永豐新技術(shù)成果轉(zhuǎn)移科研中心暖通空調(diào)設(shè)計

張 哲

目前在新建的IDC機房樓和舊IDC機房改造工程的設(shè)計過程中,很多設(shè)計者由于對IDC機房應(yīng)用冷凍水型機房專用精密空調(diào)機系統(tǒng)了解不夠,前期設(shè)計不到位,導致后期施工安裝時需要耗費更多的人力物力進行重新設(shè)計。筆者通過永豐新技術(shù)成果轉(zhuǎn)移科技研發(fā)中心的暖通空調(diào)設(shè)計,著重闡述了冷凍水型機房專用精密空調(diào)機系統(tǒng)的設(shè)計,并結(jié)合中國電信集團北京市電信有限公司的具體需求,總結(jié)了多年電信建筑暖通空調(diào)設(shè)計的經(jīng)驗,在此與大家交流、分享。

1 建筑概況

永豐新技術(shù)成果轉(zhuǎn)移科技研發(fā)中心位于北京市海淀區(qū)永豐產(chǎn)業(yè)基地內(nèi),總建筑面積為44 817 m2,其中地下3層、地上4層,建筑總高度為24 m。

2 空調(diào)設(shè)計范圍

設(shè)計范圍包括永豐新技術(shù)成果轉(zhuǎn)移科技研發(fā)中心非IDC機房區(qū)域的舒適性空調(diào)和IDC機房的專用空調(diào)設(shè)計。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 空調(diào)冷熱源

1)全年集中式蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的冷源為設(shè)于地下3層制冷機房的4臺2500RT基載離心式冷水機組和5臺1170RT雙工況冷水機組,均為10 kV高壓配電方式。2)冷凍水供回水溫度為7℃/13℃;冷卻水夏季供回水溫度為32℃/37℃;冬季冷水機組冷卻水供回水溫度啟動時為13℃/18℃;運行時為20℃/25℃;雙工況冷機冷凍水供回水溫度為6℃/12℃。

3.2 空調(diào)冷熱負荷

1)全年空調(diào)冷負荷。3層及以下IDC機房為35 000 kW;4層IDC機房為4 500 kW。2)變頻多聯(lián)式空調(diào)機(VRV)熱泵系統(tǒng)。夏季空調(diào)冷負荷為800 kW,冬季空調(diào)熱負荷為900 kW。3)IDC設(shè)備熱功耗參照1.5 kW/m2。

3.3 空調(diào)水系統(tǒng)

1)空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵定流量末端變流量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng),工作壓力為0.65 MPa。2)冷凍水系統(tǒng)采用開式膨脹水箱定壓方式,通過膨脹水箱液位傳感器啟動補水泵向系統(tǒng)補充軟化水,在冷凍站內(nèi)設(shè)置雙閥雙罐全自動軟化補水系統(tǒng)。3)冬季空調(diào)加濕：機房專用精密空調(diào)機均配置有專用電極式加濕器;新風處理機的送風管內(nèi)設(shè)置管道式加濕器。

3.4 空調(diào)風系統(tǒng)

1)空調(diào)容量按(N+1)方式配置,采用下送風空調(diào)機型,3層及以下各機房的空調(diào)機采用冷凍水型機房專用精密空調(diào)機,單臺制冷量不小于150 kW;4層各機房的空調(diào)機采用風冷型機房專用精密空調(diào)機,單臺制冷量不小于75 kW。2)本工程IDC機房空調(diào)采用鋪設(shè)架空地板下送風自然回風的氣流組織方式,架空地板高度為600 mm;北端UPS機房空調(diào)采用上送風自然回風的氣流組織方式,不設(shè)架空地板;機房專用精密空調(diào)機均勻地布置于IDC,UPS機房內(nèi)的東西兩側(cè)靠墻處。3)物業(yè)用房、公共衛(wèi)生間、網(wǎng)監(jiān)中心、調(diào)測中心、門廳等采用變頻多聯(lián)式熱泵型空調(diào)機系統(tǒng)(VRV),各層有人值守的房間配置直流變速熱泵型新風處理機,均采用R410A冷媒,室外機位于屋面。4)屋頂電梯機房設(shè)置分體冷暖空調(diào)。

