关于全地下式大型计算机房暖通空调设计的一点思路

【摘要】本设计为北京市某卫星地面站中心机房暖通空调设计。该卫星地面站场地大小为420m*420m，其中心机房位于场地正中心，主体结构全部在地坪以下，层高3.9米，呈圆形设计，设计控制建筑面积1200平方米。中心机房两侧分别设置生活区和辅房区作为配套用房。根据“设计要求”，中心机房为全地下式结构，地面以上所有构筑物不得超过0.6m，且自地面以下1.0米处以上，不得有任何金属构件。本设计拟利用两个0.6m高通风竖井，采用有组织通风对空调风冷冷凝器进行冷却处理的方式进行空调系统设计。

本文首先介绍了该工程概况;其次，介绍了负荷计算方法，冷负荷主要包括围护结构冷负荷、计算机散热带来的冷负荷、人员散热冷负荷和照明散热冷负荷等，其中大型计算机散热为本项目主要冷负荷;介绍了空调选型和空调系統的设计，空调机组采用恒温恒湿计算机房专用空调，送风方式为地板下送风、吊顶上回风，冷风自下而上通过计算机组对设备和房间进行冷却;再次，介绍了通风和排烟系统，生活区和辅房区均设置新风排风和排烟系统，中心机房和监控室采用七氟丙烷气体灭火系统;最后，对本设计进行了总结，得出了结论。

【关键词】中心机房;全地下式;有组织通风;地板送风;暖通空调

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.11.059

1、工程概况

本工程位于北京某处。总建筑面积1142.23平方米，全地下式结构，地下一层，钢筋混凝土剪力墙结构，主体结构最高点在地坪下距地面1.2米。

中心机房为圆形，净高3.9米，共布有12列132台大型计算机组，房间设置吊顶和架空地板。机房两侧分别为生活区和辅房区，净高3.0米。西侧生活区设置监控室、值班室、休息室、警卫室、卫生间和设备间等房间;东侧辅房区主要有通风空调设备间、配电间、滤波间、气瓶间、维修室和排烟机房等房间。

设计要求：“地面以上所有构筑物不得超过0.6m，且自地面以下1.0米处以上，不得有任何金属构件。”

2、负荷计算

2.1气象参数

（1）室内计算温度：tn=23±2℃（露点温度13.5℃，机器露点温度14.8℃）

室内相对湿度：φn=40～70%

（2）室外计算温度：tw=33.2℃（湿球温度26.4℃）

室外相对湿度：φn=78%

（3）空气密度

ρ17干=1.217kg/m3，ρ23干=1.193kg/m3，ρ33干=1.154kg/m3

2.2热湿负荷

（1）计算机散热：本工程室内冷负荷主要是大型电子计算机散热所形成。对于电子计算机，国外产品一般都给出设备发热;对于国内产品，目前实测数据较少，设计参数采用n1=0.7，n2=0.7，n3=1.0。计算机总功率为180kw，散热量为88.2kw。

（2）维护结构最大冷负荷：1490.7w

（3）太阳辐射热：0

（4）人体散热：4520.4w

（5）照明散热冷负荷：6400w

（6）湿负荷：1.172g/s

（7）室内总冷负荷：Q1=100.6kw

2.3风量计算

（1）热湿比

由于夏季和冬季室内冷负荷相差无几，故将热湿比线视为同一直线。

ε=Q/W=100600/1.172=85836kJ/kg

（2）送风温差：6℃;送风温度：17℃。

（3）总送风量

通过焓湿图，计算总送风量为44642m3/h，新风风量为0.72kg/s。

3、空调选型

3.1主要参数

（1）空调机制冷量

1）夏季：

相对湿度小于70%时：QO=G（iC-iO）=139.1kw

相对湿度大于70%时：QO=G（iC-iL）=173.1kw

2）冬季：

QO’=G（iC’-iO）=57.7kw

（2）夏季新风负荷：Q2=GW（iW-iN）=27.2kw

（3）再热量：Q3=G（iO-iL）=35.5kw

（4）空调机所需最大负荷：200.3kw

3.2空调选型

根据以上计算，本设计选用3台恒温恒湿计算机房专用空调机组，每台空调总冷量为89.1kw，显冷量为78.1kw，2用1备。每台空调均设有两个独立的工作系统，在有一台空调停机维修的时候，如果再有一台空调的一个制冷系统出现故障，仍可达到75%的制冷量，可以满足机房制冷需求。备用空调机既可与其它机组轮换值班，也可在夏季温度超常的时候，直接投入运行，以保障超大制冷量需求。因此，选用3台空调机相对合理。此外，本建筑冬季仍需供冷，由于冬季冷负荷小于夏季冷负荷，冬季制冷需求可以充分保证。

设计要求室内相对湿度在40～70%之间，而北京一年中相对湿度超过70%的天数很少，再加上空气调节的过程中包含除湿或加湿过程，恒温恒湿机房专用空调可以很精确的把湿度控制在55±10%左右，因此，不再另设除湿机。

