某轨道控制中心数据机房空调设计

李雨鹏

摘 要：某城市轨道交通运行的指挥控制中心服务8条地铁线路的运营管理。对该工程2号楼技术楼内数据机房空调系统设计内容进行了分析，并对全年24 h空调供冷系统设计中的几个关键性设计要点进行了探讨，提出了一些提高系统节能及安全可靠性的技术措施，对于保障数据机房的空调系统高效稳定的运行有重要作用。

关键词：地铁控制中心;数据机房空调系统;空调冷源;环境要求;安全可靠性

中图分类号：TU831.8                            文献标识码：A                                       文章编号：2096-6903（2022）09-0028-03

0引言

地铁控制中心是城市轨道交通运行的指挥控制中心，是地铁运营、指挥、管理的重要保障，其中地铁控制中心内的数据机房空调系统的正常可靠运行是控制中心设备正常工作的重要环节，既要满足运行保障人员的常规舒适性空调要求，又要同时满足数据机房常年24 h供冷的要求。结合已完成的某地铁控制中心项目简要介绍控制中心数据机房空調系统的设计。

1项目概况

某城市轨道交通控制中心作为城市轨道交通建设的控制性工程，是多功能复合的综合建筑项目，主要承担城市未来建设的8条地铁线路的行车组织、运营调度、机电设备监控、通信信息交换、票务管理、应急指挥等运营管理任务，同时具有市民科普展示、新闻发布、轨道运营会议等辅助功能。控制中心作为运营管理机构的总要部门，是全线各系统中央级设备的设置场所，是行车指挥中枢，是对全线列车运行、牵引供电、环境与设备及火灾报警实行监控和调度指挥的中心。在非常情况下，控制中心也是地铁线网的应急指挥中心。

本项目规划净用地面积约19 366 m2，总建筑面积约9.5万 m2，本工程按建筑功能分为3个部分：1号楼运营管理楼，2号楼技术楼，3号楼配套楼。建筑主要功能用房包括：1～8号线机房、系统设备用房、中央调度大厅、运营管理用房、会议、员工配套设施及地下车库等。本次空调系统设计针对于2号楼技术楼中的数据中心部分，包括对全年24 h空调供冷系统及满足运行保障人员的常规舒适性空调。数据机房主要包括：信号设备室、综合监控设备室、专用通信设备室、线路中心测试开发、云平台数据中心、共用民用通信机房以及电源室等设备机房。

2空调系统设计

2.1 数据机房冷源设计

数据机房空调冷源要求稳定性高，可靠性强，维修方便，根据工艺要求合理选择冷源形式，空调冷源、空调管线、空调循环水泵应有备用方案。系统的可靠性原则要求空调通风系统设备在满足各功能房间的温湿度、洁净度等要求基础上，提供合理的冗余冷量和N+1的备份，保证机房的高可靠性要求。

本工程数据机房冷源分为2种形式，技术楼全年24 h集中供冷系统;机房专用空调风冷冷源，其中24 h集中供冷系统采用电制冷，选用4台离心式冷水机组与一台螺杆式冷水机组（与大楼舒适性空调合用制冷系统）;冷水机组可根据末端实际冷负荷配置最佳的冷水机组运行工况。

为保障全年24 h集中供冷系统需求，数据机房空调系统两台离心冷水机组与大楼舒适性空调系统的2台离心式冷水机组互为备用，至少保证其中任意两台冷水机组全年24 h运行，并保证设备检修或者特殊情况下，为满足2号楼技术楼的全年24 h供冷需要，可以临时不保证1号楼和3号楼常规供冷模式;空调冷冻、冷却循环水泵与冷水机组一一对应设置，其中离心式冷水机组的循环泵互为备用，同冷水机组配置模式相同，保证24 h冷水供应系统的可靠性和安全性，所有冷冻水循环水泵均采用变速调速控制方式，系统为变流量运行，冷却塔设置于裙房屋面，工程信息技术数据机房在过渡季节和冬季需要供冷，因此设置冷却塔免费供冷系统。夏季空调运行的冷却塔在过渡季节和冬季生产冷水，经制冷机房的板换换热后，供给信息技术区的空调系统使用。