3.5 聯(lián)鎖及自控

1)本工程采用優(yōu)化控制(智能控制)系統(tǒng),根據(jù)測定的氣象條件及負荷側(cè)回水溫度、流量,通過計算預測全天逐時負荷,然后制定主機和蓄冰設(shè)備的逐時負荷分配(運行控制)情況,控制主機輸出,最大限度地發(fā)揮蓄冰設(shè)備融冰供冷量,以達到節(jié)約電費之目的。2)冷水機組、冷凍水泵和冷卻塔的控制采用負荷控制法,根據(jù)供回水溫度及流量控制冷水機組、冷凍水泵和冷卻塔的啟、停;冷卻塔風機的運行臺數(shù)則由冷卻水回水溫度控制。3)制冷系統(tǒng)的自控系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)以下運行工況的控制：主機制冰工況;蓄冰設(shè)備融冰供冷工況;主機單獨供冷工況;主機和蓄冰設(shè)備同時供冷工況;系統(tǒng)關(guān)閉工況。4)本工程空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵定流量末端變流量的空調(diào)冷水系統(tǒng),通過冷凍水分集水器之間設(shè)置的電動旁通閥和壓差控制裝置,控制冷凍水系統(tǒng)供回水總管的壓差,使系統(tǒng)穩(wěn)定。5)冷凍水型機房專用精密空調(diào)機的回水管上設(shè)壓差控制器(閥),根據(jù)機房溫度,按回風溫度調(diào)節(jié)閥的開度,冬季與新風機組一樣根據(jù)房間的濕度控制加濕量。6)變頻多聯(lián)式熱泵型空調(diào)機系統(tǒng)(VRV)的控制系統(tǒng)是一種完全分散的控制系統(tǒng),即室內(nèi)、室外機分別獨立控制,完全通過通訊線進行信息的傳遞。

3.6 設(shè)備降噪、減振及環(huán)保措施

1)冷水機組、新風機組、精密空調(diào)、風機等設(shè)備均采用低噪聲產(chǎn)品,由廠家配套有減振器或減振墊,并在其進出口處安裝柔性軟接頭(風管上加柔性接管,水管上設(shè)橡膠軟接頭);吊裝變頻多聯(lián)空調(diào)(VRV)熱泵機組的室內(nèi)機采用減振吊桿。2)通風機在其風管的進、出口安裝消聲器;室外設(shè)備采取降噪措施;制冷、新風機房做吸聲處理。

3.7 風管水管材料

空調(diào)、通風及防排煙風管采用鍍鋅鋼板制作,冷凍水管當公稱直徑大于50 mm時采用無縫鋼管(GB 8163-87),當公稱直徑不大于50 mm時采用普通焊接鋼管(GB 3092-82),凝結(jié)水管為PVC管。

3.8 節(jié)能設(shè)計

1)圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》的要求。

2)本工程采用部分蓄冷方案。在電網(wǎng)高峰時段內(nèi),蓄冷設(shè)備提供部分的空調(diào)負荷,設(shè)備投資低,能充分發(fā)揮所有設(shè)備的能力。在設(shè)計日空調(diào)冷負荷高峰時段,制冷機和蓄冰槽共同供冷;夜間時段,制冷機蓄冰;在電力高峰期,冷機和冰槽同時供冷。

3)制冷主機和蓄冰設(shè)備為串聯(lián)方式,主機位于蓄冰設(shè)備上游。同時考慮到連續(xù)空調(diào)負荷的比例,設(shè)置了4臺基載主機,并聯(lián)運行,直接供應(yīng)7℃冷凍水。

4)乙二醇系統(tǒng)循環(huán)泵和負荷端冷凍水循環(huán)泵采用變頻水泵。

5)各層機房盡量設(shè)置機房專用節(jié)能空調(diào)新風加濕一體機系統(tǒng),充分利用室外天然冷源達到節(jié)約能源之目的。

6)所有設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)的機房均設(shè)置集中排風系統(tǒng),排除火災(zāi)后的廢氣。平時,當機房專用節(jié)能空調(diào)新風加濕一體機系統(tǒng)運行時,其所在機房的排廢氣系統(tǒng)可兼作節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的排風系統(tǒng)。

7)新風、空調(diào)系統(tǒng)、供回水管路均做保溫,保溫材料采用柔性泡沫橡塑(難燃B1級,隔氣良好);各層架空地板下的樓板上鋪設(shè)20 mm厚橡塑保溫材料。一般空調(diào)風管絕熱層的最小熱阻應(yīng)大于 0.74 m2?K/W 。

