天津某银行大后台数据中心配套空调系统设计

孙项菲周远斌张风合

1山东华宇工学院

2天津建筑设计院

1 工程概况

该项目位于天津市西青区经济开发区赛达新兴产业园内，为通信机房楼。地下一层，地上四层。总建筑面积为24929.28 m2，地上建筑面积为23478.51 m2，地下建筑面积为1450.77 m2，建筑高度为22.3 m。

该项目2012年初开始设计，2014年初完成施工图设计，预计2017年竣工。

2 冷热源选择

2.1 冷源系统设计

大型数据中心需要一个全年不间断的供冷空调系统，因为大型数据机房内设备散热属于稳定热源，全年不间断运行，所以冗余对于大型数据中心非常必要。根据GB50174-2008《电子计算机机房设计规范》》[1]相关要求，本项目属于大型数据中心A级，冷源系统和机房专用空调，需要2N冗余，电力配置采用市电和柴油发电机组来供电。

本项目冷源配置A路水冷冷冻水系统和B路风冷冷冻水系统。本工程对各层机房全年提供冷冻水，两套冷水系统各占50%负荷运行，或按照室外气象参数采用不同负荷比例高效运行，充分发挥水冷冷冻水系统和风冷冷冻水系统的各自优势。

由于柴油发电机启动时间10 min，冷水机组启动时间为5 min，所以水冷冷冻水系统中设置了水蓄冷装置，蓄冷量按蓄冷时间15 min考虑。平时蓄冷罐处于蓄冷状态，当双路市电断电后，在柴油发电机和冷水机组正常运行前，蓄冷罐向冷水泵和精密空调提供12℃的冷水，保证数据机房不间断供冷。

2.1.1 A路水冷冷冻水系统

1）冷却塔。冷却塔共4台，1台循环水量为500 m3/h及3台循环水量为1200 m3/h的开式冷却水塔。当夏季进风湿球温度为29℃时，冷却塔的进出水温度为37℃/32℃；当冬季进风湿球温度为2℃时，冷却塔的进出水温度为14℃/10℃。冷却塔根据冷却水供回水水温控制风机台数或变频控制。4台冷却塔设置在四层屋顶。

2）水冷冷冻水机组。水冷冷冻水机组选用1台制冷量为2110 kW及3台制冷量为4220 kW的高压离心式水冷冷水机组。冷冻水供回水温度为12℃/18℃（可调）。离心式水冷冷水机组采用对地球环境不产生危害及污染的R-134a冷媒或其他环保冷媒。水冷冷冻水机组设置在地下一层的冷冻机房内。

3）板式换热器。冬季供冷系统，采用室外天然冷源降温的方式。每台水冷离心冷水机组配置1台板式换热器，减少冷水机组运行时间，降低能耗。冷却水通过冷却塔降温后，再经过板式换热器换冷，将冷水温度降低。4台板式换热器，1台的换冷量为2110 kW，另外3台每台的换冷量为4220 kW。板式换热器一次侧的进出水温度为10℃/14℃，二次侧的进出水温度为18℃/12℃，换热效率为90%。板式换热器设置在地下一层的冷冻机房内。

4）冷冻水蓄冷水罐。水冷冷冻水系统中设置了水蓄冷装置，在电力或冷机故障时应急使用。水蓄冷装置包括11台冷冻水蓄冷水罐，每台的有效容积为48 m3。根据工艺要求水蓄冷装置蓄冷量按蓄冷时间15分钟考虑。水蓄冷的装置设置在地下一层的冷冻机房内。

5）冷水泵。冷水泵则应设置在地下一层的冷冻机房内。

空调冷冻水泵采用卧式变频离心泵，共4台。其中 1台流量为 305 m3/h，另外 3台每台流量为605 m3/h，扬程为35 m水柱。冷冻水为一次泵变流量系统，由UPS供电。控制器应根据冷冻水系统末端的压差设定值，控制冷冻水泵的运行台数和转速。

空调冷却水泵采用卧式变频离心泵，共4台。其中 1台流量为 445 m3/h，另外 3台每台流量为855 m3/h，扬程为28 m水柱。

空调冷却水补水泵采用立式变频离心泵，共2台。每台流量为44 m3/h，扬程为25 m水柱。

6）自动排气、定压补水机组。一体式机组，罐体常压，连续强制真空（雾化喷射）排气功能。定压罐有效容积为2.6 m3，最大工作压力1 MPa。稳压泵2台，每台流量为10 m3/h，扬程为40 m水柱。自动排气、定压补水机组设置在地下一层的冷冻机房内。

2.1.2 B路水冷冷冻水系统

1）风冷冷冻水机组。风冷冷冻水机组选用11台制冷量为1318 kW的风冷螺杆式冷水机组作为B路系统的冷源。进出水温度为18℃/12℃。11台风冷冷水机组设置在屋顶。

2）冷冻水泵。冷冻水泵采用立式双吸泵，共11台。每台流量为200 m3/h，扬程为28 m水柱。11台冷冻水泵设置在屋顶的2间水泵房内。

3）自动排气、定压补水机组。一体式机组，罐体常压，连续强制真空（雾化喷射）排气功能。自动排气、定压补水机组共3台。其中1台的定压罐有效容积为1.14 m3，最大工作压力1 MPa。稳压泵2台，每台流量为16 m3/h，扬程为12 m水柱。另外2台，每台的定压罐有效容积为0.75 m3，最大工作压力1 MPa。稳压泵2台，每台流量为10 m3/h，扬程为12 m水柱。自动排气、定压补水机组分别设置在屋顶的2间水泵房内。

