北京某數(shù)據(jù)中心辦公樓暖通空調設計案例分析

摘 要：介紹了北京某數(shù)據(jù)中心辦公樓空調冷熱源的選擇，水系統(tǒng)、風系統(tǒng)的設計，采取的節(jié)能措施及通風防排煙系統(tǒng)設計，總結了辦公樓空調通風系統(tǒng)設計的特點，分析了該設計存在的不足。

關鍵詞：變風量空調系統(tǒng)；定風量空調系統(tǒng)；空調水系統(tǒng)；通風及防排煙；自動控制

1 工程建筑概況

本項目位于中關村環(huán)保科技示范園，建筑面積為121008平方米，建筑層數(shù)為地下三層，地上四層，其中地下三層為汽車庫，設備用房，地下一、二層為數(shù)據(jù)中心及其附屬配套用房；地上一層至四層為數(shù)據(jù)城堡及其為數(shù)據(jù)中心服務的辦公、會議、休息等用房，本項目數(shù)據(jù)機房部分的通風及空調系統(tǒng)由分包設計。

2 設計參數(shù)

2.1 室內設計參數(shù)（見表1）

2.2 室外設計參數(shù)

夏季：空調室外計算干球溫度35.4℃，空調室外計算濕球溫度26.9℃，夏季空調日平均溫度30.5℃，室外平均風速1.6m/s，大氣壓力98.82hPa。

冬季：空調室外計算干球溫度-5.1℃，空調室外計算相對濕度59%，室外平均風速2.1m/s，大氣壓力100.9kPa。

3 空調系統(tǒng)

3.1 冷熱源的選擇

設計中對每一個空調房間進行了逐時逐項冷負荷及熱負荷計算，空調計算冷負荷（不含數(shù)據(jù)機房空調冷負荷）為3024kW，冬季熱負荷為2795kW。結合辦公建筑特性，即用電高峰時段空調負荷大，其余時間負荷小的場合，本項目冷源方案采用冰蓄冷系統(tǒng)，熱源系統(tǒng)采用燃氣鍋爐。冰蓄冷系統(tǒng)采用部分蓄冰模式，采用制冷主機上游、蓄冰盤管下游的單級泵串聯(lián)系統(tǒng)，儲冰量為33%；選用兩臺空調時制冷量791kW、制冰時制冷量524kW的電制冷雙工況冷水機組（蓄冰系統(tǒng)用）；能效比COP值為制冰時3.61，空調時5.10；考慮到數(shù)據(jù)城堡需全天24h空調，同時配有一臺基載主機，制冷量為1020kW。能效比COP值為5.13。

冰蓄冷系統(tǒng)二次冷劑為：25%乙烯乙二醇溶液，空調供回水溫度為7/12℃。

雙工況主機充冷工況參數(shù)：溶液溫度：-6.5/-2.5℃；冷卻水供回水溫度：32/37℃；運行時間：8h（23：00～7：00）。

雙工況主機供冷工況參數(shù)：溶液溫度：6/11℃；冷卻水供回水溫度：32/37℃。

儲冷裝置參數(shù)：充冷溫度-6.5℃，充冷時間：8h（23：00～7：00），釋冷溫度：3.27℃。

基載主機空調工況參數(shù)：冷水供回水溫度為7/12℃，冷卻水供回水溫度：32/37℃。

冷卻塔設置在數(shù)據(jù)中心四層屋面。冷水機組及冷水泵設置在地下三層的冷凍機房內。

熱源由位于地塊內的燃氣鍋爐提供95/70℃的一次熱水引入本工程的地下一層熱力間內，由熱力采暖分集水器分出三路。一路供集中采暖，一路提供冬季空調的一次熱源，管路引至地下三層冷凍機房交換成60/50℃的二次熱水供冬季全空氣及風機盤管加新風系統(tǒng)使用；一路供辦公部分外區(qū)四管制風機盤管過渡季供暖，管路引至地下三層冷凍機房換成45/40℃二次熱水供四管制風機盤管過渡季供暖使用。三路均在熱力間分集水器處設熱表計量。

3.2 空調風系統(tǒng)

空調風系統(tǒng)設計以豎向分層、橫向按防火分區(qū)設置系統(tǒng)為原則，根據(jù)建筑使用功能及用途分別對應設置全空氣空調系統(tǒng)及風機盤管加新風空調系統(tǒng)。

3.2.1 全空氣定風量空調系統(tǒng)

地下二層控制中心、二至四層的數(shù)據(jù)城堡、首層入口大廳等大空間場合設計全空氣定風量空調系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)城堡空調器選用恒溫恒濕精密空調器。全空氣組合空調箱均設初效、中效過濾器。空調系統(tǒng)設計為雙風機空調系統(tǒng)，在過渡季時可轉換成全新風運行。地下二層控制中心、二至四層的數(shù)據(jù)城堡等大空間場合送風采用散流器頂送，單層百葉集中回風。首層入口大廳空調送風采用球型噴口送風，同側地面上設單層百葉集中回風，同時在大廳玻璃幕墻處設暗裝在架空地板內的風機盤管送風。

