数据中心项目中虹吸雨水系统运用的设计探讨

狄万年

（广东省电信规划设计院有限公司　广州　510630）

数据中心项目中虹吸雨水系统运用的设计探讨

狄万年

（广东省电信规划设计院有限公司广州510630）

数据中心的主要功能是为ICP、企业、媒体和各类网站提供大规模、高质量、安全可靠的专业化服务器托管、空间租用、网络批发宽带以及ASP、EC等业务。随着大型企业数据中心不断整合和集中化管理，单个主机房面积和容积也越来越大。由于数据中心机房内设备和数据极为重要，对建筑内水管的要求也非常的高。所以应尽量减少进入建筑物内的水管数量。

数据中心；机房；虹吸雨水系统；传统重力雨水系统；立管

前言

虹吸雨水系统，是以“伯努利定律”为理论依据，采取周密的计算，同时充分利用屋面与地面的高差产生的能量，从而进行排水的系统。其系统组成主要包括：虹吸式雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、埋地管、雨水出户管。虽然，虹吸式雨水系统多用于大型屋面建筑的雨水排放，但是由于数据中心的特性，笔者也建议将此系统运用于数据中心的设计中。

1　数据中心及其重要性

维基百科给出的数据中心的定义是“数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置”。谷歌在其发布的《The Datacenter as a Computer》一书中，将数据中心解释为“多功能的建筑物，能容纳多个服务器以及通信设备。这些设备被放置在一起是因为它们具有相同的对环境的要求以及物理安全上的需求，并且这样放置便于维护”，而“并不仅仅是一些服务器的集合”。这都说明了，数据中心内的设备及存储系统都极为重要。

根据《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）的规定，电子信息系统机房内的给水排水管道应采取防渗漏和防结露措施。穿越主机房的给水排水管道应暗敷或采取防漏保护的套管。随着我国经济的发展及国家的壮大，伴随行业数据大集中趋势，机构业务的快速扩张，以及新兴应用不断深化，我国数据中心建设进入快速发展阶段。政府机构、电信运营商、金融机构成为数据中心建设的中坚力量。其对机房的实际装机能力的需求大大提高。机房面积扩大，就带来了公共区域变小的实际情况，笔者在项目设计中常遇到给水排水的水管走向遇到机房的尬尴场面，所以应尽量减少给水或者排水立管的数量。比如用虹吸雨水系统代替传统重力雨水系统。

2　传统重力雨水系统与虹吸雨水系统的对比

下面就简要的用表格的形式对比一下传统重力雨水系统与虹吸雨水系统这两个系统（见表1，图1～2）。

3　案例分析

某项目位于汕尾市，四周交通方便，地理位置及环境十分优越。拟建设的地块土地面积约为42287.67m2，建设一数据中心园区。工程规划总建筑面积约为72891.23m2，规划为IDC主机房、电力电池室、高低压变配电房、各级数据机房、变配电房、电力电池机房还有网络机房等设备用房。由此我们可以看出，根据国家现行相关防火规范，并考虑消防安全的需要，以上用房均不适宜用水灭火。更不允许给水排水管道进入房间内。

表1　

图1　重力雨水系统与虹吸雨水系统管径的对比

图2　重力雨水系统与虹吸雨水系统整体概况对比

本工程设置了虹吸式屋面雨水排水系统。虹吸式屋面雨水排水系统和溢流口或溢流系统的总排水沟能力，不宜小于设计重现期为50年、降雨历时5min时的设计雨水流量。经与建筑专业协商及配合，天沟设置在走道或者其余非机房区域。屋面雨水经过天面的雨水斗收集，且可多斗共一个系统。经可随意无坡度走向的水平横管，排至雨水排水立管。这样就大大的减少了雨水系统立管的数量，且可将排水立管设置在隐蔽位置或水管井内。