8)所有空調(diào)設(shè)備均選擇節(jié)能產(chǎn)品,并采用樓宇自控系統(tǒng)進行管理,保證空調(diào)系統(tǒng)安全可靠節(jié)能運行。

9)所有空調(diào)房間設(shè)置溫度控制裝置。

10)首層外門內(nèi)側(cè)設(shè)置循環(huán)空氣幕,有效阻隔冷、熱空氣的侵入。

4 經(jīng)驗總結(jié)

4.1 空調(diào)冷凍水系統(tǒng)管道的備份

本工程在制冷機房內(nèi)冷水機組與空調(diào)水系統(tǒng)的各分支路管道之間設(shè)置了雙路供回水干管,兩套分集水器,互為備份管路;供應(yīng)IDC,UPS機房的各分支路管道,在與分集水器連接的三通分支管路上均設(shè)置了兩道閥門。IDC機房東、西兩側(cè)均設(shè)計有兩路空調(diào)供回水管路,各臺冷凍水型專用精密空調(diào)機間隔地分別接入不同的空調(diào)水管路水平干管上。

4.2 改造蓄冰池上夾層為閥門設(shè)備夾層

將原設(shè)計位于蓄冰池內(nèi)冰盤管所配的各種閥門,改為在蓄冰池上方的原預留的變配電室夾層內(nèi)安裝,解決了蓄冰池內(nèi)各種閥門操作和檢修不便的困難。

4.3 冷凍水型機房專用精密空調(diào)機配置壓差控制器(閥)

冷凍水型機房專用精密空調(diào)機不同于普通的空調(diào)機組,為配合冷凍水型機房專用精密空調(diào)機內(nèi)置的閥門控制系統(tǒng)的使用,充分發(fā)揮精密空調(diào)機的功能,空調(diào)冷凍水系統(tǒng)必須達到最佳的控制和平衡效果。為此,冷凍水型機房專用精密空調(diào)機冷凍水回水管上不應(yīng)設(shè)置動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥,而應(yīng)設(shè)置自力式壓差控制器(閥),冷凍水供水管上設(shè)置靜態(tài)平衡閥。

4.4 乙二醇系統(tǒng)電動調(diào)節(jié)閥改為閥組形式

為了更加靈活地調(diào)節(jié)冰蓄冷系統(tǒng)中的電動調(diào)節(jié)閥,并節(jié)約成本,將乙二醇系統(tǒng)中V1,V2電動調(diào)節(jié)閥(管徑均為DN800)分別改為由3個管徑為DN450的電動調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的兩套電動調(diào)節(jié)閥組。

4.5 乙二醇系統(tǒng)保溫材料的優(yōu)化選用

為保證機房今后維修方便,并考慮到降低造價等因素,將乙二醇系統(tǒng)的管道、設(shè)備及閥配件保溫均改為難燃B1級PVC-NBR橡塑材料,厚度為50 mm。

4.6 分集水器排污管的優(yōu)化設(shè)計

分集水器的排污管通常設(shè)計為接入制冷機房的排水溝,但當分集水器檢修排污時,巨大的空調(diào)系統(tǒng)水壓甚至會將排水溝的箅子打翻,并四處漫水,為了避免這種情況發(fā)生,本工程將分集水器的排污管設(shè)計為接入制冷機房的集水坑內(nèi)。

4.7 空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中各種閥門的優(yōu)化選用

1)雙向承壓,三元乙丙橡膠密封并配有不易變形的加強酚醛靠背支撐、球墨鑄鐵閥體、不銹鋼閥軸、電鍍球墨鑄鐵閥板,閥體加厚,閥口參與并配合橡膠與法蘭之間的密封,要求配合使用不銹鋼纏繞石墨墊片,以確保使用30年無外漏;

2)三元乙丙橡膠添加抗磨損、抗老化原料,閥軸耐腐蝕、不生銹,閥門在完全關(guān)閉的情況下,要求使用10年無泄漏,30年內(nèi)泄漏量1%,使用30年以上內(nèi)部最大泄漏量不超過5%(主要是滲漏)。

[1]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]路延魁.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1995.

[3]GB 50189-2005,公共建筑節(jié)能設(shè)計標準[S].

[4]DBJ 01-621-2005,公共建筑節(jié)能設(shè)計標準[S].

[5]中國電信集團北京市電信有限公司,數(shù)據(jù)機房電源空調(diào)設(shè)備基本配置標準(試行)[S].