3.2.2 全空氣變風量空調系統(tǒng)

因本工程主要辦公區(qū)建筑進深為2個9m跨，所以在辦公部分外區(qū)設計四管制的風機盤管系統(tǒng)，風機盤管承擔圍護結構的負荷；風機盤管設在250mm的架空地板內，采用地板管槽式散熱器，風機盤管供回水管設置在下一層的頂板下。內區(qū)采用變風量空調系統(tǒng)，承擔室內部分人員、燈光、設備及新風負荷。對應空調系統(tǒng)設有排風系統(tǒng)，在過渡季時可實現(xiàn)全新風運行。變風量空調系統(tǒng)采用單風道系統(tǒng)，選用冷熱型變風量末端裝置，風口形式采用條縫風口頂送，單層百葉集中回風。

3.2.3 風機盤管加新風空調系統(tǒng)

本工程在地下一層、地下二層總控中心配套會議休息室、一二層的管理用房及走道、三層的電子檔案管理區(qū)走道以及四層的技術資料圖書庫設計風機盤管+新風系統(tǒng)，新風接入風機盤管的送風管上頂送，方便各房間獨立調節(jié)。

3.2.4 變制冷劑流量多聯(lián)機空調系統(tǒng)+雙向新風換氣系統(tǒng)

因與集中空調系統(tǒng)使用時間的不同或必須保證24小時安全運行，在地下一層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡機房、通信機房、移動通訊機房、首層消防控制中心、安保監(jiān)控室等房間設計多聯(lián)機空調系統(tǒng)，為滿足人員的新風量要求，同時設計雙向新風換氣系統(tǒng)。為保證地下二層中央監(jiān)控室的空調連續(xù)安全運行，設計多聯(lián)機空調系統(tǒng)作為其中央空調的應急備用冷源，正常情況下采用大樓冷源供應地下二層的中央監(jiān)控室的空調，應急情況下采用多聯(lián)機空調系統(tǒng)。

3.3 空調水系統(tǒng)

空調冷凍水系統(tǒng)采用閉式雙管機械循環(huán)一次泵變流量系統(tǒng)。冷源側冷水機組定流量，負荷側各空調末端設置受室溫控制的電動兩通閥；在冷源側和負荷側供回水管路之間，設置旁通管及受壓差控制的電動旁通調節(jié)閥。空調水系統(tǒng)立管、干管設計為異程系統(tǒng)，夏季供冷、冬季供熱。空調水系統(tǒng)均采用軟化水補水，補水裝置為定壓罐補水定壓，冰蓄冷乙二醇系統(tǒng)采用乙二醇補液箱高位定壓。冷熱水泵都設置在地下三層的冷凍機房內。為保證空調水系統(tǒng)的水量分配及壓力平衡，在各支路回水主干管上設動態(tài)壓差水力平衡閥，各支路回水管上設手動調節(jié)閥，調節(jié)水力平衡。空調冷凍水溫度為7/12℃，熱水溫度為60/50℃，冬夏季手動切換。

4 采暖通風及防排煙系統(tǒng)

4.1 采暖系統(tǒng)

本工程在有水的房間如水箱間、直飲水機房、報警閥間、消防水泵房、細水噴霧機房等設計防凍采暖，靠外墻的衛(wèi)生間及帶淋浴的衛(wèi)生間設計采暖系統(tǒng)，采暖型式為散熱器采暖，地下部分采暖供回水干管布置在每層的頂板下，上供上回；地上部分一至四層靠外墻的衛(wèi)生間采用垂直雙管系統(tǒng)，供回水干管設在地下一層頂板下，下供下回；地下一層頂板下的水管在穿越電氣房間處均設有夾層供水管敷設。集中采暖設計熱負荷為148kW。

4.2 通風系統(tǒng)

（1）自然通風。所有靠外墻的空調房間均可利用可開啟外窗在天氣適宜時段自然通風，消除室內的余熱和余濕，滿足人員舒適性的同時降低空調通風能耗，全空氣系統(tǒng)均設計為雙風機系統(tǒng)，在過渡季可實現(xiàn)全新風運行。

（2）機械通風。在大樓冷凍機房、直飲水機房、變配電室等設備用房分別設有獨立的機械送排風系統(tǒng)，以滿足設備用房排出余熱和通風換氣的要求。

淋浴、更衣、衛(wèi)生間、茶水、文印均設有機械排風系統(tǒng)或排氣扇排風，更衣室設有新風，淋浴與衛(wèi)生間進風來自于鄰近區(qū)域，以滿足該場合的通風換氣要求，保證該房間相對于鄰近房間為負壓，以免氣味外溢相鄰房間。衛(wèi)生間排風水平由排氣扇排至豎井，屋頂設排風機由屋頂排出。