4　需要关注的几个方面

4.1关于虹吸雨水斗

（1）大直径盖板形成足够的进口面积，保证低进口流速下获得大排量，限制斗前水深。

（2）空气挡板下水流从边缘向中心的加速，充分利用从边缘到中心的压力差，保证了水流在喉部能加速到预期值，实现大排量。

（3）盖板的封闭作用：保持喉部负压。

（4）盖板结构应有助于防堵塞和防漩涡。

（5）雨水斗的实际流量取决于系统结构。

4.2关于天沟

（1）虹吸生成过程带来的影响：当雨量急速上升时，天沟内会有相当的雨水累积，累积速度和雨量变化速度正相关。短时超过设计排水量的落雨量也积累在天沟内，天沟容积必须考虑这种排水滞后现象天沟高度必须考虑雨水斗之间，水的流动坡度问题。

（2）关于天沟的误区：人们往往会强调虹吸雨水斗可以限制天沟水深的优点，而误认为虹吸排水系统不需要足够宽和足够深的天沟。这一认识上的误区可能会带来错误的天沟设计。

（3）天沟的缓冲作用：虹吸系统的强大排水能力是在虹吸状态形成之后才产生。从重力排水发展到虹吸排水有一个过渡过程。其间排水能力不足造成的雨水累积需要用天沟的容积实现缓冲。

4.3关于尾管

（1）利用尾管水头，获得了一个起始流量，这个流速必须能够使立管达到充满程度，使有效势头进一步增加，从而使流速进一步上升。

（2）尾管过短，起始流量很小，立管顶端达不到充满的程度，虹吸过程也无法形成。

（3）规程中建议尾管高度不小于1m，是一种安全建议。

4.4关注虹吸排水系统排出口集水井

（1）所有虹吸排水系统的计算都是到过渡段出口为止。

（2）排出口被淹没的影响：排出口不能封闭或被淹没，如果排出口与市政管网连为一体，并且封闭，则市政管网也被系统自动视为一个整体，不利于排水。通常的做法是排出口不完全封闭。

（3）加强集水井筒壁，要求集水井井壁为混凝土结构，或镶嵌加强钢板。因为形成虹吸的出水口水流速度快，冲击力大。

4.5关于管材

重力流系统常用的U-PVC管（胶水粘接）无法在压力流雨水排放系统中使用。在塑料管中推荐使用HDPE管，这种管材有良好的物理和化学性能，掺有碳黑的管材显著地提高了防紫外线的能力。另外，也可采用铸铁管、涂塑钢管、不锈钢管等管材。

4.6关于计算

水力计算的目的是充分利用系统提供的可利用水头，减小管径，降低造价；使系统各节点由不同支路计算的压力差限定在一定的范围内；保证系统安全、可靠、正常地工作。在初步布置的管路系统上进行的，计算的成功要遵守水力计算的各项要求。管路系统不同区段的管径、连接的配件，以至管路的布置都可能对水力计算产生影响。手工进行水力计算是非常繁琐的，最好使用专用软件进行计算比较方便。笔者建议在进行虹吸雨水系统设计时，可咨询相关厂家。

5　小结

虹吸式屋面雨水排水具有以下优点：

（1）雨水斗在屋面上可以灵活设置；

（2）虹吸雨水斗的排水能力大大高于同样规格的重力流雨水斗，因此可减少雨水斗的设置数量；

（3）由于压力流管道按满管流设计，横管不需要设坡度，因此可以降低室内空间的层高，节省建筑造价；

（4）虹吸式屋面雨水排水系统属单相满管流，在同样条件下，相同的屋面汇水面积可减少管道的数量和直径。从而减少室外雨水检查井的数量；

（5）压力流时，雨水在管道中高速流动，可起到清洁管道的作用，避免管道淤积；

（6）管道材料可灵活选配。

TU82

A

1673-0038（2015）07-0007-02

2015-1-10

狄万年（1983-），男，中级工程师，本科，主要从事给水排水设计工作。