模型近似N-S方程[3]。從而獲得流體流速分析，流體溫度分布等多項(xiàng)參數(shù)的分析結(jié)果。在本項(xiàng)工程中，均設(shè)置0～120s數(shù)值模擬時(shí)間，以系統(tǒng)啟動(dòng)至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行流場(chǎng)模擬為主要研究對(duì)象。冷風(fēng)通道機(jī)柜送風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)60s達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)可視化分析?？梢钥吹綑C(jī)柜中空氣流體溫度的空間分布狀態(tài)（見(jiàn)圖2、圖3）。專用機(jī)房空調(diào)通過(guò)下送風(fēng)口將處理好的冷空氣送入架空地板風(fēng)道中，由于架空地板并沒(méi)有采用常規(guī)機(jī)房中下送風(fēng)采用的送風(fēng)孔板，冷空氣均勻運(yùn)動(dòng)在架空地板風(fēng)道中，冷空氣僅通過(guò)機(jī)柜中間設(shè)置的冷風(fēng)通道送風(fēng)口送出，并進(jìn)入冷風(fēng)通道。由于冷風(fēng)通道為密封空間，冷空氣在豎直方向上也保持了良好的均勻性，機(jī)柜環(huán)境始終保持正壓，水平流過(guò)各機(jī)柜網(wǎng)架中計(jì)算單元，為計(jì)算單元提供冷風(fēng)降溫，熱空氣由機(jī)柜排風(fēng)口側(cè)向排出，無(wú)機(jī)柜環(huán)境與機(jī)房環(huán)境回流混流氣流出現(xiàn)。機(jī)柜排出熱空氣的溫度通過(guò)布置于機(jī)房側(cè)壁的回風(fēng)口回風(fēng)?？梢?jiàn)冷風(fēng)通道的設(shè)置有效減少常規(guī)機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)中的無(wú)效送風(fēng)，降低機(jī)房精密空調(diào)的設(shè)計(jì)風(fēng)量，在機(jī)房空間中形成一個(gè)單向流動(dòng)的循環(huán)路徑，更精準(zhǔn)穩(wěn)定地為計(jì)算單元提供降溫，并徹底杜絕機(jī)房環(huán)境和機(jī)柜環(huán)境之間回流混流導(dǎo)致水汽和灰塵進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 機(jī)房側(cè)視角度溫度分布

圖3 機(jī)房正視角度溫度分布

5 結(jié)語(yǔ)

在本項(xiàng)目中，通過(guò)結(jié)合傳統(tǒng)精密機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)以及新型冷風(fēng)通道機(jī)柜的應(yīng)用。在工程中獲得良好的使用效果，系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行和系統(tǒng)可靠度的提升，獲得業(yè)主及運(yùn)營(yíng)方的一致好評(píng)，工程也獲得了本院優(yōu)秀工程建筑環(huán)境與能源應(yīng)用一等獎(jiǎng)。希望本文對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房的專用空調(diào)的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行闡述了可供未來(lái)該類建筑作為借鑒和參考。