该系统的冷冻泵单独设置。冷却塔侧供回水温度6℃～8℃，空调侧供回水温度7℃～9℃。冷热水系统由数字变频定压补水机组定压补水，补水经全自动软水器软化处理，空调回水、冷却水采用综合水处理器处理，可有效防腐、杀菌灭藻，采用全过滤方式处理。机房专用空调风冷冷源主要用于共用民用通信机房以及小型的电源室空调设计。由于机房专用空调系统机组相对独立，只需预留室内外空调机组的位置以及管井、管线路由等条件，路由可控，规划方便，布置灵活，系统扩容或分期建设非常容易。

2.2 数据机房等级划分

地铁控制中心数据机房的室内环境要求按《数据中心设计规范》（GB50174-2017）[1]、《地铁设计规范》（GB50157-2013）[2]的规定设定。《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）[3]把数据机房分为A级、B级及C级，地铁控制中心数据机房根据使用性质、安全管理要求、经济及社会重要性，将信号设备室、综合监控设备室、专用通信设备室、线路中心测试开发、云平台数据中心主机房均按A级机房设计，但有些机房对地铁安全运行影响较小。例如，楼宇智能化机房、共用民用通信机房以及小型的电源室，可按C级机房设计。

2.3 数据机房环境要求

2.3.1 空调设计参数要求

主机房（开机时）：温度要求23±1℃，相对湿度40%～55%，主机房（开机时）：温度要求18℃～28℃，相对湿度35%～75%。

2.3.2 机房的空气含尘浓度

在静态或动态条件下测试，每立方米空气中粒径大于或等于0.5 μm的悬浮粒子数应少于18 000粒。

2.3.3 主机房不得结露

温度变化率（开、停机时）小于5℃/h。

2.3.4 应保证房间的正压

主机房与其他房间、走廊的压差不宜小于5 Pa，与室外静压压差不宜小于10 Pa。

2.3.5 空调系统新风量

空调系统的新风量按下列两项中的较大值进行确定：按工作人员计算，每人40 m3/h;维持室内正压所需风量。

2.4 数据机房空调系统设计形式

本工程数据机房空调系统设计共分为4种形式，见表1。

2.5 数据机房空调安全可靠性设计

数据机房全年不间断运行，要求数据系统具备高可靠性，因此也要求机房内空调系统也应具备相当高的可靠性，空调水系统采用以下措施：

第一，为保证全年24 h冷冻系统运行安全可靠，空调干管系统采用环状供回水系统。第二，云平台数据中心微模块机柜列间空调系统要求冷冻水供回水管路采用双供双回方式，每个支路均设置关断阀门，系统检修或管路故障时，可以通过备用回路供水，满足系统不间断运行要求。第三，离心式冷水机组、循环泵、冷却塔均互为备用（临时不保证大楼舒适性空调系统）。第四，要求断电后，离心式冷水机组重新启动，达到机组机组冷冻水设定供水温度的时间（带UPS接入模块）不超过180 s。第五，全年24 h供冷系统需要设置蓄冷罐系统，为保障系统断电切换备用电源，制冷主机还未达到正常工作状态时，满足空调系统的制冷要求，蓄冷罐的体积按满足180 s供冷量要求计算。

本次设计选用16台立式蓄冷罐，总蓄冷系体积约为260 m?，各蓄冷罐之间采用同程式连接，设置于本建筑地下一层，制冷机房上方，减少冷水管路长度，降低冷量损耗。

2.6 数据机房空调负荷特点

数据机房内的空调冷负荷特性为显热负荷为主[4]，根据《数据中心设计规范》（GB50174-2017），A级机房内设备均按开机状态考虑，机房内空调主要特点如下：

2.6.1 设备散热量大，湿负荷小

室内为常年稳定的冷负荷，空气处理过程为干式降温，即等湿冷却。本工程根据各线网中心工艺提资机房发热量确定制冷负荷，其中各线路机房冷负荷指标约为250～300 W/㎡，云平台数据中心冷负荷指标约为500～600 W/㎡，设备电源室冷负荷指标约400～500 W/㎡，其余工艺设备发热量暂按总用电量的50%计算。

2.6.2 空调送风焓差小、风量大

换气次数要求：其中各线路机房（信号设备室、综合监控设备室、专用通信设备室、线路中心测试开发），30～40次/h，数据中心机房为20～70次/h，设备电源室30～40次/h，同时设置事故通风系统（电源室具有放散氢气的危险），事故通风与平时通风合用设置，通风系统风机选用防爆风机。