2.2 热源系统设计

当建筑内有大量余热时，可以采用水环热泵空调系统，将建筑内的余热转移到需要供热的区域。本项目办公区设置在一层，面积约700 m2，数据机房的余热可以供应整个办公区冬季采暖。办公区采暖热源来自数据机房的机器散热，采用水环热泵空调系统。

本项目水环热泵系统，夏季时各热泵机组处于制冷工况，主机的供冷冷源来自A路冷冻水，冷冻水温为12℃，采用冷却塔散热。冬季时各热泵机组处于制热工况，主机的供热热源来自A路冷却水，热源水温为18℃。

3 空调末端系统设计

本建筑冷冻水管以双路由方式布置，分别从地下一层冷冻站（A路）和屋面（B路）经不同的管井接至每个房间。

1）精密空调。一至四层的数据机房和UPS间，全部采用精密空调全年供冷。根据GB50174-2008《电子计算机机房设计规范》相关规定，对于A级数据中心，数据设备机房的温度为23℃±1℃，相对湿度为40%～55%。UPS间的温度为15～20℃。

数据设备机房设置加湿器，UPS间不设加湿器，这主要是因为数据设备机房内的设备，相对湿度过大容易造成短路，相对湿度过小容易产生静电，所以必须设置加湿器。精密空调设置在单独的精密空调间内，空调间内布置A路和B路空调供回水管和凝结水管（见图1），漏水概率低，安全性能高。

图1 A路和B路空调供回水管

数据设备机房采用封闭冷通道，地板下送风，上回风方式（见图2）。这种气流方式冷空气利用效率最高，适合于大型数据机房。送风口采用孔板，送风口位置和数量是根据数据设备位置和数量确定的。装修时根据实际设备位置深化设计，要求送风口风速小于3 m/s。UPS间空调采用水平封闭冷通道送风，侧壁回风的方式（见图3）。水平封闭冷通道提高了送风的利用效率，减少了环境耗冷量。

图2 数据机房气流组织

图3 UPS间气流组织

2）风机盘管。一至四层的机房弱电间和电池间采用风道连接式风机盘管，全年供冷。风机盘管送风采用侧送下回，回风口设于侧墙，由风道连接至风机盘管回风口。风机盘管的冷冻水供回水管、凝结水管均在环形走道内。风机盘管应能够由室内温度信号控制其启停。风机盘管控制器应具备远传功能。

3）吊装空气处理机组。三层动力配电室设置了11台吊装空气处理机组，全年供冷。吊装空气处理机组送风采用侧送下回，回风口设于侧墙，由风道连接至吊装空气处理机组的回风口。吊装空气处理机组的冷冻水供回水管、凝结水管均在三层的动力走廊内。

4 新风系统的设计

数据机房有空气洁净度要求。空气中的尘埃、腐蚀性气体等会损坏电子元件的寿命，引起接触不良和短路等。因此要求对空调风系统空气进行除尘、过滤处理。根据《电子计算机机房设计规范》相关规定，主机房内的空气含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5 μm的尘粒数，应小于18000粒。为了保持机房内的正压，需向机房内补充新风。主机房与其他房间，走廊间的压差不宜小于5 Pa，与室外静压不宜小于10 Pa。

1）办公区域。首层办公区域设置了新风换气机组，吊装在办公区域内。根据《电子计算机机房设计规范》规定，空调系统区域的新风量取按照人数和正压计算结果的最大值，按人数计算时新风量为40 m3/h·人。由《实用供热空调设计手册》[3]可知，无外窗的房间若要保持10 Pa正压，其换气次数可取1次/h。首层主机房与首层办公区域的压差不宜小于5 Pa，即首层主机房的气压最好大于首层办公区域的气压。综上所述，由于数据机房内没有人员，主机房的换气次数为1次/h，办公区的换气次数为0.5次/h。

2）数据机房。一至四层的精密仪器空调间设置了带旁通管道的制冷新风机组和新风换气机组。精密空调间与数据机房的吊顶相通，可保持数据机房内的正压。平时制冷新风机组与带旁通空气交换机组联动开启，过度季节开启旁通阀，制冷新风机组向主机房直接引入室外新风。

5 结语

1）大型数据机房空调系统可采用电制冷与自然冷却相结合的方式。

2）大型A级数据中心，冷源系统和机房专用空调用电需要2N冗余。水蓄冷装置蓄冷量按15 min考虑。

3）办公区冬季采暖采用水环热泵空调系统，热源来自数据设备机房的机器散热，高效节能。

4）大型数据机房空调采用恒温恒湿精密空调，采用地板下送风，上回风方式换热效果最佳。主机房与其他房间，走廊间的压差不宜小于5 Pa，与室外静压不宜小于10 Pa。

5）办公区域采用新风换气机，数据机房采用带旁通管道的制冷新风机组和新风换气机。数据机房内，平时制冷新风机组与新风换气机联动开启，过度季节开启旁通阀，制冷新风机组向数据机房直接引入室外新风，提供天然冷源。