4、空调系统

4.1中心机房空调系统设计

设在通风空调设备间的空调送风管在地下夹层汇合后，通过2000X1250的主送风管道沿地沟敷设到中心机房地板下空腔。架空地板上设34个送风口，分别均匀布置在计算机组下方和过道上，冷风自下而上对计算机和室内空气进行冷却调节，然后通过吊顶上设置的16个双层百叶回风口进入吊顶，最后通过设备间走廊上方的2000X1200回风主管道回到空调机。空调机冷凝器共6台，设在室外机机房内。

4.2生活区空调系统设计

监控室、值班室、休息室、警卫室等房间的供暖及制冷由4台低静压风管机（一拖多）负责，其冷凝器也放在室外机机房内。制冷剂管道通过中心机房吊顶连接着风管机和冷凝器。中心机房空调机和生活区空调机冷凝器通风设计见下一章。空调送风系统平面图如图3：

5、通风和排烟系统

5.1进排风竖井

前文中提到，“中心机房为全地下式结构，出地面构筑物最高不得超过0.6m，且自地面以下1.0米处以上，不得有任何金属构件。”为此，经综合考虑，在通风空调机房内设置两个通风井，通过管道连接，进行有组织通风，以解决设置在机房内的空调室外机的通风冷却难题;通风机设计2台，一用一备，以确保空调冷凝器热量可以及时有效排除。出机房主体结构的通风管道均采用非金属管道。同时，进风井兼做供给新风和排烟补风用，排风井兼做排烟和排风用。进排风井出地面高度为0.6米，百叶采用非金属材料制作。进风井百叶窗高0.3m，总长23m，面积为6.9m2，根据总进风量计算进风速度为2m/s。出风井由于采用了通风机提供压头，因此面积可以小于进风井许多，但风速要大于进风井。

同样，在生活区设备间也分别设置一个进风井和一个排风井，负责生活区通风和排烟，进排风井出地面高度为0.6米。空调室外机房剖面图如图4：

5.2通风系统设计

由于本工程为全地下结构，为保持房间空气质量，所有房间均设置新风和排风。

辅房区机房内设置新风风机3台，其中2台为中心机房新风风机，1用1备。新风由通风空调机房进风竖井引入，通过新风机与中心机房回风在静压箱混合后，经空调送风管送入室内。另外1台新风机负责为辅房区设备间、配电间、滤波间、气瓶间和维修室等房间供给新风。新风因入口风管设初效和中效两级过滤器，以保证进入室内新风的空气质量，过滤器需定时清洗。

辅房区机房内设置排风机2台，1用1备。中心机房吊顶设4个排风口，通过风管与辅房区设备间、配电间、滤波间、气瓶间和维修室等房间排风口汇合后，经排风机排入排风竖井内。

生活区设带热回收的新风换气机1台，为生活区监控室、值班室、休息室和警卫室等房间供给新风和排风，新风和排风分别接入生活区进排风竖井。卫生间排风单独接入排风竖井。空调回风及通风排烟平面图如图5：

5.3排煙系统设计

由于中心机房与监控室采用气体灭火系统，因此不设排烟设施。

辅房区排烟专用机房内设排烟风机1台，新风机房内设1台补风风机，分别负责辅房区房间的排烟和补风。

生活区排烟专用机房内设排烟风机1台，新风机房内设1台补风风机，分别负责生活区房间的排烟和补风。

排风系统与二氧化碳自动报警系统联动。

火灾时，所有空调和通风设备均关闭，气体灭火设备和辅房部分的排烟设施开启。灭火结束后，排风风机与新风换气机开启，排除废气后人员方能进入现场。

结语：

本项目竣工后立即投入了使用，经过一个夏季的使用来看，计算机组全功率运行时，室内温度可精确的控制在23±0.3℃，相对湿度控制在55±5%，运行效果十分理想。

在设计大型商业综合体时，暖通空调专业虽然工作量较大，但通常都可以按照常规做法进行设计;在以往的坑道或人防工程设计中，进排风竖井和空调冷热源通常也都是可以灵活设置的。相比之下，本项目虽然规模不大，但是全地下式结构给暖通空调专业设计带来的挑战无疑是巨大的。

综上，针对全地下式建筑布局的大型计算机中心机房，采用有组织通风，地板下送风、吊顶上回风的暖通空调设计思路是可行的，设计方法是合理的，运行效果是理想的。

参考文献：

[1]路延魁.空气调节设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]中国建筑科学研究院.GB50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]中国建筑科学研究院.GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]中国建筑科学研究院.GB50738-2011.通风与空调工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

作者简介：

张威（1981.01-），男，汉族，吉林辽源人，哈尔滨工业大学建筑环境与设备工程专业学士，北京理工大学项目管理专业硕士，注册公用设备工程师（暖通空调），绿色建筑咨询工程师（高级），BIM高级工程师。