2.6.3 温度控制精度高且要求稳定

数据机房要求温度波动幅度不应超过规定的范围，同时对温度变化的幅度也有明确的要求，即一般小于5℃/h。同时对湿度也有一定要求，一般采用电子加湿器。

2.7 数据机房空调节能运行及自控系统

本工程设冷水机组群控系统，群控系统为建筑楼宇智能化系统的一部分，冷水机组、冷水泵、冷却水泵、冷却塔等预留接口，接至DDC控制主机。根据负荷控制相应设备的供冷供热量及运行台数。冷水系统的机房群控系统主要包括几点内容：①实现冷水系统的能量控制管理，主要包括依据实际运行情况下的制冷量对制冷主机运行台数进行控制，同时依据设定压差实现一次泵变流量控制（台数控制优先），依据冷却水供水温度对冷却塔运行台数进行控制。②实现制冷主机、冷冻水循环泵、冷却塔、冷却水循环泵各设备之间的连锁控制、开机顺序、关机顺序等，合理的安排各设备的运行时间，延长使用寿命。实现数据中心制冷系统的备用冷源切换，在非常工况下，切换蓄冷罐系统供冷，以保证数据中心的安全可靠运行。

数据机房在过渡季节和冬季需要供冷，因此设置冷却塔免费供冷系统。夏季空调运行的冷却塔在过渡季节和冬季生产冷水，经制冷机房的板换换热后，供给数据机房的空调系统使用。该系统的冷冻泵单独设置。冷却塔侧供回水温度6℃～8℃，空调侧供回水温度7℃～9℃。冬季运行的冷却塔，其集水盘冷却水管设电加热器、电伴热阻丝及自动控制装置，防止冷却塔冬季冻结。

2.8 数据机房空气调节系统

技术楼一至四层各线路、系统设备用房采用全空气单风道低速送风空调系统，每层设置独立的空调机房。气流组织形式为上送上回，每个房间设置变风量末端装置，由室内温控器调节变风量调节器的开度大小，满足室内负荷不断变化下的室温。送风口采用方形散流器风口，回风口采用单层百叶风口。风口布置需要结合工艺布置，避开设备上方，避免因送风温度过低风口产生冷结水滴到设备上，影响设备正常工作。

技术楼五、六层云计算数据中心，采用微模块机柜列间精确制冷空调，房间地面内设置350 mm高技术夹层（有条件可以设置500 mm高），环装冷冻水管布置在技术夹层内，水管个分支及支路均设置关断阀门，确保当一路供水出现故障时，可从另一路接入机柜内的空调器，夹层设置排水条件，微模块机柜下方四周设置挡水坝，冷凝水管由地面敷设管道接入预留的排水点[5]。

技术楼配套服务用房采用风机盘管加新风的空调系统。

2.9 其他

本次设计云平台数据中心采用列间空调，与传统房间级空调相比具有以下2点优势（见表2）。

第一，微模块机柜列间精确制冷空调专为高热密度环境设计，在该环境下机组节能高效运行，机组全显热运行，不产生额外的冷凝水浪费冷量，亦不需额外的加湿处理，达到绿色数据机房的要求，具有很好的节能减排的意义。第二，机柜列间精确制冷空调直流电机风机等调节技术，温度精度高，可控制在±0.5℃，湿度精度也可设定在±1%RH，满足数据机房要求。第三，整机采用前后开门形式，全正面维护。无需打开侧面板，即可进行所有部件的维护。系统管路部件打开后门即可操作、更换;风机部件、加湿部件、再加热部件从前门即可维护。

3结语

对该地铁控制中心数据机房空调系统、冷源、机房环境及等级要求等内容进行分析，结合本工程对数据机房空调系统设计中的几个关键技术要点进行了探讨，可通过冷却塔免费供冷系统、列间行间空调、空调设备及管路冗余设计、蓄冷罐系统等技术措施提高制冷系统的高效节能性和安全可靠性，既满足平时控制中心平时的舒适性空调设计又满足数据中心的使用要求，进而提高城市轨道交通的运营的稳定性、舒适性、节能性。

参考文献

[1] 中華人民共和国工业和信息化部.GB50174-2017.数据中心设计规范[S].北京：中国计划出版社，2017.

[2] 北京市规划委员会.GB50157-2013.地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50174-2008.电子信息系统机房设计规范[S].

[4] 鄢亚.浅谈某数据中心空调系统设计[J].建筑热能通风空调， 2017，36（9）：99-102+41.

[5] 肖传德.杭州地铁控制中心暖通空调设计[J].暖通空调，2014， 44（3）：72-75+83.