地下三層汽車庫按照防煙分區(qū)設計機械送排風系統(tǒng)，每個防煙分區(qū)設計一套送排風系統(tǒng)，排風機兼排煙，送風機兼消防補風。

地下一層的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡機房、通信機房、移動通訊機房及變配電間等房間消防采用氣體滅火系統(tǒng)，為排除其滅火后房間內充滿的七氟丙烷氣體，設有氣體滅火事故排風系統(tǒng)。

4.3 防排煙系統(tǒng)

地下室內走道及地下總控中心設計機械排煙系統(tǒng)及補風系統(tǒng)，火災時，由消防控制中心開啟著火區(qū)域內的排煙口，同時開啟排煙風機，并開啟對應防火分區(qū)內的補風系統(tǒng)。

地上未設計機械排煙的房間采用開啟外窗自然排煙，可開啟外窗面積不小于該房間面積的2%，外窗至房間最遠點不超過30m。

不滿足自然排煙條件的防煙樓梯間及其前室設置加壓送風系統(tǒng)。采用對樓梯間設機械加壓送風，前室不送風的系統(tǒng)形式，防煙樓梯間每隔一層設一自垂式常開百葉風口。

5 自動控制與節(jié)能措施

5.1 自動控制

本工程采用直接數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)（DDC系統(tǒng)），它由中央電腦及終端設備加上若干個DDC控制盤組成，在空調控制中心能顯示打印出空調、通風、制冷等各系統(tǒng)設備的運行狀態(tài)及主要運行參數(shù)，并進行集中遠距離控制和程序控制。

空調機組、新風機組冷凍水管道上的電動兩通閥均與風機聯(lián)鎖控制，空調機組、新風機組的新風入口處的電動密閉調節(jié)閥的開閉與風機啟停聯(lián)鎖；全空氣系統(tǒng)部分設計過渡季節(jié)全新風運行措施，盡量利用室外新鮮空氣自然降溫，減少全年冷水機組開啟時間。

5.2 節(jié)能設計

空調冷熱源采用冰蓄冷方案，可以轉移建筑的用電負荷，起到“削峰填谷”的作用，總體上提高發(fā)電廠能源的利用效率，緩解用電緊張，還可以降低配電設備和制冷設備的容量。

辦公建筑劃分內外區(qū)，外區(qū)采用四管制地板管槽式散熱器，內區(qū)采用單風道變風量系統(tǒng)，有利于各空調區(qū)分別調節(jié)室內溫度，提高室內衛(wèi)生標準。

全空氣系統(tǒng)設計為雙風機系統(tǒng)，在過渡季節(jié)采用變新風比調節(jié)及全新風運行，當室外空氣焓值小于室內空氣設計狀態(tài)的焓值時，采用室外新風為室內降溫，充分利用室外天然冷源。

采用直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC系統(tǒng)）的集中空調自控系統(tǒng)，節(jié)省空調通風系統(tǒng)運行能耗。

6 設計特點及存在的問題

6.1 設計特點

設計采用了多項節(jié)能技術措施：

（1）采用冰蓄冷系統(tǒng)能夠對電網(wǎng)起到“削峰填谷”的作用，對于電力系統(tǒng)來說，具有較好的節(jié)能效果。

（2）開放式辦公區(qū)域采用內外分區(qū)的空調形式，內區(qū)采用變風量形式，外區(qū)采用管槽式風機盤管系統(tǒng)，變風量系統(tǒng)具有控制靈活、節(jié)能等特點，它能根據(jù)空調區(qū)負荷的變化，自動改變送風量；隨著系統(tǒng)送風量的減少，風機的輸送能耗相應減少。

（3）空調系統(tǒng)設計不僅考慮了設計工況，而且考慮過渡季節(jié)空調系統(tǒng)采用全新風或增大新風比運行，可以有效地改善空調區(qū)內空氣的品質，大量節(jié)省空氣處理所需消耗的能量。

（4）為達到水系統(tǒng)平衡，在各循環(huán)水支路設置平衡閥，使得系統(tǒng)設計合理，運行可靠。

6.2 存在的問題

（1）部分辦公區(qū)域采用吊頂集中回風形式，使空調區(qū)域加大，空調能耗上升，不利于節(jié)能。

（2）新風接入風機盤管的送風管后送出，會造成送風和新風的壓力難以平衡，會影響新風量的送入。

（3）大廳地面回風，空氣質量差。

（4）本工程外區(qū)管槽式風機盤管設在每層的架空地板內，水管設在下一層的頂板下，其中地下一層頂板下的水管在穿越電氣房間時設有夾層供水管敷設，需要暖通專業(yè)與土建專業(yè)密切配合，做好風管、水管等穿墻及樓板孔洞的預留工作等。

參考文獻

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊第二版[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]北京市建筑設計研究院.DBJ01-621-2005，公共建筑節(jié)能設計標準[S].北京：北京市建筑設計標準化辦公室，2005.

[3]北京市建筑設計研究院.建筑設備專業(yè)技術措施[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設部工程質量安全監(jiān)管司，中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調.動力[M].中國計劃出版社，2009.

作者簡介：周懷改（1981，07-），女，河南南陽人，碩士研究生，工程師，研究方向：室內通風及空調制冷。