广州某银行数据机房精密空调系统设计

郭林文

(广东省建筑设计研究院,广州510010)

0 背景

随着现今的银行、证券公司、通信公司需要采用计算机存储的数据越来越庞大,这些企业都需要设置自用的数据机房。数据机房内机柜发热量大,机房内的热密度远大于一般民用和办公建筑,且机房内要求一年四季室内温、湿度基本恒定不变,因此空调专业如何设计满足使用要求的空调系统就显得尤为重要。本人结合广州某银行数据机房空调系统工程设计案例来介绍数据机房空调系统设计的过程和经验,以供设计者参考。

1 概况

广州某银行办公楼位于广州市CBD中心区珠江新城核心区域。大楼地上共24层,地下3层,总建筑面积约31940m2,顶标高99.6m。数据机房位于8楼,机房净面积约为266m2,其中UPS配电间67m2,主机房182m2,另外有一间摆放电信机柜的房间面积 17m2,放置机柜区域净面积约为190m2,数据机房基本平面布局如图1。

2 负荷计算

数据机房室内温湿度要求为:温度:23±1℃,相对湿度:45%～60%。经采用华电源负荷计算软件计算,得:

(1)机房围护结构最大负荷约为4078W;

(2)人体散热量估算为:171W×5(人)=855W;

(3)照明负荷约为330×15W/m2=4950W;

(4)设备散热负荷,根据电气专业提供的近期机柜数为40个,远期机柜数为63个,每个机柜功耗为4kW,空调系统根据远期数量配置,与普通电气设备不同,数据机柜的功耗主要是通过发热散发出去,根据经验值,按机柜85%的功耗通过发热散发,计算设备发热量为:63×4×0.85=214.2kW。

数据机房计算总空调冷负荷:

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

图1 八层数据机房平面布置图

3 空调系统设计

机房内要求温、湿度一年四季恒定,因此空调系统也应采用机房专用的精密空调器 (恒温恒湿空调器)。普通的精密空调器一般采用直接膨胀式蒸发冷却的风冷式精密空调器,室外机放置在离室内机不远的室外通风散热良好处。本工程数据机房位于8楼,附近无摆放室外机的位置,仅顶楼屋面能放置空调设备,而屋面与8楼机房高差达到了66.3米,超过了一般采用直接膨胀式蒸发冷却的风冷精密空调室内机和室外机允许的最大高差,因此只能采用水冷的间接冷却方式。开始拟采用开式冷却塔作为冷却设备,后来和业主沟通后了解到此方案冷却水与空气大面积接触,容易使冷却水受到污染,从而影响精密空调器的使用,此前有采用开式冷却塔导致精密空调器故障频发的先例,故该方案被放弃。由于业主以前部分项目采用了空冷式冷却器(又名干冷器),因而要求本项目也采用空冷式冷却器,空冷式冷却器使用空气作为冷却介质,由外界空气流过带散热片的盘管来冷却其中的水,因此冷却水温高于室外空气干球温度,这种冷却方式保证了冷却水的洁净度,但降低了精密空调的制冷效率。相比封闭式冷却塔,空冷式冷却器受室外干球温度影响,冷却效果较差,出冷却器的水温高于室外干球温度,引起精密空调器效率下降较多,因此建议以后此类工程宜用封闭式冷却塔替代空冷式冷却器,这样既保证了冷却水的洁净度,又不降低精密空调器的效率。

根据计算总空调负荷约为224.08kW,考虑25%的备用容量,最后选用了6台单台制冷量为46.4kW的精密空调器,按广州夏季室外温度为38℃的最不利情况下,根据厂家提供的产品信息,此时匹配的空冷器盘管进水温度为46.2℃,出水温为41℃,温差约为5.2℃。精密空调器此时冷凝温度为52℃,在此工况下,精密空调器的实际制冷量为46.4kW,对应冷凝温度为45℃时额定工况下额定制冷量为54kW,则冷凝温度每升高1℃制冷量下降百分比为:(54-46.4)/(54×7)=2%。

为了保证任何一套系统故障或维护时不影响其他系统,本工程采用3套相互独立的精密空调系统,每2台精密空调器配一台空冷式冷却器 (散热量126kW/台)和2台水泵 (一用一备)组成一套系统,每套系统的冷却水管路和膨胀定压水箱完全独立,具体原理系统详见图2。

机房内末端送风采用地板下送风方式,地板架高400mm安装,地板下空间相当于一个大静压箱。送风口采用穿孔板直接送风。机房内机柜尽量背靠背摆放,由此隔出了冷通道和热通道,为了保证送风效果,空调器尽量对应热通道位置摆放,以便于从热通道回风,而地板上的穿孔板送风口宜布置在冷通道,这样的气流组织效果较好。另外,由于UPS配电间设备发热量较少,因此UPS配电间的穿孔送风板布置密度应减少,本工程UPS配电间送风口密度约为放置机柜区域的1/3左右,数据机房内送回风口布置详见图3。

数据机房内严禁出现漏水现象,为了防止冷却水系统漏水对机房产生的破坏,冷却水管路途经机房区域全部设有高100mm的挡水围堰,并在机房内墙与外墙间靠近精密空调器的位置设排水地漏,同时在空调器挡水墙前端安装漏水报警系统。由于数据机房内采用的是气体灭火系统,因此还需要设计事后通风系统;另外,进入数据机房的新风除了需要经过冷却减焓、减湿处理,还需要经过中效过滤器过滤后再送入机房,以防止新风系统带入的粉尘在机房内产生静电作用。

4 运行效果

本工程2009年竣工后,运行效果良好,室内温、湿度稳定,设备调试运行无故障,但由于目前机房内机柜数较少,还没有达到设计负荷,因此空调系统仅开启三套中的一套就能满足室内温湿度的要求。机房单位面积空调设备负荷为1046W/m2,此数据偏大,这与业主提供的机柜数及发热量偏大有一定关系。

5 经验总结

(1)数据机房内主要空调冷负荷为机柜发热,计算空调负荷时应向电气专业和业主详细了解机柜的数量和单个耗功率,以准确计算空调负荷,选择合适的空调设备,避免设备选型偏大或偏小。

(2)精密空调系统采用空冷式冷却器时,需要根据当地夏季室外温度校核计算最不利情况下精密空调器的制冷量,选择合适的空冷式冷却器以及精密空调器,以满足使用要求。

(3)相比封闭式冷却塔,空冷式冷却器受室外干球温度影响,冷却效果较差,出冷却器的水温高于室外干球温度,引起精密空调器效率下降较多,建议以封闭式冷却塔代替空冷式冷却器。

(4)机房空调系统送、回风系统应根据机房内机柜摆放时的冷、热通道进行布置,以使气流组织最佳。

(5)送入机房的新风系统应经过中效过滤器过滤后再送入机房,机房应设有事后排风系统和防漏水措施。

[1]周广,陈居书,赵剑领.机房专用空调与普通舒适性空调的比较[J].制冷,2008,27(3):78-81